Proyecto u2 rout-ev2
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PROYECTO U2-ROUTE
JHON JAIRO PADILLA A., PhD.
JHONATTAN CORDOBA, candidato a Magíster.
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Introducción
• Es apoyado por Colciencias y RENATA
• Entidades desarrolladoras:
– Universidad Pontificia Bolivariana- Bucaramanga
• Grupo GITEL
– Universidad Católica Popular del Risaralda
• Grupo TICs
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El problema a solucionar
• En Colombia:– Somos usuarios de las tecnologías de comunicaciones
– No somos desarrolladores de tecnologías de comunicaciones
– Existe un vacío en el conocimiento acerca de cómo construir equipos de Telecomunicaciones, en especial Routers y switches.
– Para hacer investigación de punta en Telecomunicaciones se requieren herramientas para crear prototipos. (Hasta ahora se llega hasta simulaciones y modelamiento matemático)
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Objetivo del proyecto
• Construir una herramienta de pruebas que permita crear nuevos mecanismos de tratamiento de los paquetes en los Routers de Internet. Esta herramienta podrá ser operada de forma remota a través de una interfaz web soportada en la infraestructura de RENATA.
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Estado del Arte
• Existen dos importantes proyectos en el mundo:
– Universidad Standford (NetFPGA card)
– Universidad de Washington (Open Network Laboratory)
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Open Network Laboratory
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Universidad de Stanford: tarjeta NetFPGA
• Conector PCI: bus estándar de 32 bits, 33Mhz. Esto permite conectar la tarjeta a un PC.
• 4 Interfaces GbitEthernet (1Gbps)
• Un chip FPGA Virtex-2
• 4 bancos de memoria SRAM y DRAM
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Nuestro objetivo:
• Desarrollar una herramienta con la tarjeta NetFPGA para investigación y enseñanza en el área de Routers y switches.
• Desarrollar un sistema remoto para acceder al Router y hacer pruebas a distancia mediante la infraestructura de RENATA.
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ROUTER CON NETFPGA
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Un Router con NetFPGA
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Características de un Router NetFPGA
• 4 puertos Gigabit Ethernet
• Completamente “Programable” (Hardware con FPGAs)
• Bajo costo
• Hardware FPGA open source:
– Diseño basado en Verilog
• Software Open-source:
– Drivers en C y C++
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Características de la tarjeta NetFPGA
• Conector PCI: bus estándar de 32 bits, 33Mhz. Esto permite conectar la tarjeta a un PC.
• 4 Interfaces GbitEthernet (1Gbps)
• Un chip FPGA Virtex-2
• 4 bancos de memoria SRAM y DRAM
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Características detalladas de la tarjeta NetFPGA-Virtex2-Pro 50 FPGA, con reloj de 125Mhz.-Xilinx Spartan II FPGA que controla la interfaz PCI hacia el Host.-Dos SRAM externas de 18Mbits, organizadas en una configuración de 512Kx36 bits (capacidad total 4.5 Mbytes). Operan de forma síncrona con la FPGA a 125Mhz.-Un banco externo de SDRAM DDR2 organizado en una configuración de 26Mx32 bits (Capacidad total: 64MBytes). Usando ambos flancos de un reloj separado de 200Mhz, la memoria tiene un ancho de banda de 400MWords/s (1600 Mbytes/s ó 12800 Mbps)-Transceptores Broadcom BCM5464SR a Gbps, usando cables UTP categorías 5, 5E o 6. Hay un soft core en la FPGA que es un controlador MAC Ethernet para las 4 interfaces físicas.--2 interfaces con conectores Serial ATA (SATA) que permiten múltiples tarjetas NetFPGA en un sisstema para intercambiar datos directamente sin utilizar el bus PCI.
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Ventajas de NetFPGA• Descarga un procesador principal de ciertas tareas.
• El procesador principal (ubicado en el PC) puede utilizar DMA (Direct Memory Access) para leer/escribir registros y memorias de la tarjeta NetFPGA
• NetFPGA provee un camino de datos acelerado por Hardware– Conectividad mediante los 4 puertos a 1Gbps.
– Acceso a bancos de memoria ubicados en la tarjeta
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Librerías re-utilizables (NFPs)
• NetFPGA permite descargar de la página principal (www.netfpga.org) diferentes bloques ya construidos (Hardware y Software) con funciones de Networking (NFP- NetFPGAPackages)
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Contenido de las NFPs
• Se divide en tres partes:– Gateware (Verilog)– Software del Sistema– Software para pruebas de
regresión
• Las NFPs incluyen:– 1 IPv4 Router,– 1 four-port NIC,– 1 IPv4 Router with Output
Queues Monitoring System,
– the PW-OSPF software that interacts with the IPv4 Router (SCONE),
– and the Router Kit which is a daemon that reflects the routing table and ARP cache from the Linux host to the IPv4 router on NetFPGA.
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Opciones de uso de NetFPGA
1. Se pueden descargar las librerías del Routerbásico e instalarlas directamente en la tarjeta NetFPGA. Las modificaciones se hacen en el software del PC para construir protocolos.
2. Se puede descargar el Router básico en la tarjeta NetFPGA y agregar módulos de extensión a la misma (módulos Hardware).
3. Construir un nuevo router con librerías construidas por el usuario-diseñador.
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Uso de NetFPGA: Primera opción
• Se descarga e instala un Router IPv4 en la tarjeta NetFPGA.
• El Host Linux utiliza el Software “Router Kit” distribuido con la NFP.
• Router Kit:– Es un daemon de Linux
– Hace un espejo de las tablas de enrutamiento y tablas de ARP del Host en la tarjeta NetFPGA. Esto permite hacer procesamiento a velocidad de línea en la NetFPGA
• El usuario puede modificar los programas en Linux para hacer nuevos protocolos y probarlos.
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FPGA
Memory
1GE
1GE
1GE
1GE
Running the Router Kit
User-space development, 4x1GE line-rate forwarding
PCI
CPU Memory
OSPF BGP
My Protocoluser
kernelRouting
Table
IPv4Router
1GE
1GE
1GE
1GE
FwdingTable
PacketBuffer
“Mirror”
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Uso de NetFPGA: Segunda Opción
• Descargar y utilizar el hardware original provisto por la NFP• Modificar el hardware agregando módulos extraídos de otras NFPs
o agregando nuevos módulos propios.• Compilar el código fuente en Verilog con las herramientas
estándares• Descargar el bitfile a la FPGA• El nuevo hardware puede complementarse agregando nuevo
software al Host o modificando el existente.• Ejemplos:
– En el Router IPv4, implementar Trie Longest Prefix Match (LPM) Lookup en lugar del existente CAM LPM Lookup, para la tabla de enrutamiento del hardware.
– Modific ar el Router IPv4 para implementar NAT (Network AddressTranslation) o un Firewall.
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FPGA
Memory
1GE
1GE
1GE
1GE
Enhancing Modular Reference Designs
PCI
CPU Memory
NetFPGA Driver
Java GUI
Front Panel
(Extensible)
PW-OSPF
In Q
Mgmt
IP
Lookup
L2
Parse
L3
Parse
Out Q
Mgmt
1GE
1GE
1GE
1GE
Verilog modules interconnected by FIFO interfaces
My
Block
Verilog
EDA Tools
(Xilinx,
Mentor, etc.)
1. Design
2. Simulate
3. Synthesize
4. Download
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Uso de NetFPGA: Tercera opción
• Construir un nuevo router con librerías construidas por el usuario-diseñador
![Page 23: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/23.jpg)
FPGA
Memory
1GE
1GE
1GE
1GE
Creating new systems
PCI
CPU Memory
NetFPGA Driver
1GE
1GE
1GE
1GE
My Design
(1GE MAC is soft/replaceable)
Verilog
EDA Tools
(Xilinx,
Mentor, etc.)
1. Design
2. Simulate
3. Synthesize
4. Download
![Page 24: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/24.jpg)
Ejemplo: Router Básico
• 5 fases:
– Entrada
– Arbitraje de entrada
– Decisión de enrutamiento y modificación de paquetes
– Encolamiento de salida
– Salida
![Page 25: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/25.jpg)
Ejemplo: Router Ampliado
• Nuevos módulos:
– Limitación de tasas de bits
– Retardos
– Captura de eventos
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NetFPGA en la práctica
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NetFPGA en la práctica
• Viene en dos presentaciones:– Torre con DVD - Tipo Rack
PC with NetFPGA
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Podría tenerse un laboratorio más complejo….
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Equipo requerido para el desarrollo
El equipo viene con Linux CENTOS 5.2
![Page 30: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/30.jpg)
Interfaz web “Conexión con router remoto”
![Page 31: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/31.jpg)
Laboratorios Virtuales vs. Laboratorios Remotos
• En el ámbito Internacional
• A nivel nacional
• En la región
![Page 32: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/32.jpg)
E-ciencia y sus campos de aplicación
![Page 33: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/33.jpg)
Redes Académicas de Alta velocidad
• Importancia
• Escenarios
![Page 34: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/34.jpg)
El portal web
![Page 35: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/35.jpg)
Router comercial vs U2-ROUTE
• Cisco
• 3Com
• Huawei
• U2-ROUTE
![Page 36: Proyecto u2 rout-ev2](https://reader033.fdocuments.net/reader033/viewer/2022052213/559af4091a28aba8708b479b/html5/thumbnails/36.jpg)
Funciones del procesamiento de los paquetes
Funciones básicas
• Búsqueda de direcciones y re-envío de paquetes
• Detección y corrección de errores
• Fragmentación, segmentación y re-ensamble
• Demultiplexación de protocolos y tramas
• Seguridad: autenticación y privacidad
Funciones para soportede QoS• Clasificación de paquetes
• Encolamiento y descarte de paquetes
• Planificación y temporización
• Medición de tráfico y control de políticas
• Recorte de tráfico
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Entrega de resultados
• Análisis estadístico de la información.
• Presentación de resultados obtenidos mediante gráficas (param. Internos y externos del router).