時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)能夠合并OT和IT世界,這將是真正確?;ゲ僮餍院蜆?biāo)準(zhǔn)化的創(chuàng)新性技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)的有效開發(fā)將顯著降低設(shè)備成本、維護(hù)、先進(jìn)分析服務(wù)的無(wú)縫集成以及減少對(duì)單個(gè)供應(yīng)商的依賴。為了在這些網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)確定性,需要控制連接到網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的延遲和帶寬,并預(yù)測(cè)其在擁堵和錯(cuò)誤情況下的行為。
RELY-TSN-LAB
時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具
RELY-TSN-LAB是一種新概念的測(cè)試工具,可以在不同的測(cè)試條件下測(cè)量設(shè)備或TSN網(wǎng)段的延遲和帶寬。
網(wǎng)絡(luò)中的接入方式
RELY-TSN-LAB
開始使用RELY-TSN-LAB的第一步是將設(shè)備連接到LAN段或被測(cè)設(shè)備上。RELY-TSN-LAB對(duì)從端口0收到的幀執(zhí)行所有操作,并將它們轉(zhuǎn)發(fā)到端口1,端口2的情況也一樣,但幀被轉(zhuǎn)發(fā)到端口3。端口1和端口3收到的所有流量都分別傳遞給端口0和端口2,沒(méi)有任何變化。在RELY-TSN-LAB中實(shí)現(xiàn)的框圖如圖1所示。
圖1RELY-TSN-LAB內(nèi)部結(jié)構(gòu)
01PL部分
SoC的可編程邏輯部分,該部分由兩個(gè)實(shí)驗(yàn)工具塊組成,執(zhí)行過(guò)濾、錯(cuò)誤注入、帶寬計(jì)量和延遲計(jì)量的功能。第一個(gè)Labtool通過(guò)port-0和port-1向LAN段或被測(cè)設(shè)備注入流量。第二個(gè)Labtool通過(guò)port-2和port-3工作,從局域網(wǎng)段或被測(cè)設(shè)備上獲取流量。此外,這兩個(gè)模塊都連接到第三個(gè)模塊,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的同步,以達(dá)到時(shí)間標(biāo)記的目的。
02PS部分
SoC 的處理系統(tǒng)部分,該部分通過(guò)內(nèi)部配置接口連接到 PL 部分。它還有一個(gè)稱為服務(wù)端口的外部連接,可用于配置設(shè)備和檢索存儲(chǔ)的 .CSV 文件。服務(wù)端口可以設(shè)置在與其他以太網(wǎng)端口不同的網(wǎng)絡(luò)中。
建議的測(cè)試設(shè)置如圖2所示。流量可以在進(jìn)入被測(cè)網(wǎng)絡(luò)之前以及在到達(dá)目的地之前再次被標(biāo)記、測(cè)量或損壞。
圖2LAB接入網(wǎng)絡(luò)方式
REL-TSN-LAB 對(duì)所有流量都是透明的(啟用錯(cuò)誤注入時(shí)除外)。僅添加了大約 1us 的延遲。該延遲在兩個(gè)方向上是對(duì)稱的。這允許出于同步目的而在沒(méi)有不對(duì)稱的情況下測(cè)量路徑延遲。
基本功能測(cè)試
RELY-TSN-LAB
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠P?/strong>
如下方的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠P停ㄒ妶D3),這里利用流量生成器(GEN)作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行流量發(fā)送,PC作為目的地,中間以一個(gè)交換機(jī)(BRIDGE)模擬大規(guī)模中間節(jié)點(diǎn),設(shè)備LAB則用于測(cè)量數(shù)據(jù)源到目的地之間的流量傳輸帶寬以及延遲。
圖3測(cè)試的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
注意:也可以用GEN剩余端口通過(guò)交換機(jī)向目的地PC發(fā)送多種不同類型的流量,通過(guò)配置過(guò)濾策略,根據(jù)不同的參數(shù)(IP 地址、以太網(wǎng)類型、內(nèi)容等)限制測(cè)量不同流量的帶寬和傳輸延遲。
GEN定義傳輸?shù)牧髁?/strong>
使用流量生成器產(chǎn)生流量傳輸,以便在REC中捕獲此流量類別,GEN傳輸參數(shù)設(shè)置如圖4所示。
圖4 GEN流量參數(shù)設(shè)置
dst_MAC_address_lo: 該MAC地址被設(shè)備用作生成的任何出站幀的目標(biāo)地址。這些位對(duì)應(yīng)于MAC地址的低部分(位31至0)。設(shè)置為目標(biāo)PC的0x5B893FBE。
dst_MAC_address_hi: 該MAC地址被設(shè)備用作生成的任何出站幀的目標(biāo)地址。這些位對(duì)應(yīng)于MAC地址的高部分(位47至32)。設(shè)置為目標(biāo)PC的0x80FA。
Frame Size:它指定要傳輸?shù)膸L(zhǎng)。這個(gè)大小從60字節(jié)增加到1518字節(jié)(沒(méi)有CRC字段)。定義為1500字節(jié)大小。
Ethertype: 它指定要傳輸?shù)膸囊蕴愋?。默認(rèn)值為0x000088FB。
Percentage: 它以百分比為單位定義了傳輸速率,它的粒度為一個(gè)單位。定義為千兆的百分30,即300兆速率。
Frame_tx_enable:設(shè)置為1,以啟用數(shù)據(jù)包傳輸。
LAB設(shè)備的帶寬測(cè)量
圖5顯示了每個(gè)TAP端口的狀態(tài),勾選“port enabled”對(duì)TAP端口進(jìn)行啟用。除此之外,每個(gè)端口還顯示了PHY的測(cè)量速度。
圖5使能TAP端口
如圖6所示,勾選“Bandwidth meter enabed”,開始啟用LAB設(shè)備的帶寬計(jì)量功能,能計(jì)算經(jīng)過(guò)兩個(gè)TAP之間的流量帶寬大小。
圖6 啟用LAB的帶寬計(jì)量
如圖7所示,通過(guò)使用過(guò)濾器選擇要在哪些幀上應(yīng)用帶寬計(jì)量功能,最多可以配置 4 個(gè)過(guò)濾器,每個(gè)過(guò)濾器都可以通過(guò)用戶設(shè)置的 ID 來(lái)識(shí)別。在其 ID 旁邊,有一個(gè)計(jì)數(shù)器,用于測(cè)量與過(guò)濾器集匹配的幀數(shù)量。當(dāng)相應(yīng)的啟用復(fù)選框被選中并按下應(yīng)用更改按鈕時(shí),將應(yīng)用過(guò)濾器。
注意:這使用全局過(guò)濾器(未進(jìn)行任何過(guò)濾參數(shù)設(shè)置,只使能過(guò)濾器)
圖7啟用LAB的帶寬計(jì)量過(guò)濾器
帶寬計(jì)量功能以及過(guò)濾器參數(shù)設(shè)置并啟動(dòng)后,如圖8所示,在“BANDWIDTH METER”就可以看到TAP0和TAP1端檢測(cè)出來(lái)的流量帶寬,都是300M大小,符合流量生成器(GEN)設(shè)置的數(shù)據(jù)傳輸大小。
圖8TAP測(cè)量得到的帶寬大小
設(shè)備的每個(gè)端口根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)記錄發(fā)送和接收的幀。這些計(jì)數(shù)器是環(huán)繞式計(jì)數(shù)器并具有復(fù)位功能。當(dāng)它們自然環(huán)繞、重置或重新啟動(dòng)設(shè)備時(shí),它們可以歸零。所有統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器都是只讀的,因此對(duì)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器的寫入嘗試將不成功。
圖9
為了檢查目的地PC接收的流量是否有誤,在PC端利用wireshark工具捕獲傳輸過(guò)來(lái)的流量,如圖10所示,通過(guò)對(duì)流量報(bào)文的解析以及帶寬的I/O統(tǒng)計(jì),對(duì)比GEN參數(shù)配置,捕獲的流量與發(fā)送的流量保持一致,證明LAB設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)一個(gè)透明設(shè)備的角色。
圖10PC端捕獲的傳輸流量
LAB設(shè)備的延遲計(jì)算
如圖11所示,定義將提取并存儲(chǔ)在設(shè)備中的時(shí)間戳幀的兩個(gè)段。其中,偏移量(offset)是指定要存儲(chǔ)幀字節(jié)的字節(jié)位置,字節(jié)數(shù)(Number of bytes)是指定要從指定偏移量存儲(chǔ)的幀字節(jié)數(shù)。
圖11 定義時(shí)間幀的提取字段
同理于帶寬計(jì)量過(guò)濾器設(shè)置,如圖12所示,幀時(shí)間戳同樣具有過(guò)濾器設(shè)置,這里直接勾選不做任何過(guò)濾參數(shù)設(shè)置,使能一個(gè)全局過(guò)濾器。
圖12啟用LAB的幀戳過(guò)濾器
如圖13所示,勾選“Frame timestamper enabled”,開始啟用LAB的延遲計(jì)算功能。并分別點(diǎn)擊TAP下方的“Download capturelife”開始捕獲帶有時(shí)間戳信息的幀,Web網(wǎng)頁(yè)會(huì)下載帶有.CSV后綴的文件,此文件用于計(jì)算TAP0和TAP1之間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膫鬏斞舆t。
圖13啟用LAB的延遲計(jì)算功能
如圖14所示,TAP0捕獲的CSV文件,文件中有之前設(shè)置的每個(gè)幀的偏移字段,以及在開頭當(dāng)中這個(gè)幀捕獲時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間戳信息,同理TAP1捕獲的CSV文件也一樣,延遲需要進(jìn)行計(jì)算兩個(gè)文件的信息。
圖14 捕獲的幀時(shí)間戳CSV文件
虹科方案
HongKe Solution
虹科是國(guó)內(nèi)為數(shù)極少的在OT領(lǐng)域深耕多年并技術(shù)經(jīng)驗(yàn)全面的供應(yīng)商,并積極推動(dòng)IT與OT的融合。為了,虹科攜手合作伙伴SoC-e/RELYUM為客戶提供多種TSN解決方案,包括評(píng)估套件、交換機(jī)、測(cè)試工具、記錄儀等硬件設(shè)備,以及IP核、配置軟件等產(chǎn)品。
審核編輯:湯梓紅
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原文標(biāo)題:虹科教您 | 可實(shí)現(xiàn)帶寬計(jì)量和延遲計(jì)算的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具RELY-TSN-LAB操作指南與基本功能測(cè)試
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