（通信与信息系统专业论文）电信级以太网oam软件模块的研究与实现.pdf

武汉邮电科学研究院硕十学位论文 摘要 以太网在l a n 技术中已经占有统治地位多年。由于最近以太网设备能提供高有 效性、高服务质量、安全通信和较好的可预测性，因此在城域网( 删) 中以太网 技术是现在增长最快的技术之一。以太网服务需求爆炸性增长，让传统m a n 技术平 稳过渡到以太网已经势在必行。 受到以太网在城域网和广域网中应用的驱使，传统以太网技术需要实现运营、维 护、管理( o a m ) 能力。由于用户需求的不断增长，这就要求服务供应商的以太网 需要更佳的有效性和维护平均时间才能满足需求。当然有许多不同的方法可以实现这 种能力，但标准组织如i t us t 3 a d yg r o u p1 3 、i e e e8 0 2 3c l a u s e5 7 ( f o r m e r l y8 0 2 3 a h ) 、 i e e e8 0 2 1a gc o n n e c t i v i t yf a u l tm a n a g e m e n t 和m e t r oe t h e r n e tf o r u m 都推动建立统一 的以太网o a m 建议和标准。以太网o a m 和l m i 直接影响服务供应商的能力，是以 太网服务市场的关键方法。 以i e e e8 0 2 1 a g s d y 1 7 3 1 为基础，本文介绍了在电信级以太网中如何实现以太网 o a m 功能。首先从以太网o a m 模型出发，分析了o a m 的运行机制、定义和逻辑结构 基础，然后研究了以太网o a m 实现时遇到的问题，并提出解决这些问题的方案。该 解决方案包括解决高频c c m 使c p u 负担过高的问题、解决满足p b t 需求的问题、解决 l t 功能中显示路径信息的问题等。在烽火网络m 8 4 1 6 e 平台上具体实现了该解决方 案。最后对实现的模块进行功能测试和性能测试，并结果进行分析。本文实现的以太 网o a m 功能顺利通过中国移动和中国电信的城域网增强以太网技术测试。 关键词：电信级以太网；以太网o a m ；c f m ：l m i ；p b t 武汉邮电科学研究院硕十学位论文 a b s t r a c t e t h e r n e th a sb e e nt h ed o m i n a n tl a nt e c h n o l o g yf o rm a n yy e a r s h o w e v e r , d u et o r e c e n ta d v a n c e si ne t h e r n e te q u i p m e n tt h a tp r o v i d eh i g l la v a i l a b i l i t y , a d v a n c e dq u a l i t yo f s e r v i c e ，s e c u r ec o m m u n i c a t i o n s ，a n ds u p e r i o rs c a l a b i l i t y , e t h e m e ti sn o wo n eo ft h e f a s t e s t g r o w i n gt e c h n o l o g i e si nt h ew i d ea r e an e t w o r k ( w a n ) d e m a n df o re t h e m e t s e r v i c e sc o n t i n u e s t oe x p l o d e ，a n dt h et r a n s i t i o n f r o ml e g a c yw a nt e c h n o l o g i e st o e t h e m e ti sa l r e a d yi nm o t i o n t h eo n s e to fe t h e m e ta sam e t r o p o l i t a na n dw i d ea r e an e t w o r k i n gt e c h n o l o g yh a s d r i v e nt h en e e df o ran e ws e to fo p e r a t i o n s ，a d m i n i s t r a t i o n ，a n dm a i n t e n a n c ep r o t o c o l s w i t hc u s t o m e rd e m a n d se v e ri n c r e a s i n g ，s oh a v et h er e q u i r e m e n t so i ls e r v i c ep r o v i d e r e t h e r n e tn e t w o r k si n c r e a s e d ，p a r t i c u l a r l yi nt h ea r e a so fa v a i l a b i l i t ya n dm e a nt i m et o r e p a i r t h e r ea r eo fc o u r s em a n yd i f f e r e n tw a y st op r o v i d et h i st y p eo ff u n c t i o n a l i t y ，b u t f o r t u n a t e l ys t a n d a r d sb o d i e ss u c ha si t us t u d yg r o u p13 ，i e e e8 0 2 3c l a u s e5 7 ( f o r m e r l y 8 0 2 3 枷，i e e e8 0 2 1 a gc o n n e c t i v i t yf a u l tm a n a g e m e n t ，a n dt h em e t r oe t h e m e tf o r u m a r ea l ld r i v i n gt o w a r dc o n s i s t e n tr e c o m m e n d a t i o n sa n ds t a n d a r d sf o re t h e r n e to a m e t h e r n e to a ma n dl m id i r e c t l yi m p a c tas e r v i c ep r o v i d e r sa b i l i t y e t h e r n e to a ma n d ， l m ia r ek e ye n a b l e r so ft h ee t h e m e ts e r v i c e sm a r k e t a c c o r d i n ga si e e e8 0 2 1a ga n di t u ty 17 31 ，t h i sp a p e ri n t r o d u c e sh o wt o i m p l e m e n t a t i o ne t h e r n e to a mf u n c t i o ni nt h ec a r r i e re t h e r n e t f i r s t l y , b a s e do ne t h e r n e t o a mm o d e l ，i ta n a l y z e st h eo p e r a t i o nm e c h a n i s mo fe t h e m e to a m s e c o n d l y , i t r e s e a r c h e st h ep r o b l e mo fi m p l e m e n te t h e m e to a m ，t h e ni tp r o v i d e ss o l u t i o n st ot h e r e l e v a n tp r o b l e m s i no r d e rt os o l v et h ec p uo v e r l o a dp r o b l e mc a u s e db yh i 曲f r e q u e n c y c c m ，a n ds a t i s f yp b tr e q u i r e m e n t ，t os o l v et h ep r o b l e mt h a ts h o w st h ep a t hi n f o r m a t i o n o fl tf u n c t i o n ，a n ds oo n t h e ni td i s c r i b e st h ee t h e r n e to a m i m p l e m e n t a t i o no nf e n g i n e m 8 4 1 6 ep l a n f i n a l l y , i tt e s t st h ef u n c f i o n a l i t ya n dp e r f o r m a n c ef o ri m p l e m e n t a t i o n m o d u l e s ，a n da n a l y z e st h er e s u l t sa tt h es a m et i m e t h ee t h e m e to a mf u n c t i o nh a sp a s s e d t h et e s to fc h i n am o b i l ea n dc h i n at e l e c o m k e yw o r d s ： c a r r i e re t h e m e t ；e t h e m e to a m ；c f m ；l m i ；p b t 武汉邮电科学研究院硕十学位论文 第1 章绪论 作者相信科学技术是第一生产力，可以改变世界；作者相信只有选择了j 下确方向 的执着者才能在i r 业有立锥之地；作者相信完美是在错误中发掘出来的。本文是在 完成以太网o a m 功能模块之后撰写的，撰写过程中仍然在对模块进行完善。论文难 免有不足之处，敬请海涵。 1 1 电信级以太网发展 电信级以太网( c e ，c a r r i e re t h e m e t ) 。按照m e f 定义，它包括5 个方面的内容： 标准化的业务( 以太网透明专线、虚拟专线、虚拟局域网) ；可扩展性( 各种以太网 业务、1 0 万条以上的业务规模、从1 m 到1 0 g e ) ；可靠性( 用户无感知的故障恢复、 低于5 0 m s 的保护倒换) ；q o s ( 端到端有保障的业务性能) ；电信级网络管理( 快速 业务建立、o a m 、用户网络管理) 。从运营商角度看，c e 技术是指以太网技术由企 业网应用到电信网的技术；从网络层次角度看，是以太网由局域网应用到城域网、广 域网的技术。传统的电信网络具有较强的可扩展性、层次性、安全性、容错性、可区 分服务、可操作维护性、可管理性和可控制性，比如a t m 网络、s d h 网络。近年来 i n t e m e t 网络技术的发展，更是给电信网络引入了流量工程机制，并从m p l s 和a s o n 引入了控制平面的概念r i 】。 i e e e8 0 2 1 和i e e e8 0 2 3 是与以太网密切相关的工作组，其中8 0 2 1 是进行桥功 能研究的，而8 0 2 3 则是进行物理层和m a c 层研究的工作组。传统以太网一般用于 局域网，目前想用以太网技术改造传统城域网，主要是因为传统城域网面临：全网的 带宽瓶颈、高初始成本、高运行成本、二层扩展性受限制于v l a n 的数量( 4 0 9 6 ) 、 不必要的三层环节、企业用户从简单连接要求转向个性化的业务应用质量不适合 v 0 p 、i p t v 等新业务的需求等因素的制约【2 3 】。 而在寻找解决方案的时候，对比现有的几种可行技术( v p l s 业务平台、s d h 多 业务平台、城域以太网多业务平台) 的时候发现以太网有其他方案所不具有的优点。 目前城域网中口技术成为主导技术，同时用户对带宽的要求不断提高。对应的，以 太网的帧格式和p 数据帧的格式一致，可以实现无缝传输；而且已经出现成熟的千 一 武汉邮电科学研究院硕十学位论文 兆以太网和万兆以太网，可以很好的满足以上两点。同时以太网是廉价、灵活的，可 以方便的实现l a n 、m a n 和w a n 的无缝对接。 1 2 论文的预期目标 遵照i e e e8 0 2 1 a g 、i t u ty 1 7 3 1 和g b 2 0 0 5 h 1 9 的要求，在电信级以太网交换 机中实现以太网o a m 功能。能够按照标准实现连续性检测功能、环回监视功能、链 路跟踪功能、性能监控功能、告警指示功能和以太网o a m 发现功能。在测试阶段能 够通过主流测试仪表( t e s t c e n t e r 、s m a r t b i t s ) 的测试。在交换机中，一个v l a n - a w a r e 桥【4 】的以太网o a m 功能将满足i e e e8 0 2 1 a g 提出的目标【5 】： ( 1 ) 支持在不同的维护域层级建立维护域，同一个层级中( 对于同一操作实体) 不能建立多个维护域。 ( 2 ) 在每个v l a n 中支持建立维护集( m a ) 。 ( 3 ) 支持在一个端口上对应一个维护域中只建立一个m d ，所有的m i p 处于同一 m d 层。 ( 4 ) 支持在每个端口的每个v l a n 中建立8 个属于不同层级的u pm e p 。 ( 5 ) 支持在每个端口的每个v l a n 中建立8 个属于不同层级的d o w nm e p 。 ( 6 ) 支持在每个端口建立8 个属于不同层级且与v l a n 无关的d o w nm e p 。 ( 7 ) 支持维护一个m e pc c m 数据库。 ( 8 ) 提供对管理对象的控制。 ( 9 ) 遵照i e e e8 0 2 1 a g 中第2 0 章描述的状态机和流程实现该模块。 ( 1 0 ) 遵照i e e e8 0 2 1 a g 中第2 1 章描述的c f mp d u 格式实现发送接收的数据帧。 桥可选择满足下列c f m 功能： ( 1 1 ) 支持在单一端口的不同的m d 中建立多个m d 。 ( 1 2 ) 如果在一个端口上配置了m e p 的情况下，支持在该端口上建立与自己层级 相同或比自己层级还低的m 口。 ( 1 3 ) 支持在m p 或m e p 中维护一个m c c m 数据库。 ( 1 4 ) 建立的c f mm i b 模块与i e e e8 0 2 1 a g 的第1 7 5 节定义的相同。 0 5 ) 建立的m a 可以与一个或者多个v l a n 相关。 2 武汉邮电科学研究院硕十学位论文 以上描述最终通过c 语言，基于v x w o r k s 系统，在烽火网络公司全线电信级以太 网设备上实现以太网o a m 功能。 1 3 论文的内容及创新点 以太网o a m 是e t h e r n e to p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t a i n s 的简称，在1 2 和一 1 3 论述的基础上，对于它的研究和实现已势在必行，本论文研究的主要内容如下： ( 1 ) 研究i e e e8 0 2 1 a g 、i t u ty 1 ；1 3 1 t 6 1 和g b 2 0 0 5 h 1 9 【7 1 。 ( 2 ) 以太网向电信级发展时对运营、维护、管理需求的分析。 ( 3 ) 以太网o a m 层在交换机上的实现。 ( 4 ) 以太网o a m 层在交换机上实现后的应用分析。 本论文主要涉及的创新点： ( 1 ) 在链路跟踪( l i n k t r a c e ) 功能中使用链路跟踪l t r 逆向检索方法。具体而言， 当本地m e p 收到多个处于相同m d 、m a 的远端m e p 回复的l t r 时，通过首先遍历 所有l t r 在本地存储的信息，首先找目标m e p 回复的l t r ，如果有就排序，然后输出 完整链路信息；如果没有就直接输出l t r 信息，同时输出提示信息，告诉用户此次发 起l t 功能的结果类型是没有达到目的地的( 详见3 5 、4 4 3 和4 5 2 3 ) 。 ( 2 ) 利用软硬件分离的方式辅助c c 模块实现高频收、发包。具体而言雾由于高频 的c c 帧在配置复杂的环境中会让交换机的c p u 使用率过高，导致设备重启或者将其 他协议模块的帧被冲掉，这就需要专门的硬件来处理。根据本地配置的c c m 帧发送周 期，来决定c c 模块是自己发包还是利用与f p g a 的接口让f p g a 来辅助自己发包。当 收到高频的c c 帧时，由f p g a 先判断，只有与当前的状态不同时再交给软件模块处理 ( 详见3 3 和4 4 1 ) 。 ( 3 ) 将m e pc c m 数据库表项因满足p b t 的要求进行区分。具体而言，在标准中并 没有将m e pc c m 数据库的表项进行特殊区分，为满足p b t 提出的特殊需求( p b t 要 求网络设备关闭地址学习，同时不允许发送组播和广播帧) ，在本地m e p 上将远端m e p c c m 数据库表项分为静念和动态的远端m e p 表项，静念远端m e p 是用户自己配置( 由 用户保证存在性) ，便于p b t 隧道的连通性检测；同时本地m e p 也可以通过远端m e p 发送出的c c m 自动学习远端m e p 的相关信息，并建立m e pc c m 数据库( 详见3 3 3 武汉邮电科学研究院硕十学位论文 和3 6 2 ) 。 4 1 武汉邮电科学研究院硕十学位论文 第2 章以太网o a m 背景 为了帮助一种设计之初针对局域网的技术应用到城域网中就一定要求该技术在 电信级环境中可运行、可管理、可维护，以太网o a m 技术就是为了以太网技术完成 这种蜕变而诞生的，其重要性不言而喻。本章将对在烽火网络电信级以太网交换机 上实现的以太网o a m 功能的相关知识作一定程度的阐述。 2 1 电信级以太网需求环境 电信级以太网的技术发展研究主要有两大方向：一是以i e t f 为代表的，希望通过 与其他相关技术的结合来弥补以太网技术的天生不足，以满足电信级的要求；二是以 i e e e 和i t u t 为代表的，希望从以太网自身的基本协议机制和帧结构出发【弘1 0 1 ，不断 完善相关协议标准，从而丰富以太网的相关功能，使之成为电信级的网络技术。对于 前者，不是本论文所关心的。对于后者，m e f 将电信级以太网纵向分成3 层结构】， 认为每层都应该具有基本的以太网o a m 能力。以太网业务层的o a m 功能应独立于上 层应用如p 层或底层的传输技术如s d h ，这样可以采用不同的技术提供以太网业务， 各层的o a m 功能可以互相增强，并提供良好的故障和性能管理。现在i e e e8 0 2 、i t u t s g l 3 1 5 和m e f 等标准组织紧密合作，不断制定出了满足电信级要求而又基于以太网 的新标准。以太网o a m 涉及的内容很多，现在标准制定工作主要关注的是故障管理和 性能管理【1 2 】。 这些协议组成了以太网o a m 体系，可以为用户提供端到端的o a m 能力。本文将 在i e e e8 0 2 1 a g 和i t u ty 1 7 3 1 的基础之上，将从模型分析、整个软件实现过程、模 块实现流程、实现使用的部分算法、实现之后对功能的测试、对测试结果的分析来具 体说明以太网o a m 能力。 以太网技术在局域网应用时，由于使用环境简单主要承担数据业务，它的体系结 构是简单平面且没有分层的，企业范围内的局域网管理建立在p 协议的基础之上， 比如简单网络管理协议、因特网控制消息协议、i pp i n g 和i pt r a c e r o u t e 。企业用户有 非常明确网络拓扑结构，同时不用处理众多类型不同服务【1 3 ，1 4 】。 而到了城域使用时，客户、服务提供商、运营商之间的关系错综复杂，服务提供 5 武汉邮也科学研究院硕十学位论文 商的网络庞大且复杂，而且其网络常常需要不同的运营商提供支持，这就要求以太 网能够承载综合业务，同时能为企业用户提供端到端服务。出于企业终端用户需求 7 不断增长，因此要求服务提供商的电信级以太网在可扩展性、可靠性、安全性和可 管理性上得到增强【l5 1 。具体而言特别是在有效性和维护平均时间( m t t r ) 上得到增 强。同时为了实现有效的控制管理，就必须对电信级以太网的用户在逻辑上进行区 分，以满足不同用户的不同需求。另外运营商在其网络中，采用m a c 地址加v i d 结构转发数据帧，从而突破v l a n 划分不足的问题。 通过逻辑对用户进行区分时，可以对不同用户需求进行分层。当分层完成也只是 为可控制、可管理提供了概念基础，为了实现可控制、可管理就必须在在帧结构上 定义类似于a t mo a m 的管理字段，这样在经过城域以太网设备时为控制管理提供 可能。 i e e e8 0 2 1 a gc f m 的基础上，服务提供商为每个用户提供e v c ，因此可以单独 管理每个用户。e v c 会在用户网络接口赋予一个独有的v l a n 标签。以太网o a m 因而能对基于每e v c 进行操作，并且忽略下层的传输是否是以太网，如以太网基于 同步光网络、以太网基于多协议标签交换或者任何其他形式。如果一个e v c 出错， 以太网o a m 使服务提供商能够知道，并且提供商使用工具就能快速隔离错误。 此时可能出现以下情况【1 6 ，1 7 】： ( 1 ) 当网管发现一个故障时，如何确定该故障出现的位置? ( 2 ) 如果一个e v c 出现故障。服务提供商如何发现它? 服务提供商如何隔离故 障，并防止故障的蔓延? 当提供商使用其他运营商的网络时，故障隔离如何完成? ( 3 ) 在e v c 中的一个链路或设备故障。其他设备如何发现它，从而它们能重新选 f 路而避开这个故障? ： ( 4 ) 一个新建立的e v c ，服务提供商如何有效的确认它是可运行的? 以太网o a m 在处理这些情况时，提供了三种基本功能，以帮助管理员管理以太 网。它们分别时：连通性检测( c c ，c o n t i n u i t yc h e c k ) 消息、链路跟踪( l t ，l i n k t r a c e ) 消息、环回( l b ，l o o p b a c k ) 消息。根据这三种基本消息建立了以太网o a m 的基础。 6 武汉邮电科学研究院硕十学位论文 2 2 以太网o a m 相关标准介绍 以太网o a m 在o s i 七层参考模型中处于数据链路层的逻辑链路控制子层( l l c ) 和媒体访问控制子层( m a c ) 之间，如图2 1 所示。 o s i t c pi p 协议模型 图2 1 以太网o a m 在网络层次协议模型中的位置 以太网o a m 标准涉及三大标准组织，它们分别是i e e e 、i t u t 、m e f ，这三大 标准组织在建立以太网o a m 标准体系的时候考虑到了统一的问题，各个标准定义了 基本互相兼容的帧格式，它们之间互相提供支持以建立一个完整的以太网o a m 体系 结构。在协议所处的网络层次上( 即纵向划分) 如图2 2 所示。 7 武汉邮电科学研究院硕- ：学何论文 ；。 服务层 网络层 传输层 图2 2 协议模型 i e e e8 0 2 1 a g 正如其标准名称c f m 一样是为了全网的连通性故障检测；y 1 7 3 1 为基 于以太网的网络定义了全面的以太网o a m 功能和机制；i e e e8 0 2 3 a h t l 8 】是用于链路 或者用于汇聚处的以太网o a m 协议；而m e f 定义的e l m i t l 9 】是用于以太网本地管 理接口。一般来说，服务提供商关心的部分分为三个部分：服务o a m 、链路o a m 和以太网l m i 1 7 1 。上述四个协议很好的覆盖了这三个部分。本论文中着重讨论服务 以太网o a m 的实现。在应用的范围上( 即横向划分) 如图2 3 所示： c p e i e e e8 0 2 3 a hi e e e8 0 2 3 a h 。 i e e e8 0 2 1a g b e l v i c eq 卜- - l _ 图2 3 协议使用范围 重 武汉邮电科学研究院硕十学1 = i 7 = 论文 第3 章以太网o a m 技术详述 3 1 以太网o a m 主要概念 以太网o a m 设计时概念比较多，这是因为以太网o a m 建立了一个新的体系结 构来帮助以太网实现由局域网向城域网的改变。 以太网o a m 所要面对的第一件事就是如何区分已经不再单纯的网络环境。在城 域网中各个组织关系错综复杂，对于这种环境以太网o a m 一个很直接的想法就是分 层分集，将各个组织通过逻辑概念区分出来。 ? 以c f m 为例。以太网o a m 首先将城域网中的各个组织大致区分为客户、服务 提供商和运营商三种角色，对三种角色建立共8 层的维护域( m d ，m a i n t e n a n c e d o m a i n s ) ，将8 个层级分配给三种角色。如表3 1 所示： 。 表3 1c f m 中维护域层级 角色范围 分配的层级 运营商n n i t 2 0 】到n n i 或者运营商之间0 、1 或2 服务提供商n p e 到n p e 或者提供商之间3 或4 客户u n i 到u n i 2 1 】5 、6 或7 鼙一 实际中可按照客户需求自己分配层级，表3 1 中的分配方式是c f m 建议的方式。m d 是i e e e8 0 2 1 a g 协议故障管理功能所涉及到的网络区域，通过一系列域内服务接入点 ( d s a p , d o m a i ns e r v i c ea c c e s sp o i n t s ) 点来界定。维护域内部是完全连接的( 这里 所说的完全连接是指在没有故障的情况下，在该m d 中每加入一个m e p 将会与该域 中的其他每个m e p 具有连通性) ，处于该维护域中的m e p 和这个维护域内的其他所 有m e p 相互连接，除非出现了连接故障。d s a p 是域内的一个服务接入点，是维护 域和其他维护域的边界点，可以用来连接网管对维护域进行管理。i s a p 是维护域的 内部节点，可以传递维护信息。每一个维护域可以单独进行管理，都有一个自己的维 护域名称来与其他维护域进行区分，因此一个维护域的名称与其他维护域的名称应该 9 ，武汉邮屯科学研究院硕十学位论文 不相同并且是全局唯一的。m d 所具有的主要的属性包括：m d 的名字、m d 名字的 格式、m d 名字的长度、m d 的索引和m d 的层级。这些都会在帧格式和数据结构中 得到具体的体现。可以看出m d 是一个新概念，与目前二层环境中的存在的概念是没 有什么关联的o ， 按照分层分集的思路，c f m 对m d 进行了进一步的细分，根据涉及的业务将 m d 细分为维护集( m a ，m a i n t e n a n c e a s s o c i a t i o n s ) ，m a 是维护域中的一个实例，维 护域中根据需要可以配置出多个业务实例( 如一个v l 悄) ，与业务实例相关的d s a p 构成了一个维护集m a ，其各个端点称为m e p ，涉及到的中间节点称为m p ，m a 通 过m a 名称来区分。维护集主要属性包括：m a 的名字、m a 的索引、m a 名字格式、 m a 名字长度、m a 中c c m 的发送周期和m a 包含的v l a n 。m a 的主要作用是在 m d 内对不同的业务进行区分，m a 的各个属性就是为这个目的服务的。m a 的属性 也会在帧格式和数据结构中体现出来。 对于已经细分到业务的逻辑域，现在要对逻辑域的边界和元素进行划分。相应的 就出现了维护集端点( m e p , m a i n t e n a n c e a s s o c i a t i o n se n dp o i n ti d e n t i f i e r ) 和维护域中 间点( m i p , m a i n t e n a n c ed o m a i ni n t e r m e d i a t ep o i n t ) 。m e p 主要作用是确定m a 的边 缘并发起、终结各种以太网o a m 定义的功能。m e p 同时带有m e pc c m 数据库。 m 口主要作用：1 建立完整的m d 链路；2 积累m d 链路信息以便于链路维护；3 在 与其他协议合作时便于c f m 在特殊环境下运行( 需要说明的是“特殊环境 主要是 指p b t 环境。由于在p b t 中关闭了地址学习和洪泛，当维护p b t 路径的连通性时可 能导致没有p b t 封装的以太网o a m 帧无法穿过p b t 使能的设备，这时可以通过查 。找m mc c m 数据库中条目来保证以太网o a m 实体之间的连通性。另外m pc c m 数据库在协议中说明：m 口c c m 数据库是由m d 学习经过它的c c m 帧来积累各个 m e p 之间链路信息的，这样就存在一个时间问题。如果先使能p b t ，那么以太网o a m 帧无法通过p b t ，m i p 学习不到m e p 的信息，那如何让m p 数据库不为空呢? 对 于这个问题可以在m dc c m 数据库中设置可配置和可动态学习两种类型的条目，在 特殊情况中，首先人为保证链路的连通性) 。 在区分u n i 和n n i 时，将m e p 分为d o w nm e p 和u pm e p 两种( 由于u n i 和 n n i 是一个相对概念，在8 个层级m d 中都可能出现两种m e p ) 。在详细描述c f m 1 0 武汉邮电科学研究院硕十学位论文 的内部运行流程时将m i p 区分为两个m h f ( m 口h a l f f u n c t i o n ) ，这就涉及到程序的 模块化设计。 i t u - t y 1 7 3 1 在逻辑概念上与i e e e8 0 2 1 a g 是有所不同的。y 1 7 3 1 中定义维护实 体群( m e g , m a i n t e n a n c ee n t i t yg r o u p ) 的概念，在这个概念的基础下相应的定义了 维护实体群端点( m e p , m a i n t e n a n c ee n t i t yg r o u pe n dp o i n t ) 和维护实体群中间点( m 圯 m a i n t e n a n c ee n t i t yg r o u pi n t e r m e d i a t ep o i n t ) 。在i e e e8 0 2 1a g 的表j 2 中说明了这些 逻辑实体对应关系，如表3 2 所示。 一 表3 2i e e e 和i t u t 术语对照5 1 一 i e e es t d8 0 2 1 a gi t u ty 1 7 3 1 维护集( m a )维护实体组( m e g ) 维护集标识( m a i d )维护实体组标识( m e g d ) 一 维护域( m d ) ( 无对应概念) 维护域层级( m dl e v e l )维护实体组层级( m e gl e v e l ) 矗b 由于y 1 7 3 1 没有详细描述协议实现，它也就没有对m e p 和m 口进行详细的说明和 描述，这里就不再赘述。 3 2 以太网o a m 逻辑体系结构 在3 1 阐述的基础上，i e e e8 0 2 1 a g 和y 1 7 3 1 均建立了一个线性拓扑逻辑体系。 本节以i e e e8 0 2 1 a g 的体系为介绍重点j 如图3 1 所示。 武汉邮电科学研究院硕t 学位论文 二 运雷两a运雷两b 用户边缘厂一一。一、厂一一7 一一一 用户边缘 1234s ：l：!：!j!；!；i!一。-iiliif!jj!一iiif!。jiiiif!i!一一jiii!：! 乒 o 晖勤掣乙钳旧； ：； ；： 服务供应商疆护域层：月爱务供应商摧护域层f ： ： ；f ! 卜一一剞h 精 i；j ： ：运营商维护域层 ，i ! ：i运营商维扣域层： ： ： ：卜 书艄：! ；：卜冷：； l ： ! h _ | ! ” 帅面一嘉路径钢鲫冁 图3 1c f m 体系结构图嘲 从图3 1 中可以看出如下几个特点： 第一，拓扑是线性的，这个拓扑并不说明以太网o a m 不能在环上使用，方面 坏上会有阻塞点来保证环的运行，另一方面以太网o a m 是处于管理层的协议，它自 己的机制可以保证在配置正确的情况下就算是在环上运行两点之间在逻辑上也是一 个线性拓扑【6 9 1 。 、 第二，图3 1 中清晰的描述了分层和层与层之间的关系。 一 第三，描述了m e p 、m i p 在以太网o a m 体系中的位置和粗略的作用。 第四，描述了一个逻辑路径，该逻辑路径是端到端，而且该逻辑路径通过的各个 层级中逻辑实体的过程也做了大致描述。 在图3 1 的基础上自然而然的要思考m d 如何划分，i e e e8 0 2 1 a g 给出了7 种例 子【5 】： ( 1 ) 根据地域划分维护域，由地域名作为维护域名。 ( 2 ) 多个通过c i s t 相连的地域划分为一个维护域，由维护域通过管理实体来控制 c i s t 拓扑。 垮 ( 3 ) 将一个虚拟桥接局域网( v i r t u a lb r i d g e dl o c a l a r e a n e t w o r k ) 划为一个维护域。 ( 4 ) v l a n 桥接网中部分d o s a p 分配给特定高层级提供商使用。 ( 5 ) 在两个提供商或者在提供商和客户之间的单一链路划分为一个维护域。 1 2 武汉邮电科学研究院硕十学何论文 ( 6 ) 在两个提供商或在提供商和客户之间的链路中一个v l a n 划为一个维护域。 由于y 1 7 3 1 并没有详细描述实现，它的逻辑体系结构只能通过自己的理解来认 识。在理解了i e e e8 0 2 1 a g 的基础之上再看y 1 7 3 1 的体系【1 0 1 ，可以看出两大标准组 织是达成了共识的。它们的体系基本一致。 3 3 连续性检查功能 通过3 1 和3 2 两节说明之后，本节及本章以后的章节将详细介绍以太网o a m 所涉及的具体功能。 连续性检测( c c ，c o n t i n u i t yc h e c k ) 功能是c f m 中的一个最基本也是最重要的 功能，它为c f m 的实现提供了可能。一 c c 功能实现的思路：当网络环境( 非p b t 环境) 建立并配置了相应j 下确的以太 网o a m 配置之后，在同一个m a 中的本地m e p 会向所有其他非本地m e p 发送c c m ( c o n t i n u i t yc h e c km e s s a g e ) ：同时其他非本地m e p 也会发出c c m 给所有对端。注 意c c 功能是单向的，也就是说一个m e p 只周期性的发送，不期望得到回复的。当 1 - 本地m e p 收到远端发送给自己的c c m 之后，首先检查该c c m 中的信息是否有效， 如果有效再对照本地存储的m e pc c m 数据库，如果没有该m e p 的条目就学习c c m 中的内容建立一个新的m e p 条目：如果有则不做操作。此时一个双向连接，韵链路就 得到了保证。如果链路中单向或者双向连通性出现了任何问题都可以提示用户本地 m e p 与远端哪个m e p 出现了连通性丢失。在链路上m 母通过学习经过它的c c m 来 建立一个m pc c m 数据库，这个数据库可以保证在转发表和洪泛都失效( 这里的失 效是对以以太网o a m 来说不可用的时候，不一定是转发表或者洪泛都出现了故障) 时以太网o a m 帧仍然可以j 下确的抵达目的地m e p 。可以看出m mc c m 数据库的作 用是建立一张通过该m 口可抵达m e p 的转发表( 前提条件是m e p 发送的c c m 经 过了该m 口，并且该m 口能够且允许建立m pc c m 数据库) 。 在上述的基础上，将m e p 发送出的c c m 帧分为两部分来分析。 第一部分是以太网头部，该以太网头部是所有以太网o a m 帧都要携带的，只不 过内容可能略有不同，但格式一样。如图3 2 所示。按照标准要求，以太网头部中目 的m a c 地址字段填写第一类组播m a c 地址，该m a c 地址是携带了m d 层级信息 1 3 武汉邮电科学研究院硕十学位论文 ；t 的组播m a c 地址。以太网头部其他字段根据配置m e p 所继承的属性填写。 l 5 9 1 3 1 7 l 234 876 5 4 3 2l87 65432l8765432t876s432i 目的m a c 地址 目的m a c 地址源m a c 地址 源m a c 地址 p v i d v l a n 优先级v l a n i d 以太网帧类型 图3 2 以太网头部 、第二部分是以太网o a m 中c c m 部分，如图3 3 所示。根据实际情况并比较了 i e e e8 0 2 1 a g 和y 1 7 3 1 的c c m 帧格式之后，在实现c c m 帧时以i e e e8 0 2 1 a g 定义 的帧格式为蓝本，在不影响互通性的情况下做了非常细微的调整。该调整是在数据结 构中定义c c m 帧时将原i e e e8 0 2 1 a g 中保留字段第5 9 字节到7 0 字节定义为t x f c f , r x f c b 、t x f c b 三种如图3 3 中竖线部分所示，其值仍然为0 。这样在需要的可以将 c c 功能扩展到按y 1 7 3 1 中所述测试性能。 图3 3c c m 帧格式 1 4 5 9 bn怂”弘钉钙的酆卯n：2毋乃 武汉邮l 乜科学研究院硕十学位论文 由于c c 功能在周期性发送c c m 时最高频率要达到3 0 0 h z ，这还是一个m e p 发送组播c c m 的时候。如果按照最坏情况：有4 0 9 4 个v l a n ，每个v l a n 配置若 干m e p ，每个m e p 且发且收c c m ，那么c p u 会被冲垮。此时为了满足使用的要求 将会使用f p g a 来辅助发包、收包( 该包只处理特定的以太网o a m 帧，比如c c m ) 。 由于f p g a 使用的逻辑相对简单，且为了减轻f p g a 的负担，并平衡f p g a 和c p u 之间的工作而达到发送速率要求，c p u 只将c c m 发送时需要改变的部分传给f p g a ， 其他部分固定( 如图3 3 中斜线部分所示) 。特别要注意的是标准c c m 中留给维护域 名和短m a 名的字节很多，一般情况很难用到这么多字节，在给f p g a 发送时将维 护域的后7 字节和短m a 名的后9 字节固定填0 ，它们分别对应的长度也固定为标准 要求的最长长度( 需要说明的是标准对维护域名和短m a 名都有一些其他的规定，可 以在数据结构中定义时使用c 语言技巧就可以实现的) 。当使用c c m 高频时，如果 输入的维护域名或短m a 名过长则自动截断。经过以上平衡之后f p g a 在传送c c m 时需要变换部分只有1 8 3 位，占整个c c m ( c c m 帧共6 0 0 位) 的3 0 5 。使用f p g a 之后c c m 高频功能很容易达到使用需求。如果有其他模块需要使用c c m 高频功能 时也可以很好的满足需求。 表3 3 操作码字段取值范围 c f m p d u 或组织操作码 为i e e e8 0 2 1 保留 0 c c ml l b r2 l b m3 l t r4 l t m5 为i e e e8 0 2 1 保留 6 3 l 有i t u ty 1 7 3 1 定义 3 2 6 3 为i e e e8 0 2 1 保留 6 4 2 5 5 1 5 武汉邮电科学研究院硕十学f ) = 论文 r i 在使用了f p g a 之后c c 功能的处理流程有些许变化，但这些变化并不影响c c 功能在标准中定义的状态机的流程，因为这些f p g a 提供的是c c m 中信息的改变， 。：通过与f p g a 之间协商好的接口可以很方便的使c c 功能处理高频、低频的c c m 帧。 c c 功能使用f p g a 的处理流程如图3 5 所示。 连通 无连接状态 表项已建立 发送c c m 1 l r 中断状态 连通位= 0 中断位= l ji l中l 1r 连通状态 连通位；l 中断位= o 上c c 去使 无连接状态 删除表项 图3 4c c 功能使用f p g a 的状态机 在使用f p g a 来辅助实现c c 功能时设置两个标志位用于两个状态之间变化的标 识。f p g a 将在图3 4 中所示的四个状态之间变换。 在使用f p g a 时，发送c c m 的时间间间隔小于设备c p u 的单位t i c k 时间( 一 般情况下c p u 的单位t