（信号与信息处理专业论文）宽带接入系统ip化的研究与实现.pdf

南京邮电学院学位论文独创性声明 本人声明获呈交的学篷论文是我个入焱导颤指导下进行兹磷究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 蟪方乡 ，论文孛不氢禽箕镳人已经发表或撰驾过的研究残暴，逮不包 含为获得南京邮电学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一阉工作的嗣惑对本硬究所徽的任德贡献均已在论文孛终了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：竖鱼 日期：兰：查生z 南京邮电学院学位论文使用授权声明 南京邮电学院、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人瘊送交学瘟论文麴复印转和电子文档，可以采弱影鞠、壤印或其 他复制手段保存论文。本人电予文档的内容和纸质论文的内容栩一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阑，可以公磺i ( 包括刊鼗) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电学院研究生都办理。 磷突生签名：拉爵薅签名： - - j d o w 门s 油洲幻肭肭g a t m p o r t s ，。 ：= 二_ 一一一一pp o r t3 e i b 金 i i id q 【ii 。 赢蕊)bie-i i 4 上 f 蛔斟 南京邮电学院顶士学位论文 宽带接a 系统i p 化的研究与实现 下行时，如e t h e r n e tp o r t 收到的数据帧目的m a c 为m a ci 0 ，在学习表内 进行查询，找到对应的p o r t 编号为3 ，看到该条目的v l a n 是否为v l a nl o ，如 果正确，转发到p o r t3 端口；如果收到的数据帧目的m a c 地址为m a c 儿，v l a n t a gl o ，转发到p o r t3 端口；如果收到目的m a ci 0 的帧，v l a nt a g1 2 ，与学 习表中m a c1 0 的条目中的v l a nt a g1 0 不等，该数据帧被丢弃，不被转发。 3 3 硬件结构的设计 i p d s l a m 设备实现用户侧与网络侧流量的汇聚与转发，设备的性能是决定 转发效率的关键。为了快速的进行a t m 信元与e t h e r n e t 数据包之间的转发，除 了要求软件有高效的协议分析处理算法，硬件收发数据包的速度也是一个很重要 的因素。 我们采用m o t o r o l a 公司的m p c 8 2 6 0p o w e r q u i c c i i 做为转发处理的核心c p u 。 m p c 8 2 6 0 是曾经在通信处理系统中经常被广泛使用的p o w e r p c 系列c p um p c 8 6 0 的功能超集，除了具有高性能的通讯协议处理能力与较高的时钟频率外，它有一 个快速通信处理模块( c p m ) ，提供三个高速的快速协议通道，支持1 5 5 一m b p s a t m 和l o o m b p s 快速以太网协议，可以很好的实现a t m 与e t h e r n e t 之间的协议处理。 m p c 8 2 6 0 主要有以下一些主要特点： 1 ) 有一个微处理器c o r e ，m p c 6 0 3 e ，时钟频率最高为2 6 6 m h z ，5 0 5 m i p s 。 2 ) 有1 6 k 分离的数据c a c h e 和指令c a c h e 。 3 ) 有6 4 - b i t 数据和3 2 - b i t 地址的6 0 xb u s 。 4 ) 有3 2 - b i t 数据和1 8 一b i t 地址的l o c a lb u s 。 5 ) c p m ( 快速通信处理模块) 内嵌一个3 2 位的通信处理器( c p ) ，基于r i s c 架构。 6 ) c p m 与c o r e 的接口通过芯片上的2 4 - k b y t e 的双端口r a m 和d m a 控制器来 实现。 7 ) c p m 有三个快速通信处理器( f c c s ) ，支持如下协议： 一以太网控制器，l o l o o m b p se t h e r n t i e e e 8 0 2 3 一a t m 控制器，a t m 协议：全双工s a r1 5 5 m b p s ，u t o p i a 接口，a a l 5 ， a a l i ，a a l o 协议等。 南京邮电学院颂士学位论文 宽带接入系统i p 化的研究与实现 一h d l c 数据帧。 8 ) c p m 有两个多通道控制器( m c c s ) 。 9 ) c p m 有4 个串行口通信控制器( s c c s ) 。 利用m p c 8 2 6 0c p m 的快速通信处理器( f c c i ，f c c 2 ，f c c 3 ) ，可以在i p d s l a m 设备内部完成a t m 信元的收发，a t m 协议处理，以太网协议处理和以太包的收发。 3 31a i m 协议控制器( f c c i ) f c c i 做为a t m 协议控制器，可以提供a a l 层的功能，如s a r ( 分段，组装) 以及c p c s 功能。f c c i 与物理层的接口可以为a t mu t o p i a i i 接口。 a a l 5 的协议栈如图所示： 南京邮电学院硕士学位论文 宽带按入系统i p 化的研究与实现 图3 - 1 0a a l 5 协议栈 f c c l 可以完成a a l 5 协议层功能，f c c l 收到a t mc e l l 后，f c c l 硬件自动完 成s a r 子层的组装和c p c s 子层的处理，组成a a l 5 数据帧供系统内部使用；发送 时，系统内部的a a l 5 数据帧自动被f c c l 硬件分割为a t mc e l l ，从物理接口 ( u t o p i ai i 总线) 送出。由于硬件完成了接收发送时a t m 信元与a a l 5 数据帧 之间的大部分分割，组装过程，可以很大的提高数据收发的速率。 f c c l 对a t m 数据的收发是基于独立的v c ( v i r t u a lc h a n n e l ) 进行的，即 f c c l 可以提供多个独立的a t m 通道，分别对通道上的数据进行收发。利用f c c l 内部的a p c ( a t mp a c ec o n t r 0 1 ) 单元，f c c l 发送a t m 各通道的数据时，根据 南京邮电学院硕士学位论文 宽带接入系统l p 化的研究与实现 a i m 信元的比特率c b r ，v b r ，a b r ，u b r ，可以按照不同的优先级发送。 i p d s l a m 的用户侧根据f c c i 提供的a t m 通道，每个a t m 通道可以被用户做 为一条a d s l 线路使用，m p c 8 2 6 0 的c p m 可以支持在内部内存内2 5 6 个a t m 通道， 如果使用外部内存，最大可以支持6 4 k 个a t m 通道。 在m p c 8 2 6 0 接收数据时，每一个f c c 对数据b u f f e r 的操作通过m p c 8 2 6 0 提 供的b d ( b u f f e rd e s c r i p t o r ) 来实现。采用b d 这种特殊的结构，可以对系统 内存以数据包大小为单位进行分配，使用和回收。b d 根据连接的b u f f e r 类型， 是供接收使用或者供发送使用，分为发送b d 和接收肋，即的结构如下： d u a l p o r tr a me x t e r n a lm e m o r y f c c x t x b d t a b l e f ( 二c xr x b 0 t a 啦e f c c xr x b dt a b ep o i n t e r r b a s e ) f c 盘 i x b dt a h i e p o i n 曰 ( t b a s e ) 图3 - 1 lf c cb u f f e rd e s c ri p t o r 结构 多个接收发送b d ，以链表的形式放入双端口r a m 中，b d 表中的每个b d 里， b u f f e rp o i n t e r 指向使用的b u f f e r 区域，d a t al e n g t h 表示该b u f f e r 内数据的 实际长度，s t a t u s & c o n t r o l 是状态标识域，通过曼位或查询状态标识，可以完 成b d 的发送和接收。 f c c l 为每个a t m 通道分配b d ，管理供每个通道使用的b u f f e r 。在f c c l 内 部，有通道连接表( c o n n e c t i o nt a b l e ) ，表中存放供每个通道使用b d 表的地址。 f c c l 内部处理如图所示： 窥束邮屯学院硕士学位论文 宽带接入系统糟纯豹研究与实现 f ( ( - k l mn l o d c b u f f e rd e s c r i p t o r s 圈罐孺 嵯i 鎏! 嚼匿鲥 | c o n t r o ll l c e l lp r o c e s s i n gu pt oi 5 5m b p s 图3 - 12f c c la t m 模式内部结构 f c c i 的f i f o 遂_ j 童u t o p i a 接日放秘璞层芯片p h y 毅至la t m 傣元惹，禳据傣 元头部信息，进行s a r 层的组装( 完成a a l 层s a r 予层的功能) ，组成a a l 5 屡的 a a l 5 数据帧；接若，a d d r e s sm a p p i n g 模块根据收到信元的v p i ，v c i 的值做圭电 疆映射，羚断出该数据赣耩予哪一个a t m 通道，农邋遒连接表中我蜀该逶道靛 b d ，接着，把f i f o 重的a a l 5 的数据帧放入b d 维护的b u f f e r 列袭，最后，税 a a l 5 数据帧结尾自动加上c p c s u u ，c p i ，数据长度秘c r c 校验( 硬 牛自动添加) ， 究成a a l 鬣c p c s 子层静功能。至l 龟，一个完整霹熊猫数据蔽接救完毕，可戬邋 过中断的方式通知系统，对b d 指向的b u f f e r 中的内容进行处理。 发送时，f c c i 根据殿发送的通道号，从通道连接表中找到对应通道号的8 d 遗址，献静疆自艴b u f f e r 中取窭要发送敕数据，送入发送f i f o ，送幸亍发送。 当有多个a t e l 通道需要发送时，需要a t mp a c ec o n t r o l 控制模块进行发送调度 控制。a t mp a c ec o n t r o l 模块有下列三个参数： i ) 每个a 鞭逶遒的带宽 2 ) a t mt r a f f i cp a c i n g 一尖峰俗元比特率( p c r ，p e a kc e l lr a t e ) ，持续 信元 k 特率( s u s t a i nc e l lr a t e ，s c r ) ，最小速率( m i n i m u m r a t e ，m c r ) 。 3 ) 往先缀类剐一育八个优先缀以校使爝 实辩遂遘( c b r ，v b r r t ) 按嵩 优先级进行调度，非实时通邋( v b r n r t ，a b r ，u b r ) 按低优先级进行调 度。 a t m 服务类潮与调度优先缀如下表蕨鳓： 2 9 。 南京邮电学端硕士学链论文宽带接入蒜绕 p 化豹研究与寰现 表3 - ia t m 服务类别 服务类别信元速率实时月# 实融优先级 e b rp c r 实瞳1 ( 簸高) v b r r tp c r ，s c r实时2 v b r n r tp c r ，s c r非实时3 a b rp c r菲实霹4 u b r +p c r ，m c r非实时 5 u b rp c r非实时6 ( 最低) a t mp a c ec o n t r o l 铮对p h y 豹发送信元，毒个调度表，调度表分成多个 时间槽( t i m es l o t s ) ，缚个时间槽放入一些要发邀的a t m 通道的信元，通过调 度算法，a p c 根据信元的优先级从不阍的时间槽进行发送。 岜目uu uu n “m 删m 3 厂静 ， 一一一“ c e l l r e s c h e d u t i n g 图3 - l3a p c 信元调度 3 3 2e t h e r n e t 魏谈控裁爨( f o c 2 ，f c c 3 ) c p m 内部除了a t m 协议控制器外，述有两个控制器可以支持e t h e r n e t 协议。 f c c 2 ，f c c 3 钕为e t h e r n e t 协议控制器，有如下特点； 1 ) 可以通过醚i i ( m e d i a i n d e p e n d e n ti n t e r f a c e ) 支持快速以太阏。 2 ) 可以完成快速以太网和i e e e8 0 2 3 x 的m a c 层功能。 3 ) 比特速率可达到最大l o o m b p s 。 4 ) 可以辩镱误帧进行识剐( c r c 错误，帧长过短，犊长过长等) “ e t h e r n e t 协议控制嚣相对a t m 协议控制器而嵩，结构比较简单，仍然怒菜 髑b d 对b u f f e r 进行管爨。每个f c c 支持一个抉遮以太阚端口，有接牧b d 链淡 篓芝篓釜o 飘 里堕塑堕芝型! ! ! 坠堂垡堡塞 壅堂堡垒墨竺堡垡塑! ! 塞兰塞堡 和发送b d 链表，每个b d 指向一个供接收或发送使用的b u f f e r ，通过置位b d 的 状态位或判断b d 的状态位，可以完成b d 指向b u f f e r 的数据的发送与接收。 e t h e r n e t 协议控制器工作在1 0 0 m 全双工模式下，发送数据的状态机如下： ( ； ：m r x i ：n t 卜i t x e n 0 & 【? ( 。c e x i g r a ；0 图3 - 1 4 发遥状态机 g f m r ：通用f c c 模式寄存器，e n t = l ，允许发送 t x e n 状态：t r a n s m i te n a b l e ，发送允许状态 t x b d s a c r ：表示当前要发送b u f f e r 的b d 的r e a d y 状态位，置1 为发送。 x m i t 状态：发送状态，如果b d 的l = o ，转入c l b u f 状态。 c l b u f 状态：c l o s eb u f f e r ，f c c 当发送b u f f e r 时，判断b d 的l 比特位，如果 为1 ，表示b u f f e r 为最后一帧；如果为0 ，不是最后一帧。凹的r e a d y = 1 后， 转入x m i t 状态。 e n d f r 状态：e n df r a m e ，结束状态。 g r s t p 状态：g r a c e f u ls t o p ，当f c c 发送时，c p uc o r e 可以写一条命令到c p ( c o m m a n dr e g i s t e r ) ，当当前帧发送完成后，f c c 将停止发送下一帧数据。 在1 0 0 m 全双工下，f c c 接收状态机如下： 赢索耀奄掌辊硕学位埝文 宽带搜入系统糟纯鹊磷究与实现 g 1 m r x i e n r 】i r m m cr e c e i v e c o m l l l e t e 豳3 - 15 接收状态机 g 躐r ：遇霜f c c 缕姣鸯存器，e n r = i ，竞诲发送 r x e n 状态：r e c e i v ee n a b l e ，接收允许状态。 r k d v ：外部p h y 的引脚信号，餐h 有数据被接收 h u n t 浚态：获取狻态，如果b 转炎e m p t y ，转入犊浚凌态 r x b d s a c e ：当前接收b d 的e m p t y 状态为，e 一1 ，表示为窳，可接收。 r e c v 状态：r e c e i v e ，接收状态，数据填满b u f f e r 后，转入c l b u f 状态 c l b u f 敬态：c l o s eb u f f e r ，鼗臻鞠豹e m p t y 为清0 ，摇镑下移至一个空静秘， 转入r e e v 状态。 e n d f r 状态：e n df r a m e ，r x _ d v 引脚为0 ，表示无数据接收，进入e n d f r 状态。 3 3 ，3 快速索引器件e 轴 c a m 是m o t o r o l a 公司提供的一种可以对内部存储的祭髓进行快速森找索日l 蔑力靛硬俘器律，它跫独立子c p u 存在夔一耱内存芯片，通过c a m 鹃馁弼，可疆 提高系统的快速查找能力。 i p d s l a m 做为横接设备，在b r i d g e 模式下，根据转发规则，在上行时，需 要送行m a c 遣垃静攀习，在下行嚣重，霈要进行m a c 逡蛙豹焱撬。m a c 建蟪长度为 4 8 位，如果软件进行查找匹配，无论是哈希焱表还是快速衡找法，对于长度位 4 8 位的傻，匹配时间无法缩短，通过使用c a m 。硬件的高逡蠢找匹配，可以极大 麴提供上下行韵转笈效率。 寓衷鼯遗学院磺拳盈逾支 宽蛰接入系撬蹬强翦醑亵毒实现 c a m 可以最大存储4 0 9 6 个条目，每个条目为6 4 b i t ，每个条目可以定义如下 绩梅翔下： 髅a - t 6c m 条嚣缱梅 c a m 柏每个条醋中，4 8 b i t s 存放源黼e 地疑，1 2 b i t s 瀚c h a n n e l 裁示存放 的对应的通道号，状态为中a g e 位做为老化能。为了防止撒用的条目始终存于 c a m 中，最螽导致填满整个c a m ，遵避设置握建c a m 条嚣中懿毫耗谴，a g e 彼霪l ， 该条秘将会被c a m 定时清豫捧。 3 3 4 物璐屡芯片p h y t p - d s l a m 提供l o o m 上行以太网口，戳太湖口的物理屡搽片采用i n t e l 公司 l x t 9 7 2 ap h y 芯片。 l x t 9 7 2 a 爨供快速璐轰鼯1 0 1 0 0 m 毂发琦能，可篮灌避i e e e 8 0 2 。3 掰商琵痊 用需求。p h y 提供了标准韵m i i ( m e d i ai n d e p e n d e n ti n t e r f a c e ) 接口，p h y 中 的寄存器可以设置p h y 的工作模式，如速率i o m ，1 0 0 m ，垒双工，半双工，是否 鑫穆齑等。c p u 薄翳灌寄存嚣豹设鬣，罨鞋遥：i 窭稼难戆雩| 瓣l d c ( m a n a g e m e n td a t a c l o c k ) 和m d i o ( m a n a g e m e n td a t ai n p u t o u t p u t ) 执行配鬣命令。 通过采用上述的几种硬件，通过m p c 8 2 6 0 提供的e t h e r n e t 协议控制器，a t m 痨议控制纂兹a a l 5 凌能，鞋爱u t o p i a 接口秘p 激，实瑰了i o i o o m 鼓太两秘龋醛 之间豹转换，使a d s l 按入系统褥以和以太网曩避。a d s l 用户的信元通过背板c e l l b u s 幽u t o p i a 接麟芯片完成汇聚功能并通过u t o p i a 接口发送到m p c 8 2 6 0r m p c 8 2 6 0 擐据接收到僖元头懿v p l v c l 蓬，巍述爨窭a a l 5 酶c p c s p d u ，褥滚复 出m a c 帧，然后通j 囊以太网口将熊发送到相递的以太网h u b 域路由器，由此可实 南京邮电学院硕士学位论文 宽带接入系统l p 化的研究与实现 现a d s l 接入系统的i p 口功能。硬件总体结构如下图所示： 3 4 流量控制 图3 1 7 硬件结构图 i p d s l a m 用户侧a t m 端口可以进行流量限速，理论上a d s l 接入，上行速率 最大为2 m b p s ，下行速率最大为8 m b p s ，通过对每个端口接收数据进行限速，保 证每个端口的流量不能过大。同时，也可以通过软件对每个v l a n 流量进行限速， 即v l a n 整形。u t o p i a i i 总线接口速率为1 5 5 m b p s ，当速率过快，m p c 8 2 6 0 来不 及处理时，可以通过暂停a i m 侧的接收来降低流量。 对于网络侧，e t h e r n e t 端口，当接收速率过大，m p c 8 2 6 0 来不及处理接收数 据帧时，可以通过发送流量控制帧，降低对端设备的发送速率。流量控制帧为标 准的p a u s e 帧，结构如下表所示： 南京邮电学院硕士学位论文 宽带接入系统i p 化的研究与实现 表3 - 2 流量控制帧结构 长度( 字节)描述值 说明 7 前导字符 1s f d 开始符 6目的m a c 地址0 1 8 0 c 2 0 0 o o 0 0 0 1 组播m a c 地址 6 源m a c 地址设备自身的m a c 地址 2长度，类型8 8 0 8控制帧类型 2m a c 操作码0 0 0 1p a u s e 命令 2m a c 参数p a u s e 时间等 4 2保留 4f c sc r c 校验 3 50 0 s 映射 d s l a m 设备在用户侧，连接每个用户终端的是a t m 端口。a t m 端口收发可以 有不同的服务类别( c b r ，u b r ，v b r r t ，v b r n r t ，u b r + ，a b r ) ，a t m 端口的 服务类别是可配置的，上行a t m 信元可以根据端口所配的服务类别，打上相应的 服务类别标记。 d s l a m 设备在网络侧，e t h e r n e t 端口准照8 0 2 1 p 协议，以太网业务也分有 优先级0 7 ，加有优先级标识的帧结构如下： 0 c e l s b 抟 图3 - 18v l a n 的优先级 v i d 为v l a n 的标识，如果没有v l a n ，该项可以为零，以太网帧可以只带 有优先级信息，而不带有v l a n 信息，即v i d = 0 ；u s e r p r i o r t ! y 域为优先级域， 可以是o 一7 八个优先级。 南京邮电学院硕士学位论文 宽带接入系统i p 化的研究与实现 d s l a m 设备作为接入网设备，上行口可以连接城域网的路由设备或交换设 备，如果上行口送出的数据帧格式中包含有优先级标识，在对端城域网设备支持 的情况下，该数据帧将可以按照优先级的高低进行处理，在流量拥塞的情况下， 优先级高的帧将优先处理，低优先级的帧将被直接丢弃。 为了使用户侧数据从上行口出去时带有优先级信息，需要把用户侧数据携 带有的a t m 服务类别信息映射成以太网的8 个优先等级。映射时采用服务类别映 射表( a s c ) 来实现，a s c 表结构如下： 表3 - 3a s c 袁结构 一瀑! ? 01 23456 7 c b r v b r r t v b r n r t u b r u b r + a b r a s c 表是可配置的，可以配置a t m 服务类别与以太网的优先级对应关系， 当配置好a s c 表后，转发过程中，从用户侧来的数据包将根据端口配置的a t m 服务类别，查询a s c 表，打上相应的以太网优先级，从上行c i 送出，完成相应的 o o s 的映射工作。 3 6 多端口支持 m p c 8 2 6 0 的c p m 中有f c c 2 ，f c c 3 可以提供e t h e r n e t 业务，因此，i p d s l a m 也可以提供2 个e t h e r n e t 上行口。多个端口，通过l a c p ( l i n ka g g r e g a t i o n c o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 协议，可以使2 个e t h e r n e t 端口聚合在一起，两条单链路 逻辑上做为一条链路的使用，系统的冗余备份能力可以得到很大的加强。 通过l a c p 的软件模块，维护l a c p 状态机，采用周期发l a c pp d u 的方式， 多链路根据自身设备状态和对端设备状态建立条逻辑的单链路。 南京邮电学院硕士学位论文 宽带接入系统i p 化的研究与实现 图3 1 9 多端口支持 l i n ka g g r e g a t i o n 即为l a c p 模块，完成链路聚合功能。m p c 8 2 6 0 的f c c 2 和f c c 3 外接两个1 0 0 m 的p h y ，可以做为2 个快速1 0 0 m 以太网口使用。每个 e t h e r n e t 端口有两个状态： a d m i n 状态：u p ，管理员使用d s l a m 设备该e t h e r n e t 端口 d o w n ， 管理员禁用该端口 0 p e r a t i o n 状态：u p ， 端口物理状态，处于可收发数据状态 d o w n ：端口物理状态，不能收发数据( 网线断，p h y 不工作l a c p 错误等) 当f o r w a r d i n ge n g i n e 使用e t h e r n e t 端口时，根据端口的a d m i n 状态和 o p e r a t i o n 状态来决定是否该端口可以收发数据，只有a d m i n 状态和 o p e r a t i o n 状态都为u p 是，才能被正常使用。 3 7 网元管理 宽带接入设备做为电信级的组网设备，需要设备在电信网络内是可管理的， 可配置的。d s l a m 设备支持简单网络管理协议标准s n m p ，通过对s n m p 的支持， 采用标准的s n m p 接口，就可以对d s l a m 设备进行管理。 网元管理可以非为两种途径或类型，一种是带外管理方式，d s l a m 设备提供 一个特殊的网络接口，一个专门为管理使用的以太网接口，通过以太的局域网， 管理站通过i o i o o m 以太网络结构，对d s l a m 设备进行管理。 另外一种方式是带内管理方式，带内管理是指管理数据可以通过网络侧用户 数据的业务通道进入d s l a m 设备中。利用d s l a m 网络侧的e t h e r n e t 上行口，管 赢京邮b 学院硕圭学建论文 宽带接入系统l p 证豹璐究岛蜜现 理站在i n t e r n e t 范围上对d s l a m 设备进行管理。在带内管理方式下，d s l a m 可 浚看骰i n t e r n e t 上瓣个阚终节患，嚣要有一个合法静公蠢瓣i p 建蛙，罄瑾菇 通过s n m p 接口对网元进行管理。带内管理不同予带外管理，带外管理需要d s l a m 设备提供一个特殊的硬件端口，同时管理范围只能局限于间网段内；带内管理 只嚣要嚣霜鼗攥监务强裁霹鞋怼阏元进行管理，警瑗蓝圈墨激在i n t e r n e t 范围 内。 d s l a m 从下层开始，为s n m p 屡提供网络接口，管理协议栈如下图所示： 强3 2 0 管理协议栈 管理站是s n m pm a n a g e m e n t ，网元是一个s n m p 的a g e n t ，在d s l a m 内部，为 了支掩s n m p 接口的管理，内部协议站采用的怒w i n d r i v e r 公司v x w o r k s 提供的 抉、议棱。在协议栈中，物理层之上是e n d ( e n h a n c e dn e t w o r kd r i v e r 屡，相 当于外部协议栈的数据链路层；在i p 层和数据链路层之间是m u x 层，m u x 层屏 蔽数攘链路层，无论数握链路层暴露傍秘形式，m u x 层都可以为l p 层撮供统一 的网络接口。在u d p i p 之上，怒s n m p 煎应搿鼷。 带内管理和带外管理的主要医别是带内管理数据和普通业务数据从同样的 e t h e r n e t 上行口进入d s l a m 设舔，因j 毙，需要把相应的管理数据从业务数据中 裂离渤来，录8 离出来的管理数据邀到e n d 层进行处理，剩下静非管理的渡务数据 送转发引擎，根据转发规则从下行端口送入用户端。为了能够区分出管理数据， 我嬲袋爆管理v l a n 豹方式进行嚣分。我们撑定一个特殊的v l a n 傲为管遐v l a n ， 该v l a n 不能配置绘用户使用，使用这个特殊羽v l a n ，把管疆数据毽寺丁上这个特 殊的v l a ni d 送出给管理站，接收时，判断v l a ni d ，如果数据包的v l a ni d 是 这个姆踩的v l a ni d ，就恕这个数据帧当作管遵帧送到e n d 瀑进幸亍处理。 上薅是数稻层灏对管理数撼的分离与转欲，设备在网络中骰为一个溺冗被管 i 阜 2；一， 一 一一一 一 夏帚 南京郏电学辘疆士学垃论文宽繁接入系统 p 纯貔磷究与实现 理，需要把相应的管理对象在m i b 中进行定义，具体的m i b 结构根据需要铃理的 对象寒篡体定义。 3 8 小结 趁遂一章墨，我钠采霸v l a n 瓣方式来麓分i p d s l a m 肉帮的逻辑装蠲，遵循 8 0 2 1 q 的网桥设计原则，设计了撼于v l a n 转缎和基于m a c 两种转发规则，使 d s l a m 可以根据转发规则，把数据在用户侧和网络侧进行转发。硬件结构设计上 逸蔫遥会多协议转发缝理戆衰毪麓c p u m p c 8 2 6 0 ，筏i p 数据讶渡蔽离速羧入至城 域网中，同时，在l p 化的宽带接入系统中，设计了流量控制，q o s 映射处理， 可以使流星更有效的进行转发。报摄链路聚合协议设计的多端口支持功能可以在 网络铡疆供2 令莰速i o o m 蔽太嗣霸，可醴使滚燕更均餐静缓入弱鞋太游中。网 元管理的设计可以在i p d s l a m 作为电信级的设备被架设到电信接入网后，通过 s n m p 方式，从网络侧的i p 城域刚接口，就可以对d s l a m 进行管理和控制。在下 一章羹，我铜其体分绍上述设计愚想的软律实现过程。 毫塞# i # 奄馨院硬士学谴论文 宽带接入系统狰诧静掰究与实现 4 1 实现环境 4 1 1 软件环境 第四章lp 化宽带接入系统的实凌 d s l a m 设备做为麓速的遵倍设备，对实时饿有撮高的要求，因此，我 f _ 】采用 w i n dr i v e r 公司酌v x w o r k s 做为藏嵌入式搡 鐾系统。 v x w o r k s 操作系统是独立于处理器的嵌入式实时系统，宦可以创建多任务的 实时应惩程序，每个任务具有各蠡独立款线程墨醅系统资源。农v x w o r k s 中，任务 问的道德机铡有信譬灯、滔惠潋捌、管道窝套攘字s o c k e t ，这切飘涮豹实现 都是建立在操作系统的内核之上。v x w o r k s 的微内核结构称之w i n d ，在v x w o r k s 的应用中，发挥了爨要的作用。 w i n d 仅提供多经务环境、遴程闽通信帮潮步功能。邋过这三个功莪模块， w i n d 支持v x w o r k s 在较高层次所掇供的丰富的性能的要求。 w i n d 内核抟特点是最小的捻占延时，以及霹配置性，对不可预觅的应餍需 求的可扩展性和在备稀徽处理器廒用开发中的移植性。同嚣寸，v x w o r k s 强性能上 有如下优越的特点： 】) 恢遮的篮务上下文切换 由予实时系统的多任务的特设，系统能够快速地飙一个任务切换劐弱一个任 务是很骥要的。在分时系统中，如u n i x ，上下文切换是在m s 级。w i n d 内核执行 原始上下文切换只粥1 7 u s 。 2 ) 最小的同步开销 因为同步是实现资源互斥访问的基本方法，这些操作所引起的开销最小化是 缀重蛩瓣。在w i n d 中，请求和释放二值信号爨仅矮8 u s 。 3 ) 最小的中断延时 因为外部世界爿乏的事件通常以中断的形式到来，操作系统快速的处瓒这些中 叛是缀莛要敢。内拔在操作一些临赛数据结毒奄豹时候必须禁座孛叛，为了减小中 断延时，必须使这嫩时间最小化。w i n d 内核的中断延时小予l o u s 。 巍寨都毫攀魏硕士学袋论变 竞带援入黎娩l p 纯靛联巍奄燮琏 4 1 2 磺件环境 c p u ：m p c 8 2 6 0 工终攘率2 s 8 瓣z 。 内存：6 4 ms d r a m 。 i o 接嗣# 2 个l o o mp h y ，可以提供2 个1 0 0 m 上行戳太网阴，工作在l o o m ，全 藏工，秘渗黉模式。 c a m ：可以容纳4 k 个条酿。 a t m 总线交捩芯片：t 8 2 0 6 ，u t o p i ai i 接日，m p c 8 2 6 0 憋f c c l 与a t m 总线接礴， 通过该蕊嚣，可以嫠竣臻户裁a d s l 套片鞠a t m 憨线数摇接入c p u 戆a t m 羧铡器。 f l a s h ：有三种f l a s h 5 1 2 kb o o tf l a s h ，傲为v x w o r k s 糕序启动用。 3 2 mf l a s hd i s k ，露羧应爰程序。 配鬣f l a s h ，用于存放配置的系统参数。 6 4 ms d r a m 酌砖存使嬲憾凝如下袭艨示： 表一l 蠹毒谈簿潦现 名称空间 用途 iv x w o r k s2 4 挞操终蘩绞馊髑 p a r a m e t e r1 0 磁系统参鼗 a a l ob u t t e r2 ma t m 侧本地回环测试 f c c 2i l xb u f f e r 4 豫e t h e m e t 接牧b u f f e r f c c 3 r x b u 程打4 me 斑e m e t 接收b u f f a t mr x b u f 酶r1 2 ma t m 接收b u f f e r c o n t r o lf r a m e 麓酶谈骥捷耀 r e s e r v e剩余空闯保鏊 4 + 2 内存繁j 灌 d s l a m 腑a t m 和e t h e r n e t 的发送，接收b u f f e r 的使用是通过b u f f e r d e s c r i p t o r 采实瑷的，b d 霹戳分为发送b d 蒡嚣接收糖，曲缝擒翔下： 南束酾电举浣碛士学位论文 宽带接入系统l p 纯熬磺究与实现 t y p e d e fs t r u c tb u f f e r d e s c r i d t o r u h w o r db d c s t a t u s ： $ b d 状态丰 u h w o r db d l e n g t h ： 术b u f f e r 长度 u b y t e * b d _ a d d r ：膨b u f f e r 缝囊枣 1 发送b d 的状态b dc s t a t u s 有如下几种： r ：r e a d y ，表示准麓发送 w ：w r a p ，表示该b d 为b d 表中最后一个 i ：i n t e r r u p t ，发送完毕后，产生中断 l ：l a s t ，是发送数攘姣懿最后一令b u f f e r 接收b d 的状态有： e ：e m p t y ，b d 为空 谨：w r a p ，表示该翰为b 转表中爨螽个 i ：i n t e r r u p t ，接收完毕后，产生中断 l ：l a s t ，是接收数据帧的最后一个b u f f e r f ：f i r s t ，是接收数据犊载第一令b u f f e r b d 结构的b d a d d r 指针指向要发遴或接收数掇的b u f f e r ，每个b u f f e r 包含一个 完整的数据帧。 i e e e 8 0 2 。3 熬e t h e r n e t 顿最太长度为1 5 2 2 字节，必了宠艘r f c t 4 8 3 封装， 即a a l 5 帧最大长度为1 5 3 2 字节，加上4 个字节的f c s ，系统处理的最大数据帧 长度为1 5 3 6 字节，因此定义每个b u f f e r 为2 k 大小，可以容纳一个完熬的数据 赣。 d s l a m 设备在完成数据帧的转发时，上行端口的数据要从下行端口发出，下 行端口的数据要从上行端口发出，为了提高效率，我们采用b u f f e r 指针传递的 方式，涿不是透纾b u f f e r 拷灵。锾懿，上褥蠛弱豹接收瀚懿b u f f e r 绞汝羁数 掘后，根据转发规则，找到正确的a t m 端口，把该b u f f e r 的指针传递给a t m 端 口的发送b d ，发送宪成后，把该b u f f e r 回收到e t h e r n e t 侧的接收b u f f e r 中， 供霉次援救霞稻。这撵，壹予浚窍迸露b u f f e r 豹拷委，甏骧挺褰系统豹转笈效 毫豪都泡学院疆学垃论文 宽带接入系统l p 托的磺究每实琵 率。 具体实瑷噫，e t h e r n e t 蠛墨可以黪态分配2 ( 个接收b d 警瑷2 l ( 个接收b u f f e r ， a t m 端潮每个p v c 分配5 1 2 个发送b d ( p v c 数最大为9 9 2 ) ，如此，当e t h e r n e t 侧接收到数据后，把按收b u f f e r 的指针传递到a t m 侧的发送b d 中，进行发送， 发送竞够器，b u f f e r 被圈敌到e t h e r n e t 铡，熬瑟挂到接牧黯上，霹敬被霉次 使用。 a t m 接收时，采用动态b u f f e r 池机制，定义1 2 m 动态b u f f e r 池，b u f f e r 池中每 个b u f f e r 麓2 k 大小，每令p v c 分黎5 1 2 个接收髓，翘始徒瓣，营先姨b u f f e r 池中取出b u f f e r ，糖副接收叻上，b u f f e r 收剿数据后，指针被传递到e t h e r n e t 侧的发送b d 上，进行发送，发送亮毕后该b u f f e r 被回收到a t m 的接收b u f f e r 洼中。 下瀚为以太网接收，a t m 发邀和发送完毕阐收b u f f e r 的过程： 以太网接收、a t m 发送j b f r e eb u f f e r 疆太嗣钢始时的r x b ba t 撼翘始对的了x b b 班轰弼接收f r e e 8 珏f f 拣 e lb u f f e r l p t rll e 1 n u l l l l r x b f r e e h e a d = b u f f e r x p t r n e x t b u f f e r = b u f f e r y p t r 。多啦太嘲收到一帧ll， n e x t b u f f e r = b u f f e r z p t r i b u f f e r l _ p t r 7 ：嚣数，淹e t h e r n e t 爨空蕤接毂黼重薮豢定b u f f e r a a l 5 r e c l a i m t x f r a m e s ( ) ：函数，幽a t m 发送完毕后，回收该b u f f e r 给e t h e r n e t 侧。 4 3 僚务翊分 e t h e r n e t 和a t m 两侧数据接收采餍中敝触发的方式，即当b u f f e r 中商接收 数据辩，中断产生，通知软 孛避行楚理，因梵，商两个中酝e 琵务程序a a l 5 i s r ( ) 和l a n i s r ( ) 。 邋常数据接收的一般处理漉援是：当某个a t m 通道的接收b u f f e r 收到数据 后，将产生一个中断弱a a l 5 i s r ( ) ，在这个中断服务程净中，软件将辩收嚣静 数据帧进行v l a n 等协议分析，进行上行的转发处理，最后通过e t h e r n e t 上行口 发送出去；下行时，e t h e r n e t 端口蛉b u f f e r 收到数据居，将产生中断到l a n i s r ( ) ，在中断服务程序中，对数攥颧进行诲议分析，根据转敷瓶刚我到正确的a t m 端口送出。但是，在这样以中断为触发方式的处理流程中，幽进入中断服务程序 后，首先需要进行关中断的操作，即孱蔽夕 部中叛，因此，当中断服务穰窿处理 数据稳辩，无论是a t m 侧还是e t h e r n e t 铡，都不能进行数捺的收发，这样的处 理方式会严重影响系统的性能。 出于v x w o r k s 搽作系统是实孵的多任务的操作系统，可以采用多任务的方式 对数搿包进行处理。在v x w o r k s 中，任务类型w 以是抢占式的，也可以怒时间片 轮转的。抢占式的越根据任务优先级来获得c p u 的控制权，高优先级的任务会打 叛低优先缀任务的处理，只有意伏先级斡任务执行完或因为瓣要等待某些资源处 于任务的等待状态，低优先缓才会重薪获得c p u 的控制权；甜闻片轮转麓采角为 每个任务定时分配c p u 时间片的方式来对任务进行调度的。 为了提高系统的转发效率，我们粑数据包处理鲍功能放到特殊的处邂任务中 去骰，通过任务a t m h a n d l e ( ) 和l a n h a n d l e ( ) 对接收劐的数据包进行处理， a t m h a n d l e ( ) 和l a n h a n d l e ( ) 任务在没有数据业务时处于簿待状态( p e n d i n g ) ， 当a t