文档介绍：华中科技大学
硕士学位论文
基于PCI-E接口数据采集系统软件设计与实现
姓名:刘晓光
申请学位级别:硕士
专业:通信与信息系统
指导教师:黄佳庆
2011-01-09
华中科技大学硕士学位论文
摘要
近年来,随着网络技术的高速发展,人们的生活与网络的联系日益密切。为了
保护网络安全,必须对网络上的数据进行捕获和分析。一般来说,需要捕获的数据
流量是较大的,因此必须要有一种机制,能够对高速网络环境的数据进行捕获。本
文主要研究这种高速网络环境下的数据捕获技术。
目前在网络数据捕获领域,传统的系统是由通用网卡、网络协议栈和数据包捕
获接口库组成的。传统的系统的对数据的过滤和捕获都是通过软件操作完成的,通
用网卡也没有针对数据传输进行优化,这就使得其在高速网络环境下的处理性能较
差。为了满足高速网络的数据捕获需求,本系统做了以下改进,主要包括:一、使
用专用的数据采集卡来替代通用网卡,将数据过滤操作交付给采集卡进行,避免了
软件过滤对系统的性能影响;二、采集卡的数据传输以数据块为单位进行,从而避
免了通用网卡的频繁中断;三、数据传输不经过通用网络协议栈,避免了网络协议
栈引起的性能损失;四、使用零拷贝机制,数据直接由采集卡传输到用户程序的缓
冲区域,避免了数据的复制。根据这些改进想法,构建了一个较高性能的数据采集
系统,该系统由 PCI-E 接口的数据采集卡和采集卡软件组成。通过与传统采集系统
进行对比测试,得出本系统能够满足高速网络环境下的捕获需求。
本文主要针对采集卡软件进行讨论。文中分析了软件的设计思路,给出了较为
详细的系统设计,并对实现中的关键技术进行了阐述。测试证明本系统可以满足实
际需要。

关键字: 网络, 数据包捕获, Linux 驱动, 零拷贝

I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
In recent years, with the rapid development work technology, people's lives
e increasingly close with work. In order to work security, traffic
on work must be captured and analyzed. In general, the traffic is large, so there
must be a mechanism to capture the traffic for the high-work. This thesis studies
such a high-work data capture technology.
In the field work data capture, the traditional system is made up with NIC,
network protocol stack and packet capture library. The traditional system use software to
filter and capture data. Also, NIC is not optimized for data capture. So, in data capture, the
performance of traditional system is poor. To meet the demand for high-work
data capture, the system has made the following improvements, including: First, using a
dedicated capture card, which is responsible for filtering the data, thus avoiding the
performance loss caused by software; Second, the transmission unit is the data block,
thereby effectively reducing the number of interrupts; Third, data transmission is not via
work protocol stack to avoid the performance loss; Fourth, use zero-copy
mechanisms, dedicated card directly transm