（通信与信息系统专业论文）路由器宽带接入模块的设计与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 # = = = 2 = = # # = = ；= # = = = = = = = = = 一 摘要 f 蘧若宽带接入鼓术迅速摊广，a d s l 技术和p p p o e 技术正以其特有的优势得到 ? 包括运营惫秘耀户戆认霉，在我国褥到了长足的发展。在a d s l 线鼹上应用p p p o e 穗或燕宽带土瘸蠹搴释蘩要方式。本文掣羞鬟通过p 3 2 0 6 路虫嚣课题对路出器的宽 带接入逡行了研究：i 本文首先描述了解莰宽带接入数务瓣足耪技零，并繁点避论了强a d s l 技术中 对撑骨平两的接入帮对a t m 曹干弱的接入这嚣秘穷式，谂述了其备皇鳃剿模式螅 优皱点。考虑到p p p 协议主螫翔来实现援号、试涯和分琵地蛙，p p p o e 块议是月寒 在以太掰上承载p p p 协议，在客户嫡藕a d s l 邵路士应用p p p o e 技术秽p p p 技术， 就可以将廉价的以太网技术、a d s i 按术和p p p 援术缭龠越来，暴大哥黪静态蹋7 现有设备这种特点，本文提出了可以通过a d s l 线鼯接入a t m 臀予阏，并在客户端 使用p p p o e 协议的架构。 最蕨本文研究了r 3 2 0 6 路由器宽带接入模块，即p p p o e 模块和p p p 模块的设计 与实现。蚀予r 3 2 0 6 路由器使用v x w o r k s 实时操作系统，通过比较内核模式，用户 模块移内核模式与用户模戏相结合这三种实现p p p o e 模块的设计模式，针对 v x w o r k s 为微内核络均的特点，本文宜接提出了用户模式来设计p p p o e 模块的架构。 考虑到v x w o r k s 提供的网终平螽的歼发特性，r 3 2 0 6 路由器的p p p o e 模块和p p p 模 块摹瘸了m u x 层黪“零拷贝”技术及m u x 屡的e n d d d v e r 技术实现备自的对外接 口，保涯了数据熬嶷效传辕，满足宽豢接入的要皲，在视频，黄频等网络皮用测试 率均取得不错效果，具有较强黪工稷痤翅挽筐。莲 ， 关键词：路豳器a d s l p p p o ep p pv x w o r k s l 华中科技大学硕士学位论文 # # = _ = ；= = = = = # 目= = = = 目： a b s t r a c t t h e t e c h n o l o g yo f b m a d b a n da c c e s se x p a n d s r a p i d l yn o w t h et e c h n o l o g yo fp p p o e a n dt h et e c h n o l o g yo f a d s la l eg a i n i n gm o r ea n dm o r e a p p r o v a lo f s u b s c r i b e ra n di s p s , w i t hi t sa d v a n t a g e s 。a n dm a k eg r e a tp r o g r e s si nc h i n a i tb e c o m e sa 1 1 i m p o r t a n tm e t h o d f o rb r o a d b a n da c c e s st ou s ea d s la n dp p p o e t h i st h e s i sw i l lm a k er e s e a r c ho nt h e b r o a u d b a n da c c e s so f t h er o u t e rt h r o u g ht h er o u t e rr 3 2 0 6 n l e 也e s i sd i s c u s s e ss e v e r a ls o l u t i o n sf o rt h eb r o a d b a n da c c e s s a b o v ea 1 1 t h et h e s i s e m p h a s i z e s t h ea d s l t e c h n o l o g y w h i c hh a st w om e t h o d so f a c c e s s - - - o n ei st h ea c c e s st o a t mc o r en e t w o r k , t h eo t h e ri st h ea c c e s st oi pc o r en e t w o r k t h e n ，b e c a u s ep p p p r o t o c o l i m p l e m e n t sd i a l i n g , a u t h e n t i c a t i o na n d t h ed i s t r i b u t i o no fn e t w o r k a d d r e s s ，w h i l ep p p o e p r o t o c o lp r o v i d e st h em e t h o do fu s i n gp p p o v e rt h ee t h e m e t , i tm a k e s g o o du s eo ft h e c h e a pe t h e r n e t ，d s la n dp p p o e ，s o t h a tt h ec u r r e n te q u i p m e n t sc a nb eu s e df r e e l y a n d w ec h o o s et h ea r c h i t e c t u r eo f u s i n ga d s l t oa c c e s st h ea t m c o r en e t w o r ka n du s i n g p p p o e p r o t o c o l t od i a l a tl a s t ，i nt h i st h e s i sld or e s e a r c ho nt h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o n o fb m a d b a n da c c e s s m o d u l e , w h i c hi si n c l u d i n gp p p o em o d u l ea n dp p pm o d u l e b e c a u s er o u t e rr 3 2 0 6u s e s r t o sv x w o r k s ，w h i c hi sam i c r o - k e r n e lo s ，黼c o m p a r et h et h r e ed e s i g nm o d e s 。w h i c h a r ek e m e lm o d e ，u s e rm o d ea n d c o m b i n i n g b o t ho f t h e m ，a n dw ec h o o s et h eu s e rm o d ef o r p p p o em o d u l e b e m u s eo ft h ea d v a n t a g eo fn e t w o r kp l a t f o r mo fv x 晒f l c s p p p o e m o d u l ea n dp p pm o d u l er i s e st h ec h a r a c t e r i s t i co f 揪，w h i c hc a l l z e r oc o p y ，a n d e n d d r i v e rt ot r a n s m i tt h ep a c k e t s i tm e e t st h er e q u i r e m e n to fb r o a d b a n da c c e s s a n di t c a np l a yt h eo n l i n e - a u d i oa n do n - l i n e - v i d e of r e e l y , s oi ti so fg o o dv a l u ei nt e c h n i c a l i m p l e m e n t a t i o n k 科w o r d s ：r o u t e r a d s lp p p o ep p pv x w o r k s 珏 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = 2 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 1 绪论 1 1 引言 随着通信技术的发展，人们已不满足于简单的网上文字通信方式，要求具有可 观可感的通信效果。宽带接入正是为了适应人们日益发展的通信需求，利用先进的 高速接入技术，实现用户接入网的数字化、宽带化，提供语音、数据、图像等多种 媒体业务的综合平台。那么究竟什么才是解决最后路程中瓶颈现象的最佳方案呢? 这将取决于现有的生产能力、新方案所能节省的费用、新技术的含量、系统的实际 性能以及最终用户的需求等多种因素。 为了满足用户的宽带上网需求，宽带运营商普遍采用了a d s l 或v d s l 的方式 进行宽带接入网建设。这种方式的优势足可以随着使用者的增加而逐步投入，以降 低初始资本投入。因此，符合目前中国高速上网需求的国情。a d s l 技术或v d s l 技术处于网络结构的第一层，它要得到广泛应用，还需要上层技术的支持，因此， 本文研究的p p p o e 技术和p p p 技术即可解决该问题，为接入问题提供链接，认证的 一揽子解决方案。 1 2 接入网系统及其功能结构 i t u 组织对接入网有如下定义：接入网由业务结点接i n ( s n i ) 和用户网络接口 ( o n 0 之问的一系列传送实体( 例如线路设施和传输设施) 组成，为传送电信业务提 供所需传送承载能力的实施系统，可经由q 3 接口配簧和管理。 华中科技大学硕士学位论文 图1 - 1 接入网系统 接入网的定界是其接口作出，如图1 i 所示。接入网覆盖的范围可由3 个接口来 界定，即 通过用户网络接d ( u n 0 与用户终端设备相连接。 通过业务节点接d ( s n i ) 与位于局端或远端交换模块( r s u ) 、_ i k 务节点相连接。 通过q 3 接口与电信管理网( n d n ) 相连接，并由电信管理网进行配置和管理。 这里需要说明两个问题，图1 1 所示的业务节点s n 是提供具体业务服务的实体， 不同于传统的网络节点n n 。n n 只描述电信网中交换节点的交换功能，s n 不仅描 述其交换功能。而且描述所交换的业务种类。因此，s n 比n n 更准确更具体【”。 允许一个接入网与多个业务结点相连。这样，一个接入网既可以接入到分别支 持特定业务的单个业务节点，也可以接入到支持相同业务的多个业务节点。用户网 络接口与特定业务结点的联系是静态的。用户网络接口与特定业务结点间联系的确 定，以及相应的业务节点上接入承载能力( 如接入速率) 的分配，都是电信管理网 统一指配和管理的。 由电信网的结构模型可知，如果说网络节点是信息高速公路的入口，那么用户 环路是各种用户业务登上信息高速公路的必由之路。近年来，随着核心网络逐步实 现宽带化，用户环路日益成为限制电信网进一步发展的瓶颈。由于历史的原因，传 统的用户环路采用的是模拟信号的传输体制，传送的主要是话音业务及少量的模拟 传真业务。随着社会的发展，人们对用户环路提出了更多的要求【2 j 。 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ： ： = 1 3 基于数字用户线路的路由器接入模块 数字用户线路有效的利用了现有设备，为宽带到户提供了一个便宜的解决方案， 同时，通过对p p p o e 技术的应用，可以在无处不在、价格便宜的以太网上使用p p p 技术，这样，宽带运营商找到了又一种能为用户接受的宽带接入方案。路由器的宽 带接入模块就是满足这种需求实现宽带接入。 1 4 课题来源 本论文基于一个联合课题的研究内容，该课题来源于t c l 信息产业集团和华中 科技大学的合作，从事r 3 2 0 6 路由器的研究与开发工作。这个课题在路由器的研究 与发展项目中具有代表性。本文的内容是这个课题中的子课题，路由器宽带接入模 块的设计与实现。 1 5 研究目标和研究内容 本文的目标为研究路由器宽带接入的特点，在r 3 2 0 6 路由器上分别设计并实现 基于a d s l 线路的p p p o e 协议和p p p 协议，以实现r 3 2 0 6 路由器的宽带接入功能。 本论文的研究内容主要有以下几个方面： 】) 根据不同路由器的不同特点，设计路由器宽带接入模块的架构。 2 ) 研究a d s l 线路在我国宽带接入平台中的应用。 3 ) 研究p p p 协议各种特点，及其封装，链接和认证中的作用。 4 ) 研究p p p o e 协议的特点，及其扩展p p p 在以太网上实现p p p 的能力。 5 ) 研究在v x w o r k s 平台下，p p p 协议和p p p o e 协议的设计与实现。 1 6 课题意义 路由器技术是融合现代通信技术、计算机技术、网络技术、大规模集成电路技 3 华中科技大学硕士学位论文 术、光电子技术的核心技术，是现代网络不可或缺的一项技术，本文研究在接入式 路由器当中两种重要的协议p p p o e 协议和p p p 协议，并且将研究两种协议在r 3 2 0 6 路由器当中的设计与实现。 本文设计和实现的r 3 2 0 6 路由器的接入模块主要包括p p p 模块和p p p o e 模块。 p p p 是一种点到点的协议，在窄带拨号应用中状得了巨大成功。作为窄带拨号应用 的延伸，p p p o e 协议实现了p p p 协议在以太网上的承载，实现以太网上的点到点连 接。p p p 协议标准完善，应用广泛成熟，p p p o e 则继承了p p p 协议族的特点，在宽 带接入中获得了广泛的应用。这两个协议已成为了现今我国宽带接入技术的主流， 具有极强的现实意义。 1 7 本文的组织结构 本文以路由器的宽带接入为主题，以我们设计的r 3 2 0 6 接入式路由器为例，研 究了宽带接入模块的设计与实现，其主要内容如下： 第二章阐述了在铜线上进行接入的x d s l 线路技术，分析了a d s l 线路接入到 i p 骨干网和a t m 骨干网的两种情况。 第三章则着重介绍了r 3 2 0 6 路由器的总体架构和功能，讨论了我们在其上设计 的接入模块的总体方案。 第四章分析了p p p o e 协议，研究了实时嵌入式操作系统v x w o r k s 的特点，尤其 是其自带协议栈的结构特点，利用操作系统中提供的m u x 层实现p p p o e 协议对外 的接口，详细讨论了p p p o e 协议的具体的设计、实现和测试方法。 第五章主要讨论了p p p 协议过程的三个阶段，利用v x w o r k s 操作系统网络应用 平台的特点，使用e n d d r i v e r 作为p p p 模块的对外接口，设计并实现了p p p 模块。 最后为全文总结与展望。 4 华中科技大学硕士学位论文 2 数字用户线路( d s l ) 接入系统 近年来，信息技术高速发展，产生了对高速接入的需求。电信网络在建新的接 入线路满足用户接入的需求以外，还积极寻求新的技术以利用已有的铜线用户线路 向用户提供高速接入业务。由此，发展起来了各种数字用户线路( d s l ) 技术，统称为 x d s l 技术。r 3 2 0 6 路由器即开发了可直接与a d s l 线路相连，并提供a d s l 高速互 联的p p p o e 模块。本章介绍了d s l 技术中的几种方式，并进行了分析比较，着重探 讨了a d s l 的接入方式，最后，深入分析了其在不同组网方式上各自的异同和优缺 点。 2 1 数字用户线路( d s l ) 技术简介。1 3 d s l 在线路编码、回波抵消、自适应均衡等方面采用数字信号处理的新技术， 利用铜线中话音频带以上的部分进行高速数据传输，所含的技术分支很多，而且还 不断有新的分支出现，以下是几类典型的d s l 技术。 2 1 1h d s l ( 高比特率数字用户线路) h d s l ( 高比特率数字用户线路) 是x d s l 技术中比较成熟的一种。h d s l 一直 存在两种标准；一种提供双向1 5 m h z 的传输速率，主要是用于北美地区；另一种提 供双向2 m h z 的传输速率，是欧洲地区的标准。 h d s l 主要用于提供e l f r l 传输通路。h d s l 的无中继传输距离目前一般在4 k m 左右( o 5 m m 线径) 1 1 0 2 1 2a d s l ( 非对称数字用户线) 【1 ，3 ，4 】 致力于研究和制定a d s l 标准的几个国际组织主要有a n s i 、e t s i 、i t u - t 、以 及a d s l 论坛。a n s i 首先于1 9 9 5 年制定了北美地区使用d m t 线路编码a d s l 的 技术标准一一t 1 4 1 3i s s u e1 ，提供6 m b s 8 m b s 的下行速率和6 4 0 k b s - 1 m b s 的上行 速率，其目的主要为在用户线上开通v o d 业务提供一种传输技术。在实际应用中， 华中科技大学硕士学位论文 = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ： 发现a d s l 同样非常适用于因特网接入业务，因而因特网接入对a d s l 技术的需求 更迫切。为了进一步推广a d s l 技术，i t u - t 于1 9 9 9 年通过了关于a d s l 技术的两 个标准g 9 2 2 1 ( 又称全速率a d s l ) 、g 9 9 2 2 ( 又称a d s l l i t e ) 。 a d s l 系统为用户提供了3 条通信通道，即一条模拟电话信息通道( p o t s ) 、一 条较低速率的上行数字通道和一条高速下行数字通道，这3 条信息通道以频分复用 的方式在线路上传输。p o t s 业务占据原来4 k h z 以下的话音频段，上行数字信道占 据1 0 5 0 k h z 的中间频段，下行数字占据5 0 k h z 以上且1 m h z 以下的高频段。 2 1 3v d s l ( 甚高速数字用户线) 基于电话铜缆的高速数据传送技术v d s l ( 甚高速数字用户线) 得到了芯片 供应商、设备制造商和网络运营商的广泛关注，其芯片和设备进展很快，应用范围 也在不断推广。v d s l 系统与a d s l 一样，可利用普通电话铜缆在不影响窄带话音 业务( p o t s 、i s d n ) 的情况下，传送高速数据业务。v d s l 的系统结构也与a d s l 很 相似。v d s l 局端设备与用户端设备之间通过普通电话铜缆( u 1 c 与u 1 r 参考点之 间) 进行点对点传输。其中，v t u o 、v t u r 分别是位于局端和用户端的v d s l 收 发器。业务分离：器( s p l i t t e r ) 将同一对电话铜缆上传输的v d s l 与窄带业务( 或a d s l ) 相分离。 v d s l 使用的频谱较宽，最高可达1 2 m h z 。这一频谱范围可被分割为若干下行 ( d s ) 和上行( u s ) 频段，国际上常用的频段划分方式( b a n dp l a n ) 主要有两种：p l 锄9 9 7 、 p l a n 9 9 8 。p l a n 9 9 8 根据北美的业务需求划分，主要面向非对称业务：而p l a n 9 9 7 根据 欧洲的业务需求划分，主要面向对称业务。 由于a d s l 使用的频谱最高只能到1 i m h z ，相比而占，v d s l 能够提供更高的 传输速率，能够更灵活地为不同的业务需求提供不同的传送能力( 当然，传输距离 一般比a d s l 短) 。v d s l 的应用环境主要可分为三类：( 1 ) 短距离高速非对称业务， 例如3 0 0 m 以内，下行传输速率2 6 m b s 以上，可主要用于视频传输t ( 2 ) 中距离对称 或接近对称业务，例如i k m 左右对称1 0 m b s ；( 3 ) 较长距离非对称业务，这时因高频 部分衰减较大，上行速率较低p 】。 6 华中科技大学硕士学位论文 = ；= = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ：= 2 1 4 几种d s l 线路特性的比较 以下为表2 - 1 为以上三类技术( h d s l 、a d s l 、v d s l ) 的关键特性的一个比较： 表2 1 几种主要x d s l 技术的指标比较 h d s l 、s d s la d s lv d s l 相关标准 1 9 9 3 1 9 9 5a n s it 4 1 3 未定 1 9 9 9i t u t g 9 9 2 1 1 9 9 9i t u t g 9 9 2 2 频谱范幽 d c 7 8 4 k h z2 5 k h z 1 1 m h z3 0 0 k h z - l0 m h z ( 最 高达3 0 m h z ) 对称性对称非对称对称或非对称 上行速率 = 2 m b 8 = l m b s = 2 m b s 非对称 - 2 6 m b s 对称 下行速率 = 2 m b s = 8 m b s = 5 2 m b s 非对称 = 2 6 m b s 对称 线路编码 2 8 1 q ，c a pd m t ，( c a p q a m )d m t q a m 从上表的比较可以看出，h d s l 和v d s l 均可以上下行速率对称运行，a d s l 只用作上下行非对称传输。而且，线路的速率与传输距离休戚相关，v d s l 的速率是 以减小传输距离作为代价的。因而，v d s l 虽然可以传输多至3 4 套的多媒体频道， 但是其主要适用于地点分布相对集中的宽带用户，这种情况在我国并不普遍，因而 v d s l 只在部分智能社区适用。a d s l 技术虽在速率上不及v d s l 技术。却与我国宽 带用户分散的特点比较吻合，应用面更广泛。总之，a d s l 和v d s l 只有相互补充 才能发挥出最大效果。 2 2a d s l 高速接入 由于到目前为止，我国使用的d s l 接入中主体还是a d s l ，因此，下面将主要 讨论a d s l 接入情况，以组网方式分类，a d s l 接入可以分为两种：接入a t m 骨干 网和接入i p 骨干网【6 】。 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = ；= = = = 2 = = = = = = = = = = = ：= = 由于在组网时d s l a m ( d s la c c e s sm u l t i p l e x e r ) 设备会接入到不同的网络中， 比如说a t m 骨干网络或者i p 骨干网络，这就要求d s l a i v l 设备能提供a t m 接口和 i p 接口，也即所谓的a t m d s l a m 和i p d s l a m 。 a t md s l a m 和i pd s l a m 除了a d s l 调制解调部分相同外，在实现原理上存 在很大的差异。 2 2 1 接入a t m 骨干网 上传的数据信号在a d s l m o d e m 中，通过a a l 5s a r 功能实现m a c 帧到a t m 信元之间的转换，经a d s l 调制后，信号被传输到局端的d s l m 侧，局端的d s l a m 对a d s l 信号进行解调，并恢复成a t m 信元格式。a t md s l a m 对许多这样上传 的信号进行处理，对这些a t m 信号按照某种条件进行复接或者交换。同时对于各种 a t m 业务进行分类管理，实现c b r 、r t - v b r 、n r t v b r 、u b r 等多种a t m 业务类 型的设置，对不同类型的a t m 业务设置不同的流控参数，优先级机制等，以保证不 同要求的用户对服务质量高性能的q o s 支持，并提供上连的p v c ，和上层的a t m 交换机建立连接。 信号下行时，下发的信号是以a t m 信元格式传送给a t md s l a m 的，这些接 收进来的a t m 信号，带着相关的一些a t m 信息，比如说a t m 业务类型，p v c 数 据以及其它一些参数。a t m 对不同的a t m 业务参数进行识别，并采取不同的处理 措施，包括包丢弃原则，缓存机制，流控机制等，以实现不同业务的不同q o s 保证， 然后又分接到各个各条对应的a d s l 端口，最后进行a d s l 信号的相关处理，并进 行a d s l 信号调制后输出到对端的a d s lm o d e m 中。 a t m 本身具有天然的安全隔离机制，不会发生泄密的情况，这是因为a t m 是 面向连接的传输，其p v c ( 或者s v c ) 逻辑通道是互相隔离的 7 , 8 1 。 2 2 2 接入i p 骨干网i 剐 i pd 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 5s a r 功能转换成 8 华中科技大学硕士学位论文 = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ： 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 b 功能时，就进步处理r f c l 4 8 3 b 协议；提供v l a n 功能时，就根据设 置贴上v l a n 标记。也自的漩备自二层功能，就处理亚高层的协泌。在所彳设备提 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 pd s l a m 的m a c 帧信号， 根据不同i pd 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i pd 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 pd 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 lm o d e 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。 2 2 3a d s l 接入的几种架构 在a d s l 的两种组网方式当中不同的时期，有不同的组网方案，以下分别介绍 几种，并进行简单分析。 2 2 3 1a d s l 接入a t m 骨干网的架构 蹦2 - 1 基于l a c 的n s p 网芙的网络架构 1 ) 基于l a c 的n s p 网关的网络架构 图2 - 1 网络架构使用l a c 结构，l a c 结构在i s p 服务商和d s l a m 之问建矗多 级的p v c 连接，l a c 将到同一地点的p p p 连接复用到同一个虚拟通道中( 该通道包 9 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 括a t m 的p v c ，i p 网络的虚拟通道或者帧中继等等) 。该结构使得a d s l 网络可 以大量应用，不过这只是一种过渡方案。 2 ) 基于b a s ( b r o a d b a n da c c e s ss e r v e r ) 和a t m 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 ) 的网络架构 图2 - 2 基于b a s 和a t m d s l a m 的网络架构 如图2 2 ，基于b a s 和a t m d s l a m 的网络架构使用b a s 将p p p 连接在b a s 处终结，并在b a s 处通过r a d i u s 代理将用户名和密码通过i p 网络送到相应的i s p 那里进行认证。这样一个b a s 可以为多个i s p 服务商服务。在客户端可以使用p p p o e ( p p po v e re h t e m e t ) 将客户端的以太网资源有效的利用起来，并采用虚拟拨号方式， 直接通过a d s l 实现宽带接入。这种方案以其较高的安全性和相对低廉的成本得到 了广泛的应用。 2 2 ，3 2a d s i 接入t p 网的架构 1 ) 基于路由器的网络架构 图2 3 基于路由器的网络架构 如图2 3 ，基于路由器的网络架构通过h u b 和以太网交换机连接a d s l 线路， 是早期的a d s l 网络架构，但是由于路由器的端口数量决定了a d s l 用户数量，因 华中科技大学硕士学位论文 = = = = 毫= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ： ： ：= = 而发展用户潜力有限。 2 ) 基于i p - d s l a m 的网络架构 图2 - 4 基于l p d s l a m 的网络架构 i p d s l a m 架构也是新近大量应用的一种架构，该方式通过将a t m 终结在 d s l a m 处，可以省去使用昂贵的a t m 设备，而使用价格只有其一半的i p 设备，并 且顺应了现在a d s l 应用中8 0 的网络流量都在i p 网络的现实，减少了网络时延， 但是，该方式没有a t m 网络中p v c 的q o s 性能，安全性和带宽控制上略微欠缺， 因而主要适用予i s p 服务商的i n t e r n e t 访问型服务。即个人用户十分适用，现在已在 欧美日各国及我国电信部门大量应用。但是，对于政府，企业等其他安全性要求较 高的用户，i p d s l a m 的安全性还有待提高。 2 3a t md s l a m 与i pd s l a m 的区别 1 ) 组网方式上 a t md s l a m 是上连a t m 汇聚交换机，而i pd s l a m 是直接上连三层交换机。 从现有a d s l 的应用来看，8 0 的流量都是i p 网的流量，所以作为a t md s l a m 就必须穿越a t m 骨干路由到i p 网上，从这点来看i pd s l a m 在传输时延方面更有 优势。如果考虑到某些地市a t m 资源不足或不打算新建，i pd s l a m 也是更好的选 择。 2 ) 业务应用上 a t md s l a m 利用p v c 实现隧道机制，安全机制和带宽承诺机制，也就是说 q o s 性能较好，本身更适合政府企业的互联性需求，也就是我们说的v p n 业务。而 i pd s l a m 的p v c 在端局设备终结，妒固有的特性使得数据安全性，带宽控制方面 有先天不足以及q o s 性能差，所以更适合i n t c m c t 访问型业务。 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = = = = = = = = = 一： 3 ) 认证方式上 a t md s l a m 的认证是通过将p v c 终结在a t mb a s 上实现的。而i pd s l a m 的p v c 终结在端局d s l a m 上，通过p v c 与v l a n 的映射将v l a n i d 送给i p b a s 来对用户进行认证( 也就是说如果没有v l a ni d 送给上层的b a s ，就无法对用户进 行认证) 。这就必须要求i p d s l a m 支持的v l a n 数较多，在p v c 和v l a n i d 上 进行一对一的映射，利用v l a ni d 来唯一表示用户。 目前在宽带网络建设中需要考虑两类主要的用户需求，一是个人用户，二是商 业大客户。个人用户主要提供高速上网，全i p 方案是满足大量个人用户宽带需求的 最佳方案：商业大客户由于需要高质量的专线满足其企业互联和企业上网的需求， 基于a t m 技术的综合方案是目前各运营商的主流选择。 2 3 1 两种方式在商业上的应用 我国运营商目前宽带网络建有b i p 宽带i p 城域网和a t m 宽带网络，b i p 目前 主要通过l a n 接入和a d s l ( i pd s l a m ) 接入满足大量个人用户的宽带上网需求， 为将原有建设的a t m 骨干网络充分利用，采用了一定量的a t md s l a m 通过集中 式b a s 提供一部分个人用户的宽带上网业务。为进一步提高原有a t m 骨干网络的 利用率，提供“宽带d d n ”满足日益增长的商业大客户高质量专线业务是电信公司 的策略。 2 3 2a 1 md s l a m 存在的问题【8 t 9 - 1 0 】 首先，在满足大规模个人宽带上网需求的情况下，a t md s l a m 的数量以及覆 盖范围必将比较大，而由于宽带网络i p 化的趋势，业界在a t m 领域的投入日益萎 缩，导致a t m 交换设备的价格迟迟难以下降，因此在这种情况下。往往建设大规模 的a t m 骨干网络，成本昂贵。 其次，a t md s l a m 需要集中式大b a s 提供p v c 的终结和用户的管理和认证。 而目前集中式大b a s 基本上都是基于a t m 体系结构的，设备成本一般比较高。由 于所有的用户业务都需要经过b a s ，集中式大b a s 建网方案往往存在网络瓶颈，且 网络安全性也降低 1 1 , 1 2 1 。 2 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 最后，采用a t md s l a m 建网，用户接入在a t m 平面。用户业务在i p 平面， 用户上网需要穿透两个城域骨干汇聚网络，即建设了大规模的a t m 骨干汇聚网络。 同样还需要建设i p 骨干汇聚网络，业务流量模型和建网成本都不合理。 2 3 3 宽带接入网组网的几点思考 通过以上的分析，可以提出这样的电信宽带城域网的建网思路： 1 、大量的宽带个人上网业务采用全i p 的建网模式，配合分布式b a s 来实现用 户的接入认证管理，采用l a n 、a d s l 、e v d s l 的宽带接入方式。 2 、对于相对少得多的需要有严格q o s 专线业务的商业大客户，通过原有的a t m 网络，结合原有的a t md s l a m ，再合理增加一些a t md s l a m 设备，实现商业大 客户宽带专线业务的合理覆盖。一方面通过a d s l 业务将原有的a t m 骨干汇聚网络 以及集中式b a s 资源充分利用起来，另一方面有完全可满足商业大客户高质量专线 业务的需求 8 , 1 5 , 1 6 l 。 2 3 4 几种接入方式的对b e 结论 从目前的应用情况看，在几种接入方式当中，基于b a s 接入a t m 骨干网的方 式( 如图2 - 2 ) 已成为主流。这主要因为，从局端来看，此方案直接利用了a t m 骨 干网和已铺设的铜线；而从客户端来看，对于接入a t m 骨干网这种情况，可以有两 种解决方案。 第一种就是使用p p p o a ( p p po v e ra t m ) 协议，用这种方式由客户终端直接发起 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。a t m 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、分配i p 地址和计费等一糸列p p p 接 入过程。从实现上看，a d s lm o d e m 也是仅仅作为a t m 信元传送的一个端点。但 是，要实现p p p o a 的接入用户侧要求使用a t m 2 5 网卡和提供相应的专用p p p o a 驱动程序，这样，就给接入带来了不便。 第二种就是使用p p p o e 协议，p p p o e 的实质是以太网和拨号网络之间的一个中 继协议，他继承了以太网的快速和p p p 拨号的简单，用户验证，i p 分配等优势。在 1 3 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 实际应用上，p p p o e 利用以太网络的工作机理，将a d s l m o d e m 的以太网接口与内 部以太网络互联，在a d s lm o d e m 中采用r f c l 4 8 3 的桥接封装方式对终端发出的 p p p 包进行l l c s n a p 封装后，通过连结两端的p v c 在a d s lm o d e m 与网络侧的 宽带接入服务器之间建立连接，实现p p p 的动态接入。 对比以上两种接入协议，p p p o e 接入利用在网络侧和a d s lm o d e m 之间的一条 p v c 就可以完成以太网络上多用户的共同接入，组网方式简单，而且，p p p o e 能直 接利用客户端的现有设备。因此，我们选择p p p o e 技术和p p p 技术结合以太网技术 来完成拨号，认证和地址分配等接入问题。本文即给出了这种组网方式在客户端的 解决方案，即在客户端实现p p p o v e v p p p o e - o v e r - e t h e r n e t - o v e r - p h y 的架构。 1 4 华中科技大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = 2 = = = = = = = = = = = = = = = = ：= ：= ： = ： 3 接入模块总体设计 路由器按照在网络中所处位置的不同可分为核心路由器、边缘路由器和接入路 由器三类。本章深入研究了r 3 2 0 6 接入式路由器的宽带接入模块，该模块利用p p p o e 通过a d s l 线路承载p p p 数据，实现虚拟拨号和认证。 3 1 路由器功能定义 根据课题要求，r 3 2 0 6 路由器主要需要支持以下几个功能： 1 ) 支持一个r j 4 51 0 1 0 0 m 以太网口 2 ) 支持2 d b 2 5 的异步同步串行口，支持r s 2 3 2 、v 2 4 、v 3 5 、x 2 1 、e i a 5 3 0 a 异步口最高支持到1 1 5 2 k b p s ，同步口最高支持到2 0 4 8 m b p s 3 ) 支持一个r j 4 5 的1 0 m 以太网1 2 1 4 ) 一个d b - 9 的c o n s o l e 口 5 ) 一个d b - 9 的a u x 口用于远程配置和配置恢复 6 ) 1 6 ms d r a m ，最高可3 2 m ，2 mf l a s h ，最高可达8 m 7 ) 采用3 2 位的r i s c 中央处理器( m p c 8 6 0 t5 0 m h z ) 8 ) 以太网协议：支持i e e e 8 0 2 31 0 b a s e t 、i e e e 8 0 2 3 u1 0 0 b a s e t x 9 ) 广域网口：r s 2 3 2 、v 2 4 、v 3 5 、x 2 1 、e i a 5 3 0 a 、1 0b a s e t 以太网 1 0 ) 帧中继：i t u - t q 9 3 3 a n n e x a 、a n s i t l 6 1 7 a n n e x 1 1 ) 广域网协议：h d l c 、p p p 、m p 、p p p o e 、f r a m e r e l a y ( d t e d c e ) 、 x 2 5 ( d t f d c e ) 1 2 ) 路由协议：r i p ( r i pv l ，r i pv 2 ) 1 3 ) 认证协议：p a p 协议、c h a p 协议 1 4 ) 上层协议：t c p i p 、a r p 、u d p 、h t t p 、t f t p 、b o o t p 、d h c p 、n a t 1 5 ) 网络管理：s n m p ( v 1