ОБРАБОТКА СЕТЕВЫХ ПОТОКОВ ДАННЫХ В РЕКОНФИГУРИРУЕМЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

  • И.И. Левин Южный Федеральный Университет
  • А. С. Котляров Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: Высокоскоростная обработка сетевых пакетов, реконфигурируемые вычислитель-ные системы, ПЛИС, метод конвейер в конвейере

Аннотация

Рассматривается возможность применения метода конвейер в конвейере для реше-ния задач обработки данных сетевого потока в темпе поступления. Данный метод позво-ляет минимизировать аппаратные затраты, если используются рекурсивные алгоритмы, например для задач шифрования или компрессии сетевого трафика. В этом случае новые данные нельзя подавать в обработку, пока не получен результат обработки предыдущих данных. Классическое решение предполагает параллельное использование нескольких уст-ройств, каждое из которых будет независимо обрабатывать свой поток данных. Метод конвейер в конвейере, позволяет использовать одно устройство для обработки, в которое подается множество независимых данных из параллельных потоков, однако такое реше-ние будет эффективно только для сетевых пакетов одного размера. Была предложена модификация данного метода, позволяющая обрабатывать пакеты данных разного разме-ра в темпе их поступления. Сетевые протоколы передачи данных требуют сохранения порядка следования пакетов, типовое решение предполагает использование диспетчера для оптимизации заполнения памяти буферов входных данных и дополнительных буферов после устройства обработки, синхронизирующих порядок пакетов. Для уменьшения расхода обо-рудования было представлено альтернативное решение, предполагающее использование одной памяти для хранения исходных и обработанных данных. Сетевые пакеты направля-ются в специальные блоки соединённые последовательно, состоящие из двухпортовой па-мяти и модуля управления потоками данных и состоянием памяти. Для исключения ситуа-ции переполнения памяти, предложено задействовать резервные блоки. Была приведена оценка минимальных аппаратных затрат ПЛИС для решения задач обработки сетевых пакетов рекурсивными алгоритмами на скорости 10 Гбит/с. Анализ результатов доказал эффективность предложенного метода, по сравнению с существующими решениями, по-зволяя на заданном объёме оборудования увеличить максимальную скорость обработки данных более чем в 2,5 раза. Рекомендуется использовать предложенную модификацию метода конвейер в конвейере для решения задач шифрования и компрессии данных в высо-коскоростных компьютерных сетях.

Литература

1. Таненбаум Э., Бос Х. Современные операционные системы. – 4-е изд. – СПб.: Питер, 2015. – 1120 с.
2. Таненбаум Э., Остин Т. Архитектура компьютера. – 6-е изд. – СПб.: Питер, 2013. – 816 с.
3. Таненбаум Э., Уэзеролл Д. Компьютерные сети. – 5-е изд. – СПб.: Питер, 2012. – 960 с.
4. Разработка и исследование метода повышения скорости передачи данных в мультисер-висных сетях на основе стека протоколов TCP/IP. – Режим доступа: https://www.dissercat.com/content/razrabotka-i-issledovanie-metoda-povysheniya-skorosti-peredachi-dannykh-v-multiservisnykh-se (дата обращения: 09.03.2018).
5. Некоторые аспекты высокоскоростной обработки трафика. – Режим доступа: http://lib.tssonline.ru/articles2/fix-op/nekotorye-aspekty-vysokoskorostnoy-obrabotki-trafika (дата обращения: 03.02.2018).
6. Взгляд в недра пакетов. https://www.osp.ru/lan/2012/09/13017526/ (дата обращения: 09.03.2018).
7. Руслан Смелянский (ЦПИКС) о будущем компьютерных сетей. – Режим доступа: https://sk.ru/news/b/press/archive/2012/11/07/ruslan-smelyanskiy-_2800_cpi-ks_2900_-o-buduschem-kompyuternyh-setey.aspx (дата обращения: 11.03.2018).
8. ASIC, как много в этом звуке. – Режим доступа: https://nag.ru/articles/reviews/15583/asic-kak-mnogo-v-etom-zvuke.html (дата обращения: 11.02.2018).
9. ASIC basics tutorial. – Режим доступа: http://www.radio-electronics.com/info/data/semicond/ asic/asic.php (дата обращения: 03.02.2018).
10. Гузик В.Ф., Каляев И.А., Левин И.И. Реконфигурируемые вычислительные системы: учеб. пособие / под общ. ред. И.А. Каляева. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2016. – 472 с.
11. Каляев И.А., Левин И.И., Семерников Е.А., Шмойлов В.И. Реконфигурируемые мульти-конвейерные вычислительные структуры. – 2-е изд., перераб. и доп. / под общ. ред. И.А. Каляева. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2009. – 344 с.
12. Дордопуло А.И. Каляев И.А., Левин И.И., Семерников Е.А. Семейство многопроцессор-ных вычислительных систем с динамически перестраиваемой архитектурой // Матер. научно-технической конференции «Многопроцессорные вычислительные и управляю-щие системы». – Таганрог, 2007. – С. 11-17.
13. Каляев И.А., Левин И.И., Семерников Е.А., Дордопуло А.И. Реконфигурируемые вычис-лительные системы на основе ПЛИС семейства VERTEX-6 // Тр. международной науч-ной конференции «Параллельные вычислительные технологии (ПАВТ’2011)». – 2011. – С. 203-211.
14. Обзор задач и методов их решения в области классификации сетевого траффика. – Ре-жим доступа: https://cyberleninka.ru/article/v/obzor-zadach-i-metodov-ih-resheniya-v-oblasti-klassifikatsii-setevogo-trafika (дата обращения: 10.02.2018).
15. Вирт Н. Алгоритмы и структуры данных. – М.: Мир, 1989. – 360 с.
16. Ватолин Д., Ратушняк А., Смирнов М., Юкин В. Методы сжатия данных. Устройство архиваторов, сжатие изображений и видео. – М.: ДИАЛОГ-МИФИ, 2002. – 384 с.
17. Шнайер Б. Прикладная криптография. Протоколы, алгоритмы, исходные тексты на язы-ке Си. – М.: Триумф, 2002. – 816 с.
18. Гаммирование с обратной связью. – Режим доступа: https://studfiles.net/preview/306576/ page:6/ (дата обращения: 23.04.2018).
19. Метод операционно-графового описания одновременных вычислений для многопроцес-сорных систем // Матер. Международной научно-технической конференции «Много-процессорные вычислительные и управляющие системы – 2007». – Таганрог: Изд во ТТИ ЮФУ, 2007. – Т. 1. – С. 278-284.
20. Kintex-7 FPGA Product Table. – Режим доступа: https://www.xilinx.com/support/ documen-tation/selection-guides/7-series-product-selection-guide (дата обращения: 14.11.2018).
Опубликован
2019-07-23
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ