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 [email protected]
Belegverteidigung
Andreas Her
Dimensionierung einer Sequenz- und Flusskontrolle fr die zuverlssige
Hochleistungsdatenbertragung auf FPGAs
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Gliederung
1 Einleitung
2 Grundlagen
3 Beschreibung des SFC-Protokolls
4 Messergebnisse und deren Auswertung
5 Zusammenfassung und Ausblick
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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
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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
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2 Grundlagen
2.1 OSI-Referenzmodell [Co02]
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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2.2 Grundlegende Begriffe
Sequenzkontrolle
Flusskontrolle
sichere bertragung
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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2.3 Flusskontrollsysteme [GeKl80]
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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Schiebefenster Flusskontrolle [AgTa09]
Einleitung -|- Grundlagen -|- SFC-Protokoll -|- Auswertung -|- Zusammenfassung
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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
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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
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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
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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)
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3.2 Sichere bertragung
sichere bertragung durch das Go-Back-N-ARQ Protokoll gewhrleistet
keine Untersttzung von NAK-Paketen
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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)
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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
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SFC-Protokollparameter
Breiten der Protokollkontrollinformationen
Fensteranzahl der gltigen Sequenznummern
ungltige Startbesttigungsnummer
ob und wie oft CC-Pakete bermittelt werden
Sende-Timeout
Piggyback-Timeout
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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
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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
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Dimensionierung einer Sequenz- und Flusskontrolle fr die zu
