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Fakultt Informatik, Institut fr Technische Informatik, Professur VLSI-Entwurfssysteme, Diagnostik und Architektur
Dimensionierung einer Sequenz- und Flusskontrolle fr die zuverlssige
Hochleistungsdatenbertragung auf FPGAs
Dresden, 09.04.2013
Andreas Her s8380809@mail.zih.tu-dresden.de
Belegverteidigung
Andreas Her
Dimensionierung einer Sequenz- und Flusskontrolle fr die zuverlssige
Hochleistungsdatenbertragung auf FPGAs
Belegverteidigung Folie 2 von 26
Gliederung
1 Einleitung
2 Grundlagen
3 Beschreibung des SFC-Protokolls
4 Messergebnisse und deren Auswertung
5 Zusammenfassung und Ausblick
Andreas Her
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Hochleistungsdatenbertragung auf FPGAs
Belegverteidigung Folie 3 von 26
1 Einleitung
Motivation
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
Eigenschaften der Datenbertragung:
Paketreihenfolge ist nicht sichergestellt
mgliche Datenfehler durch bertragungsfehler
Paketverlust, durch auftretende berlast
Teilnehmer 1 Teilnehmer 2
Datenbertagung
Andreas Her
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Hochleistungsdatenbertragung auf FPGAs
Belegverteidigung Folie 4 von 26
Ziele
Protokoll mit folgenden Funktionen:
sichere bertragung
Flusskontrolle
Konfigurationsmglichkeiten um bertragungskanal optimal auszulasten
Eigenschaften einer Protokollimplementierung:
Protokollkontrollinformationen bentigen zustzliche
bertragungsbandbreite
langsamere bertragungslatenz
Berechnungen belegen FPGA-Ressourcen und bentigen PC-Rechenzeit
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
Andreas Her
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Hochleistungsdatenbertragung auf FPGAs
Belegverteidigung Folie 5 von 26
2 Grundlagen
2.1 OSI-Referenzmodell [Co02]
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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Hochleistungsdatenbertragung auf FPGAs
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2.2 Grundlegende Begriffe
Sequenzkontrolle
Flusskontrolle
sichere bertragung
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
Andreas Her
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Hochleistungsdatenbertragung auf FPGAs
Belegverteidigung Folie 7 von 26
2.3 Flusskontrollsysteme [GeKl80]
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
Andreas Her
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Hochleistungsdatenbertragung auf FPGAs
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Schiebefenster Flusskontrolle [AgTa09]
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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Belegverteidigung Folie 9 von 26
Kredit-basierte Flusskontrolle
Funktionsweise hnlich des Schiebefensterprotokolls
Sender sendet nur Pakete, dessen Nutzdaten der Empfnger in
seinem Puffer abspeichern kann
Empfnger informiert regelmig den Sender ber seinen freien
Empfangspuffer in Bytes
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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2.4 Sichere bertragung
Stop-and-Wait-ARQ- Protokoll
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
maximal ein Datenpaket
jedes Paket kennzeichnet
eine eindeutige
Sequenznummer
Empfnger besttigt alle
Pakete
nach Timeout erneute
bertragung
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Go-back-N-ARQ-Protokoll
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
bermittlung mehrerer
unbesttigter Pakete
jedes Paket kennzeichnet
eine eindeutige
Sequenznummer
Pakete werden kumulativ
besttigt
nach Timeout erneute
bertragung aller
unbesttigter Pakete
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3 Beschreibung des SFC-Protokolls
Funktionen des SFC-Protokolls:
sichere bertragung ber eine unzuverlssige Verbindung
geringe zustzliche Datenbertagungen ber gemeinsam genutztes
bertragungsmedium
Eigenschaften des SFC-Protokolls:
keine Bevorzugung einer festen Paketgre
keine Verklemmungsgefahr
keine unntigen Wartezeiten auf der Anwendungsschicht
geringe Ressourcenauslastung des FPGAs
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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3.1 Flusskontrolle
Knoten-zu-Knoten Flusskontrolle (bertragungsprotokoll)
Netzwerkzugriffsflusskontrolle (bertragungsprotokoll)
Netzwerkeingangs- zu Ausgangflusskontrolle (bertragungsprotokoll)
Ende-zu-Ende Flusskontrolle (SFC-Protokoll, Kredit-basiert)
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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3.2 Sichere bertragung
sichere bertragung durch das Go-Back-N-ARQ Protokoll gewhrleistet
keine Untersttzung von NAK-Paketen
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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3.3 SFC-Protokollkontrollinformationen
Sequenznummer und Besttigungsnummer (sichere bertragung)
Kreditinformationen (Flusskontrolle)
Nutzdatenlnge (Nutzdaten krzen)
Type-ID (Unterscheiden der empfangenen Daten einer hheren
Schicht)
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
Sequenz-
nummer
Besttigungs-
nummer
Kredit Feld Nutzdaten
LngeType ID Nutzdaten
n m
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Pakettypen
Datenpakete (transportieren Nutzerinformationen)
Protokollpakete (RM-Pakete)
Verbindungsaufbaupakete
Besttigungspakete (RR-Pakete)
Besttigen Datenpakete
Kredit Aktualisierungspakete (CU-Pakete)
Informieren Sender ber abgenommene Datenpakete
Kredit Kontrollpakete (CC-Pakete)
stellen Verklemmungsfreiheit sicher
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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Belegverteidigung Folie 17 von 26
SFC-Protokollparameter
Breiten der Protokollkontrollinformationen
Fensteranzahl der gltigen Sequenznummern
ungltige Startbesttigungsnummer
ob und wie oft CC-Pakete bermittelt werden
Sende-Timeout
Piggyback-Timeout
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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Belegverteidigung Folie 18 von 26
4 Messergebnisse und deren Auswertung
Funktionsweise des SFC-Protokolls (FPGA VHDL und PC Java) nachweisbar:
Informationen werden bertragen, solange fehlerfreie
Datenbertragungen mglich sind
Datenpakete werden, trotz gestrter bertragung, nicht vertauscht
wiederholtes Senden stellt die korrekte Reihenfolge sicher
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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Belegverteidigung Folie 19 von 26
2 KiB Sende und Empfangspuffer beider FPGAs
Simplex-Datenbertragung
Paketgre (Byte)
Ba
ndb
reite
(MiB
/s)
120
80
40
35 300 500 800 1493
theoretisches Maximum gemessene Bandbreite
FPGA-FPGA-Ethernet
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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Dimensionierung einer Sequenz- und Flusskontrolle fr die zu
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