Gigabit ethernet hardware sniffer for real-time systems

• Author(s): Varela, José Daniel Costa
• Date: 2011
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/8695
• Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
• Subject(s): Engenharia electrónica; Ethernet (Redes de computadores); Tráfego de redes
• Document Type: Master thesis
• Language: English

Description

As ferramentas habituais de análise do comportamento lógico e temporal de uma rede de comunicações, conhecidas popularmente por Sniffers, são satisfatórias para as redes de uso geral. No entanto, não correspondem aos requisitos concretos de alguns protocolos de tempo-real, nomeadamente no que concerne à resolução e precisão das medições dos instantes de transmissão e recepção de mensagens. Esta incapacidade tem a sua origem no facto de estas ferramentas serem aplicações em software, a correr em computadores comuns. Nestes, as suas características multitarefa e o próprio mecanismo de “time-stamping” das mensagens não são apropriados para requisitos de tempo-real. Como resposta a esta limitação, desenvolveu-se um Sniffer Ethernet em Hardware, recorrendo-se a FPGAs e a núcleos sintetizáveis de propriedade intelectual. A ferramenta desenvolvida é capaz de capturar tráfego Gigabit num segmento Ethernet realizando o time-stamping das mensagens em hardware. Os dados são depois transferidos para um computador novamente pela via Ethernet. Do lado do PC os dados são primeiro reconhecidos pelo popular software analisador de dados, Wireshark. Seguidamente, com recurso a ferramentas de software desenvolvidas, os dados são exportados e convertidos para um formato mais conveniente para serem analisados em ferramentas de cálculo. A ferramenta mostrou ser capaz de capturar todo o tráfego procedente de uma porta Ethernet com uma precisão temporal de 8ns e um jitter de 16ns.

The standard tools for analysis of the logical and temporal behavior of a communication network, commonly known as Sniffers, are satisfactory for general purpose networks. However, they are insufficient for the specific requisites of some real-time protocols, namely in what concerns the resolution and temporal precision associated with the time-stamping of the arriving messages. This incapacity has its source in the fact that these tools are software based, running in common computers. The way time-stamping ins performed on these machines, as well as the multitask features associated with them are not appropriate for the requisites of real-time systems. As an answer to this limitation, a Gigabit Ethernet hardware based was developed on an FPGA and making use of intellectual Property Cores. The tool developed is capable if capturing Gigabit Ethernet traffic on an Ethernet Link, measuring the time-stamping on hardware. The data is then transferred again through an Ethernet Port. On the PC side, all data is first captured by the popular software data analyzer, Wireshark. Next, making use of software tools developed, the data is exported to a convenient format, in order to be analyzed by math tools. The tool proved to be capable of capturing all the traffic coming from an Ethernet port with an 8ns resolution and 16ns jitter.