Thiết kế cầu nối mạng đường trục PBBN (provider backbone bridged network)

e q th-y cơ, ng nghi p b n Tp H Chí Minh, Tháng 12 n m 2008 L %ng Cơng Di n iv TĨM T T LU N V N M c ích: Thi,t k, c-u n i liên k,t m ng nhà cung c p d ch v m ng /ng tr.c PBBN (Provider Backbone Bridged Network) Thi,t k, RTL dùng ngôn ng verilog, cài 2t FPGA C s : PBB (Provider Backbone Bridges) m t k thu t m i c=a Ethernet ang c chu5n hóa b4i IEEE K thu t /i nh0m cung c p gi i pháp ( m4 r ng m ng Ethernet truy7n th ng nh m t m ng /ng tr.c (Backbone Network) mà không c-n SDH/SONET hay MPLS Ph ,n s3 h? tr c=a m ng ng pháp ti!p c n: Hi n t i chu5n th3c hi n m ng ch a hồn thành, ó ki,n th1c t gói vi ph m Policing .96 5.6.2 Thanh ghi c u hình m1c t c thơng tin cho m?i lu ng 96 5.6.3 Thanh ghi yêu c-u ng6t kh i Policing 97 5.6.4 Thanh ghi yêu c-u ng6t YELLOW theo nhóm 98 5.6.5 Thanh ghi yêu c-u ng6t RED theo nhóm 100 5.6.6 Thanh ghi tr ng thái yêu c-u ng6t YELLOW 100 5.6.7 Thanh ghi tr ng thái yêu c-u ng6t RED 100 5.6.8 Thanh ghi cho phép c/ ng6t YELLOW 101 5.6.9 Thanh ghi cho phép c/ ng6t RED 101 5.7 Các ghi i7u khi(n kh i Shaping 102 5.7.1 Thanh ghi c u hình tồn c.c kh i shaping .102 5.7.2 Thanh ghi c u hình t c theo queue 103 5.8 Các ghi i7u khi(n kh i Scheduling .104 5.8.1 Thanh ghi c u hình kích ho t scheduling theo queue .104 5.8.2 Thanh ghi c u hình Scheduling MODE 104 Ch %ng TENG H P FPGA 106 Ch %ng KIFM TRA K)T QU THI)T K) PBB4GE4 109 7.1 C u trúc môi tr /ng verification 111 7.1.1 S% t< ch1c 111 7.1.2 T< ch1c th m.c .112 7.1.3 T< ch1c testtop.vt 113 7.1.4 S' d.ng command line t %ng tác v i môi tr /ng 114 7.2 Ki(m tra Mode (4) PBB_000_MODE4 116 7.2.1 Yêu c-u .116 7.2.2 Th3c hi n ch y ki(m trà k,t qu 116 7.3 Ki(m tra Mode (0,2) PBB_001_MODE02 120 7.3.1 Yêu c-u .120 7.3.2 Th3c hi n ch y ki(m tra k,t qu 122 7.4 Ki(m tra Mode (1,3) PBB_002_MODE13 126 7.4.1 Yêu c-u .126 7.4.2 Th3c hi n ch y ki(m tra k,t qu 127 Ch %ng K)T LU N VÀ H GNG PHÁT TRIFN D TÀI 131 GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n Thi,t k, c-u n i m ng PBBN 8.1 K,t lu n 131 8.2 H ng phát tri(n tài 131 TÀI LI$U THAM KH O .132 GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n Thi,t k, c-u n i m ng PBBN HÌNH HInh 2.1 S3 phát tri(n phân c p m ng Ethernet .17 HInh 2.2 Bi(u di n lo i c-u n i m ng PBBN 18 HInh 2.3 K,t n i gi a hai m ng khách hàng thông qua sPBBN .19 HInh 2.4 Bi(u di n giao ti,p gi a d ch v S-vervice m ng PBBN thông qua BEB 20 HInh 2.5 Bi(u di n x' lý t o frame thông qua I-comp .20 HInh 2.6 Bi(u di n x' lý t o frame thông qua B-comp 21 HInh 2.7 C u trúc C-TAG .21 HInh 2.8 C u trúc S-TAG 22 HInh 2.9 C u trúc I-TAG 23 HInh 2.10 X' lý lu ng t@ “Customer Instance Ports” ,n “Provider Backbone Ports” 24 HInh 2.11 X' lý lu ng t@ “Provider Instance Ports” ,n “Provider Backbone Ports” 26 HInh 2.12 X' lý lu ng “Provider Backbone Ports” ,n “Customer Instance Ports” 27 HInh 2.13 X' lý lu ng t@ “Provider Backbone Ports” ,n “Provider Instance Ports” 28 HInh 2.14 X' lý lu ng t@ “Provider Backbone Ports” ,n “Provider Backbone Ports” 29 HInh 3.1 S% kh i giao ti,p 1ng d.ng 30 HInh 3.2 S% chân PBB4GE4 31 HInh 3.3 S% kh i ch1c n ng PBB4GE4 .35 HInh 4.1 S% kh i thi,t k, PBB4GE4 39 HInh 4.2 Mô t in/out kh i x' lý l p MAC 41 HInh 4.3 D ng sóng h ng thu kh i ipsmacge .44 HInh 4.4 D ng sóng h ng phát kh i ipsmacge .45 HInh 4.5 Mô t in/out b thích nghi h ng thu pbb_rxadapt 46 HInh 4.6 D ng sóng kh i pbb_rxadapt .47 HInh 4.7 Mô t in/out kh i ghép kênh h ng thu pbb_rxmux 48 HInh 4.8 D ng sóng pbb_rxmux giao ti,p v i pbb_rxadapt 50 HInh 4.9 D ng sóng pbb_rxmux .51 HInh 4.10 Mô t in/out kh i ki(m tra h ng thu pbb_rxcheck 52 HInh 4.11 D ng sóng kh i pbb_rxcheck 55 HInh 4.12 Mô t in/out kh i qu n lý cache h ng thu pbb_rxcache 56 HInh 4.13 D ng sóng kh i pbb_rxcache 60 HInh 4.14 Mô t in/out kh i tra b ng pbb_lookup 61 HInh 4.15 D ng sóng kh i pbb_lookup 62 HInh 4.16 Mô t in/out kh i qu n lý b m pbb_buffctrl .63 HInh 4.17 D ng sóng kh i pbb_buffctrl 67 HInh 4.18 Mô t in/out kh i giám sát l u l ng pbb_policing 68 HInh 4.19 Mô t in/out kh i yêu c-u phát pbb_pktreq .70 HInh 4.20 D ng sóng kh i pbb_pktreq .71 GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n 120 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN 7.3 Ki"m tra Mode (0,2) PBB_001_MODE02 7.3.1 u c)u C.u hình • - C u hình Customer Instance Port, Provider Network Port Các gói ,n Customer Instance Port sL phân lo i d ch v theo S-TAG, gói ,n Provider Network Port sL phân lo i theo B-DA+B-TAG+I-TAG - C u hình 256 lu ng: ó 128 lu ng i t@ Customer Instance Port ,n Provider Network Port, 128 lu ng khác i theo chi7u ng - c l i C u hình phát gói có chi7u dài ng u nhiên t-m 128 byte ,n 256 byte - Phát m?i lu ng gói d li u K!t qu# mong ,i • - Mong i k,t qu nh n c gói d li u không b l?i i v i m?i lu ng - Các lu ng i t@ Customer Instance Port ,n Provider Network Port sL c g6n thêm ph-n header c=a m ng PBBN g m có (I-TAG, B-TAG, B-SA, BDA) ph-n B-FCS c=a m ng PBBN, nh - c minh h a % hình bên d i Các lu ng i t@ Provider Network Port ,n Customer Instance Port sL l c b> ph-n header FCS c=a m ng PBBN GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n c 121 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN B-DA B-SA B-TAG I-TAG C-DA C-DA C-SA C-SA S-TAG S-TAG C-TAG C-TAG PAYLOAD PAYLOAD C-FCS C-FCS B-FCS Customer Instance Port Provider Network Port 78nh 7.5 -nh d ng gói chuy"n m ch gi2a Customer Instance Port Provider Network Port Giá tr- tr 6ng • - B-DA c u hình theo lu ng có d ng {32’hbbbb_aaaa, 4’h0, flow_id[11:0]} - B-SA c u hình theo lu ng có d ng {32’hbbbb_aaaa, 4’hf, flow_id[11:0]} - B-TAG c u hình theo lu ng có d ng {16’h88a8, 4’hx, flow_id[11:0]} - C-DA/C-SA c u hình theo lu ng có d ng {32’hcccc_aaaa, 4’h0, flow_id[11:0]} - S-TAG c u hình theo lu ng có d ng {16’h88a8, 4’hx, flow_id[11:0]} - C-TAG c u hình theo lu ng có d ng {16’h8100, 4’hx, flow_id[11:0]} - I-TAG = {I_PCP,I_DEI,I_RES1,I_RES2,I_SID}, v i I_SID = {16’hff00,flow_id[7:0]} GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n 122 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN 7.3.2 Th c hi0n ch y ki"m tra k!t qu# ( mô ph>ng chip ho t ng mode này, ch n `TESTCASE_ID = 1, m4 c'a s< l nh ánh l nh: Cmd>pbb traffic cfg user_pktnum 255 L nh sL kích ho t môi tr /ng verification cho phép phát d li u lu ng (0 ,n 255), m?i lu ng phát packet Sau ây k,t q=a thu c, ví d bi(u di n lu ng (flow) s Lu ng s hình Port s ( Customer Instance Port) cc u c chuy(n m ch ,n Port s (là Provider Network Port) • D ng vector file Testbench phát: GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n 123 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN Testbench thu: • D ng sóng PBBGE4 H (ng thu GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n 124 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN PBB4GE4 H (ng phát Hi"n th- k!t qu# • ( hi(n th k,t qu h /ng phát ánh l nh nh ã trình bày m.c 7.2.2 Các l nh sL hi(n th k,t qu phía phát thu i v i 256 lu ng, l y k,t qu m t vài lu ng nh 78nh 7.6 Nh n xét: T@ d ng vector file d ng sóng k,t q=a thu • c úng v i yêu c-u ã 2t ra, c th( là: - c chuy(n m ch t@ Port0 ,n Port2 (xem k,t qu vector file Lu ng s ho2c d ng sóng) - Gói c thêm vào tr /ng B-DA, B-SA, B-TAG, I-TAG, B-FCS (xem k,t qu vector file ho2c d ng sóng phát, thu) - Phát nh n = 256 lu ng m?i lu ng frame (xem c t packet_counter HInh 7.6) - Gói nh n c khơng b l?i (xem c t errorcnt b ng hi(n th tr ng thái phía thu 78nh 7.6) - Chiêu dài frame i vào Customer Instance Port 128 byte, chi7u dài frame i Provider Network Port 166 byte, nh v y frame ã c c ng thêm m t s tr /ng qu n lý m ng PBBN (xem k,t qu vector file) Các lu ng i t@ Provider Network Port ,n Customer Instance Port frame c tách b> tr /ng thu c m ng PBBN GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n 125 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN 78nh 7.6 K!t qu# mô phEng PBBG4G4 b(i ch@c n ng c)u n*i BEB, chuy"n m ch gi2a Provider Instance Port Provider Network Port GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n 126 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN 7.4 Ki"m tra Mode (1,3) PBB_002_MODE13 7.4.1 u c)u C.u hình • - C u hình Provider Instance Port, Provider Network Port Các gói ,n Provider Instance Port sL phân lo i d ch v theo I-TAG, gói ,n Provider Network Port sL phân lo i theo B-DA+B-TAG+I-TAG - C u hình 256 lu ng: ó 128 lu ng i t@ Provider Instance Port ,n Provider Network Port, 128 lu ng khác i theo chi7u ng - c l i C u hình phát gói có chi7u dài ng u nhiên t-m 128 byte ,n 256 byte - Phát m?i lu ng gói d li u K!t qu# mong ,i • - Mong i k,t qu nh n c gói d li u khơng b l?i i v i m?i lu ng - Các lu ng i t@ Provider Instance Port ,n Provider Network Port sL c g6n thêm B-TAG - Các lu ng i t@ Provider Network Port ,n Provdier Instance Port sL tách b> B-TAG GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n c 127 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN B-DA B-DA B-SA B-SA B-TAG I-TAG I-TAG C-DA C-DA C-SA C-SA S-TAG S-TAG C-TAG C-TAG PAYLOAD PAYLOAD C-FCS C-FCS B-FCS B-FCS Provider Instance Port Provider Network Port 78nh 7.7 -nh d ng gói chuy"n m ch gi2a Provider Instance Port Provider Network Port 7.4.2 Th c hi0n ch y ki"m tra k!t qu# ( mô ph>ng chip ho t ng mode này, ch n `TESTCASE_ID = 2, m4 c'a s< l nh ánh l nh: Cmd>pbb traffic cfg user_pktnum 255 L nh sL kích ho t môi tr /ng verification cho phép phát d li u lu ng (0 ,n 255), m?i lu ng phát packet Sau ây k,t q=a thu c, ví d bi(u di n lu ng (flow) s 70 Lu ng s 70 c u hình Port s ( Provider Instance Port) c chuy(n m ch ,n Port s (là Provider Network Port) • D ng vector file GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M c HVTH: L %ng Công Di n 128 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN Testbench phát: Testbench thu: GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n 129 • Thi,t k, c-u n i m ng PBBN D ng sóng Timing thu, phát PBBGE4 H (ng thu PBB4GE4 H (ng phát • Hi"n th- k!t qu# ( hi(n th k,t qu h /ng phát ánh nh GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M ã c trình bày m.c 7.2.2 HVTH: L %ng Công Di n 130 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN Các l nh sL hi(n th k,t qu phía phát thu i v i 256 lu ng, l y k,t qu m t vài lu ng nh sau: Nh n xét: T@ d ng vector file d ng sóng k,t q=a thu • c úng v i yêu c-u ã 2t ra, c th( là: - Lu ng s c chuy(n m ch t@ Port1 ,n Port3 (xem k,t qu vector file ho2c d ng sóng phát, thu) - Các gói c thêm vào tr /ng B-TAG (xem k,t qu vector file ho2c d ng sóng) - Phát nh n = s l ng frame ã c c u hình, gói nh n c khơng b l?i GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n 131 Ch ng K T LU N VÀ H Thi,t k, c-u n i m ng PBBN NG PHÁT TRIGN TÀI 8.1 K!t lu n Qua hai trình ki(m tra ch ng (6,7), ta th y thi,t k, áp 1ng c m t s u c-u c=a mơt c-u n i m ng PBBN: K,t qu tng ch1c n ng áp 1ng ch y úng h? tr c lo i d ch v c=a m ng PBBN Chip PBB4GE4 có th( 2t l?i (trung tâm) m ng PBBN ( ho t biên m ng ( ho t c ng nh m t BCB cAng có th( 2t ng nh m t BEB Nh ng l ng công vi c nhi7u nên không th( ki(m tra toàn b nh ng yêu c-u mà tài ã 2t ra, nh ch a ki(m tra b ng thông, ch a ki(m tra tr /ng h p PBB4GE4 nh n c frame b l?i, … 8.2 H (ng phát tri"n tài Thi,t k, ã th3c hi n ph-n RTL code thông qua ki(m tra b0ng mô ph>ng nh ng v n ch a th3c s3 thành m t chip FPGA H ng phát tri(n ( tài có th( ki(m tra t t c ch1c n ng l i c=a chip mà lu n v n ch a hoàn thành c, ng th/i n p FPGA ( ki(m tra th/i gian th3c, th3c hi n k,t n i v i tester ( ki(m tra PBB4GE4 ã th3c hi n úng chu5n có th( áp d.ng th3c t, Ngồi chip có th( c b< sung thi,t k, ( h? tr ch1c n ng nh : Multicast, Learning MAC, … ây cAng nh ng ch1c n ng quan tr ng c=a m t c-u n i m ng chuy(n m ch gói GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Công Di n 132 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN TÀI LI U THAM KH$O [1] IEEE 802.1 Working Group, June 2004, IEEE Std 802.1D™- 2004, Media Access Control (MAC) Bridges [2] IEEE 802.1 Working Group, 2005, IEEE Std 802.1Q™-2005, Virtual Bridged Local Area Networks [3] IEEE 202.1 Working Group, May 12 2005, IEEE P802.1ad/D5.1, Virtual Bridged Local Area Networks- Provider Bridges [4] IEEE 802.1 Working Group, March 2007, IEEE P802.1ah/D3.4, Virtual Bridged Local Area Networks– Provider Backbone Bridges [5] Nortel Networks, 2006, Adding Scale, QoS and Operational Simplicity to Ethernet, http://www.nortel.com/solutions/collateral/nn115500.pdf [6] Nortel Networks, 2007, Provider Backbone Bridges Bring Massive Service Scalability to Ethernet, http://www.nortel.com/solutions/collateral/nn120620.pdf [7] Worldwide Packets, 2007, Provider Backbone Transport of Carrier Ethernet Services, http://www.wwp.com/technology/white-papers/WWP-Provider- Backbone-Transport.pdf [8] TPACK PBB-TE, PBT, Carier Grade Ethernet Transport Version Update June 2007,http://www.tpack.com/fileadmin/user_upload/Public_Attachment/PBT _WP_v2_web.pdf [9] G.A van Malenstein, B ICT and C Steenbeek, B ICT, PBT Network Hostto-Host connections through SURFnet6, http://staff.science.uva.nl/~delaat/sne-2006-2007/p34/report.pdf [10] Metro Ethernet Deployment with Siemens PBB-TE Metro Ethernet Deployment with PBB-TE Date: 13.03.2007 Copyright © Siemens COM FN GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M A SB, HVTH: L %ng Công Di n 133 Thi,t k, c-u n i m ng PBBN http://optical.usa.siemens.com/carrierethernet/downloads/Metro%20Ethernet %20Deployment%20with%20Siemens%20PBB-TE.pdf [11] IEEE 802.3 2000, Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications [12] Operation of Modified Deficit Round Robin in M-Series Routers Juniper Networks, Inc http://www.juniper.net/solutions/literature/app_note/350061.pdf [13] Efficient Per-Flow Queueing in DRAM at OC-192 Line Rate using Out-ofOrder Execution Techniques Aristides A Nikologiannis Institute of Computer Science (ICS) Foundation of Research & Technology – Hellas (FORTH) [14] Resilient packet ring (RPR) access method and physical layer specifications IEEE 802.17-2004 GVHD: T.S Nguy n Th Nh Anh Th.S H Trung M HVTH: L %ng Cơng Di n LÝ LHCH TRÍCH NGANG H tên: L %ng Công Di n Ngày, tháng, n m sinh: 30/08/1979 N%i sinh: Tuy Hòa, Phú Yên a ch& liên l c: 214/C54 Ter, F Nguy n C Trinh, Nguy n Trãi, Qu n 1, Tp.HCM, i n tho i: (08) 8370336 (Cell Phone: 0903 188142) Email: luongcongdien@gmail.com, dienlc@atvn.com.vn Quá trình t o: T@ 1998 ,n 2003 t i tr /ng i h c Bách khoa Tp.HCM, chuyên ngành i n t'-Vi n thông T@ n m 2006 ,n nay, h c cao h c theo ch %ng trình t o sau i h c t i tr /ng HBK Tp.HCM Q trình cơng tác: Làm vi c v i vai trò k s thi,t k, ASIC t i Công ty Arrive Technologies Vi t Nam, T-ng 10, Tịa nhà E-town, 364-C ng Hịa, Q.Tân Bình, Tp.HCM ... m ng PBBN Provider Backbone Bridge Network (PBBN) Backbone Core Bridge (BCB) Backbone Edge Bridge (BEB) I type Backbone Edge Bridge (I-BEB) IB type Backbone Edge Bridge (IB-BCB) B type Backbone. .. k,t m ng nhà cung c p d ch v m ng /ng tr.c PBBN (Provider Backbone Bridged Network) Thi,t k, RTL dùng ngôn ng verilog, cài 2t FPGA C s : PBB (Provider Backbone Bridges) m t k thu t m i c=a Ethernet... n i m ng PBBN THU T NG% VI T T T B-Comp B-component B-DEI Backbone VLAN Drop Eligible Indicator B-DA Backbone Destination Address B-MAC Backbone MAC B-SA Backbone Source Address B-SID Backbone