Etherblade.net - FPGA पर एक ईथरनेट ट्रैफिक इनकैप्सुलेटर बनाने के लिए ओपनसोर्स प्रोजेक्ट (भाग एक)

मैं तुरंत एक आरक्षण करना चाहता हूं कि यह लेख न केवल निष्क्रिय पढ़ने का अर्थ है, बल्कि सभी को विकास में शामिल होने के लिए आमंत्रित करता है। सिस्टम प्रोग्रामर, हार्डवेयर डेवलपर्स, नेटवर्क और DevOps इंजीनियरों का स्वागत है।

चूंकि परियोजना नेटवर्क प्रौद्योगिकियों और हार्डवेयर डिज़ाइन के चौराहे पर है, इसलिए हम अपनी बातचीत को तीन भागों में विभाजित करते हैं - पाठकों के एक विशेष दर्शकों के लिए जानकारी को अनुकूलित करना आसान होगा।

परिचयात्मक के रूप में पहले भाग को परिभाषित करें। यहां हम FPGA पर बनाए गए हार्डवेयर ईथरनेट एनकैप्सुलेटर एनकैप्सुलेटर के बारे में बात करेंगे, सॉफ्टवेयर समाधानों की तुलना में इसके मुख्य कार्यों, वास्तुकला सुविधाओं और लाभों पर चर्चा करेंगे।

दूसरा भाग, चलो इसे "नेटवर्क" कहते हैं, हार्डवेयर डेवलपर्स के लिए अधिक दिलचस्प होगा जो नेटवर्क प्रौद्योगिकियों को बेहतर तरीके से जानना चाहते हैं। यह टेलिकॉम ऑपरेटर्स के नेटवर्क में "Etherblade.net" की भूमिका के लिए समर्पित होगा। हम एसडीएन (सॉफ्टवेयर परिभाषित नेटवर्किंग) की अवधारणा के बारे में भी बात करेंगे और कैसे खुला नेटवर्क हार्डवेयर पूरक कर सकते हैं और यहां तक ​​कि सिस्को और जुनिपर जैसे बड़े विक्रेताओं के समाधान के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं।

और तीसरा भाग "हार्डवेयर" है, जो नेटवर्क इंजीनियरों में रुचि रखने की अधिक संभावना है जो हार्डवेयर डिजाइन में शामिल होना चाहते हैं और अपने दम पर नेटवर्क उपकरणों को विकसित करना शुरू करते हैं। इसमें, हम FPGA- वर्कफ़्लो, "सॉफ़्टवेयर और हार्डवेयर का संघ", FPGA- बोर्ड, विकास वातावरण और अन्य बिंदुओं पर एक नज़र डालेंगे जो आपको बताते हैं कि EtherBlade.net प्रोजेक्ट में भाग लेने के लिए कैसे कनेक्ट किया जाए।
तो चलिए!

ईथरनेट एनकैप्सुलेशन

Etherblade.net प्रोजेक्ट का लक्ष्य एक ऐसे डिवाइस को डिज़ाइन और निर्माण करना है जो हार्डवेयर स्तर पर, L3- एनवायरनमेंट पर एक L2-ईथरनेट चैनल का अनुकरण कर सकता है। एक साधारण उपयोग मामला उसी तरह से एक दूसरे से असमान सर्वर और कार्यस्थल को जोड़ने के लिए है जैसे कि उनके बीच एक नियमित भौतिक ईथरनेट केबल था।

इंटरनेट पर आप इस तकनीक के लिए अलग-अलग शब्द पा सकते हैं। उनमें से सबसे आम हैं स्यूडोवायर, ईवीपीएन, एल 2 वीपीएन, ई-लाइन / ई-ट्री / ई-लैन , आदि। खैर, विभिन्न प्रकार के परिवहन नेटवर्क के लिए बड़ी संख्या में व्युत्पन्न शब्द भिन्न होते हैं, जिसके माध्यम से एक वर्चुअल ईथरनेट चैनल बिछाया जाता है।

इसलिए, उदाहरण के लिए, एक आईपी नेटवर्क पर ईथरनेट उत्सर्जन निम्नलिखित तकनीकों द्वारा प्रदान किया जाता है - ईओआईपी, वीएक्सएलएएन, ओटीवी ;
एमपीएलएस नेटवर्क पर ईथरनेट इम्यूलेशन - वीपीएलएस और ईओएमपीएलएस प्रौद्योगिकियां ;
इथरनेट पर इथरनेट एमुलेशन MetroE ईथरनेट , PBB-802.1ah , आदि तकनीकों का एक कार्य है।

विपणक का काम शर्तों के साथ आना है, लेकिन अगर लौह डिजाइनरों ने प्रत्येक शब्द या संक्षिप्त नाम के लिए एक अलग उपकरण का आविष्कार किया, तो वे पागल हो जाएंगे। इसलिए, हार्डवेयर डेवलपर्स और हमारा लक्ष्य एक सार्वभौमिक उपकरण विकसित करना है - एक एनकैप्सुलेटर जो ट्रांसपोर्ट नेटवर्क के किसी भी प्रोटोकॉल में ईथरनेट फ्रेम को एनकैप्सुलेट कर सकता है, यह आईपी ​​/ आईपीवी 6, एमपीएलएस, ईथरनेट , आदि हो।

और इस तरह के एक एनकैप्सुलेटर को पहले से ही लागू किया गया है और "एथरब्लेड-वर्जन 1 - एनकैप्सुलेटर कोर" नामक परियोजना में विकसित हो रहा है।

एक बेहतर समझ के लिए, मैं इस एनकैप्सुलेशन सिद्धांत को समझाते हुए एक आंकड़े पर विचार करने का प्रस्ताव करता हूं:


हम देखते हैं कि एनकैप्सुलेटर वाहक के परिवहन नेटवर्क की परिधि के आसपास स्थित हैं। प्रत्येक एनकैप्सुलेटर में दो इंटरफेस (L2 - ट्रंक पोर्ट, क्लाइंट की ओर "देखना" और L3- इंटरफ़ेस है, जो ट्रांसपोर्ट नेटवर्क की ओर "दिखता है") ।

आइए सबसे सही एनकैप्सुलेटर पर एक करीब से नज़र डालें। ग्राहक इससे जुड़े होते हैं, जहां प्रत्येक ग्राहक का ट्रैफ़िक अलग-अलग vlan-e में "जाता है"। डिवाइस को अलग-अलग क्लाइंट के लिए वर्चुअल चैनल बनाने में सक्षम होना चाहिए या वैज्ञानिक दृष्टि से, अलग-अलग एल 3 हेडर के साथ अलग-अलग vlan s के लिए ईथरनेट ट्रैफ़िक को एनक्रिप्ट करने में सक्षम होना चाहिए। आंकड़ा बताता है कि कैसे एक एनकैप्सुलेटर चार ग्राहकों के लिए चार आभासी चैनलों का अनुकरण करता है:

• vlan-11 (हरा) - IP (IPv4 + GRE) पर ईथरनेट ;
• vlan-12 (बैंगनी) - IP (IPv4 + UDP) पर ईथरनेट ;
• vlan-13 (नीला) - MPLS पर ईथरनेट ;
• vlan-14 (लाल) - IP (IPv6 + UDP) पर ईथरनेट ;

इसलिए, कार्यक्षमता के साथ, अब एनकैप्सुलेटर को लागू करने के विकल्पों के बारे में बात करते हैं।

क्यों FPGA?

FPGA, वास्तव में, एक चिप है जो एक टांका लगाने वाले लोहे और चिप्स के एक बॉक्स (तर्क तत्व, मेमोरी चिप्स, आदि) को प्रतिस्थापित करता है। यही है, FPGA होने से, हम अपनी जरूरतों और कार्यों के लिए हार्डवेयर बनाने में सक्षम हैं।


लेकिन "तत्वों और टांका लगाने वाले लोहे के सेट" के अलावा, सर्किट आरेख होना भी आवश्यक है। तो ऐसी योजनाओं का भंडार जिसमें से आप FPGA के अंदर इनकैप्सुलेटर को "मिलाप" कर सकते हैं और एक काम कर सकते हैं डिवाइस "Etherblade.net" परियोजना है। FPGA का एक अन्य महत्वपूर्ण लाभ इस तथ्य को कहा जा सकता है कि इसके तत्व नए सर्किटों के लिए "सोल्डर" हो सकते हैं, लेकिन स्वयं सर्किट, रिपॉजिटरी के लिए धन्यवाद, नई कार्यक्षमता को लागू करने के लिए "खरोंच से" बनाने और सत्यापित करने की आवश्यकता नहीं है।

और फिर भी, क्यों FPGA, और एक सॉफ्टवेयर समाधान नहीं है?

बेशक, अगर सवाल खरोंच से सिस्टम को विकसित करने के बारे में पूछा गया था, तो एक तैयार कंप्यूटर लेना और इसके लिए एक प्रोग्राम लिखना एक विशेष हार्डवेयर डिवाइस को विकसित करने की तुलना में आसान और तेज़ होगा।

सादगी और विकास की गति के लिए, हालांकि, आपको खराब प्रदर्शन का भुगतान करना होगा, और यह सॉफ्टवेयर समाधान का मुख्य नुकसान है। तथ्य यह है कि सॉफ्टवेयर एक कंप्यूटर प्रोग्राम है जिसमें शाखाओं और छोरों के कारण एक चर निष्पादन समय होता है। हम DMA सबसिस्टम में ऑपरेटिंग सिस्टम और ट्रैफ़िक रीसर्क्युलेशन द्वारा माइक्रोप्रोसेसर के लगातार व्यवधान यहाँ जोड़ते हैं।

एक हार्डवेयर कार्यान्वयन में, हमारा एनकैप्सुलेटर वास्तव में, अतिरिक्त मेमोरी से सुसज्जित एक प्रत्यक्ष-प्रवाह "स्टोर-एंड-फॉरवर्ड" बफर है जिसमें हेडर संग्रहीत होते हैं। इसकी सादगी और रैखिकता के कारण, हार्डवेयर समाधान न्यूनतम विलंब और स्थिर घबराहट के साथ ईथरनेट चैनल के बैंडविड्थ के बराबर गति से ट्रैफ़िक को संसाधित करता है। एक बोनस के रूप में, हम यहां माइक्रोप्रोसेसर सिस्टम की तुलना में कम बिजली की खपत और कम लागत वाले FPGA समाधान जोड़ते हैं।

अगले विषय पर आगे बढ़ने से पहले, मैं आपके साथ इस लिंक को एक वीडियो में साझा करता हूं जो कार्रवाई में एक एनकैप्सुलेटर का प्रदर्शन करता है। वीडियो अंग्रेजी उपशीर्षक के साथ है, और यदि आवश्यक हो, तो "Youtube" में रूसी में ऑटो-अनुवाद को सक्षम करने का विकल्प है।

लेख के अंतिम भाग में मैं उस ब्लॉक के एक जोड़े के बारे में बात करना चाहूंगा जिसे Etherblade.net परियोजना के हिस्से के रूप में भी विकसित किया जा रहा है।

रिसीवर का विकास "एथरब्लेड-वर्जन -2 - डिकैप्सुलेटर कोर"

आपने देखा होगा कि पिछले नेटवर्क आरेख में (जो प्रदाता के नेटवर्क से जुड़े एन्कैप्सुलेटर दिखाता है) एक छोटी सी टिप्पणी है जो यह संकेत देती है कि नेटवर्क में MTU 1560 से अधिक होना चाहिए। बड़े दूरसंचार ऑपरेटरों के लिए यह समस्या नहीं है, क्योंकि वे हार्डवेयर पर "डार्क" फाइबर ऑप्टिक चैनलों पर जंबो-फ़्रेम के साथ काम करना सक्षम है। इस मामले में, 1,500 बाइट्स की एक अधिकतम आकार और एक अतिरिक्त L3 हैडर के साथ इनकैप्सुलेटेड ईथरनेट पैकेट स्वतंत्र रूप से ऐसे नेटवर्क पर "चल" सकता है।

लेकिन क्या होगा अगर हम नियमित इंटरनेट का उपयोग करना चाहते हैं, जो एनकैप्सुलेटर से जुड़ा हुआ है, जैसे कि घर के अंदर या 4 जी मोडेम को ट्रांसपोर्ट नेटवर्क के रूप में इस्तेमाल करना। इस मामले में, इनकैप्सुलेटर का प्राप्त हिस्सा खंडित ईथरनेट फ्रेम को इकट्ठा करने में सक्षम होना चाहिए।

न तो सिस्को और न ही जुनिपर, इस समय अपने उपकरणों में ऐसी कार्यक्षमता प्रदान करते हैं और यह समझ में आता है, क्योंकि उनके उपकरण बड़े दूरसंचार ऑपरेटरों पर केंद्रित हैं। EtherBlade.net परियोजना शुरू में विभिन्न कैलिबर्स के ग्राहकों के उद्देश्य से थी और पहले से ही इसके शस्त्रागार में टुकड़ों के "हार्डवेयर" असेंबली का एक विकसित तरीका है, जो टेल्को-ग्रेड सेवा की गुणवत्ता के साथ ईथरनेट-कहीं भी चैनलों का अनुकरण करने की अनुमति देता है। विस्तृत प्रलेखन और स्रोत कोड के लिए, https://etherblade.net में आपका स्वागत है।

10 गीगाबिट

वर्तमान में, इनकैप्सुलेटर के दस-गीगाबाइट संस्करण पर सक्रिय कार्य भी चल रहा है और इसे विशेष रूप से, सेंट पीटर्सबर्ग से जनरल आरएंडडी टीम के बोर्ड में, लेख इंटेल साइक्लोन जीजीएक्स पर दिखाया गया है।

इस आलेख में वर्णित कार्यक्षमता के अलावा, दस-गीगाबिट इनकैप्सुलेटर का उपयोग दूरसंचार ऑपरेटरों के नेटवर्क में डीडीओ समाशोधन केंद्रों, यारोवॉय सर्वर, आदि के लिए "दिलचस्प" ट्रैफ़िक को पुनर्निर्देशित करने के लिए किया जा सकता है। एसडीएन (सॉफ्टवेयर परिभाषित नेटवर्किंग) की अवधारणा और बड़े नेटवर्क में Etherblade.net के उपयोग पर अगले लेख में इसके बारे में और पढ़ें - देखते रहें।