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송수신 분리형 TCP/IP Offload Engine을 위한 소프트웨어 및 하드웨어 모듈의 설계
Design of Software and Hardware Modules for a TCP/IP Offload Engine with Separated Transmission and Reception Paths 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 시스템 및 이론, v.33 no.9, 2006년, pp.691 - 698  

장한국 (부산대학교 컴퓨터공학과) ,  정상화 (부산대학교 컴퓨터공학과) ,  최영인 (부산대학교 컴퓨터공학과)

초록
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TCP/IP Offload Engine(TOE)는 TCP/IP 프로토콜을 네트워크 어댑터 상에서 처리함으로써 호스트 CPU의 프로토콜 처리 부하를 줄이는 기술이다. TOE의 구현 방안으로는 임베디드 프로세서를 사용한 소프트웨어 TOE, ASIC 기반의 하드웨어 TOE, 그리고 하드웨어와 소프트웨어 구현의 장점을 결합한 하이브리드 TOE 등이 제안되어 왔다. 본 논문에서는 하이브리드 방식의 TOE 구현을 위해 두 개의 프로세서 코어를 내장한 FPGA를 기반으로 임베디드 리눅스 기반의 소프트웨어 모듈 및 데이타 송수신에 필요한 하드웨어 모듈들을 설계하였다. 두 개의 프로세서 코어를 사용하여 송신 경로와 수신 경로를 분담하여 관리함으로써 리눅스 프로세스들 사이의 작업 전환 오버헤드를 줄일 수 있고, 송신과 수신 과정의 병렬 처리를 통해 단일 임베디드 프로세서의 성능 한계를 극복할 수 있다. 하드웨어 모듈은 패킷 헤더의 생성 및 처리, DMA를 사용한 데이타 수집 및 저장 등을 담당하여 송수신 성능을 향상시킨다. 본 논문에서는 프로세서 코어 내장형 FPGA가 장착된 TOE 네트워크 어댑터를 사용하여 송수신 분리형 TOE의 성능을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

TCP/IP Offload Engine (TOE) is a technology that processes TCP/IP on a network adapter instead of a host CPU to reduce protocol processing overhead from the host CPU. There have been some approaches to implementing TOE: software TOE based on an embedded processor; hardware TOE based on ASIC implemen...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 수신과 정에서는 수신 패킷을 패킷 버퍼에 저장하는 동안 헤더 처리를 완료하여 수신 처리 시간을 단축할 계획이다. 그리고 ACK 패킷의 생성과 처리, 흐름 제어 및 혼잡 제어에 필요한 기능들에 대한 하드웨어구현을 추가로 진행하여 TOE의 성능을 최대화하고자 한다.
  • 또한 본 논문에서는 하드웨어 모듈과 프로세서 코어들의 연동을 위한 메커니즘을 개발하였다. 그리고 본 논문에서는 프로세서 코어 내장형 FPGA가 장착된 TOE 네트워크 어댑터를 개발하고, 이를 사용한 실험을 통해 하이브리드 TOE를 위한 하드웨어 구현의 효과를 입증하였다.
  • 하드웨어 모듈은 패킷 헤더의 생성 및 처리, DMA를 사용한 데이타 수집 및 저장 등을 담당하여 송수신 성능을 향상시킨다. 또한 본 논문에서는 하드웨어 모듈과 프로세서 코어들의 연동을 위한 메커니즘을 개발하였다. 그리고 본 논문에서는 프로세서 코어 내장형 FPGA가 장착된 TOE 네트워크 어댑터를 개발하고, 이를 사용한 실험을 통해 하이브리드 TOE를 위한 하드웨어 구현의 효과를 입증하였다.
  • 본 논문에서는 두 개의 프로세서 코어를 내장한 FPGA 상에서 임베디드 리눅스 기반의 소프트웨어를 바탕으로 데이타 송수신 과정에 필요한 주요 기능들을 하드웨어로 처리하는 하이브리드 방식의 TOE를 설계하였다. 두 개의 프로세서 코어들은 각각 송신 기능과 수신 기능을 전담하여 처리함으로써 리눅스 프로세스들 사이의 작업 전환 오버해드를 줄이고, 송신과 수신과정의 병렬 처리를 통해 단일 임베디드 프로세서의 성능 한계를 극복한다.
  • 송수신 분리 구조에서 두 프로세서의 연동을 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어의 구조와 동작 메커니즘을 제시하고, 이를 위해 설계된 하드웨어 구조 및 소프트웨어 구 조에 대해 설명하였다. 본 연구는 두 개의 임베디드 프로세서 코어를 사용해 송신과 수신을 분리하여 처리함으로써 TOE의 통신 부하를 덜고, 송수신 기능을 하드웨어로 처리함으로써 성능의 향상을 도모하는 연구의 기초를 제시한다. 그리고 소프트웨어만으로 TCP/IP5- 처리하는 TOE 구현과 하드웨어 구현을 포함한 TOE의 성능을 비교한 실험을 통해 하드웨어 구현의 성능을 확인하였다.
  • 본 논문에서는 두 개의 프로세서 코어를 내장한 FPGA 상에서 임베디드 리눅스에 내장된 TCP/IP 프로토콜 스택의 송수신 경로를 분리하고 송수신 기능의 일 부를 하드웨어로 처리하는 TOE를 구현하였다. 송수신 분리 구조에서 두 프로세서의 연동을 위해 필요한 하드웨어 및 소프트웨어의 구조와 동작 메커니즘을 제시하고, 이를 위해 설계된 하드웨어 구조 및 소프트웨어 구 조에 대해 설명하였다. 본 연구는 두 개의 임베디드 프로세서 코어를 사용해 송신과 수신을 분리하여 처리함으로써 TOE의 통신 부하를 덜고, 송수신 기능을 하드웨어로 처리함으로써 성능의 향상을 도모하는 연구의 기초를 제시한다.
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참고문헌 (15)

  1. N. Bierbaum, 'MPI and Embedded TCP/IP Gigabit Ethernet Cluster Computing,' Proceedings of 27th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks 2002, pp. 733-734, Nov. 2002 

  2. J. Kay and J. Pasquale, 'Profiling and Reducing Processing Overheads in TCP/IP,' IEEE/ACM Transactions on Networking, Vol. 4, No.6, pp. 817-828, Dec. 1996 

  3. R. A. F. Bhoedjang, T. Ruhl, and H. E. Bal, 'User-Level Network Interface Protocols,' IEEE Computer, Vol. 31, No. 11, pp. 53-60, Nov. 1998 

  4. B. S. Ang, 'An evaluation of an attempt at offloading TCP/IP protocol processing onto an i960RN-based iNIC,' Tech. Rep, HPL-2001-8, HP Labs, Jan. 2001 

  5. G. Banga and J. C. Mogul, 'Scalable kernel performance for Internet servers under realistic loads,' USENIX Annual Technical Conference, pp. 12, June 1998 

  6. Intel Corporation, 'Intel PRO/1000T IP Storage Adapter,' Data Sheet, 2003, available at http://www.intel.com 

  7. Alacritech, Inc., 'SLIC Technology Overview,' Technical Review, 2002, available at http//www.alacritech.com 

  8. Adaptec, Inc., 'Adaptec TOE NAC 7711,' Data Sheet, 2003, available at http://graphics.adaptec.com 

  9. QLogic Corporation, 'iSCSI Controller,' Data Sheet, 2003, available at http://download.qlogic.com 

  10. S.-C. Oh, H. Jang, and S.-H. Chung, 'Analysis of TCP/IP protocol stack for a Hybrid TCP/IP Offload Engine,' Proceedings of the 5th International Conference on Parallel and Distributed Computing, Applications and Technologies, pp. 406-409, 2004 

  11. H. Jang, S.-H. Chung, S.-C. Oh, 'Implementation of a Hybrid TCP/IP Offload Engine Prototype,' Proceedings of the 10th Asia-Pacific Computer Systems Architecture Conference, pp. 464-477, 2005 

  12. S. Aiken, D. Grunwald, A. R. Pleszkun, and J. Willeke, 'A Performance Analysis of the iSCSI Protocol,' Proceedings of the 20th IEEE/11th NASA Goddard Conference on Mass Storage Systems and Technologies, pp. 123-134, 2003 

  13. Lionbridge Technologies, Inc., 'Alacritech SES1001T: iSCSI HBA Competitive Analysis,' VeriTest Benchmark Report, 2004, available at http://www.veritest.com 

  14. Adaptec, Inc., 'Unleashing File Server Potential with Adaptec GigE NAC 7711,' Benchmark Report, 2003, available at http://graphics.adaptec.com 

  15. H. Ghadia, 'Benefitsof full TCP/IP offload (TOE) for NFS Services,' Proceedings of 2003 NFS Industry Conference, 2003, available at http://nfsconf.com 

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