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36
data/appendix/fast.tex
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@ -11,21 +11,21 @@ FAST开源项目的诞生与发展深受斯坦福大学Nick Mckeown教授在NetF
\begin{enumerate}
\item \textbf{FPGA：}FAST实现的核心载体是可编程FPGA，是用Verilog语言编程实现的硬件功能。FPGA的现场可编程特性为实现用户创新的网络架构、算法、实现机制提供了极大的灵活性，而且可以获得较高的性能，支持在实际网络中部署运行；
\item \textbf{Accelerated：}PGA实现的不是网络处理的全部功能，而是部分需要硬件加速的分组处理功能。FAST的核心是一套软硬件协同的分组处理模型，用户可以通过Verilog编程实现的硬件功能的加速，也可以在现有的FAST硬件平台的CPU上编程实现特定的分组处理功能；
\item \textbf{Accelerated：}FPGA实现的不是网络处理的全部功能，而是部分需要硬件加速的分组处理功能。FAST的核心是一套软硬件协同的分组处理模型，用户可以通过Verilog编程实现的硬件功能的加速，也可以在现有的FAST硬件平台的CPU上编程实现特定的分组处理功能；
\item \textbf{Switching：}AST面向的领域是网络交换领域，支持各种新型交换技术，如软件定义网络（SDN）、时间敏感网络（TSN）、网络安全一体化网络甚至是智能网卡的实现研究，而不是支持以人工智能（AI）为代表的应用加速；
\item \textbf{Switching：}FAST面向的领域是网络交换领域，支持各种新型交换技术，如软件定义网络（SDN）、时间敏感网络（TSN）、网络安全一体化网络甚至是智能网卡的实现研究，而不是支持以人工智能（AI）为代表的应用加速；
\item \textbf{plaTform：}与目前其他开源项目一样，FAST提供的是一个硬件平台无关的，支持用户通过软硬件编程实现其特定分组处理功能的环境。FAST通过提供标准的规范、开源的平台软硬件实现代码和demo应用，支持用户基于平台进行创新的应用开发和设备原型的快速实现。
\end{enumerate}
\subsection{FAST架构}
FAST平台的架构是一种通用多核CPU加FPGA形态的网络处理架构。通常对处理性能要求较高的分组处理功能由FPGA实现，对处理性能要求较低，实现复杂的功能可由CPU实现。用户既可通过扩展FPGA硬件流水线功能也可以通过CPU上编程实现对分组交换功能的扩充。该平台架构主要由硬件逻辑和软件逻辑两部分组成，实现软硬件耦合通信与支持软硬件可编程的网络创新实验系统。其中硬件包括平台相关的数据IO和FAST硬件逻辑。软件部分包括通用操作系统与FAST软件逻辑。FAST软件逻辑包括软件开发环境和UA程序。该平台，不仅支持FAST的UA编程开发，同时也支持通用Socket APP的开发与运行。
FAST平台的架构是一种通用多核CPU加FPGA形态的网络处理架构。通常对处理性能要求较高的分组处理功能由FPGA实现，对处理性能要求较低，实现复杂的功能可由CPU实现。用户既可通过扩展FPGA硬件流水线功能也可以通过CPU上编程实现对分组交换功能的扩充。该平台架构主要由硬件逻辑和软件逻辑两部分组成，实现软硬件耦合通信与支持软硬件可编程的网络创新实验系统。其中硬件包括平台相关的数据IO和FAST硬件逻辑。软件部分包括通用操作系统与FAST软件逻辑。FAST软件逻辑包括软件开发环境和UA程序。该平台不仅支持FAST的UA编程开发，同时也支持通用Socket APP的开发与运行。
FAST交换平台的实现不依赖特定的CPU与FPGA型号，但为了更好地提供交换功能扩充能力，保证软硬件协同分组处理的基本性能，FAST的交换平台必须具有如下两个特点：
\begin{enumerate}
\item \textbf{所有网络接口均与FPGA相连；}
进入交换平台的分组首先送FPGA处理，离开交换平台的分组最后由FPGA发出。这样有两个优点。一是交换平台可精确获取分组接收时间以及控制发送时间，实现类似1588透明时钟的控制，支持时间敏感交换；二是平台可以支持各种新型的分组格式，支持内容中心网络（ICN）等非IP交换。
进入交换平台的分组首先送FPGA处理，离开交换平台的分组最后由FPGA发出。这样有两个优点。一是交换平台可精确获取分组接收时间以及控制发送时间，实现类似1588透明时钟的控制，支持时间敏感交换；二是平台可以支持各种新型的分组格式，支持内容中心网络等非IP交换。
\item \textbf{FPGA通过高带宽总线与CPU连接。}
与传统交换芯片通过低带宽的SPI总线、以太网或是单Lane的PCIE总线与控制CPU连接不同，FAST平台中FPGA通过高带宽的总线与CPU连接，提升软硬件协同分组处理的性能，支持通过CPU软件对数据平面处理功能进行扩展。
@ -73,14 +73,14 @@ OpenBox-S4设备是一款严格遵照FAST原理与架构设计的通用多核CPU
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{f01}
\includegraphics[width=7.5cm]{f01}
\caption{OpenBox-S4设备前端图}
\label{fig:a:ob_f01}
\end{figure}
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{f02}
\includegraphics[width=7.5cm]{f02}
\caption{OpenBox-S4设备后端图}
\label{fig:a:ob_f02}
\end{figure}
@ -96,10 +96,10 @@ OpenBox-S4设备是一款严格遵照FAST原理与架构设计的通用多核CPU
设备使用标准USB口和Micro USB接口的线作为串口连接线，标准USB口连接在用户操作设备上，Mirco USB接口与设备对应串口连接。
\item 打开并配置串口工具。
在用户操作设备上打开串口工具，配置好相应串口参数后打开串口，即可通过串口管理设备。以putty为例，其配置参数如图\ref{fig:a:ob_f11}所示：
在用户操作设备上打开串口工具，选择串口模式，配置串口参数后点击打开按钮，即可通过串口管理设备。以putty为例，其配置参数如图\ref{fig:a:ob_f11}所示：
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=7cm]{f11}
\includegraphics[width=8cm]{f11}
\caption{串口工具参数配置图}
\label{fig:a:ob_f11}
\end{figure}
@ -115,7 +115,7 @@ OpenBox-S4设备是一款严格遵照FAST原理与架构设计的通用多核CPU
通过网连接连接设备，必须确保用户操作主机与设备管理网口在相同的网段，如不记得管理网口的IP，可以通过串口方式查看。设备默认网段为192.168.50.0网段，故用户操作主机的IP地址配置信息参考如图\ref{fig:a:ob_f12}所示：
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{f12}
\includegraphics[width=9cm]{f12}
\caption{网口连接的主机IP配置图}
\label{fig:a:ob_f12}
\end{figure}
@ -146,7 +146,7 @@ OpenBox-S4设备是一款严格遵照FAST原理与架构设计的通用多核CPU
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{f17}
\includegraphics[width=10.2cm]{f17}
\caption{二端主机PING通结果图（二层交换）}
\label{fig:a:ob_f17}
\end{figure}
@ -163,11 +163,11 @@ OpenBox-S4设备是一款严格遵照FAST原理与架构设计的通用多核CPU
\item OpenBox-S4上运行三层路由程序
　用串口或网线连接用户操作主机与设备，通过串口登录界面或网络登录界面控制设备，在界面终端输入命令：l3router，如图\ref{fig:a:ob_f19}所示：
　用串口或网线登录设备，在控制界面终端输入命令：l3router，如图\ref{fig:a:ob_f19}所示：
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=10cm]{f19}
\includegraphics[width=10.2cm]{f19}
\caption{运行三层路由程序}
\label{fig:a:ob_f19}
\end{figure}
@ -178,7 +178,7 @@ OpenBox-S4设备是一款严格遵照FAST原理与架构设计的通用多核CPU
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=9cm]{f20}
\includegraphics[width=10cm]{f20}
\caption{端主机PING通结果图（三层路由）}
\label{fig:a:ob_f20}
\end{figure}
@ -190,8 +190,8 @@ OpenBox-S4设备是一款严格遵照FAST原理与架构设计的通用多核CPU
\begin{enumerate}
\item 搭建SDN交换拓扑
SDN交换实验的两台测试主机可以随意连接到设备的数据接口位置（网口0到网口4均可），SDN控制器主机的网线一定要连接在设备的管理网口（MGMT）。控制器主机和测试主机的IP地址配置及连接拓扑如图\ref{fig:c:sdn-ob_sdn-topo}所示：
测试主机可以随意连接到设备的数据接口位置，
SDN控制器主机连接在设备的管理网口（MGMT）。控制器主机和测试主机的IP地址配置及连接拓扑如图\ref{fig:c:sdn-ob_sdn-topo}所示：
\item 在SDN控制器主机中启动SDN控制器
@ -199,7 +199,7 @@ SDN交换实验的两台测试主机可以随意连接到设备的数据接口
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=8cm]{f22}
\includegraphics[width=10cm]{f22}
\caption{启动floodlight控制器}
\label{fig:a:ob_f22}
\end{figure}
@ -210,7 +210,7 @@ SDN交换实验的两台测试主机可以随意连接到设备的数据接口
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=8cm]{f23}
\includegraphics[width=10cm]{f23}
\caption{运行SDN交换程序}
\label{fig:a:ob_f23}
\end{figure}
@ -232,7 +232,7 @@ SDN交换实验的两台测试主机可以随意连接到设备的数据接口
\begin{figure}[!ht]
\centering
\includegraphics[width=7cm]{f25}
\includegraphics[width=10cm]{f25}
\caption{端主机PING通结果图（SDN交换）}
\label{fig:a:ob_f25}
\end{figure}

2
data/ch_router-openbox/preface.tex
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@ -12,5 +12,5 @@
平台的软硬件逻辑代码开源免费，支持用户二次开发。
其基本使用方法见附录\ref{app:openbox}：《FAST平台介绍与操作说明手册》。
本实验指导书中选择了OpenBox-S4作为可编程网络设备实例，文档中简称为“可编程网络平台”，
在实验图中的图标记为为“FAST”，节点名称记为“OpenBox-S4”。
在实验图中的图标记为“FAST”，节点名称记为“OpenBox-S4”。

2
data/ch_router-openbox/sec_networking.tex
Unescape View File

@ -38,7 +38,7 @@
\label{subsec:c:router-ob:s:networking_requirement}
\begin{itemize}
\item 可编程网络平台两个，交换测试主机两台，网络配置与连接拓扑如
\item 可编程网络平台两个，测试主机两台，网络配置与连接拓扑如
图\ref{fig:c:router-ob_networking-topo}所示；
\item 串口线两根，网线三根；
\item 学生自研路由器程序。

7
data/ch_router-openbox/sec_router.tex
Unescape View File

@ -47,7 +47,7 @@
\label{subsec:c:router-ob:s:router_requirement}
\begin{itemize}
\item 可编程网络平台一个，路由测试主机两台，IP配置及连接拓扑如图\ref{fig:c:router-ob_router-topo}所示；
\item 可编程网络平台一个，测试主机两台，IP配置及连接拓扑如图\ref{fig:c:router-ob_router-topo}所示；
\item 串口线一根，网线两根；
\item 三层路由器框架源代码（开发环境与编译工具系统自带）。
\end{itemize}
@ -151,7 +151,7 @@
//查不到MAC，入队后学习MAC
Data Plane->port[0],NEIGH[1],IN QUEUE[1]
Data Plane->Active Thread on Port[0],QUEUE[1] len:2
//查询到MAC，直接封闭二层数据后发送
//查询到MAC，直接封装二层数据后发送
Data Plane->port[2],NEIGH[0],DMAC->B8:27:EB:C1:D1:39
Pack L2 on Port[2]
pkt_send_normal->0xb2c00468,outport:2,len:130
@ -200,8 +200,7 @@
\begin{enumerate}
\item 系统内核的FIB表是如何生成的？生成FIB表的路由协议有哪些，各适应哪些环境？
\item 什么是静态路由表？什么是动态路由表？
\item FIB表查表不命中如何处理？
FIB表指示的下一跳IP的MAC地址不存在如何处理当前分组数据？
\item FIB表查表不命中如何处理？下一跳IP的MAC地址不存在如何处理当前分组数据？
\item 本程序采用单核单线程处理多个端口的数据转发，如何改成多核多线程方式？
\end{enumerate}

2
data/ch_router-openbox/sec_switch.tex
Unescape View File

@ -170,7 +170,7 @@
\begin{itemize}
\item 其中，端口接收到报文时，终端会显示输入端口及源目的MAC地址内容；
\begin{code}[text]
inport:0,dstmid:129,len:102,dmac:33:33:00:00:00:02, smac:B8:27:EB:04:FC:F0
inport:0,dstmid:129,len:102,dmac:33:33:00:00:00:02,smac:B8:27:EB:04:FC:F0
\end{code}
\item 然后进入源MAC学习阶段，并更新MAC时间；
\begin{code}[text]

28
data/ch_sdn-openbox/sec_sdn.tex
Unescape View File

@ -50,7 +50,7 @@ SDN将传统的紧耦合网络设备拆分成了应用、控制和转发三层
\item \textbf{建立连接：}OpenFlow协议代理运行时，
交换机首先和控制器建立连接，
并发送OFP\_HELLO消息用以确认双方都支持的OFP协议版本信息；
并发送OFP\_HELLO消息用以确认双方都支持的OpenFlow协议版本信息；
\item \textbf{查询或设置数据：}
控制器通过OpenFlow的具体消息协议查询或设置交换机其他相关功能的数据，
如OFPT\_HELLO、OFPT\_ECHO\_REQUEST、OFPT\_PACKET\_IN、OFPMP\_DESC、
@ -97,7 +97,6 @@ SDN将传统的紧耦合网络设备拆分成了应用、控制和转发三层
\subsubsection{编译运行SDN交换机，验证交换机基本功能；}
请参考附录\ref{app:openbox}：《FAST平台介绍与操作说明手册》完成。
\subsubsection{基于SDN交换机源码，选择实现自己的协议功能；}
\begin{enumerate}
@ -134,7 +133,6 @@ SDN将传统的紧耦合网络设备拆分成了应用、控制和转发三层
root@HNXS-FAST:/home/hnxs/sdn#
\end{code}
\end{enumerate}
\subsubsection{运行修改后的交换机，再次验证SDN交换机的功能；}
\begin{enumerate}
\item 运行SDN交换机，交换机正常工作后输出如下：
@ -145,36 +143,30 @@ SDN将传统的紧耦合网络设备拆分成了应用、控制和转发三层
fastU->REG Version:20180827,OpenBox HW Version:2030200722
port_name:eth0,port:0
port_name:obx0,port:0
xofp uses obsolete (PF_INET,SOCK_PACKET)
port_name:obx1,port:1
port_name:obx2,port:2
port_name:obx3,port:3
fastU->librule version:20181015,Default Action:0x40000080
xofp)Connect to SDN Controller [ 192.168.1.3:6653 ] OK!
0_nms_of13)DELETE ALL RULE!
eth0 ADD!
obx0 ADD!
obx1 ADD!
obx2 ADD!
obx0(0x29008) Start...
obx2(0x2e100) Start...
obx3(0x30958) Start...
obx1(0x2b890) Start...
obx3 ADD!
\end{code}
\item 查看控制器界面基本信息，在浏览器打开控制器WEB网站http://192.168.1.3/ui/index.html，控制界面如图\ref{fig:c:sdn-ob_sdn-main}所示：
\begin{figure}[ht!]
\centering
\includegraphics[width=9cm]{sdn-main}
\includegraphics[width=11cm]{sdn-main}
\caption{SDN主界面信息}
\label{fig:c:sdn-ob_sdn-main}
\end{figure}
\item 查看连接交换机信息，如图\ref{fig:c:sdn-ob_sdn-switch}所示：
\begin{figure}[htp!]
\begin{figure}[H]
\centering
\includegraphics[width=9cm]{sdn-switch}
\includegraphics[width=11cm]{sdn-switch}
\caption{SDN交换机信息}
\label{fig:c:sdn-ob_sdn-switch}
\end{figure}
@ -182,15 +174,15 @@ SDN将传统的紧耦合网络设备拆分成了应用、控制和转发三层
\item 查看连接测试主机信息，SDN主机及连接信息如图\ref{fig:c:sdn-ob_sdn-host}所示：
\begin{figure}[htp!]
\centering
\includegraphics[width=9cm]{sdn-host}
\includegraphics[width=12cm]{sdn-host}
\caption{SDN主机信息}
\label{fig:c:sdn-ob_sdn-host}
\end{figure}
\item 查看端口状态与计数信息与流表信息，端口与流表信息如图\ref{fig:c:sdn-ob_port-flowtable}所示：
\item 查看端口状态与计数信息与流表信息，端口与流表信息如图\ref{fig:c:sdn-ob_port-flowtable}所示。交换机流表详细信息查询方法见下一小节描述。
\begin{figure}[htp!]
\centering
\includegraphics[width=9cm]{port-flowtable}
\includegraphics[width=12cm]{port-flowtable}
\caption{端口状态与流表计数信息}
\label{fig:c:sdn-ob_port-flowtable}
\end{figure}
@ -198,7 +190,7 @@ SDN将传统的紧耦合网络设备拆分成了应用、控制和转发三层
\item 查看网络拓扑信息，网络拓扑信息如图\ref{fig:c:sdn-ob_sdn-test-topo}所示：
\begin{figure}[htp!]
\centering
\includegraphics[width=9cm]{sdn-test-topo}
\includegraphics[width=10cm]{sdn-test-topo}
\caption{SDN网络拓扑信息}
\label{fig:c:sdn-ob_sdn-test-topo}
\end{figure}
@ -209,7 +201,7 @@ SDN将传统的紧耦合网络设备拆分成了应用、控制和转发三层
\item ping之前的流表信息为空，如图\ref{fig:c:sdn-ob_empty-flowtable}所示：
\begin{figure}[htp!]
\centering
\includegraphics[width=9cm]{empty-flowtable}
\includegraphics[width=10cm]{empty-flowtable}
\caption{空流表信息}
\label{fig:c:sdn-ob_empty-flowtable}
\end{figure}
@ -217,7 +209,7 @@ SDN将传统的紧耦合网络设备拆分成了应用、控制和转发三层
\item ping之后的流表信息，如图\ref{fig:c:sdn-ob_flowtable-ping}所示：
\begin{figure}[htp!]
\centering
\includegraphics[width=9cm]{flowtable-ping}
\includegraphics[width=10cm]{flowtable-ping}
\caption{ping通后流表信息}
\label{fig:c:sdn-ob_flowtable-ping}
\end{figure}

2
data/ch_sdn-openbox/sec_topo.tex
Unescape View File

@ -51,7 +51,7 @@ SDN交换机使用LLDP链路探测协议主要是通过PACKET\_OUT消息发送LL
则会学习到这两个交换机之间存在一条连接链路；
\item 网络设备信息学习：主机连接到交换机后，
主机端会主动构造一些广播报文发送到网络上，
这些报文会携带上本机的MAC地址和IP地址等信息
这些报文会携带上本机的MAC地址和IP地址等信息。
交换机接收到主机发送报文后，在其交换流表中找不到转发表项，
则会将该报文完整内容和其所输入的端口信息封装在OpenFlow协议的PACKET\_IN方法中，
将报文送到SDN控制器；控制器接收到该消息后，

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