Anpassung eines Netzwerkprozessor-Referenzsystems im Rahmen des MAMS-Forschungsprojektes Diplomarbeit an der Fachhochschule Hof Fachbereich Informatik / Technik Studiengang: Angewandte Informatik Vorgelegt bei von Prof. Dr. Dieter Bauer Stefan Weber Fachhochschule Hof Pacellistr. 23 Alfons-Goppel-Platz 1 95119 Naila 95028 Hof Matrikelnr. 00041503 Abgabgetermin: Freitag, den 28. September 2007 Hof, den 27. September 2007 Diplomarbeit - ii - Inhaltsverzeichnis Titelseite i Inhaltsverzeichnis ii Abbildungsverzeichnis v Tabellenverzeichnis vii Quellcodeverzeichnis viii Funktionsverzeichnis x Abkurzungen¨ xi Definitionen / Worterkl¨arungen xiii 1 Vorwort 1 2 Einleitung 3 2.1 Abstract ......................................... 3 2.2 Zielsetzung der Arbeit ................................. 3 2.3 Aufbau der Arbeit .................................... 4 2.4 MAMS .......................................... 4 2.4.1 Anwendungsszenario .............................. 4 2.4.2 Einführung ................................... 5 2.4.3 NGN - Next Generation Networks ....................... 5 2.4.4 Abstrakte Darstellung und Begriffe ...................... 7 3 Hauptteil 8 3.1 BorderGateway Hardware ............................... 8 3.1.1 Control-Blade - Control-PC .......................... 9 3.1.2 ConverGate-D Evaluation Board: Modell easy4271 ............. 10 3.1.3 ConverGate-D Netzwerkprozessor ....................... 12 3.1.4 Motorola POWER Chip (MPC) Modul ..................... 12 3.1.5 Test- und Arbeitsumgebung .......................... 13 3.2 Vorhandene Software / Werkzeuge .......................... 15 3.2.1 ConverGate-D Konfiguration .......................... 15 3.2.2 Das U-Boot (Universal Boot) .......................... 22 3.2.3 Buildroot: Cross-Compile-Umgebung ..................... 24 3.2.4 Embedded Linux ................................ 27 3.3 BorderGateway Software: Struktur .......................... 32 Inhaltsverzeichnis - iii - Fachhochschule Hof 3.4 BorderGateway Software: Spezifikation ........................ 34 3.4.1 Allgemeines ................................... 34 3.4.2 Fehlerbehandlung ............................... 35 3.4.3 Control-PC Schnittstelle ............................ 36 3.4.4 ConverGate-D Schnittstelle .......................... 54 3.4.5 Binärer Dateizugriff (BCFA) .......................... 62 3.4.6 Netzwerkpakete ................................ 65 3.5 BorderGateway Software: Implementierung ..................... 80 3.5.1 Allgemeines ................................... 80 3.5.2 Fehlerbehandlung ............................... 81 3.5.3 Control-PC Schnittstelle ............................ 82 3.5.4 ConverGate-D Schnittstelle .......................... 91 3.5.5 Binärer Dateizugriff (BCFA) .......................... 99 3.5.6 Netzwerkpakete ................................ 100 3.6 Modul- / System- / Integrationstests ......................... 108 3.6.1 Modul- und Funktionstests ........................... 108 3.6.2 Systemtests ................................... 109 3.6.3 Integrationstests ................................ 123 4 Schlussbetrachtung 125 4.1 Zusammenfassung ................................... 125 4.2 Ausblick ......................................... 126 A Pr¨aambel: Anh¨ange 128 B Meilensteine / Zeitplan 129 C Errata 131 C.1 Sourceball buildroot_easy4271.sh ........................... 131 C.2 ConverGate-D Linux Kernel Treiber: drv_cg, v3.2.5 ................. 132 C.3 ConverGate-D Linux Kernel Treiber Erweiterungen ................. 133 C.4 ConverGate-D Treiber: cg_connectix ......................... 133 D Offene Themen 134 E Benutzte Software 136 E.1 Betriebssysteme ..................................... 136 E.2 ARP / ICMP Generierung ................................ 136 E.2.1 Linux: arping, ping ............................... 136 E.2.2 Windows: arp.exe, ping.exe .......................... 137 E.3 Serielle Verbindungen ................................. 137 E.4 Ethernet Paketüberwachung .............................. 138 E.5 Testpaketgenerierung .................................. 138 E.6 TFTP ........................................... 138 E.7 NFS ........................................... 139 E.8 Erstellung der Diplomarbeit .............................. 139 E.9 Bilder, Diagramme ................................... 139 E.10 Quellcodedokumentation ............................... 140 Inhaltsverzeichnis Diplomarbeit - iv - E.10.1 Doxygen ..................................... 140 E.10.2 Quellcodestatistik: cncc ............................ 140 E.11 Dateimanager / Editor ................................. 140 F Technische Informationen 141 F.1 Quellcode ........................................ 141 F.2 Bytereihenfolge (byte order) .............................. 141 F.3 ConverGate-D Daten .................................. 142 F.4 MPC-Modul Daten ................................... 142 F.5 Buildroot Daten ..................................... 143 F.6 uClibc: semtimedop Patch ............................... 143 F.7 Installation des gesamten Quellcode ......................... 143 F.8 Erstellen eines Sourceballs ............................... 143 F.9 BorderGateway Software: Kommandozeilenparameter ............... 144 F.10 BorderGateway: Makefile.am ............................. 145 Literaturverzeichnis 146 Internetverzeichnis 147 Index 158 Eidesstattliche Erkl¨arung 161 Inhaltsverzeichnis - v - Fachhochschule Hof Abbildungsverzeichnis Mit Ausnahme der Bilder 1.1 bis 2.2, 3.3 bis 3.5 und F.2 bis F.4, wurden alle Bilder in diesem Dokument vom Autor erstellt. Die Beschriftung in Bildern und Diagrammen ist durchweg in Englisch, da dieses Dokument und Bilder daraus in firmeninternen Projekten verwendet werden werden, bei denen die Sprache für technische Dokumente immer Englisch ist. Zudem ist Englisch die Sprache der IT-Industrie und lässt sich meistens nicht verständlich und knapp übersetzen. Ausgenommen hiervon sind z.B. die Internetseiten im Anhang. 1.1 Fachhochschule Hof (Logo) .............................. 1 1.2 Infineon Technologies AG (Logo) ........................... 1 1.3 Alcatel-Lucent (Logo) ................................. 2 2.1 Multi Access, Modular Services (Logo) ........................ 4 2.2 Bundesministerium für Bildung und Forschung (Logo) ............... 5 2.3 Next Generation Network (abstrakt) ......................... 6 2.4 Multi Access, Modular Services (abstrakt) ...................... 7 3.1 BorderGateway Hardware - prototypische Darstellung ............... 8 3.2 BorderGateway Hardware - Control-Blade (rechts) ................. 9 3.3 ConverGate-D Evaluation Board ............................ 11 3.4 ConverGate-D Netzwerkprozessor ........................... 12 3.5 MPC-Modul ....................................... 12 3.6 Testumgebung ..................................... 13 3.7 WinEASY - Programmfenster ............................. 17 3.8 WinEASY - Neue Nachrichten ............................. 18 3.9 WinEASY - LIB_WE_CGD_OpenFile .......................... 19 3.10 WinEASY - LIB_WE_CGD_CloseFile .......................... 19 3.11 WinEASY - CG_UC_FWD_FIB_VALUE_Assign ..................... 20 3.12 WinEASY - CG_UC_FWD_FIB_VALUE_Query ..................... 20 3.13 WinEASY - Nachrichtenübertragung ......................... 21 3.14 BorderGateway Software - Struktur .......................... 33 3.15 Befehl an MPC-Modul ................................. 41 3.16 Befehl - ADD_REQ ................................... 42 3.17 Befehl - SUBTRACT_REQ ............................... 44 3.18 Befehl - MODIFY_REQ ................................. 46 3.19 Befehl - READ_STATUS_REQ ............................. 48 3.20 Befehl - CONFIG_REQ ................................. 49 3.21 Befehl - WAKE_UP ................................... 50 3.22 Befehl - FAULT ..................................... 51 Abbildungsverzeichnis Diplomarbeit - vi - 3.23 BorderGateway - Media Stream Switching (downstream) .............. 60 3.24 ARP-Request Prozess .................................. 69 3.25 SIP Paketbehandlung .................................. 76 3.26 Debug-Thread - Hilfe [hH?] .............................. 110 3.27 Control-PC - CONFIG_REQ senden [ENTER] ..................... 111 3.28 MPC-Modul - CONFIG_REQ empfangen ....................... 112 3.29 MPC-Modul - FAULT senden [f] & [F] ......................... 112 3.30 Control-PC - FAULT empfangen ............................ 113 3.31 MPC-Modul - BorderGateway Information [1] .................... 114 3.32 MPC-Modul - BCAM und FIB Lese-/Schreibzugriffe [vV] .............. 115 3.33 Linux - ARP-Anfragen senden (arping) ........................ 116 3.34 MPC-Modul - ARP-Anfragen beantworten ....................... 116 3.35 Control-PC - IP- und MAC-Adresse .......................... 116 3.36 MPC-Modul - ARP-Anfrage an Control-PC (Test #1) ................. 116 3.37 MPC-Modul - ARP-Anfrage an Control-PC (Test #2) ................. 117 3.38 Linux - ICMP-Anfragen senden (ping) ......................... 117 3.39 MPC-Modul - ICMP-Anfragen beantworten ...................... 117 3.40 MPC-Modul - SIP-Pakete senden [s] & [S] ...................... 118 3.41 PC #1 - SIP-Pakete empfangen ............................. 119 3.42 MPC-Modul - BorderGateway Information nach SIP-Test [1] ............ 119 3.43 PC #1 - Paket an BorderGateway senden ....................... 122 3.44 PC #1 - Pakete an den BorderGateway ........................ 122 3.45 PC #2 - Pakete vom BorderGateway ......................... 123 3.46 T-Systems Berlin - Testaufbau ............................. 124 3.47 T-Systems Berlin