（通信与信息系统专业论文）基于ixp2350的ipdslam上行数据流处理的设计与实现.pdf

中文摘要 摘要：数字用户线接入复用器( d s l a m ) 是实现端到端a d s l 接入系统中最关键 的设备。随着a d s l 业务的不断扩大和普及，d s l a m 逐渐从a t m d s l a m 过渡 到i p d s l a m ，i p d s l a m 将成为d s l a m 的发展趋势。由于现有的i p d s l a m 设备一般基于通用处理器或a s i c 芯片架构，不能做到高性能和灵活性的兼备，为 了提高i p d s l a m 的处理能力，满足下一代互联网宽带化和综合化的要求，本文 采取了具有强大处理性能的i x p 2 3 5 0 网络处理器来架构i p d s l a m 设备。 论文进行了i p d s l a m 上行数据流处理的设计和实现，将其数据面分为a a l 5 接收模块、i ，i c p p p o e 解封装模块、i p v 4 转发模块、以太网封装模块、数据包队 列管理模块、数据包调度模块、以太网发送模块，从数据结构和处理流程两个方 面对各个子模块进行了深入的描述，并给出了具体的实现方案。论文还对“基于 i x p 2 3 5 0 网络处理器的i p d s l a m 系统”的数据面设计和实现进行了仿真，从功 能和性能方面对结果进行了分析，为修正和验证系统功能设计，提高系统性能指 标提供了依据和手段。论文最后对基于i x p 2 3 5 0 的i p d s l a m 系统设计的未来思 路作了展望。 关键词：网络处理器；基于i p 的数字用户线接入复用器；上行；模块 分类号：t n 9 1 5 0 5 a b s t r a c t a b s t r a c t ：d s l a mi st h ek e y e q u i p m e n ti na p p l y i n gp o i n t - - t o - - p o i n ta d s l c o n n e c t i n gs y s t e m d u et ot h ei n c r e a s i n gd e v e l o p m e n ta n dp o p u l a r i z a t i o no fa d s l t h e d s l a mh a ss e e nat r a n s i t i o nf r o ma t m d s l a mt oi p - d s l a m ，t h ei p - d s l a mw i l l b e c o m et h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fd s l a m b a s e do ng e n e r a lp r o c e s s o ro ra s i c c h i pa r c h i t e c t u r e ，t h ee x i s t i n gi p - d s l a me q u i p m e n tc a nn o ta c h i e v eh i g hp e r f o r m a n c e a n df l e x i b i l i t ya tt h es a m et i m e i no r d e rt oi m p r o v et h ep r o c e s s i n gc a p a b i l i t yo f i p d s l a mi ns a t i s f y i n gt h ed e m a n do fb r o a db a n da n di n t e g r a t i o no fn e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k ，t h i sa r t i c l ea d o p t si x p 2 3 5 0n e t w o r kp r o c e s s o rw i t hp o w e r f u lp r o c e s s i n g c a p a b i l i t yt oc o n s t r u c tt h ei p - d s l a me q u i p m e n t t h i sa r t i c l ee m p h a s i z e so ni n t r o d u c i n gt h ed e s i g na n dr e a l i z a t i o no fi p - d s l a m u p s t r e a m d a t a p r o c e s s i n g ，w h i c h c o n s i s t so f m a n y m o d u l e s ：a a i5 r e c e i v e ， l l c p p p o ed e c a p s u l a t i o n ，i p v 4t r a n s m i t t i n g ，e t h e r n e te n c a p s u l a t i o n ，p a c k e tq u e u e m a n a g e r , p a c k e ts c h e d u l e r , e t h e m e tp a c k e tt r a n s m i t ，a n ds oo n e v e r ys u b - m o d u l eh a s b e e na n a l y z e di nd e p t ha n dd e t a i lw i t hr e f e r e n c et ot w oa s p e c t s ：d a t as t r u c ta n d p r o c e s s i n gp r o c e d u r e f u r t h e rm o r e ，p r a c t i c a lb l u ep r i n t h a sb e e np u tf o r w a r d i n a d d i t i o n ，t h i sa r t i c l ea l s od o e st h es i m u l a t i o nt e s to f “t h ei p d s l a ms y s t e mb a s e do n i x p 2 3 5 0n e t w o r kp r o c e s s o r ”，a n da n a l y z e st h es i m u l a t i o nr e s u l to nt w oa s p e c t s ： f u n c t i o n & p e r f o r m a n c e a l lo ft h e s e h a v eb e e nag r e a th e l pt ot e s ta n da m e n d s y s t e m a t i c a lf u n c t i o nd e s i g ni ni m p r o v i n gs y s t e m a t i c a lc a p a b i l i t yi n d e x a tl a s t ，h i s a r t i c l ev i e w st h ef u t u r eo fi p d s l a ms y s t e m a t i c a ld e s i g nb a s e do ni x p 2 3 5 0 k e y w o r d s ：n e t w o r kp r o c e s s o r ；i p - d s l a m ；u p s t r e a m ；m o d u l e c i a s s n o ：t n 9 1 5 0 5 j e 立交亟盔堂亟堂僮论塞 致谢 本论文的工作是在我的导师张思东教授的悉心指导下完成的，张思东教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来 张思东老师对我的关心和指导。 张宏科教授悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给 予了我很大的关心和帮助，在此向张宏科老师表示衷心的谢意。 秦雅娟副教授和周华春副教授对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵 意见，在此表示衷心的感谢。 在实验室工作及撰写论文期间，苏伟博士、郭华明博士、冯伟、王利国、马 晶晶、王胜军、单狲等同学对我论文中的代码调试、编译等研究工作给予了热情 帮助，在此向他们表达我的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。 赶 1 1 背景与现状 1 引言 随着宽带技术和业务的不断进展，a d s l 业务的不断扩大和普及，局端设备 d s l a m ( d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e a c c e s sm u l t i p l e x e r ，数字用户线接入复用器) 的功 能得到了长足的发展，宽带网络的功能和结构也在逐渐变化【1 1 。 传统的d s “蛳是一个完全的a t m 架构的设备，也就是常说的基于a t m 方 式的d s l a m 。它提供御嘞接口( 如1 5 5 m b i t s 的a r m 接口或n x 2 m b i t s a t m 反 向复用接口) t 2 1 ，上联城域核心网，具有a t mv p v c 交叉连接，提供a t m 流量 汇聚，通过a t m 的o o s 技术来实现业务的服务质量及流量控制。目前，网络局端 大都安装的这种方式的d s i _ a m 。但是，由于在很多地区运营商已不再对已有的城 域a t m 核心网进行扩容，并转丽建设口宽带城域核心网，因此随着城域a t m 可 用资源的日益减少，基于a t m 方式的d s i a m 已越来越难以适应实际组网的需要， 而i p d s l a m 将成为d s l a m 未来发展的方向 随着骨干网由衄m 向口网转化，d s l a m 也经历了从a t m d s i - a m 到 i p - d s l a m 的变化【1 1 。i p d s l a m 最终将成为d s l a m 中的主流，这种趋势已经非 常明显国内外各大通信设备比如阿尔卡特、华为、中兴等对d s l a m 的研究与 生产投入了大量的人力物力，2 0 0 5 年阿尔卡特的d s l 出货量最多占世界总量的 2 9 ，华为的i p - d s l a m 出货量最多占世界总量的4 4 。随通信技术的发展研究 的内容也在不断的更新。早期的d s l a m 都是基于a t m 网的，现在主流的设备都 是基于口内核的，而且现在的设备都加入了新的功能比如支持v d s l 、a d s l 2 + 等。 1 2 选题的意义 a d s l 是以a t m 技术为核心的，并且各大芯片厂家提供的核心交换芯片和线 路接口芯片都是基于a t m 技术的。从用户端到局端设备之间数据是封装成为a t m 信元来进行传输，并在a d s l 局端设备中进行信元的交换，完成用户数据复用的 过程。而当前的数据网络主要是以t c p i p 技术为核心的，为了解决a t m 和t c p i p 的融合，需要在d s l a m 设备上提供a i m 到以太网的转换的技术。由于在转换过 程中需要进行大量协议处理，对于系统的处理能力提出了很高的要求。 现有的口d s 乙w 局端设备一般都是基于a s i c ( 专用处理器) 架构或通用处 理器架构，将d s l a m 中的网络处理功能固化成硬件结构，以实现数据包的快速 转发，但其缺点是功能单一，灵活性不好，在处理上不能做到灵活性和高速率的 兼备。当出现新的网络业务时，需要重新设计硬件结构，因此开发周期长，成本 高。网络处理器( n e t w o r kp r o c c e s s o r ) 综合了通用处理器和专用处理器的优势， 是一种专门用来处理网络数据而设计出的处理器，在网络处理器中，专为网络处 理而进行优化设计的硬件结构提供了高速强大的网络处理平台，以适应网络处理 宽带化的趋势，完全可编程的网络处理模式提供了灵活多样的网络处理功能，以 满足网络业务综合化的要求1 3 1 。采用网络处理器作为处理核心，利用数据面和控制 面分离的思想进行数据处理，为设备达到线速处理提供了保证。同时高性能高速 率还可以提高单板接入的a d s l 用户路数。 本文介绍的“基于i x f 2 3 5 0 的d s l a m ”硬件上采用高灵活性的网络处理器 i x p 2 3 5 0 + p m c 专用芯片来构建，实现了既能满足随网络发展复杂多样的业务要求， 也能满足随单板端口密度增加高速率的要求；软件采用数据面和控制面来构建， 这种方式能够增强功能的模块化程度，提供软件的可移植性，从而加速系统的开 发周期，同时也延长了系统的市场存活时间。 1 3 主要工作 本文论述的“基于i x p 2 3 5 0 的i p d s i a m 系统”在功能上可分为数据面和控制 面，。其中，数据面主要利用网络处理器的微引擎进行数据处理，采用微代码进行 编程实现，负责常规数据包的高速处理；控制面上运行嵌入式操作系统，负责整 个i p - d s i a m 系统的高层控制和管理，运行路由协议和p p p o e 协议，负责特殊数 据包的复杂处理。本文的研究重点是“基于i x p 2 3 5 0 网络处理器的i p d s l a m 系统 中数据面的上行数据流处理”的模块设计和实现，主要工作是设计各个模块的功 能，根据各模块的功能对微引擎进行资源划分，并用微代码编程实现。最后通过 软件仿真验证代码实现的功能和性能。 本文由以下内容组成：第一章引言，论述选题的研究背景与现状、选题的意 义和论文的主要工作；第二章d s i a m 和网络处理器，介绍了d s i a m 的发展、 i x p 2 3 5 0 网络处理器的结构特点以及实现i p d s l a m 系统采用网络处理器的优势； 第三章基于i x p 2 3 5 0 的i p d s l a m 系统总体设计方案，从软件和硬件两个方面进 行论述；第四章基于i x p 2 3 5 0 的i p d s l a m 上行数据流的设计与实现，这一章是 本文的重点，介绍了各个模块的功能、实现的数据结构以及流程图；第五章系统 2 仿真，主要介绍了对于微代码编程实现的数据面的编译仿真环境和编译仿真步骤， 并从功能和性能方面对结果进行了分析；最后一章总结和展望，总结论文所做的 工作，并对如何完善此系统的设计提出了展望。 3 2d s l a m 和网络处理器 本章主要对d s l a m 和网络处理器进行介绍。在d s l a m 方面，介绍了d s l a m 发展的三个阶段和i p d s l a m 的优势；在网络处理器方面着重介绍了i x p 2 3 5 0 网 络处理器的组成结构以及实现i p d s l a m 系统采用网络处理器的优势。 2 1d s l a m 简介 实现a d s l 技术，要在用户端增加a d s l 的调制解调器，而在局端，则要增 设d s i a m 设备。d s l u l 不是一个交换机或路由器，而是一种复用设备，主要完 成复合或分离上下行的比特流。随着网络的不断发展，业务的不断变化以及用户 需求的多样化，d s l a m 技术也不断地向前发展。随着宽带技术和业务的不断进展， d s h 蝴的功能得到了长足的发展，宽带网络的功能和结构也在逐渐变化，今天的 d s l a m 已经发展成为支持多种d s l 技术，具有强大功能的综合性设备。 d s l a m 的发展主要经历了三个阶段：第一代是a t m 内核、a t m 上行接口的 d s u w ；第二代是a t m 内核、以太网上行接口的d s l a m ；第三代是肼内核、 以太网上行接口的i p d s l a m 。通常，提供a t m 上行的d s l a m 被称为a t m - d s l a m ，而提供以太网上行的被称为i p d s i , a m 4 i t j 。 图2 1 为d s l a m 的工作框图，d s l a m 上联要接入的骨干网络，向下通过用 户线，经过分离器( s p l i t e r ) 把语音和数据信号进行分离，到达用户端。 2 1 1d s l 撇的发展 图2 1 d s l a m 工作框图 4 第一代d s l a m 第一代d s l a m 从下行的线路到上行的接口全部采用a a m 方式，这是最符合 a d s l 自身技术特点的结构。这一代的d s l a m 只能使用a t m 网络作为其接入与 核心网络，而a t m 网络接口直到目前为止仍然仅能提供6 2 2 m 接口，交换容量也 通常只有几个g b ，这样就导致在构建大容量的核心网络时要使用大量的a t m 设 备，再加上a t m 设备本身成本较高，也就导致了a t m 核心网络的建网成本高昂。 第一代d s l a m 建设成本高昂不仅来自a t m 网络本身，还来自于网关设备。 无论a t m 网络建设得多好，最终还要与以i p 技术为核心的i n t e r a c t 实现互通。这 时一种设备应运而生- b r a s ( 宽带远程接入服务器) 成为a t m 到口的网关 设备。b r a s 设备由于要同时支持a t m 和口两种协议，其设备成本较a t m 设备 更为昂贵。在a t m 与m 转换时多采用1 4 8 3 b 、1 4 8 3 r 等协议，无论是哪种协议都 要进行s a r ( 切片与重组) 操作，这极大地消耗了设备的宝贵资源，使b r a s 成 为两网互通的瓶颈1 5 】1 6 】。 图2 2 为a t m d s l a m 模式下，从客户端到局端的数据包的格式变化。 服务器 n i 交换机棚一d s l a l i p p l i c t i 肼 t c 咖p i pi p 啪啪 从l 5心 脚棚 s 阻 d s l 调制解 虚白 调器 骨7 i p i p 唧 从l 5f m 删 d s l蹦 图2 - 2 a t m d s l a m 协议栈嘲 p p l i c t i 州 t c p u i ) p i e 圈啊 聊 第二代d s l a i 垤 由于第一代纯a t m 内核的d s l a m 存在着一些缺点，运营商开始寻求口上 行的d s l a m 设备，直接将a d s l 接入到口网络中。于是设备制造商在原有a t m 内核d s l a m 的基础上经过协议转换提供口上行的d s l a m 产品。这样，基于a t m 内核采用p 上行接口的第二代d s l a m 出现了。 第二代d s l a m 实际是一种过渡性产品，其a t与口的转换集中在上行口 接口板，由其统一处理。由于其结构特点导致设备在使用的过程中出现了以下一 些闯题： 1 在进行a t m 与坤转换时要消耗大量资源，而集中在上行接口板统一处理 无疑使上行接口成为瓶颈，在数据流量较大时很容易导致设备上行端口拥塞。 5 2 第二代d s l a m 沿用了a t m 内核，其级联是通过a t m 内部总线采用专用 线缆直接级连。在实现级连时由于数据流量更大，上行瓶颈现象就更为严重。这 使得网络扩容非常困难。 3 第二代d s l a m 由于采用a t m 内核，只能支持很少量的v l a n ，一般不 超过3 2 个。无法使每条p v c 与v l a n 一一映射，很难保障专线用户的o o s 。 4 a t m 的机制本身不支持点到多点的传输模式，如果要实现只能通过c p u 在每条p v c 逐个拷贝，开销巨大且效率低下。所以第二代d s l a m 很难支持日渐 盛行的组播业务门。 第三代d s l a m 由于借鉴了前两代d s l a m 在设计上的经验，第三代d s l a m 从开始设计就 采用了纯i p 内核。这样，从根本上解决了前两代d s l a m 所存在的问题。 第三代d s l a m 在a t m 与口的转换上采用了分布式结构，在每个a d s l 业 务板上实现了a t m 信元的终结和每条f v c 与v l a n i d 的一一映射。第三代 d s l a m 大容量的以太网背板保证了所有端口的无阻塞交换，上行可提供多个g e 捆绑，不仅解决了第二代d s l a m 上行带宽不足的问题，还解决了对于企业级用 户的服务品质保障问题。 i p d s l a m 在a d s l 信号的处理上基本上是一样的，上传的信号经过d s l a m 解调出来后，转换成a d s l 信号。但在d s l a m 中这些a t m 信号并不象在a t m d s l a m 中那样进行复接和业务类型处理，而是进一步实现a a l ss a r 功能转换 成相应的m a c 帧，即所谓的a t m 终结。在a t m 信号终结的过程中，建立相应 的m a c 地址与a t mp v c 的对应关系。在a t m 信号终结之后，根据不同的设备 所提供的不同的功能，在m a c 帧的基础上进一步进行处理和设立相关标记，比如 说当提供r f c l 4 8 3 功能时，就进一步处理r f c l 4 8 3 协议；提供v l a n 功能时， 就根据设置贴上v l a n 标记。也有的设备有三层功能，就处理更高层的协议。在 所有设备提供的功能完成以后，就通过f e 的上行口传输到二层设备或者三层设备 中。下传的信号则刚好相反，从上一级的设备发送到i p d s l a m 的m a c 帧信号， 根据不同i p d s l a m 的功能，完成相应的三层功能的信号处理或者二层功能的信 号处理，比如说路由分析或者v l a n 标志分析等，在完成相应的三层或者二层功 能后，最终在瑶d s l a m 中通过a a l 5s a r 功能，把m a c 帧转换为a t m 信元， 并实现从m a c 地址到a t mp v c 的转换。i p d s l a m 中a t m 信号通过a d s l 芯 片的处理，变换成a d s l 信号格式，并通过调制传输到远端的a d s l m o d c m 。 总之，a t md s l a m 是全程a t m 连接，i pd s l a m 是将a t m 连接到m a 5 1 0 0 的l a n c 板上实现a t m 终结( 以太网板) ，然后将a t m 信元转换为以太网帧上传嘲。 6 旦5 丛丛塑圆缝矬理盏 图2 - 3 为球d s l a m 模式下，从客户端到局端的数据包的格式变化。 服务器以太网交换机 i p - d s l a t l 国 射p l i c t 1 0 n t c p u n p i pi p 硎 啪 l 5 棚 唧a 晒l 图2 - 3i p d s l a m 协议栈 2 1 2i p d s l a m 的优势 调制解 宜声 调器 。7 从技术角度上看，a t md s l a m 需要把底层a t m 信元重新打包还原成口包， 而后再把m 包重新拆包成a t m 信元流，两个过程之间的包转换浪费了巨大的系 统资源，增加额外的系统开销，以致网络带宽的利用率下降。相比之下，以口为 内核的i pd s l a m 和l p 城域网之间完全是端到端的m 连接，可以实现高速率、 高带宽、高资源利用率的无缝连接。 其次，i p d s l a m 和口城域网的系统价格比a t m 网络有大幅度节省。a t m d s l a m 网络建设包括a t m 交换机、用户板、不同接口中继板，即使是扩容建设 其投资也是非常昂贵。相比之下，p 城域网和腰交换机成本很低，i p - d s l a m 成 本低。采用i p d s l a m 网络的总体运营成本比起a t md s l a m 网络将有很大地下 降。它不仅学习了a t m 丰富的q o s 特性，同时也继承了口丰富的业务特性。在 建设模式上不需要昂贵的a t m 设备与b r a s ，使得建网成本大大下降。 总之，口化，即顺应宽带城域网的规划和建设，采用p 内核和m 上行；智能 化，即实现b r a s 认证功能的分布化，在d s l a m 设备的线路端口进行认证和口 地址绑定，满足宽带可运营、可管理的要求，是第三代i p - d s l a m 设备的两大优 势。 2 2i x p 2 3 5 0 网络处理器简介 i n l 硝i x p 2 3 5 0 网络处理器继续保持了完全可编程的结构框架，低功耗，其性 能适用于接入和边界设备应用，包括宽带接入设备，无线系统，路由器和多服务 交换机【8 l 。 7 为了达到未来的数据面的性能要求，i x p 2 3 5 0 网络处理器在同样的芯片里提供 了强大的集成控制面处理器。高速率核心x s c a l e ( 达到1 2 g h z ) 。 2 2 1d ( p 2 3 5 0 如图2 4 所示，i x p 2 3 5 0 由m i c r o e n g i n e 、x s c a l ec o r e 、n p e 、m s f 、s r a m c o n t r o l l e r 、d a r mc o n t r o l l e r 、p c ii n t e r f a c e 、c h a s s i s 等九大部分组成【9 l = 1 ) m i c r o e n g i n e ( 简记为m e ) 叫做微引擎，是i x p 2 x x x 的核心部件，负责 网络处理器中的d a t ap l a n e ( 数据面) 的处理任务。 2 ) x s c a l ec o r e 负责处理网络处理器中的c o n t r o lp l a n e ( 控制面) 的处理任务， 执行系统芯片初始化配置、系统控l l i ! i 管理、运行路由协议栈、更新路由表等操作。 另外，x s c a l ec o r e 还负责对异常数据包进行处理。 3 ) n p e 是由一些协处理器组成的专用处理器，集成在i x p 2 3 5 0 中的n p e 从 x s c a l e 上分担了部分处理功能包括m i i 、t 1 e 1 j 1 、c r c 的校验和产生、a a l 、 h d l c 、i m a 、d e s 、s h a - i 、m d 5 等功能。 4 ) m e d i aa n ds w i t c hf a b r i ci n t e r f a c e ( 简记为m s f ，媒质和交换结构接口1 是 i x p 2 x x x 进行数据收发的窗口，它通过u 1 d p i a 、s p i 等标准接口与m a c 、f r a m e r 等网络接口卡连接，通过c s i x 标准与s w i t c hf a b r i c ( 简称s f ，交换结构) 连接。 5 ) s r a mc o n t r o l l e r ( s r a m 控制器) 用于接口s r a m 存储设备。s r a m 存 储设备( 为使用方便，将s r a m 存储设备简称为s r a m ) 一般用于存储t a b l e ( 表) 、 b u f f e rd e s c r i p t o r ( 缓冲区描述符) 、f r e el i s tb u f f e r ( 缓冲区链表) 等数据结构。 6 ) d r a m c o n t r o l l e r ( d r a m 控制器) 用于接口存储p a c k e t ( 数据包) 、r o u t e t a b l e ( 路由表) 等大型数据结构的d r a m 存储设备( 为使用方便，将d r a m 存 储设备简称为d r a m ) 。 7 ) s h a c u n i t 包括s c r a t c h m e m o r y ( 中间结果缓存) 、h a s h u n i t ( 哈西单元) 和c a p ( 控制状态寄存器访问代理) 三部分 8 ) i x p 2 x x x 中采用了符合p c iv e r s i o n2 2 标准的p c ii n t e r f a c e ( p q 接口) 来接口c o n t r o lp l a n ep r o c e s s o r ( 控制面处理器) 、m a n a g e m e n tp r o c e s s o r ( 系统管理 处理器) 、其他i x p 2 x x x 网络处理器、以及p c i e t h e r n e t n i c s ( p a 以太网接口卡) 等符合p c i 规范的设备。在i x p 2 x x x 中，p c ii n t e r f a c e 的宽度为6 4 - h i t ，时钟频 率为6 6 m h z 。 9 ) c h a s s i s 是i x p 2 x x x 中各功能单元的内部高速通道，由多组高速数据总线、 命令总线、以及相应的总线仲裁单元组成。正是由于c h a s s i s 的分立式多总线结构， 高带宽的数据总线，使得i x p 2 x x x 的并行处理优势得以充分的发挥，取得较高的 8 壁5 l 丛麴囝缝处堡墨 性能指标。 l 一一一琏剑匝一一一一一一一jl 一一一一一一 图2 - 4i x p 2 3 5 0 结构框图【9 】 2 2 2采用i x p 2 3 5 0 网络处理器方案的优势 d s l a m 和其他宽带接入设备的本质就是在用户线和宽带网络之问汇聚和传 递数据流。随着口网的不断发展和高级的网络服务的出现，对这些接入设备也提 出了更高的要求，而这些新的特性和功能的增加，主要体现在其线卡部分。 i n t c l 公司的i x p 2 3 5 0 网络处理器在灵活性和处理能力上的平衡，达到了下一 代d s l a m 线卡在功能和性能上的要求。其模块化的硬件和软件结构，i x p 2 3 5 0 使得d s i a m 线卡方案不仅保证了高性能和多功能的特点，而且在费用、功耗上 有很大节省。 在这种方案中数据面和控制面进行了合理的划分，数据的处理由专门的微引 擎来进行，而控制管理平面与数据平面的分开，只要处理引擎具有足够的处理能 力，就能够达到数据的高速处理。目前，嵌入式通用c p u 不能做到这一点，而网 络处理器通过内部的多个微处理器( 微引擎) ，来将处理任务进行分布式处理， 由多个微引擎来进行并行处理，从而获得了强大的处理能力，这也是本实现方案 9 的一个优势。 2 3 小结 随着网络的发展，i p d s l a m 相比a t m d s l a m 具有的优势和特点，使其必 然成为d s i a m 设备的发展趋势。而1 x p 2 3 5 0 网络处理器具有的高性能和灵活性， 与其它处理器相比也具有明显优势。因此，我们提出了基于i x p 2 3 5 0 网络处理器 的i p d s l a m 的实现方法，利用数据面和控制面分离的思想进行数据处理，为设 备达到线速处理提供了保证。下面一章具体介绍其实现方案。 3 基于i x p 2 3 5 0 的i p d s l a m 系统总体设计方案 本章主要介绍采用i x p 2 3 5 0 网络处理器实现i p d s i - a m 的总体设计方案，从 硬件、软件两个方面进行具体介绍。 3 1 系统功能 我们提出的这种基于i x p 2 3 5 0 网络处理器的i p d s l a m 系统，在提供基本 a d s l 接入的同时，还提供i p v 4 转发功能；支持静态路由，r i p 等动态路由协议； 支持口优先级控制及排队策略( w r r 、d r r 等算法) ；还支持p p po v e re t h e m e t 用户接入控制。 3 2 硬件方案 基于i x p 2 3 5 0 的口d s l a m 系统从硬件结构上分为i x p 2 3 5 0 和前端处理专用 芯片两部分【“。口d s l a m 系统的前端处理部分包括调制解调、复用解复用，可 采用专用芯片实现。如4 片t i 公司的a c 7 芯片和中兴的z x 2 6 1 0 组合，可以完成 6 4 路a d s l 用户线的汇聚、分发。本文中口d s l a m 的核心部分数据处理和转发 采用i x p 2 3 5 0 实现，如图3 1 所示。 r 一。t 一广 l x s c a l e 千亮 i拄箭面l - | ；太 d e f i n en e t w o r kt r a f f i c 中设置d s l a m 上行所应该接收 到的数据流，根据要求，可以自定义所需的数据流，我们这里要用到a a l 5 类型 的a t i v i 格式的数据流，如下图： 墨0 7 ；i 圈5 4 设置a r m 流的界面 然后在 s i m u l a t i o n 菜单中选择 p a c k e ts i m u l a t i o no p t i o n s 】，在这个选项中 的 t r a f f i ca s s i g n m e n t 标签中设置系统的接收数据端口所要接收的数据流。如图 5 5 ，此系统中我们设置d e v i c ei d 0p o r t o 的端口为上行的数据流接收端口，接收 a t ma a l 5 类型的数据包，d e v i c ei d 0p o r t l 的端口为下行数据流的接收端口，接 收以太网格式的数据包。 图5 - 5 接收发送端口模式设置界面 接下来，在 s i m u l a t i o n 主菜单中选择 s y s t e mc o n f i g u r a t i o n 菜单选项， 弹出 s y s t e mc o n f i g u r a t i o n 对话框。该对话框包括设置c l o c kf r e q u e n c i e s 、m e m o r y 、 m s fd e v i c e s 、m s fc o n n e c t i o n s 、c b u sc o n n e c t i o n s 等属性。在这里主要是将m s f d e v i c e s 中的端口速率及类型进行设置。设置d s l a m 上行数据接收端口为d e v i c e o p o r t o ，上行数据流发送端口为d e v i c e lp o r t l 。根据a d s l 的盯u - t 标准和实际情 况，我们设置每一路用户的上行速率为o 5m b i t s ，下行速率为5m b i t s ，设d s l a m 系统如果实现6 4 路a d s l 的单板接入，那么实际的i p d s l a m 系统在处理上行数 据流时接收速率为3 2 m b i t s ( 6 4 * 0 5 m b i t s ) ，下行接收速率为3 2 0 m b i o s ( 6 4 * 5 m b i t s ) 。 如图： 图5 - 6 接收端口属性设置界面 第四，点击工具栏中的“s t a r td e b u g 按 t t i 辨4 ，对微代码进行编译，连接器将汇 编器或编译器输出的“1 i s ，文件进行连接转换，得到运行在微引擎上的映象文件。 然后就可以运行程序了，点击工具栏中的“r u n 按钮基，启动快信道软件代码开 始运行，可以通过查看p a c k e ts i m u l a t i o ns t a t u s i 臣分析p o r t 的收发统计信息来对快 信道的功能进行验证，定位其中的差错和不足，并加以譬4 - x 寸性的修正和改进。 5 3 2结果分析 j k 塞窑通太堂亟堂位i 金塞 功能分析 通过观察仿真系统的发送数据包和接收数据包的l o g 文件 ( c a i x as d k4 粕r c a p p l i c a t i “p d s l a m l o g k d e v i c e 0 _ p o r t 0 _ r x 1 0 9和 c ：、d ( as d k4 挑r c a p p l i c a t i o n 蜘p d s l a m 、l o g k d e v i c e l _ p o r t l j r x 1 0 9 ) ，对其进行分 析如下： 首先是口d s u 姐l 系统上行方向接收进来的数据包，如下： p a c k e t sr e c e i v e db yi x pf r o mp o r t0o nd e v i c eo ： 14 1 0 75 7 0 10 0 1 0 0 1 4 0 a a a a 0 3 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 9 0 2 7 7 a a 5 9 1 0 0 。1 3 d 4 1 b 1 b d e 避1 1 0 00 0 0 8 0 0 2 8 0 0 2 1 4 5 0 0 0 0 3 0 0 0 0 00 0 0 0 0 4 0 69 6 c 3 1 0 0 10 0 0 1 1 0 0 3 这是d s l a m 系统接收到的第1 个数据包，通过分析我们可以看出前4 字节 为a t m 头，其中v p i = i ，v c i = 2 0 ，后面是l i c s n a p 封装，共8 字节，l l c 、 o u i 、p i d ，然后是p p p o e 的头部，包括( s r cm a c ，d e s tm a c , e t h 类型，v e 墙i o n ，t y p e ， c o d e ，s e s s i o ni d ，l e n g t h ，p r o t o c o l 等字段) ，然后就是腰包，i p 包头的前1 8 字节。 因为a t m 格式的包要将数据包分片发送。 25 7 3 2 7 3 2 60 0 1 0 0 1 4 20 0 0 1 q q q qq q q q q q 鳗q q l 2 q q q 四蚀四鲤四四q q q q 鲤 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a6 a 6 a 6 a 6 ao o i l 0 0 0 3 89 4 7 e l c 3 2 这是d s l a m 系统收到的第2 个数据包，前面4 个字节仍然是a t m 头，v p i = i ， v a = 2 0 ，后面是i p 数据包的包头的最后2 个字节和d a t a 字段，共2 0 字节，然 后是2 0 字节的填充字段，最后是c p c s p d u 尾部共8 个字节。 3 7 3 5 78 9 5 10 0 1 0 0 1 5 0 a a a a 0 3 0 0 0 0 0 0 0 8 0 0 0 0 9 0 2 7 7 a a 5 9 1 0 0 1 3 d 4 1 b 1 b d e 墨垦鲤1 1 0 00 0 0 8 0 0 2 80 0 2 1 钳0 0 3 0 0 0 0 00 0 0 0 0 4 0 69 6 c 3 1 0 0 10 0 0 1 1 伽 这是d s l a m 系统接收到的第3 个数据包，通过分析我们可以看出前4 字节 为a t m 头，其中v p i = l ，v c i = 2 1 ，后面是l l c s n a p 封装，共8 字节，u c 、 o u i 、p i d ，然后是p p p o e 的头部，包括( s r cm a c ，d e s tm a c , e t h 类型，v e r s i o n , t y p e , d c ，s e s s i o ni d ，l e n g t h , p r o t o c o l 等字段) ，然后就是口包。 48 9 8 21 0 5 7 60 0 1 0 0 1 5 20 d d i q q 四鳗q 鲤q 鲤嫂q q 鲤竣q q q q q q 鲤幽幽q q 鲤 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a 6 a0 0 0 0 0 0 3 89 4 7 e l c 3 2 这是d s l a m 系统收到的第4 个数据包，前面4 个字节仍然是a t m 头，v f i = i ， v c i = 2 1 ，后面是口数据包的d a t a 字段，共加字节，然后是2 0 字节的填充字段， 最后是c p c s p d u 尾部共8 个字节。 以下是i p d s l a m 上行方向发送出去的数据包，如下： p a c k e t st r a n s m i t t e db yi x pt op o r t1o nd e ；c i e e1 ： 19 4 3 81 1 3 4 40 a o c l 4 3 7 3 0 a 2 0 2 0 10 2 0 3 0 0 0 3 0 8 0 0 4 5 0 00 0 3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 3 0 6 5 8 9 7 c 3 1 0 0 10 【) 0 1 1 0 ( ) 30 ( ) 0 1 ( x ) 0 0 ( x x x i x x x x ) i x x x x ) l x x m m ) 这是从d s l a m 上行数据流发送端口发送出来的第一个数据包，可以看出这 是一个以太网类型的数据包，1 4 字节以太头后面是m 数据包，通过分析可以得出 这是对于d s l a m 系