Test traffic 100G generator and analyzer
- 1. Использование FPGA для генерации и анализа Ethernet-трафика на высоких скоростях (10G, 40G, 100G) Шевчук Иван НТЦ Метротек
- 2. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 План ● Генератор и анализатор трафика: краткий обзор требований ● Проблемы программной реализации ● Преимущества использования FPGA ● Наш опыт: комплекс Metrotek B100 2
- 3. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Параметры генерации трафика ● Заголовок ● Полезные данные ● Скорость генерации (создаваемая нагрузка) 3
- 4. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Профили нагрузки тестов 4
- 5. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Как регулируется нагрузка? Preamble MAC Destination MAC Source Type/ Length Data Payload FCS IFG ● Расстояние от одного до другого пакета определяется IFG ● Регулируя IFG, можно создавать различные профили трафика ● “Точность” выставления IFG и определяет качество генерации трафика ● Для обеспечения максимальной нагрузки требуется выставление минимального IFG (12 байт) 5
- 6. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Где регулируется нагрузка? 6
- 7. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Что делает анализатор трафика? ● Просматривает данные на приёме ○ Анализирует целостность и корректность доставки ● Фиксирует время приёма пакета ○ Чем точнее будет вычислено время приёма, тем лучше. (Для измерения задержки и джиттера) ● Увеличивает различные счётчики (принятые пакеты/байты, и.т.д.) 7
- 8. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Программная реализация 8
- 9. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Программная реализация ● При отправке пакета данные проходят через различные слои операционной системы: ○ IFG определятся на самом низком уровне: итоговая точность выставления может оказаться неприемлемой 9
- 10. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Программная реализация ● Архитектура современных компьютеров не позволяет прокачивать через систему значительный объем трафика (необходимо обработать до 200 Гбит/c в случае 100G) 10
- 11. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Решение проблемы ● Отказ от использования операционной системы и традиционных процессоров ● Необходимо максимально приблизиться к физическому уровню, используя интегральные схемы, аналогичные тем, что применяются в сетевых картах 11
- 12. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Интегральные схемы ● ASIC ○ Дешевые в большой партии ○ НЕ перепрограммируемые ■ Могут быть настроены или “заалгоритмизированы” ● FPGA ○ Перепрограммируемые на уровне примитивных блоков (триггеры, счетчики, логические элементы) 12
- 13. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Особенности использования FPGA ● Низкоуровневые оптимизации для конкретной задачи ● Возможность реконфигурации - ошибки не страшны! ● Многие блоки (“части” схемы) уже готовы ● Интуитивный параллелизм операций 13
- 14. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Особенности использования FPGA ● Управление данными с точностью до такта ● Свободный выбор необходимой архитектуры (например, ширина используемого “слова”) ● Отсутствие дебага в виде привычного printf, gdb, valgrind - значительное усложнение разработки ● Другой подход к разработке: необходимо использовать специальные симуляторы 14
- 15. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Генератор на FPGA ● Рассчитывается требуемый IFG в виде количества тактов ● Происходит передача пакета ● Генератор ждет необходимое количество тактов 15
- 16. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Анализатор на FPGA ● Время приема пакета проставляется с точностью десятков наносекунд максимально близко к PHY ● Пакет хранится только во внутренней памяти чипа: не используется внешняя память (типа DDR) ● Все счётчики тоже хранятся внутри чипа 16
- 17. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Разрядность имеет значение ● Чаще всего обработка происходит не по байтам, а словами: ○ 10G - 8 байт ( 64 бит ) ○ 100G - 64 байта ( 512 бит ) ● Это вытекает из-за ограничений интегральных схем по максимальной частоте 17
- 18. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Как мы применили FPGA? 18
- 19. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Metrotek B100 19
- 20. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Возможности ● Генерация и анализ тестового трафика на скоростях 10G/40G/100G на максимальной нагрузке ● Тесты: ○ RFC2544 ○ Y.1564 ○ BERT 20
- 21. Шевчук Иван, НТЦ Метротек, 2015 Спасибо за внимание! Вопросы? [email protected] 21