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João Pedro Correia Amarante
1 Aceleradores para Análise de Rede VISÃO GERAL DAS FUNCIONALIDADES ACELERAÇÃO INTELIGENTE PLUG-AND-PLAY A família de aceleradores Napatech suporta um conjunto de características comuns e uma arquitetura de software de driver, possibilitando o suporte plug-and-play para qualquer combinação de aceleradores. O conjunto de recursos inteligentes desonera o processamento e análise de dados Ethernet a partir do software e ao mesmo tempo garante a utilização ideal dos recursos do servidor-padrão, proporcionando uma aceleração eficaz da aplicação. DESCRIÇÕES DAS CARACTERÍSTICAS Gerenciamento de fragmento IP Identificação e distribuição de fragmentos IP Identificação de fluxo Identificação de fluxo com base em chaves de hash Múltiplas chaves de hash específicas para protocolos Seleção dinâmica de chaves de hash Chaves de hash configuráveis Chave de correlação Filtragem de frame e fluxo Filtros configuráveis Filtros por porta, protocolo e tamanho Filtros de correspondência de IP Filtros de comparação de padrão Coloração Carimbo de tempo por hardware Carimbo de tempo de 4 ns Injeção de carimbo de tempo Sincronização de tempo por hardware Sincronização de tempo GPS, CDMA e IEEE 1588 Suporte onboard ao IEEE Processamento de frames Mesclagem de dados de várias portas e vários aceleradores Buffer de frames Classificação de frames Informação de frame e protocolo Fatiamento fixo, dinâmico e condicional Deduplicação Checksum IP/UDP/TCP e Ethernet FCS Distribuição multicpu inteligente Distribuição de dados configurável Estatísticas avançadas Estatísticas RMON1 de porta Estatísticas avançadas Sensores de monitoramento Sensores de potência e temperatura Transmissão gerenciada Decisão de transmissão de frame em um único passo Transmissão sincronizada Retransmissão local Controle de Intervalo entre Frames (Inter-Frame Gap IFG) Geração de checksum IP/UDP/TCP e Ethernet FCS Suporte a tunelamento Processamento de frames na parte interna do túnel Suporte de túnel GTP e IP-em-IP Processamento de frames na parte interna do túnel Fatiamento de cabeçalhos e do payload dos pacotes Filtragem por cabeçalhos e por payload dos pacotes Bypass programável Tolerância a falhas utilizando a função bypass Aviso legal: Este documento destina-se apenas a fins informativos. Qualquer informação contida no mesmo é considerada fidedigna. Contudo, a Napatech não assume nenhuma responsabilidade pela precisão da informação.a Napatech reserva-se o direito de alterar o documento e os produtos descritos sem aviso prévio. A Napatech e os autores se isentam de toda e qualquer responsabilidade. A Napatech é uma marca registrada utilizada sob licença pela Napatech A/S. Todos os outros logotipos, marcas comerciais e marcas de serviço são da propriedade dos respectivos terceiros. Copyright Napatech A/S Todos os direitos reservados. DN-0530 Rev. 19
2 DESCRIÇÕES DAS CARACTERÍSTICAS MAC IP UDP/TCP/GRE/SCTP Dados de payload MAC CRC ISL VLAN(s) VLAN(s) Rótulos Rótulos MPLS Opções Opções Rótulos MPLS Opções IP IP Opções TCP IP TCP GTP ISL CRC Rótulos MPLS MPLS TCP Os aceleradores Napatech decodificam todos os frames, independentemente do encapsulamento, e podem identificar fluxos com base em informações de cabeçalho definidas pelo usuário. CARIMBO DE TEMPO POR HW Carimbo de tempo de alta precisão com uma resolução de 4 ns, aplicado a todos os frames recebidos pelo adaptador. O acelerador também oferece suporte à inserção de carimbos de tempo de alta precisão de 64 bits nos frames transmitidos. O carimbo de tempo é inserido de acordo com um offset definido pelo usuário. É fornecido suporte para 6 formatos diferentes de carimbo de tempo de 64 bits: Formato nativo de livre execução com uma precisão de 10 ns 2 formatos Windows com precisão de 10 ns ou 100 ns Formato nativo UNIX com uma precisão de 10 ns 2 formatos PCAP com precisão de 1 ns ou 1000 ns INJEÇÃO DE CARIMBO DE TEMPO Um carimbo de tempo pode ser injetado no payload de um pacote durante a transmissão. Ao fornecer um offset, o carimbo de tempo pode ser injetado em um ponto conveniente dentro do pacote. Como o carimbo de tempo injetado mostra a hora que o pacote foi transmitido, pode ser usado para medir o atraso ou a latência de uma rede. O receptor do pacote pode comparar o carimbo de tempo injetado com o carimbo de tempo do pacote. Isso mostra quanto tempo o pacote esteve em trânsito do transmissor ao receptor. O suporte onboard ao IEEE permite a sincronização do acelerador Napatech em distâncias mais longas do que a restrição de 20 m dos cabos coaxiais - até 100 metros para conexões diretas e mais para redes comutadas. Os aceleradores Napatech com suporte onboard ao IEEE incluem suporte a perfis padrão, de telecomunicações (ITU-1 G ) e de energia (IEEE-C37.238). Os aceleradores podem ser usados como mestre ou escravo no perfil padrão ou como escravo nos perfis de telecomunicações e de energia. Esses aceleradores também oferecem a possibilidade de especificar um filtro de variação de atraso de pacote (PDV) para aprimorar a sincronização de tempo em uma rede não sensível a PTP. Os aceleradores com suporte onboard ao IEEE também fornecem características adicionais para uma melhor sincronização de tempo. Estas incluem a capacidade de sincronizar o horário do SO do servidor principal com o horário obtido através do sinal PTP, assim como a capacidade de gerar uma saída PPS para sincronização de equipamento de terceiros que não suporta PTP diretamente. A Napatech oferece uma solução completa de PTP, incluindo hardware e software baseados na pilha PTP. SINCRONIZAÇÃO DE TEMPO POR HW O carimbo de tempo do acelerador pode ser sincronizado com o de outro acelerador ou com fontes externas: Sincronização com antenas GPS e outras fontes externas de tempo PPS Sincronização de tempo com mestres PTP Sincronização de tempo via HW de acelerador a acelerador de forma interna, externa ou com um cascateamento de aceleradores Sincronização de tempo do SO com ajuste de desvio dinâmico Sincronização de tempo de livre execução PROCESSAMENTO DE FRAMES MESCLAGEM DE DADOS DE VÁRIAS PORTAS E VÁRIOS ACELERADORES No caso de aceleradores com várias portas, é possível combinar os dados recebidos em várias portas em um único fluxo de dados para processamento posterior. Essa funcionalidade é útil para analisar ambas as direções de recepção e transmissão de uma conexão, em casos onde os dados das direções de recepção e transmissão são recebidos por portas diferentes. Com o pacote de software da Napatech, é possível mesclar os fluxos de dados de vários aceleradores em um único fluxo de dados para análise. SUPORTE ONBOARD AO IEEE (PTP V2) O suporte onboard ao IEEE permite conexão com uma rede PTP e sincronização com um mestre PTP diretamente a partir de um acelerador Napatech. BUFFER DE FRAMES Os buffers de memória do acelerador de rede permitem que os frames sejam armazenados durante situações de microbursts ou de congestão do barramento PCI Express.
3 CLASSIFICAÇÃO DE FRAMES O decodificador de frames do acelerador garante o reconhecimento de todos os principais protocolos das camadas 2 a 4. As informações de classificação de frames são fornecidas juntamente com cada frame, incluindo informações de offset para o cabeçalho do protocolo encapsulado e para o payload. Isso proporciona níveis substanciais de desoneramento de processamento e aceleração de análises. A informação de classificação do frame pode ser usada para: Encontrar cabeçalhos de protocolos e dados de payload em localizações dinâmicas Filtragem avançada Seleção dinâmica de chaves de hash (por frame) Fatiamento dinâmico Distribuição multicpu inteligente INFORMAÇÃO DE FRAME E PROTOCOLO Para cada frame Ethernet recebido, são disponibilizadas informações de frame e protocolo para a aplicação no servidor. Isso acelera o processamento de cada frame. As informações disponíveis incluem: Informação de alta precisão sobre o carimbo de tempo Informações de protocolo, por exemplo, IPv4, IPv6, UDP, TCP, GRE, SCTP, PPPoE, EtherIP e GTP Informação de encapsulamento: ISL, VLAN e MPLS Informações de chave de hash: valor e tipo de chave de hash Offsets de payload do início das camadas L3, L4 e L5 Coloração/marcação (rotulagem): marcas definidas (rótulos definidos) por filtros Marcações de erro de checksum: Ethernet, IP, TCP, UDP CHECKSUM IP/UDP/TCP E ETHERNET FCS Para cada frame recebido, a Sequência de Verificação de Frames Ethernet (FCS) é verificada, assim como as informações de checksum nos cabeçalhos de IP, UDP e TCP. No caso de aplicações em linha, a FCS e o checksum podem ser reutilizados ou renovados conforme exigido. SUPORTE A TUNELAMENTO SUPORTE DE TÚNEL GTP E IP-EM-IP O reconhecimento de encapsulamentos de túnel permite uma distribuição eficaz da carga de CPU com base no conteúdo do túnel e não no próprio túnel. Isso é particularmente útil para a análise de tráfego em redes de backbone de telecomunicações usando GTP ou IP-em-IP, ou em redes corporativas usando IP-em-IP. PROCESSAMENTO DE FRAMES INTERNOS AO TÚNEL Para tráfego em túneis, é importante analisar o conteúdo dos túneis, em vez do próprio túnel, incluindo métodos para redução da quantidade de tráfego para análise usando fatiamento e filtragem: Fatiamento de cabeçalhos de pacotes encapsulados e payload Filtragem por cabeçalhos de pacote encapsulados e payload GERENCIAMENTO DE FRAGMENTO IP Os aceleradores Napatech conseguem identificar pacotes IP fragmentados e garantir que os fragmentos associados sejam distribuídos ao mesmo host buffer. Isso ajuda a acelerar o processo de remontagem IP pelo aplicativo. Fragmentos fora da sequência também são identificados e tratados pelo acelerador de rede. FATIAMENTO Com a funcionalidade de fatiamento, é possível cortar frames para que apenas as informações essenciais sejam analisadas. Isso reduz a carga de processamento, o que aumenta o desempenho. Vários tipos de fatiamento são suportados: Fatiamento fixo: Truncamento de frames em um tamanho máximo Fatiamento dinâmico: Truncamento de frames em um tamanho dinâmico relativo a um protocolo específico, por exemplo, payload IP + 16 bytes Fatiamento condicional: Fatiamento fixo ou dinâmico com propriedades baseadas na decodificação de frames DEDUPLICAÇÃO Por vezes, ao analisar o tráfego de rede, são recebidas grandes quantidades de frames duplicados. Os aceleradores Napatech possuem uma funcionalidade em hardware capaz de reconhecer e remover frames duplicados. Isso economiza uma quantidade substancial de ciclos da CPU no servidor. IDENTIFICAÇÃO DE FLUXO IDENTIFICAÇÃO DE FLUXO COM BASE EM CHAVES DE HASH São utilizadas informações de classificação de frame para calcular uma chave de hash para cada frame recebido. Frames com a mesma chave de hash podem ser tratados como um fluxo e processados apropriadamente. MÚLTIPLAS CHAVES DE HASH ESPECÍFICAS PARA PROTOCOLOS O cálculo da chave de hash baseia-se em combinações de dados específicos do cabeçalho. A Napatech suporta até 17 tipos diferentes de chave de hash baseados no tipo de protocolo encapsulado no frame Ethernet. As chaves de hash de protocolos específicos permitem que fluxos sejam estabelecidos de acordo com o tipo de protocolo a ser analisado. SELEÇÃO DINÂMICA DE CHAVES DE HASH Uma vez que os tipos de chaves de hash são específicos de cada protocolo, o acelerador de rede pode selecionar dinamicamente o tipo certo de chave de hash para cálculo baseando- -se nas informações fornecidas pelo decodificador de frames.
4 CHAVES DE HASH CONFIGURÁVEIS Além das chaves de hash de protocolo incorporadas aos aceleradores Napatech, também é possível configurar chaves de hash com base nos campos dos cabeçalhos de protocolo encapsulados. Isso permite a identificação de fluxos específicos e a distribuição da carga de processamento de CPU a ser otimizada de acordo com o tráfego predominante. CHAVE DE CORRELAÇÃO Com os aceleradores Napatech, é possível gerar uma chave de correlação que pode ser usada para monitorar pacotes individuais em vários pontos da rede. A chave de correlação é um identificador único para pacotes individuais e pode ser usada como uma alternativa a endereços IP de origem e destino quando a conversão de endereços de rede pode alterar endereços IP na rede sendo monitorada. Com a chave de correlação, é possível medir a latência de pacotes individuais em vários pontos da rede. FILTRAGEM DE FRAME E FLUXO FILTROS CONFIGURÁVEIS Estão disponíveis 64 filtros avançados programáveis, com uma flexibilidade excepcional na maneira como eles são especificados, combinados e controlados. Os filtros são configurados através de uma Linguagem de Programação Napatech (NTPL) de fácil utilização. O aplicativo do cliente pode alterar os filtros em tempo real. O filtro lógico programável foi construído em cima das capacidades de decodificação de protocolo avançado. Isso garante que a aplicação sempre obterá pacotes correspondentes ao protocolo solicitado, mesmo sob condições muito diversificadas. Utilizando um único filtro, o acelerador é capaz de capturar, por exemplo, todos os pacotes TCP/IP com um endereço IP de origem específico, mesmo quando os pacotes são encapsulados em ISL, VLAN ou MPLS e/ou contêm opções IP/TCP. Resumindo, um único filtro fornecerá a saída correta sob condições de tráfego diferentes. Os aceleradores Napatech têm 64 blocos de filtro programáveis, que podem ser combinados de diversas maneiras. FILTROS POR PORTA, PROTOCOLO E TAMANHO A filtragem pode ser feita considerando a porta onde os frames são recebidos, as informações de protocolo do decodificador de frames e o tamanho dos frames recebidos. FILTROS DE CORRESPONDÊNCIA DE IP A filtragem pode ser feita considerando os endereços IP de origem e destino dos pacotes recebidos, incluindo pacotes em túneis. Dois grupos de correspondência de endereços IP estão disponíveis, com suporte aos protocolos IPv4 e IPv6. Para a filtragem de pacotes em túneis, um grupo de correspondência de endereços IP pode ser utilizado para Número da porta Filtro Dados do pacote Offset do protocolo Função de comparação de padrão Função de fatia Indicações do protocolo Função de protocolo Informações de fatiamento Frame da rede Decodificador de frames Tamanho do dado Função de comparação de tamanho Função de agrupamento Prioridade do filtro Distribuição inteligente para várias CPUs Para buffer do host Indicações de erro Função de erro Chave de hash Indicações de correspondência de IP Função de correspondência de IP Frame Ethernet
5 identificar endereços IP externos e o outro pode ser usado para identificar endereços IP internos. Os endereços IP podem ser especificados como endereços individuais IPv4 ou IPv6 ou faixas de endereços. Os conjuntos de contadores são sempre fornecidos como uma imagem instantânea consistente carimbada por um r elógio de 64 bits com alta precisão e podem ser sincronizados com os frames Ethernet fornecidos para análise. FILTROS DE COMPARAÇÃO DE PADRÃO O recurso de comparação de padrão permite a identificação de frames mediante a aplicação de um padrão de dados definido pelo usuário com máscaras de bits em offsets específicos no frame. Um único frame pode ser comparado a vários padrões de dados. COLORAÇÃO Os frames filtrados podem ser marcados com um ID "colorido" para identificar o filtro que encaminhou o frame. O ID colorido pode ser utilizado para otimizar aplicações que desempenham processamentos diferentes em diferentes tipos de frames. DISTRIBUIÇÃO MULTI-CPU INTELIGENTE A divisão de buffer para múltiplascpus permite que os aceleradores posicionem frames capturados em 1 a 128 host buffers. O cliente pode configurar o tamanho dos host buffers de 16 MB a 128 GB, e a forma como os dados são posicionados nos host buffers, com base nos resultados obtidos do filtro lógico, números de portas e/ou valores de chave de hash gerados (fluxos). A funcionalidade avançada de divisão de buffer Multi-CPU e a opção de distribuição de tráfego para até 128 núcleos de CPU melhoram significativamente o desempenho de cache da CPU, enviando sempre os mesmos fluxos e os mesmos tipos de frames para as mesmas CPUs. ESTATÍSTICAS AVANÇADAS ESTATÍSTICAS DE PORTA RMON1 Os aceleradores Napatech fornecem contadores RMON1 (RFC2819) para cada porta. ESTATÍSTICAS AVANÇADAS DE PORTA Além das estatísticas RMON1 de porta, o hardware do acelerador gera uma grande quantidade de contadores de estatísticas adicionais, que ficam disponíveis independentemente do tráfego ser enviado ou não. Isso permite que os aplicativos do cliente realizem uma análise abrangente de tráfego de rede com uma carga de CPU extremamente baixa. Estão disponíveis dois tipos de contadores de estatísticas: Conjuntos grandes: Estão disponíveis contadores RMON1 (RFC2819) com extensão de frame jumbo para frames capturados e rejeitados, com funcionamento por porta. Conjuntos normais: Estão disponíveis contadores de frames e de bytes para frames bons e ruins com funcionamento por filtro (cor) e por host buffer. SENSORES DE MONITORAMENTO Os sensores dos aceleradores permitem um monitoramento extensivo de: Nível de temperatura de PCB com alarme Nível de temperatura de FPGA com alarme e desligamento automático Temperatura de componentes críticos Temperatura de uma porta óptica individual ou nível de luz com alarme Tensão ou corrente acima da faixa com alarme Velocidade da ventoinha com alarme Estado do link Ethernet por porta Estado e sincronização de perda de tempo O estado do sistema é indicado por LEDs na parte da frente do acelerador. Possíveis alarmes e códigos de erro são armazenados no acelerador, permitindo a resolução posterior dos problemas. TRANSMISSÃO GERENCIADA DECISÃO DE TRANSMISSÃO DE FRAME EM UM ÚNICO PASSO Os frames recebidos podem ser transmitidos com rapidez e facilidade utilizando um único comando. Um indicador de transmissão pode ser configurado para transmitir o frame imediatamente ou para utilizar o temporizador de recepção. TRANSMISSÃO SINCRONIZADA A transmissão e reprodução de tráfego são controladas por relógios de transmissão. Assim, torna-se possível obter uma transmissão sincronizada e coordenada ao longo de várias portas e aceleradores quando os seus relógios de carimbo de tempo estiverem sincronizados. Também é possível obter uma transmissão sincronizada ao longo de vários dispositivos e localizações geográficas utilizando sincronização de tempo. Isso faz com que esta seja uma escolha ideal para geração de tráfego e captura de aplicações para reprodução de tráfego. RETRANSMISSÃO LOCAL A retransmissão local permite redirecionar automaticamente fluxos de dados recebidos para retransmissão para uma ou várias portas do mesmo acelerador. A seleção de frames e portas para retransmissão é feita usando lógica de filtragem. É possível retransmitir e analisar frames ao mesmo tempo para aplicativos que precisam fornecer os mesmos dados a vários dispositivos de análise. Nesse caso, os dados para análise podem ser selecionados usando lógica de filtragem e encaminhados a um ou mais dispositivos externos.
6 CONTROLE DE INTERVALO ENTRE FRAMES (INTER-FRAME GAP IFG) No caso de frames transmitidos, o tempo de transmissão pode ser controlado ajustando o IFG. Os frames podem ser transmitidos com o IFG original, ou o IFG pode ser aumentado ou diminuído, conforme exigido pelo aplicativo. GERAÇÃO DE CHECKSUM IP/UDP/TCP E ETHERNET FCS O acelerador de rede pode gerar automaticamente a sequência da checksum de frames Ethernet e as informações de checksum nos cabeçalhos de IP, UDP e TCP para cada frame transmitido. BYPASS PROGRAMÁVEL Para aplicações em linha, é exigido um mecanismo de tolerância a falhas para garantir a continuidade do tráfego de dados no caso de falha de um dispositivo. A Napatech fornece uma funcionalidade de bypass programável que permite ao usuário programar diferentes modos de operação, seja para ligamento ou desligamento, incluindo um timer de watchdog para recuperação automática pós-falha. A funcionalidade de bypass programável é fornecida independentemente para cada porta ou par de portas suportado pelo acelerador. Estão disponíveis três modos: Modo normal, onde a porta é conectada ao PHY do acelerador Modo bypass, onde o par de portas é interconectado Modo de desconexão, onde o par de portas é desconectado O timer de watchdog com intervalo de tempo limite programável por software funciona independentemente em cada par de portas. PERFIL DA EMPRESA A Napatech é líder mundial em aceleração de aplicativos de gerenciamento e segurança de rede. À medida que o volume de dados e a complexidade crescem, o desempenho desses aplicativos precisa estar à frente da velocidade das redes para poder cumprir suas funções. Tornamos isso possível, mesmo para as redes mais exigentes nos setores de serviços financeiros, telecomunicações, corporativos e governamentais. Agora e no futuro, possibilitamos que os aplicativos dos nossos clientes processem mais rapidamente do que as redes que precisam gerenciar e proteger. Napatech. FASTER THAN THE FUTURE ACELERADORES NAPATECH NT100E3-1-PTP NT100E3-1-PTP-NEBS NT40E3-4-PTP NT40E3-4-PTP-NEBS NT40E2-1 NT20E3-2-PTP NT20E3-2-PTP-NEBS NT4E2-4-PTP
7 SUPORTE AOS RECURSOS DOS ACELERADORES NAPATECH Característica NT100E3-1-PTP NT100E3-1-PTP- NEBS NT40E2-1 NT40E3-4-PTP NT40E3-4-PTP- NEBS NT20E3-2-PTP NT20E3-2-PTP- NEBS NT4E2-4-PTP NT4E2-4T-BP NT4E-NEBS NT4E-4-STD Carimbo de tempo por HW ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Injeção de carimbo de tempo ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Sincronização de tempo por HW ü ü ü ü ü ü ü ü ü Suporte onboard ao IEEE (PTP v2) ü ü ü ü ü ü ü Processamento de frames ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Fatiamento ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Fatiamento fixo Deduplicação ü ü ü ü ü ü ü ü ü Suporte a tunelamento ü ü ü ü ü ü ü ü ü Fatiamento da parte interna do túnel ü ü ü ü ü ü ü ü Filtragem da parte interna do túnel ü ü ü ü ü ü ü ü Gerenciamento de fragmento IP ü ü ü ü ü ü ü ü ü Identificação de fluxo ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Chave de correlação ü ü ü ü ü ü Filtragem de frame e fluxo ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Filtros por porta, protocolo e tamanho ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Filtro de correspondência de IP ü ü ü ü ü ü ü ü Filtros de comparação de padrão ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Distribuição multicpu inteligente ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Número da porta Estatísticas avançadas ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Estatísticas ROMN1 de porta ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Sensores de monitoramento ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Transmissão gerenciada ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Transmissão sincronizada ü ü ü ü ü ü ü ü Geração de FCS e checksum ü ü ü ü ü ü ü ü ü ü Bypass programável ü Conformidade NEBS nível 3 ü ü ü
8 EUROPA, ORIENTE MÉDIO E ÁFRICA Napatech A/S Copenhague, Dinamarca Tel AMÉRICA DO NORTE Napatech Inc. Boston, Massachusetts Mountain View, Califórnia Washington D.C. Tel AMÉRICA DO SUL Napatech Brasil Ltda. São Paulo, Brasil Tel APAC Napatech Japan K.K. Tóquio, Japão Tel Napatech Korea Seul, Coreia do Sul Tel