FPGA-based Ethernet Sniffer for Real-Time Networks

• Author(s): João Faria ; Arnaldo Oliveira ; Paulo Pedreiras ; Rui Santos
• Date: 2013
• Origin: Electrónica e Telecomunicações
• Subject(s): communication networks; Ethernet; real-time; distributed systems; Sniffer; network analyzer; time-stamping; reconfigurable computing; FPGAs; communication networks; Ethernet; real-time; distributed systems; Sniffer; network analyzer; time-stamping; reconfigurable computing; FPGAs
• Document Type: Article
• Language: English

Description

This paper presents an Ethernet sniffer based on dedicated hardware, able to carry out the timestamping of network events with a level of resolution and precision compatible with the specific needs of real-time protocols. The sniffer is basedin FPGA technology, and autonomously stores in local memory the received messages data and associatedinformation (timestamps and size). This data is then fed to the host computer, via an USB connection, and stored in a file format compatible with Wireshark. This allows using standard tools to subsequently analyze the traffic. Furthermore, in the scope of this work it was also developed custom tools to automate the analysis of timing propertiesof the traffic, including the generation of graphicsand statistical data, which are common operationsin the analysis of real-time protocols. The paperincludes experimental results of a prototype implementationshowing that this tool permits meticulous temporal measurements, with a resolution of 10ns and a maximum error of 100ns, which improve the results obtained with standard softwarebased applications by over one order of magnitude. Este artigo apresenta um sniffer Ethernet, baseado em hardware dedicado, capaz de efectuar a marcação temporal dos eventos de rede com uma resolução e precisão compatíveis com as necessidades específicas dos protocolos de tempo-real.O sniffer é baseado em tecnologia FPGA e armazena autonomamente as mensagens que circulam na rede, bem como informação complementar relevante (marca temporal e tamanho). Estes dados são enviados para um computador externo, via uma ligação USB, e armazenados num ficheiro compatível com o Wireshark. Esta abordagem possibilita o uso de ferramentas standard para analisar o tráfego. Complementarmente foram também desenvolvidas ferramentas específicas para execução automática de operações de análise temporal comuns em protocolos de tempo-real, nomeadamente a geração de gráficos e a extracção de dados estatísticos. O artigo inclui resultados experimentais obtidos de uma implementação piloto, os quais permitem concluir que a ferramenta apresenta umelevado rigor, com uma resolução de 10ns e um erro máximo de 100ns, correspondendo a um melhoramento superior a uma ordem de grandeza emrelação às ferramentas standard baseadas exclusivamente em software.Palavras chave: redes de comunicação; Ethernet; tempo-real; sistemas distribuídos; Sniffer; analisador de redes; marcação temporal; computaçãoreconfigurável; FPGAs