초록 ▼

본 연구는 연구용 협업망 구축에 필요한 다대다 (N:N) 통신 기능을 NetFPGA를 이용하여 구현하는 것이다. NetFPGA는 연구용으로 개발된 하드웨어로 ASIC 형태로 구현되던 Network의 기능들을 FPGA 상에 구현하여 새로운 네트워크 기능을 실제로 시험할 수 있도록 한다. 본 과제에서는 다대다 통신 기능의 구현에 NetFPGA를 사용함으로써 하드웨어 개발에 필요한 노력을 최소화 하면서 필요한 기능들을 구현 할 수 있었다.
본 과제의 연구 결과들은 다음과 같다.
1) 다대다 통신 기능에 기반한 연구용 협업망 프

본 연구는 연구용 협업망 구축에 필요한 다대다 (N:N) 통신 기능을 NetFPGA를 이용하여 구현하는 것이다. NetFPGA는 연구용으로 개발된 하드웨어로 ASIC 형태로 구현되던 Network의 기능들을 FPGA 상에 구현하여 새로운 네트워크 기능을 실제로 시험할 수 있도록 한다. 본 과제에서는 다대다 통신 기능의 구현에 NetFPGA를 사용함으로써 하드웨어 개발에 필요한 노력을 최소화 하면서 필요한 기능들을 구현 할 수 있었다.
본 과제의 연구 결과들은 다음과 같다.
1) 다대다 통신 기능에 기반한 연구용 협업망 프로토콜을 설계하였다. 설계 결과를 바탕으로 NetFPGA 상에 구현되어야 할 기능 항목들을 도출하였다.
2) NetFPGA의 구현 내용을 분석하여 부가적인 기능 추가가 가능하도록 하였다.
3) NetFPGA상에 다대다 통신 관련 기능을 구현하였고 이를 통하여 주요 성능지표인 32 노드 패킷 복제, 최대 처리용량, CRC 검증, 24시간 연속 동작을 입증하였다.

Abstract

The development of high performance packet forwarding engine on NetFPGA board.

목차 Contents

• 제출문 ...1
• 보고서 요약서 ...2
• 요약문 ...3
• Summary ...4
• Contents ...5
• 목차 ...6
• 그림 차례 ...9
• 표 차례 ...13
• 제 1장 연구개발과제의 개요 ...14
• 제 2장 국내외 기술 개발현황 ...16
• 제 2.1절 국외 기술 개발현황 ...16
• 제 2.2절 국내 기술 개발현황 ...19
• 제 3장 연구개발수행 내용 ...21
• 제 3.1절 NetFPGA ...21
• 1. FPGA ( Field Programmable Gate Array ) ...21
• 2. NetFPGA 소개 ...24
• 3. NetFPGA 패키지 설명 ...26
• 4. NetFPGA 패키지 설치 ...27
• 가. JDK (Java Development Kit) 설치 ...27
• 나. RPMforge 설치 ...28
• 다. NetFPGA 기본 패키지 설치 ...28
• 라. NF2디렉토리 생성 ...29
• 마. 드라이버와 툴 컴파일 ...29
• 바. 드라이버의 설치확인 ...30
• 5. NetFPGA 레퍼런스 라우터 분석 ( 하드웨어 ) ...31
• 6. NetFPGA 레퍼런스 라우터 분석 ( 소프트웨어 ) ...32
• 가. SCONE의 사용방법 ...32
• 나. 프로그래밍으로 하드웨어의 레지스터에 라우터 정보 입력 ...34
• 제 3.2절 개발환경 구축 ...37
• 1. Linux에서의 개발환경구축 ...37
• 2. Windows 에서의 개발환경 구축 ...39
• 가. 시뮬레이션 툴 설치 ...39
• 나. 비트 이미지 다운로드를 위한 환경 ...39
• 다. NetFPGA 패키지에서 레퍼런스 라우터 소스코드 변환하기 ...40
• 라. 디버깅 로직 삽입하기 ...43
• 마. 디버깅 로직 설정하기 ...45
• 바. 비트 이미지 다운로드 및 디버깅 파형 관측 ...48
• 제 3.3절 SOS ( Service Oriented Switch ) 설계 ...49
• 1. 스위치 허브 ...49
• 2. 라우터 ...50
• 가. 제어단계( Control plane ) ...51
• 나. 전달단계( Data plane ) ...52
• 3. 멀티캐스트 ...53
• 4. IP 멀티캐스트 ...54
• 5. SOS 프로토콜 설계 ...55
• 가. 패킷 구조 ...55
• 나. 패킷 처리 ...56
• 다. 동작 시나리오 ...57
• 6. SOS 하드웨어 설계 ...58
• 제 3.4절 SOS 구현 ...68
• 1. 플로우 테이블 ...68
• 2. 패킷 복제 ...69
• 3. 소프트웨어 인터페이스 구현 ...71
• 제 4장 연구개발수행 결과 ...72
• 제 4.1절 평가지표 및 목표치 ...72
• 제 4.2절 테스트 환경 구축 ...72
• 1. 네트워크 성능 측정 프로그램 ( Iperf ) ...72
• 가. TCP 성능을 측정하기 위한 서버 실행 ...73
• 나. Window 크기를 변경 후 TCP 성능측정 ...73
• 다. UDP 성능을 측정하기 위한 서버 실행 ...74
• 라. 기본값으로 클라이언트 실행 후 성능 측정 ...74
• 마. 윈도우 사이즈 변경 후 측정 ...74
• 바. 시간을 100초로 지정 후 측정 ...75
• 사. 동시에 5개의 세션으로 측정 ...75
• 2. 패킷 캡쳐 프로그램 ( Wireshark ) ...76
• 3. 테스트를 위한 네트워크 구성 ...76
• 제 4.3절 테스트 결과 ...77
• 1. 최대처리용량 ...77
• 2. 동시 수용 가능한 노드 수 ...79
• 3. 연속동작 ...81
• 4. 패킷오류 발생여부 ...82
• 제 5장 연구개발 결과의 활용계획 ...83
• 제 6장 참고문헌 ...84