（信号与信息处理专业论文）基于atm和ip的dsl宽带接入系统中关键技术的比较.pdf

摘要 本文主要讨论了宽带接入技术的工程运用。分为两个部分。一是基于a t m 的 a d s l 宽带接入服务器的方案及其中的a t m 层的软件设计方案：二是基于i p 技术的 v d s l 接入方案的设计。 作者在研发过程中主要主要承担了两方面的工作：a b s l 方案中的a t m 层软件 设计和p c i 桥的设计；以及v d s l 总体方案的硬件设计。 论文第二章介绍了a d s l 宽带接入服务器的整体方案，第三章介绍了软件方案 中a t m 层驱动的设计以及p c i 桥在本系统中的应用；第四章是对y d s l 接入方案的 讨论；接下来比较了这两种方案的技术细节和各自的特点。第三章中关于a t m s a r 子层的驱动设计和p c i 总线在内存映射上的作用，以及第四章中v l a n 和m i i 接口 的设计是本论文的重点部分。 关键词：a d s l ，a t m ，s a r , 毋v d s l ，v l a n , m i i n a bs t r a c t t l l i st h e s i sf o c m e so n t h er e a l i z a t i o no f d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n ct e c h n o l o g y i ti n c l u d e st w op a r t s ，o n eo fw h i c hi sb a n s ( b r o a d b a n d a c c e s sn e t w o r ks e r v e r ) b a s e d o nt h ea t m t e c h n o l o g y , t h eo t h e r i sa ni p - b a s e dv d s lm u l t i s e r v i c ec a r d m a u t h o ri sr e s p o s i b l ef o rm ed i s i g no f 删s a p , d e v i c e d r i v e ru n d e rr t o sa n d t h ep r o t o t y p ed e s i g no f t h ev d s l m u l t i - s e r v i c ec a r d n l es e c o n dp a r to ft h i st h e s i si sa b o u tt h ew h o l es o l u t i o no ft h eb a n s ；t h et h i r d c h a p t e rd e t a i l e dt h ea ：r i s a rd e v i c ed r i v e ra n d t h ef u n c t i o no ft h ep c ib r i d g ei nt h i s s o l u t i o n i nt h ef o l l o w i n g p a r t , t h ea u t h o rd j s c c u s s e st h ev d s l a c c e s sp r o j e c t ；t h e nt h et w o s o l u t i o n sa r ec o m p a r e di nt e c h n o l o g ya n dp r a c t i c e t h ek e yp a r t so ft h i sa r t i c l ea r et h ed e s i g n i n go f 删s a r d e v i c ed r i v e ri nt h e s e c o n dc h a p t e ra n dt h ei m p l e m e n t a t i o no f a na n dm i ii nt h et h i r dc h a p t e r k e y w o r d s ：a d s l ，a t m ，s a r ，1 1 , v d s l ，v l a n ，m i i 第1 页共1 辱页 堑墨堡垒一 1 1 课题背景 第一章绪论 随着i n t e m e t 的爆炸式发展，在h a t e m e t 上的商业应用和多媒体等服务也得以迅 猛推广。要享受i n t e m e t 上的各种服务，用户必须以某种方式接入网络。从传输介质 来分，宽带接入可分为：x d s l 接入、c a b l e m o d e m 、宽带无线接入、直接光纤接 入。目前国内宽带上网方式主要有c a b l em o d e m 、以太网接入、a d s l 接入、i s d n 这几种接入方式a 为了实现用户接入网的数字化、宽带化，提高用户上网速度，光纤 到户( f t t h ) 是用户网今后发展的必然方向，但由于光纤用户网的成本过高，在今 后的十几年甚至几十年内大多数用户网仍将继续使用现有的铜线环路，于是近年来人 们提出了多项过渡性的宽带接入网技术。现有铜质双绞线网络的广泛延伸是实行 x d s l 方案的有利基础设施。中国有1 4 亿电话用户，全部都是通过铜线接入网络的， 这样庞大的硬彳牛基础是发挥x d s l 技术优势的最佳平台，而且实施x d s l 接入方案 无需对线路进行改造，可以降低额外的开销。a d s l 是最近兴起的一种宽带接入技术。 与另一种c a b l e m o d e m 相比，x d s l 具有独特优势，它提供针对单电话线路用户的专 线服务，丽c a b l em o d e m 则要求个系统内的众多用户分享同带宽。尽管c a b l e m o d e m 的下行速率比a d s l 高，但考虑到将来会有越来越多的用户在同一时间上网， c a b l em o d e m 的性能将大大下降。另夕 ，c a b l em o d e m 的上行速率通常低于a d s l 。 a d s l 的速率自适应能力使它可以根据线路钓情况选择最佳的传输速率。目前，a d s l 是宽带接入的主流技术t 而v d s l 技术也开始逐步推广，并在许多方面具有竞争力。 下面简单介绍下x d s l ，c a b l em o d e m f 广r h 和无线接入这几种技术。 1 ，2 x d s l 技术 2 i x d s l 简介 x d s l 接入是以电话双绞线做为传输介质的一种接入技术，是a d s l ( 非对称用 户数字环路) 、h d s l ( 对称用户数字环路) 、s d s l ( 单线对h d s l ) 、v d s l ( 高速用 户数字环路) 、r d s l ( 速率自适应a d s l ) 等技术的惫称。a d s l 是上行、下彳亍带宽 非对称的x d s l 技术。它的上行带宽达1 m b p s 、下行带宽达8 m b p s ，这种非对称特性 非常适合高速i n t e m e t 访闯、视频点播( v o d ) 、远程教学和多媒体信息服务。 表】一】各种x d s 】技本参数比较 i d s l上行速率下行速率是否对称是否与 p o t s 兼容 f a o s l1 0 0 - 8 0 0 k b p s l 一8 m b p s 否是 【v d s l6 4 m ( 非对称)最大5 2 m b p s ( 非对对称或非对 是 1 3 m b s ( 对称)称)称 第6 页麸i 页 葛誊绪论 ih d s l7 8 4 15 4 4 2 0 4 8 k7 8 4 15 4 4 2 0 4 8 k b 是 否 b ss ih d s l 2 15 4 4 2 0 4 8 k b s15 4 4 ，2 0 4 8 k b s 是否 ls d s l 3 8 4 7 6 8 k b s3 8 4 7 6 8 k b s是是 im d s l 6 4 2 0 0 k b s8 0 0 2 0 0 0 k b s否 是 1 2 2 x d s l 中的关键技术 1 2 。2 1 复用技术 为了建立多个信道，a d s l 可通过两种方式对电话线进行频带划分：一种方式是频 分复用( f d m ) 另种是回波消除( e c ) 。这两种方式都将电话线o - - 4 k h z 的频带用作电 话信号传送。对剩余频带的处理，两种方法则各有不同。f d m 方式将电话线剩余频带 划分为两个互不相交的区域：一段用于上行信道，一段用于下行信道。下行信道由一个 或多个高速信道加入一个或多个低速信道以时分多址复用方式组成，上行信道由相应 的低速信道以时分方式组成。 7 当在同一线路上的上行和下于于信号使用相同的频段或频段有重叠肘，就要使用回 波抵消，以减弱接收信号中的反射信号。e c 方式将电话线剩余频带划分为两个相互 重叠的区域，它们也相应地对应于上行和下行信道。两个信道的组成与f d m 方式相似， 但信号有重叠，而重叠的信号靠本地回波消除器将其分开。频率越低，滤波器越难设计 因此上行信道的开始频率一般都选在2 5 k i - i z ，带宽约为1 3 5 k h z 。在f d m 方式中，下行 信道一般起始于2 4 0 k h z 带宽则由线路特性，调制方式和传输数据率决定。e c 方式由 于上，下行信道是重叠的，使下行信道可利用频带增宽，但这也增加了系统的复杂性，一 般在使用d m t 调制技术的系统才运用e c 方式，基于q a m c a e 的x d s l 设备主要 使用f d m 。 下图分别表示了频分复用和回波抵消。 图i - 2 频分复用方式 图1 - 3 回波抵消方式 第7 页共锋页 象黧虢豢 翌二重望堡 品米用q a m 或c a p 调制技术。 a ) q a m c a p 调制 c a p 和q a m 属于单载波调制技术，比较简单，对模拟前端的要求低，抗干扰能 力不强，信道间需要隔离保护。 在q a m 调制中，发送数据在比特，符号编码器内被分成速率各为原来的l 2 的两 路信号，分别与一对正交调制分量相乘，求和后输出。收端完成相反的过程，正交解 调出两个码流，均衡器补偿由信道引起的色散，判决器识别复数信号并映射回二进制 信号。采用q a m 调制技术，信道带宽至少要等于码元速率( 波特率) ，为了定时恢复 还需要额外的带宽，一般要增加1 5 左右。目前实用的q a mm o d e m 只能做到8 b i t 符号，相当于可在6 8 0 千波特，信噪比为3 3 d b 的信道上传输5 4 4 m b p s 的数据。与 其他调制技术相比，q a m 编码具有能充分利用带宽，抗噪声能力强等特点。但q a m 用于a d s l 的主要问题是如何适应不同电话线路之间性能较大的差异性。要取得较 为理想的工作特性，q a m 接收器需要一个和发送端具有相同的频谱和相位特性的输 入信号用于解码，q a m 接收器利用自适应均衡器来补偿传输过程中信号产生的失真， 因此采用q a m 的a d s l 系统的复杂性主要来自于它的自适应均衡器。 b ) d m t 调制 属于多载波调制技术。 d m t 是将1 1 m 的频带划分为多个( 2 5 6 ) 子载波，相邻予载波的频率间隔是 4 3 k h z 。根据每个子载波不同的信噪比，为其分配不同的比特数，最后在每个子载波 中进行二维星座编码。信道间不需要隔离保护。可以选择子频带避开干扰。通常a d s l 使用2 4 9 或2 5 0 个子载波来传递信息，低端的子信遵传递4 k h z 的话音，通常将2 5 k h z 看作a d s l 业务的起点。 d m t 调制技术的主要原理是将频带( 0 1 1 0 4 m h z ) 分割为2 5 6 个由频率指示的正 交子信道( 每个子信道占用4 k h z 带宽) ，输入信号经过比特分配和缓存，将输入数 据划分为比特块，经t c m 编码后再迸行5 1 2 点离散傅利叶反变换( i d f t ) 将信号变换 到时域，这时比特块将转换成2 5 6 个q a m 子字符。随后对每个比特块加上循环前缀 ( 用于消除码间干扰) ，经数据模变换( d a ) 和发送滤波器将信号送上信道。在接收端 则按相反的次序进行接收解码。由于美国的a d s l 国家标准( t 1 4 1 3 ) 推荐使用d m t 技术所以在今后几年中，将会有越来越多a d s l 调制解调器采用d m t 技术。 1 3 c a b l e m o d e m c a b l em o d e m 利用有线电视网实现宽带通信。目前的有线电视网中，普遍采用 h f c 传输，即利用光纤作为骨干网，而采用同轴电缆作为末端的接入。与利用电话 线传输的d s l 技术相比，c a b l em o d e m 的特点是：广播式传送、带宽大、多频道， 通常利用某一个电视频道进行高速的数据传输。 c a b l em o d e m 的传输环境要优于以双绞线为介质的d s l ，所以不需要采用象 d m t 这样复杂的编码技术，只要用常规的q p s k 和q a m 就可以了。 它的主要阆题是：早期的c a b l em o d e m 没有上行能力：多个用户共享，当用户 量增加时速率会下降；共享系统中用户的安全性难以保证。解决办法：1 、利用c a t v 系统实现下行传输，而利用话带m o d e m 实现上行传输，但是上行速率只有 3 3 6 , - - 4 8 k b s ：2 、对电缆系统进行改造，将电缆中的单向放大器改为双向放大器。 第8 页共页 1 4 光纤接入( f t t h ) 光纤接入的传输媒介是光纤。光纤传输具有传输带宽宽、衰减小的优点。目前光 纤接入网中已出现了光纤到路边( f t t c ) 、光纤到大楼( f t t b ) 、光纤到办公室( f t t o ) 和光纤到家庭( f t t h ) 。 但是光纤接入的成本高、技术复杂，短时间内不可能成为主流的接入技术。 1 5d s l 的一般实现 a d s l 是目前技术最为成熟、使用最广泛的d s l 技术。首先以它为例介绍一下 d s l 的原理。 目前的a d s l 解决方案多基于a t m 网络环境的。a d s l 提出时是想作为a t m 到用户的种解决方案，因此a d s l 的链路层采用了a t m 信元的封装格式。 a d s l 系统一般分为两大部分：局端模块和远端模块。局端模块包括中心位置的 a d s lm o d e m 和接入多路复合系统，处于中心位置的a d s lm o d e m 被称为a t u c ( a d s l t r a n s m i s s i o nu n i t - - c e n t r a l ) ；接入多路复合系统和多个a t u c 通常被组合 成一起被称作接入节点，也被称作“d s l a m ”( d s la c c e s sm u l t i p l e x e r ) 。远端模块 由用户a d s lm o d e m 和滤波- 器( s p l i t t e r ) 组成，用户端a d s lm o d e m 通常被称为a t u r ( a d s l t r a n s m i s s i o n u n i t - - r e m o t e ) 。 局端设备d s l a m 完成数据接口适配、汇聚、传输、交换、桥接以及数据和话音 的分离。用户端设备a t u r 完成接口适配、数据的调制解调、桥接以及数据和话音 的分离功能。宽带网络接入服务器( b a s ) 是面向宽带网络应用的新型接入网关，它 位于骨干网的边缘层，可以完成高速i p a t m 网的数据接入。终结用户单元通过 d s l a m 来的p v c 或p p p 会话，为i s p 提供一个有效的方法终结和汇聚大量的宽带 用户连接。如下图所示： 图1 4d s l 接入方案的示意图 第9 页共僵页 兰三至! ! ! ! ! ! ! 竺窒堂釜：立兰 第二章b b t l 0 0 0 宽带接入总体方案 2 1 有关a d s l 接入的几种方案的介绍 a d s l 是上行、下行带宽非对称的x d s l 技术。它的上行带宽达1 m b p s 、下行带 宽达8 m b p s ，这种非对称特性非常适合高速i n t e r n e t 访问、视频点播( v o d ) 、远程 教学和多媒体信息服务。 在采用a t m 传送模式的a d s l 接入系统中，局端d s l a m 设备上行链路数据接 口通常为标准a t m 接口，并可直接或通过本地传输网络与a t m 交换机相连。a d s l 传输系统承载的传送数据格式为a t m 信元。用户端a t u r 设备通常可提供 a t m a 2 5 6 m b s 或以太网1 0 b a s e t 的应用接口。可以采用的协议有：r f c l 4 8 3 ， r f c 2 3 6 4 r f c l 5 7 7 。 a d s l 提出时是想作为a t m 到用户的一种解决方案，因此a d s l 的链路层采用 了a t m 信元的封装格式。要将a d s l 应用于以太网环境，就必须进行a t m 信元与 以太网帧格式的转换。 在介绍我们的宽带接入服务器之前，有必要先对a d s l 接入的几种方案作个说 明。 2 1 1 基于a t m 的a d s l 接入 在采用a t m 传送模式的a d s l 接入系统中，局端d s l a m 设备上行链路数据接 口通常为标准a t m 接口，并可直接或通过本地传输网络与a t m 交换机相连。a d s l 传输系统承载的传送数据格式为a t m 信元。用户端a t u r 设备通常可提供 a t m a 2 5 6 1 v l b s 或以太网1 0 b a s e t 的应用接口。 图2 - 1 基于a t m 的a d s l 接入 这种模型利用p p p o v e r a t m 在用户端的a t u - r 和网络侧的服务提供者之间建立 一条p v c 或s v c 。这样做的好处是，传统的电路交换( 电话网) 的特性如安全、q o s 都可以在a t m 机制下得到很好的保证。但是a r m 设备较以太网设备昂贵，而且操 作系统对a t m 的支持不够；多用户按入时需要额外的a t m 交换机。协议模型如下： 第l o 页共1 4 页 翌三翌二! ! ! 型! ! 堕壅至堡垒立墨 图2 2 基于a t m 的a d s l 接入的协议模型 具体的说有以下几种方式： a r f c l 4 8 3 r f c l 4 8 3 是一种a t m 的桥接技术，实现了a t m 网络上多协议的封装。这 种a d s l 的接入方式依托a t m 骨干网，在协议模型上，对网络层来的多协议数 据进行r f c l 4 8 3 的l l c s n a p 的封装，再组成a t m 信源流，送往网络侧。 采用r f c l 4 8 3 的好处是可以满足多个用户同时接入，但不能进行i p 地址的 动态分配，难以保证q o s 。 。 b r f c ：2 3 6 4 属于p p po v e ra t m 的接入技术。由终端直接发起p p p 呼叫，用户侧a t m 2 5 网 卡在收到上层的p p p 包后，根据r f c 2 3 6 4 封装标准对p p p 包进行a a l 5 层封装处理 形成a t m 信元流。信元透过a d s lm o d e m 传送到网络侧的宽带接入服务器上，完成 授权、认证、口地址分配等一系列p p p 接入过程。 c 。r f c l 5 7 7 r f c l 5 7 7 是在a t m 上承载球协议的标准，但它仅针对网络层是i p 协议的情况。 r f c l 5 7 7 仍然采用1 4 8 3 的封装方式对珥包进行l l c s n a p 的封装。与r f c 2 3 6 4 类 似，用户侧采用a t m 2 5 的网卡接入，支持1 5 7 7 协议；由删网卡完成对上层i p 包的封装处理，形成a t m 信元送到a d s lm o d e m ，a d s lm o d e m 仅仅作为a t m 传输 的一个端点。同样也存在不能实现多用户接入的问题。 d p p t p ( 点对点隧道技术) 和l 2 t p ( 第二层隧道协议) 隧道技术是对p p p o a 的一种扩展。用户侧利用p p t p 技术在p c 与a d s lm o d e m 之间建立i p 隧道，传送用户发出的p p p 请求。a d s lm o d e m 终结i p 隧道，提取 p p p 包，并利用r f c 2 3 6 4 进行封装。远端的宽带接入服务器完成授权、认证、i p 地 址分配等一系列过程。p p t p p p p 的接入过程在网络侧与p p po v e r a t m 是一致的。可 以实现多用户的接入和简单的v p n 功能。 第1 1 页共1 + 页 一笙三主! ! ! ! ! ! ! 塑垄垄堡全查窭 2 1 2 基于i p 的a d s l 接入 在i p 网络环境中a d s l 接入方式可以根据i p 地址的分配方式分为两天类：静念 i p 地址方式和动态i p 地址方式。 a ) 固定i p 方式 此方式给上网用户分配固定的i p 地址、掩码及其网关，通过a t u r 提供的以太 网口上网。该方式的优点是用户上网方便、效率高且与i n t e r n e t 保持在线连接。 该方式类似于传统的专线上网。但是，此接入方式不利于运营商实现灵活的计费方式， 同时由于每个上网用户必须固定地分配i p 地址，会导致运营商有限的i p 地址资源更 为紧张，因此不太适合大规模的a d s l 用户接入使用。 b ) 动态i p 方式 目前使用较多的动态f p 接入方式是p p p o e 加上d h c p 。动态i p 方式是用户通过 虚拟拨号技术动态获得i p 地址来开展上网业务。该技术采用的核心协议是p p p o e ， 由以太网上的客户机发起连接，由位于骨干网边缘的宽带接入服务器终接p p p o e 连 接或将其续传。p p p o e ( p p po v e re t h e m e t ) 协议是将拨号湖络中广泛使用的p p pm 议应用至u 了以太网中。d h c p 是以太网中广泛使用的动态| p 地址分配协议。在工p 城 域网中真接使用d h c p 方式将导致用户地址盗用、安全性、用户可管理性等多种问 题，于是出现了d h c p + 协议，在完成d h c p 所有功能的同时进行用户身份的认证。 p p p o e 协议属于数据链路层协议，将p p p 承载到以太网之上，充分利用以太网技术 的寻址能力，它提供了一种将各个高层协议鸷闭打包的方法，提供点对点的连接，但 其本身不具备寻址的功能，其实质是在共享介质的网络上提供条逻辑上的点到点链 路，提从以太网中的每个上网用户与宽带接入服务器之间的一条逻辑p p p 连接。多 个以太网上的用户同时通过p p p o e 获得相应数目的逻辑p p p 连接。 基于p p p o e 的宽带接入服务器( b a n s ) 可对这些逻辑p p p 连接分别进行管理，通 过一个p p p 连接建立和释放的会话过程，可对用户上网业务分别进行时长和流量的 统计并提供各种计费方式所需要的信息。与r a d i u s 服务器配合利用p a p 、c h a p 等 协议进行p p p 用户识别、鉴权，通过i p c p 协议对用户进行动态i p 地址分配，从而 最大限度地利用有限的i p 地址资源。 2 1 3 基于帧中继的a d s l 接入 帧中继端到端a d s l 接入网络为了支持快速分组交换，提供高速数据传输率， 同时降低投资成本，关少对现有网络基础设施的改造，在n s p 与d s l a m 之间建立 帧中继网络。 2 1 4a d s l 接入系统的非端到端a t m 连接的体系结构 宽带接入服务器主要有两种模式：p t a ( p p pt e r m i n a t i o na n da g g r e g a t i o n ) 和 l 2 t p ( l a y e r2t u n n e l i n gp r o t o c 0 1 ) 。下面分别介绍一下l 2 t p 和p t a 这两种模式。 a 、l 2 t p ( l a y e r2t u n n e l i n gp r o t o c 0 1 ) 接入集中 由于p p p 是为串行通信设计的，要让它工作于以太网上必须有一些新的思路和 技术。l 2 t p 的思想就是将p p p 加载到以太网上。 l 2 t p 是将任意一个网络上的会话扩展到称作l 2 t p 网络服务器( l n s ) 的远端 第1 2 页共锵页 第二章b b t l0 0 0 的宽带接八方案 网络服务器上的一种协议。这样用户不必直接拨往他的目的 s p 或公司拨号服务器， 而是到一个l 2 t p 接入集中器( l a c j ，然后由l a c 将p p p 会话连往l n s 。l 2 t p 的 基本原理是在地区宽带网上将p p p 放入一条隧道传送。 a d s l - n t ( 即a t u r ) 将p p p 分组从l 2 t p 隧道( 在a d s l - n t 和l a n 上的每 一台p c 间) 映射到一个a t mv c c 上，反之亦然。人们可以将a d s l - n t 当作是一 个网络接入服务器：它接收来自以太网的本地l 2 t p 隧道的呼叫，然后将它们转接到 一个携带p p p 端到端会话的a t m 连接上。 隧道技术从本质上说还是属于p p p o a 的。p p p 分组经由a t u r 分插到a t m 信 元中，建立a t m 的p v c s v c 连接。l 2 t p 隧道的示意如下图2 - 3 ： 图2 - 3l 2 t p 隧道示意图 包含p p p 分组的本地l 2 t p 隧道被加载到i p 分组上，再放到以太网帧上。在上 行方向，a d s l n t 恢复p p p 分组，将它们分段插入到a t m 信元中。在下行流方向， a d s l n t 通过d s l a m 从网络接收a t m 信元，重组信元，恢复成p p p 分组，然后 将分组通过以太网转发到最终目的地。 为了在远端用户和i s p 路由器问支持p p p 会话，a d s l n t 必须要能够将a t m v c 通过l a n 映射到本地l 2 t p 隧道。所用到的映射和协议如图2 4 ： i s pt e l c 0 a t u rc 1i e n tp c 图2 4 基于l 2 t p 的p p po v e re t h e r n e t 的协议体系结构 下面简述p p p o v e r - l 2 t p 的操作过程。 为了开始一个p p p 会话，p c 建立一条到a d s l n t ( 即a t u - r ) 的l 2 t p 隧道。 利用通过d h c p 分配给p c 的私有i p 地址在本地i p 予网上进行本地通信a 第1 3 页菇1 i 页 错二章b b t l 0 0 0 的宽带接入方棠 当a d s l n t 从p c 得到一条l 2 t p 会话请求后，它拨往一个特定的a t m 地址以 初始化a t m 网络的一条s v c 。l 2 t p 请求包括一个l a n 地址或名称，和e 1 6 4n u m b e r ( 调制解调器可以将e 1 6 4 地址转化成n s a p 格式，并用它来开始到网络的a t m 呼 叫建立) 。如果是p v c 服务，e 1 6 4 可以被映射到p v c 中。 一旦a t m 连接建立起来，l 2 t p 隧道请求被获知，p p p 会话可以在这条连接电路 上进行。当隧道或者s v c 被释放，m o d e m 将释放另一部分。 下面是l 2 t p 应用于宽带接入的示意图，如图2 - 5 所示。 图2 - 5l 2 t p 应用于宽带接入 在这个图例中，还用到了一个帧中继设备。p p p 信息在本地的l 2 t p 隧道，在公众 网络上的一个删s v c ，n - - + n i 童i n t e m e t 或帧中继骨干网的l 2 t pn n n - 圣且成n 连接管道中透明地传输。 b ) p t a l 2 t 胖p 吾鬻a 雌d 黼s l 美歉罴掣种方法。而p t a ( p p p 终端集中) 贝幌属于在上支持以太网的一种方法a 而努躏集甲) 则是 a d s l 接入系统的非端到端a t m 连接的一种方法。 n 图2 - 6p t a 宽带接入模型与协议 第t 4 页共q 4 页 一兰：要! ! ! ! ! 塑堕窭堂兰：互1 2 2 宽带接入服务器背景知识及发展动态 2 2 1 关于宽带接入服务器的知识 宽带接入服务器( b r o a d b a n dr e m o t ea c c e s ss e r v e r , 简称b r a s b a s ) 是面向宽 带网络应用的新型接入网关，它位于骨干网的边缘层，作为用户接入网和骨干网之间 的网关，终结来自用户接入网的连接。可以完成用户带宽的i p a t m 网的数据接入( 目 前接入手段主要基于x d s l c a b l em o d e m 高速以太网技术( l a n ) 无线宽带数据接 入( w l a n ) 等) ，实现商业楼宇及小区住户的宽带上网、基于i p s e c ( i ps e c u r i t y p r o t o c 0 1 ) 的i p v p n 服务、构建企业内部i n t r a n e t 、支持1 s p 向用户批发业务等应用。 宽带接入服务器主要完成两方面功能，一是网络承载功能：负责终结用户的p p p ( p o i n t t o p o i mp o t o c 0 1 ) 连接、汇聚用户的流量功能；二是有控制实现功能：与认证 系统、计费系统和客户管理系统及服务策略控制系统相配合实现用户接入的认证、计 费和管理功能。 宽带接入服务器就是一个用户管理系统( s u b s c r i b e rm a n a g e m e n ts y s t e m ，简称 s m s ) ，用于终结电路( a t m ) 并对单个的p p p 会话进行管理。s m s 将i p 数据流适 配到骨干网路由器中，并与r a d i u s 数据库结合。 2 2 2b a s 在基于a t m 的a d s l 接入中的重要性 b a s 设备是应a t ma d s l 应用的需要而出现的，因为a t ma d s l 的承载网络 是纯二层的a t m 网络，无法实现i p 层的管理，因此，需要一个网关设备，在a t m 网络和i p 网络之间实现适配，这个网关设备就是b a s 。这种网络结构同时也造成了 b a s 需要实现大而全的功能，包括认证、网络适配( 如p p p o e 终结、桥接终结等) 、 安全管理、计费、业务汇聚收敛等功能，设备非常复杂，而且容易产生网络瓶颈，b as 往往是宽带网最薄弱和最容易出问题的环节。 a d s l 的传统应用上是基于a t m 的。在基于a t m 的a d s l 应用中，独立的s m s 设备是必需的，它用来完成a d s l 宽带拨号用户的认证及q o s 、计费的功能。原因 是a d s l 是基于a t m 的，a t m 二层网络无法完成i p 层的管理，a t m 接入交换机和 a t m 骨干交换机都是二层设备，看不到三层的i p 包，无法实现ip 层的管理，因此， 每个a d s l 用户对应的p v c 必须通过a t m 网络( a t m 接入交换机和a t m 本地骨 干交换机) 汇聚到一个集中的地方来作认证和管理。b a s 可以放在核心层，也可以 放在汇聚层，具体放在哪个层次主要取决于用户数量和网络规模。 随着i p 网络逐步取代a t m 网络成为城域的基础网络，b a s 这种集中管理的模 式逐步会不再具有必要性，城域网络是i p 三层网络，不同层次的i p 交换设备具备不 同层次的管理功能，也就是说，1 p 的管理功能分散到网络的各个层次设备中去了， 而不再需要一个独立的、集中的、大而全的b a s 。一般情况下，i pd s l a m 蕾汇聚层 的位置直接接到汇聚层的i p 交换机中去，直接上i p 三层网络。 2 2 3 几种典型的b a s 产品 典，锉的厂商的设备有：r e db a c k 公司的s m s 5 0 0 ，s m s l 8 0 0 ，a l c a t e l 公司的s m c 潦一、l b b l1 0 0 0 宽带接八打集 5 7 3 5 5 7 4 0 ，7 4 7 0 ，l u c e n t 的t e r m i n a t e r1 0 0 、u n i s p h e r e 公司的e r x l 4 0 0 、以及华为 公司的8 8 5 0 设备。 2 2 3 ir e db a c k 公司的s m s 5 0 0 图2 7 r e d b a c k 公司的s m s 5 0 0 s m s5 0 0 是一种用户管理系统，使得业务提供商能够提供高速的因特网接入。支 持：x d s l ，线缆调制解调器，f t t c ，租用线汇聚，无线接入，以及它们之间的互操作 性。 i s p 使用s m s s 0 0 终结电路( a t m 或帧中继) 并对单个的p p p 会话进行管理。 s m s 5 0 0 将i p 数据流适配到骨干网路由器中，并与r a d i u s 数据库连接。 r e db a c k 公司的同类产品还有s m s1 8 0 0 ，s m s1 0 0 0 0 。 2 2 3 2l u c e n t 的t e r m i n a t o r1 0 0 终结经过d s l a m 到达的来自d s lc p e 的p v c 或p p p 连接。提供一种汇聚并终 结大量虚电路的高效方法。提供第三屡的功能和用户管理的能力，使得服务提供商可 以进行路由、认证、计费等服务。t e r m i n a t o r1 0 0 大多由i s p 使用用于电路的终结和 用户管理，也可以由承载商用于电路的终结和批发( w h o l e s a l e ) 接入。 图2 8l u c e m 的t e r m i n a t o r1 0 0 2 3 我们的宽带接入服务器b b t l 0 0 0 方案 我f f w jb b t l 0 0 0 就是一个基于a t m 方式的宽带接入服务器。采用的是r f c 2 3 6 4 协议。对接入网一侧提供a 2 m 接口，对i p 骨干网一侧提供百兆和千兆以太网接口。 主要参考l u c e n t 公司的d s it e r m i n a t o r1 0 0 和r e d b a c k 的s m s5 0 0 进行设计，在功 能 是卜述两种产品的于集f j 的是提供价格相对低廉容量较小适合国内剐户使用的 宽带接x n 务器。 第1 6 负共7 4 , j 2 3 1 典型应用及协议模型 典型的应用环境如下 协议模型见前面的图2 - 6 。 2 3 2 系统设计 图2 - 9b b t l 0 0 0 的典型应用 b b t l 0 0 0 提供两个接口：1 0 0 m 以太网口，用于连接i s p 的网络如英特网：和1 5 5 m 光接口，用于连接a t m 网络。 系统结构如下： 图2 1 0b b t l 0 0 0 的系统结构 a 、b b t l 0 0 0 提供两个接口：1 0 0 m 以太网口，用于连接i s p 的网络立英特网：和 1 5 5 m 光接口，用于连接a t m 网络。b b t l 0 0 0 系统以p c i 桥为分界线可以分为两大 部分： 一是m p u 部分，二是a t m 接口禾i 处理单元。m p u 部分包括：m p c 8 6 0 t ，m p u 存储器子系统( 包括f l a s h 和s d r a m ) ，p c i 桥，快速以太网接口，以及用于调 锖1 7 瓤共弭负 望二至! 翌! ：型塑! ! ! 查堂些：! ! ! 试的r s 2 3 2 串口。 a t m 接口和处理单元包括：s a r 芯片及其外围s r a m a t mp h y 芯片，以及 光接口p h y 芯片o d l 。 b ) 在m p c 8 6 0 上运行嵌入式操作系统v x w o r k s ，用于系统的初始化和读写控制。 对硬件的操作以及所有软件的运行都是通过m p c 8 6 0 进行的。 2 3 ，3 芯片选型 a 1 c p u 的选型 m o t o r o l a 有多种型号的m p c 8 6 0 供设计者选择，如：m p c 8 6 0 e n 、m p c 8 6 0 m h 等，新型号有m p c 8 6 0 p 、m p c 8 5 5 t ，不同型号的m p c 8 6 0 之间内部集成功能有所不 同，但是它们是p i n 对p i n 兼容的。本方案采用带有1 0 0 m 快速以太网接口的 m p c b 6 0 t 。 a ) s i ) r a m 的选择 由于d r a m 即将停产，所以本设计，包括以后采用m p c 8 6 0 的设计将不再采用 d r a m ，而直接采用s d r a m ( s y n c h r o n o u sd r a m ) 。我们选用4 片5 7 v 12 9 8 0 2 0 。 c 1a t ms a r 芯片 采用i d t 公司的i d t 7 7 2 5 2 。完成a t m 的s a r 子层功能( s e g m e n t a t i o na n d r e a s s e m b l y ) 。 ， d ) p c i 桥 采用p l x 公司的p c i9 0 5 4 。 2 3 4 系统的各个组成部分 2 3 4 1m p u 鄙分 a 1 主处理器m p c 8 6 0 t m p c 8 6 0 t 是系统的主要部分，提供了操作系统和用户程序的运行环境、以及数 据存储和处理的功能。它还提供与i s p 网络- - n 的以太网口和用于调试用的串口。 m p c 8 6 0p o w e r q u i c c 内部集成了微处理器和些控制领域的常用外围组件，特 别适用于通信产品。p o w e r q u i c c 可以被称为m c 6 8 3 6 0 的在网络和数据通信领域的 新一代产品，提高了器件运行的各方面性能，包括器件的适应性、扩展能力和集成度 等。类似于m c 6 8 3 6 0q u i c c ，m p c 8 6 0p o w e r q u i c c 集成了两个处理块。一个处理 块是嵌入的p o w e r p c 核，另一个是通信处理摸块( c p m ) ，与m c 6 8 3 6 0 的c p m 基本 类似。通信处理模块支持四个串行通信控制器( s c c ) ，而实际上它有八个串行通道： 四个s c c ，两令串行管理控制器( s m c ) 、一个乍行外围接口电路( s p i ) 和一个f - c ( i n t e r - i n t e g r a t e dc i r c u i t ) 接口。由于c p m 分扣丁嵌入式p o w e r p c 核的外围【作任 务，这釉双处理器体系结构功耗要低于传统的体系结构的处理器。 m p c 8 6 0 育三个主要组成部分：p o w e r p cc o r e ，s i u ( s y s t e mi n t e r f a c eu n i t ) z l l c p m ( c o m m u n i c a t i o np r o c e s s o rm o d u l e ) 。 1 3 ) p c i 桥 用了p l x 公司的p c i9 0 5 4 。这是用于适配嚣f j l 嵌入式操作系统的p c i 总线主接 口芯片。提供t 亍8 6 0 的本地总线的连接和与s a r 芯片的p c i 总线连接。完成本地总 线与p c i 总线m 的相互访问。 第1 s 页共1 负 塑= 垦! ! ! 坐塑塑堡堂堡垒塑壅 这一产品支持p c iv 2 2 总线标准。支持 o c a i 总线与m p c8 5 0 9 6 0 ，p o w e r q u i c c i n t e ji 9 6 0 i b mp p c4 0 1c p u s 以及其他类似的p c i 总线设备的直连。 3 2 b i t3 3 m h z 的p c i 总线接口。b u r s t 时可以达到1 3 2 m b y t e s s 。 9 0 5 4 的应用如下图所示。它提供本地总线和p c i 总线。 p c i 本地总线是地址数据复用的3 2 b i t 6 4 b i t 的总线，用于连接外围设备控制器、 处理器、存绪器。我们的m p c 8 6 0 和s d r a m ，f l a s h 等器件就接在p c i 桥的本地总 线上。 i d t 7 7 2 5 2 需要通过p c i 总线与系统相连，挂接在p c i 桥的p c i 总线一侧。 图2 - l lp c i 桥在系统中的使用 c ) 以太网口芯片i n t e l 的l x t 9 7 2 l x t 9 7 2 是快速以太网收发器，完成以太网的p h y 功能。提供与以太网的m a c 设备之间的m i i ( m e d i a i n d e p e n d e n ti n t e r