（通信与信息系统专业论文）epon系统oam模块的软件实现.pdf

摘要 摘要 近年来通信业的迅猛发展导致了网络传输能力的巨大提升。骨干网和高速局 域网随着人们对带宽越来越大的需求而不断升级，这使得连接两者的接入网成为 整个网络的瓶颈。尽管当前广泛使用的宽带接入方案如x d s l 、光纤同轴混合网 ( h f c ，h y b r i df i b e rc o a x ) 芹n 电缆调制解调器( c a b l em o d e m ) 对带宽有所提高，但与 实际的需求还相去甚远，并且也不能为新兴的网络业务如视频会议、视频点播 ( v o d ，v i d e oo nd e m a n d ) 、网络电话( v o i rv o i c eo v e ri p ) 等提供足够的带宽以及相 关业务的q o s 保证。最终，考虑到以太网的普遍性及其低成本高带宽的优点和光 纤网的低成本大容量，一种基于以太网的无源光网络e p o n 成为下一代宽带接入 网的最佳候选技术之一。2 0 0 4 年，8 0 2 _ 3 委员会的以太第一公里( e f m ，e t h e m e ti n t h ef i r s tm i l e ) s i 作组发布了关于以太无源光网络( e p o n 、e t h e r n e tp a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k ) 的i e e e 协议8 0 2 3 a h 。 e p o n 主要由三个部分构成，包括光线路终端( o l l jo p t i c a ll i n et e r m i n a l ) 、 光分配网络( o d n ，o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k ) 和光网络单元( o n u ，o p t i c a l n e t w o r ku n i t o 其中o l t 位于局端，负责向多个o n u 提供网络接入：o n u 位 于用户端，负责会聚用户端的数据并将数据向o l t 发送，另外还负责接收从o l t 发来的数据。由于以太网在设计之初并没有考虑作为接入网使用，所以e p o n 需 要为以太网制定新的运营维护管理( o a m ，o p e r a t i o na d m i n i s t e rm a i n t e n a n c e ) 协议 以达到运营级要求。新协议应该加入诸如链路状态检测，错误发生警告，环回测 试等规程来实现接入管理。 本文主要研究了在o l t 和o n u 上加载软件模块来实现o a m 管理。由于嵌 入式系统设计已经成为电子设计趋势，所以采用在l i n u x 系统下的c 语言来实现 o a m 软件。i e e e8 0 2 3 a h 协议规定使用标准的以太帧作为传送o a m 信息的载体， 但使用特殊的组播目的地址域和类型长度域，以区别普通的以太数据。由于协议 是2 0 0 4 年刚颁布的，所以现有的网络设备很可能不能识别新的o a m 帧，这就需 要在数据链路层对数据包进行捕获和构造。本文的具体实现方法是通过l i n u x 操 作系统的数据链路访问方法，直接从链路层捕获o a m 帧获取o a m 信息，再通 过发送程序发送o a m 帧，来达到o a m 管理的目的。 摘要 本文涉及到的研究有：l 、i e e e8 0 2 3 a h 协议的研究，它的模块功能划分，主 要是运营管理维护子条款。2 、l i n u x 系统中的捕包发包函数库的研究，并通过这 两个库实现了e p o n 系统的o a m 软件模块。3 、为了提高程序效率，分析了l i n u x 内核包过滤机制。4 、提出了该软件模块的其他应用，如网络地址转换( n a n e t w o r ka d d r e s st r a n s l a t o r ) 。 在本课题研究中主要掌握了l i n u x 环境下的编程及调试技术、l i n u x 内核的 过滤技术、数据包捕获构造技术、以太无源光网络的网络拓扑，e p o n 系统o a m 模块的规程以及n a t 技术及实现。 取得的主要成果是：实现了e p o n 系统o a m 模块软件，另外为完善所设计 的e p o n 系统，在o l t 上实现了附加的n a t 模块软件。 关键词e p o n 接入设备，o a m 模块实现，l i b p c a p ，l i b n e t i l a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s w i t ht h ee x p l o s i v eg r o w t ho fc o m m u n i c a t i o ni n d u s t r y , n e t w o r k t r a n s m i s s i o na b i l i t yh a sb e e ni m p r o v e da1 0 t b a e k b o n en e t w o r ka n dh i g hs p e e dl a n a r ee x p e c t e dt ob ec o n t i n u o u s l yu p d a t e dw i t hi n c r e a s i n gr e q u e s t sf o rb a n d w i d t ho f u s e r s h o w e v e r , t h ea c c e s sn e t w o r kc o n n e c t i n gb a c k b o n en e t w o r ka n d1 0 c a lc u s t o m e r n e t w o r kb e c o m e st h eb o t t l e n e c ko ft h ew h o l en e t w o r k a l t h o u g hc u r r e n tb r o a d b a n d a c c e s sm e t h o d s ，s u c ha sx d s l ，h f ca n dc a b l em o d e m ，h a v ep r o v i d e dh i g h e r b a n d w i d t ha n da r ew i d e l yu s e d ；t h e ys t i l lc a n ts a r i s f vu s e r s n e e d s a l s oc a n tp r o v i d e e n o u g hb a n d w i d t ha n dq o sf o rn e wn e t w o r k s s e r v i c e s ，s u c ha sv i d e om e e t i n g ，v o d ， v o i pa n ds oo n c o n s i d e r i n ge 血e r e c ta n do p t i c a ln e t w o r ka r ev e r yp o p u l a rn e t w o r k w i t hl o wc o s ta n dh i g hb a n d w i d t h c o n s e q u e n t l y , e p o ns y s t e m w h i c hi sap a s s i v e o p t i c a ln e t w o r kb a s e do ne t h e r n e t ，h a sb e c o m eo n eo ft h em o s tp r o m i s i n gt e c h n o l o g i e s i nt h en e x tg e n e r a t i o nb r o a d b a n da c c e s sn e t w o r k i n2 0 0 4 e f m ，t h e8 0 2 3t a s kg r o u p ， i s s u e dt h es t a n d a r df o re p o n i e e e8 0 2 3 a h e p o ni sm a i n l yc o m p o s e do ft h r e ep a r t s t h eo l r 0 d na n do n u i td e p l o y s o p t i c a la c c e s sl i n e sb e t w e e na no p t i c a ll i n et e r m i n a t o rf o l t la n dm u l t i p l eo p t i c a l n e t w o r ku n i t s ( o n u ) 0l t w h i c hp r o v i d e sn e t w o r ka c c e s st oo n u si sl o c a t e di nc o ( c e n t r a lo f f i c e ) s i d e 0 n u sw h i c ha r er e s p o n s i b l et os e n dl a s e rd a t at oo l ta n dr e c e i v e i n t c r u e td a t af r o mo l ta r el o c a t e di nc u s t c i m e ts i d e b e c a u s ee t h e m e ti sd e s i g nt ob ea s i m p l e u s e rn e t w o r k n o ta c c e s sn e t w o r k s oe f mn e e da d d i n gas u i t eo fo a m ( o p e r a t i o n s ，a d m i n i s t a t i o n ，m a i n t e n a n c e ) p r o t o c o l st oa c h i e v et h en e t w o r km a n a g e m e n t g o a l t h en e wo a mp r o t o c o l ss h o u l dh a v eb a s i cm a n a g e m e n tr e g u l a t i o n si n c l u d i n g 1 i n ks t a t et e s t i n g ，f a u l ta l e r t ，l o o pb a c ke t c i nt h i sp a p e r , w ei m p l e m e n to a m p r o t o c o l si nb o t ho l ta n do n ub ya d d i n g o a ms o f t w a r ef u n c t i o nb l o c k n o w a d a y s ，e m b e d d e ds y s t e md e s i g nb e c o m e saw e n d i ne l e c t r o n i cf i e l d ，s ow ec h o o s ecl a n g u a g ea n dl i n u xf o ri m p l e m e n t i n gt h es o f t w a r e p r o g r a m m i n g e f mu s eo r d i n a r ye t h e m e tf r a m et ot r a n s p o r to a mi n f o r m a t i o nb u t s p e c i a ld e s t i n a t i o na d d r e s sa n dt y p ec o d ef i e l d ，c o n s i d e r i n ge p o np r o t o c o l sw e r e s t a n d a r d e dl a s ty e a r , m o s to ft h en e t w o r kd e v i c em a yn o tr e c o g n i z et h eo a mf r a m e a b o v ed a t al i n kl a y e r , s ow eu s el i n u xa c c e s sl i n kl a y e rm e t h o dt oc o n s t r u c t c a p t u r e o a mf r a m ea ti ，2 m yr e s e a r c ha r e a sa r e ：1 i e e e8 0 2 3 a hp r o t o c o lr e s e a r c ha n df u n c t i o nb l o c k p a r t i t i o n ，m a i n l yi no a mb l o c k2 l i n u xa c c e s sd a t al i n km e t h o d ，l i b p c a pa n dl i b n e t 3 a n a l y s et h el i n u xk e r n e lf i l t e r i n gm e c h a n i s m ( b p f ) 4 n a ta n di t si m p l e m e n t t h r o u g ht h er e s e a r c h ，f o l l o w i n gt e c h n i q u e sh a v eb e e no b t a i n e d ：p r o g r a m m i n gi n a b s t r a c t l i n u x ，l i n u xk e r n e lf i l t e r i n gm e c h a n i s m ，p a c k e tc o n s t r u c t c a p t u r em e t h o d ，e p o n a r c h i t e c t u r e ，e p o ns y s t e m o a mp r o c e d u r e ，n a tt e c h n o l o g y r e s e a r c hf r u i ta r eo a ms o f t w a r eu s e di ne p o ns y s t e m f o rs y s t e mi n t e g r a l i t y , a n a tf u n c t i o nb l o c ki sa l s oa d d e di no l ts o f t w a r e ，m a k i n gu s eo fp a c k e tc o n s t r u c t c a p t u r et e c h n o l o g yw h i c h i si n h e r i tf r o mo u ro a mf u n c t i o nb l o c k k e y w o r d s ：e p o na c c e s sd e v i c e ，o a mf u n c t i o ni m p l e m e n t ，l i b p c a p ，l i b n e t v 图表目录 图表目录 图2 1 信息网模型 图2 2p o n 结构模型 图2 3e p o n 结构简图 图2 4e p o n 协议分层和o s i 参考模型间的关系 图2 5e p o n 系统管理拓扑 图2 6o a m 帧格式一 图2 7m a c 解析过程 图2 8 状态信息o a m 帧 图2 9 事件报告o a m 帧 图2 1 0 变量请求和变量返回o a m p d u 图2 1 1 环回测试控制o a m 帧 图2 1 2 厂商自定义o a m 帧 图3 1l i b p c a p 包捕获流程图 图3 2l i n u x 内核过滤机制b p f 图3 3l i b n e t 构造发送包流程图 图4 1 程序实现层次 图4 2o a m 软件实现流程 图4 3o a m 子层的模块化和状态图 图4 4 解析模块流程图。 图4 5 复用模块流程图 图4 6o a m 发现过程流程图， 图4 7 发送过程流程图。 图5 1 直观网络环境 图5 2 抽象网络环境 表2 1 变量容器域组成表1 4 表2 2 变量指示l5 表3 1g c c 的编译选项19 表3 2g d b 主要命令2 0 表4 1l i b n e t 支持的e t h e r t y p e 值3 1 表4 2 主动模式和被动模式o a m 能力的比较3 6 表4 3o n u 连接状态表+ 4 6 表5 1 非法o a m 帧接收测试4 9 表5 2t l v s 的长度域出错的o a m 帧接收测试4 9 表5 3 被截断t l v s 和变量容器域的o a m 帧接收测试4 9 表5 - 4 保留域有数据的状态信息o a mi 帧接收测试5 0 v i l 4“矗mb h m幻m拍勰凹引”舛”强钉铝 图表目录 表5 5 用于发送过程测试的非法o a m 帧5 0 表5 - 6 信息域中序列号值的测试5 0 表5 7 主动模式测试51 表5 8 被动模式测试51 表5 - 9 超时测试51 表5 1 0 非状态信息o a m 帧的测试5 2 表5 1 1p d ut i m e r 超时处理的测试5 2 表5 1 2 正确的o a m 帧发送请求的处理5 2 表5 1 3 错误的o a m 帧发送请求的处理5 3 表5 一1 4 组帧的测试5 3 表5 15 重复的事件报告o a m 帧5 3 表5 1 6 组帧的测试5 4 表5 1 7 被动模式的变量获取5 4 表5 18 组帧的测试5 4 表5 1 9 应答时间测试5 4 表5 2 0 返回变量t l v s 大于帧长情况测试5 5 表5 21 组帧的测试5 5 表5 2 2 被动模式的环回测试5 5 简略字表 a p o n a t m c a t v c o d s l e f m e p o n f s a n f t t b f t t c f t t h g f p g m i i g p o n h f c i t u i e e e l l i d m a c m d l 简略字表 a t mp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e c a b l et e l e v i s i o n c e n t r a l0 f f i c e d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e e t h e m e ti nt h ef i r s tm f i e e t h e m e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k f u l ls e r v i c e sa c c e s sn e t w o r k f i b e rt ot h eb u i l d i n g f i b e rt ot h ec u r b f i b e rt ot h eh o m e g e n e r a lf r a m i n gp r o c e d u r e g i g a b i tm e d i ai n d e p e n d e n ti n t e r f a c e g i g a b i tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k h y b r i df i b e r c o a x i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o n u n i o n i n s t i t u t i o no f e l e c t r i c a la n de l e c t r o n i c s e n g i n e e r s l o g i c a ll i n ki d e n t i f i e r m e d i aa c c c s sc o n t r 0 1 m e d i u md e p e n d e n ti n t e r f a c e a t m 无源光网络 异步传输模式 有线电视 中心机房 数字用户环路 以太第一公里 以太无源光网络 全业务接入网 光纤到大楼 光纤到路边 光线到户 通用成帧协议 千兆比媒质独立接口 千兆无源光网络 光纤同轴电缆混合网 国际电信联盟 电气与电子工程师学会 逻辑链路标识 媒体访问控制 媒体相关接口 笪堕! 耋 m p c pm u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l 多点控制协议 n a tn e t w o r ka d d r e s st r a n s l a t o r 网络地址转换 o a m o p e r a t i o n s ，a d m i n i s t a t i o n ，m a i n t e n a n c e 运营、管理、维护 o d n o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k光分配网络 o l t 0 n u p c s p m a p m d p o s q o s s l a t c t d m v o i p v o d w d m o p t i c a ll i n et e r m i n a l c l p t i c a ln e t w o r ku n i t p h y s i c a lc o d es u b l a y e r p h y s i c a lm e d i u ma t t a c h m e n t p h y s i c a lm e d i u md e p e n d e n t p a s s i v eo p t i c a ls p l i a e r q u a l i t yo fs e r v i c e s s e r v i c el e v e la g r e e m e n t t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g v o i c eo v e ri n t e m e tp r o t o c 0 1 v i d e o0 n d e m a n d w a v ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 光线路终端 光网络单元 物理编码子层 物理媒质附加( 子层) 物理媒质相关( 子层) 无源分路器 服务质量 服务等级协议 汇聚( 子层) 时分复用 互联网电话 视频点播 波分复用 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导一1 - 进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名：旌垫日期：2 卯年弓月 1日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 躲强铋翮虢豫亏阳鸟 日期：2 嘭年3 月1 日 第一章引言 第一章引言 近年来，网络的核心部分发生了翻天覆地的变化，无论是交换还是传输都已 更新了好几代。在不久的将来，网络的这一部分必将成为全数字化、高度集成和 智能化的网络。而另一方面，当前的接入网仍然是被双绞线铜线主宰( 约9 0 ) 的、 原始落后的模拟系统。两者在技术上的巨大反差表明，接入网确实已经成为制约 全网进一步发展的瓶颈。 目前也出现了一系列解决这一瓶颈问题的技术手段，如x d s l 系统【2 】，同轴 电缆上的h f c 系统 3 1 ，卫星接入系统【”，但这些都只能算是过渡或者不成熟的解 决方案，唯一能够从根本上彻底解决这一问题的应该是光接入网陋 。 p o n 自从在2 0 世纪8 0 年代被采用至今已经历了几个发展阶段。起初人们认 为将a t m 技术和p o n 技术相结合的a p o n 技术是接入的理想模式，然而，由于 数据业务的爆炸式增长，a t m 技术逐渐暴露出效率不高、协议复杂等弱点，而且 由于它的成本过高，因此并末得到大规模的应用。在这种背景下，一个颇为引人 注目的新的p o n 标准孕育而生，这就是由i e e e e f m 工作组负责制定的e p o n 标 准i e e e8 0 2 3 a h f 6 1 。 e p o n 因其在设备投资成本以及操作和维护等方面的优势，成为一种运营商 解决“最后一公里”且非常经济的宽带接入解决方案，可以说，e p o n 技术已经 成为未来接入网技术的发展方向【7 】【8 1 。 本文的研究主要是在l i n u x 系统【9 】下开发符合i e e e8 0 2 3 a h 标准的e p o n 系 统o a m 模块软件。软件实现采用基于l i n u x 内核过滤技术，完全与i e e e8 0 2 3 a h 协议相符。考虑使用l i n u x 系统是因为现在网络设备都使用嵌入式、实时操作系 统，而l i n u x 操作系统的开源性，可以支持按照需求更改程序代码，以支持客户 化的帧。最后还考虑了该o a m 软件程序的其他应用领域。 本文的章节安排如下： 第二章，e p o n 系统o a m 模块的概述。简单阐述了e p o n 系统特点以及o a m 模块的内部工作原理，主要涉及到o a m 模块的模块设计和流程设计，它是o a m 模块软件实现的基础。 皇王型垫盔堂堕主堂堡堡壅 第三章，对实现o a m 模块软件的l i n u x 函数库作了分析，包括函数库的使 用方法，库的编译与安装。 第四章，基于l i n u x 函数库的o a m 软件的实现，并考虑了优化方案。 第五章，软件的测试及结论。本章分析了测试模型，测试结果。最终给出o a m 相关软件的测试结论。 第六章是全文总结。 2 第二章e p o n 系统o a m 模块的原理分析 第二章e p o n 系统o a m 模块的原理分析 2 1 接入网演进 进入2 1 世纪以来，接入网已经发展成为一个相对独立、完整的网络，并且是 当前技术发展最快、竞争最激烈、建设最昂贵的网络。如图2 一l 所示，目前信息 网由核心骨干网、城域网、接入网和用户驻地网组成。其中接入网是用户进入城 域网骨干网的桥梁，是信息传送通道的“最后一公里”。为了突出接入的重要性， 现在习惯称为“第一公里”u o 。 图2 - 1 信息网模型 接入网先后经历了x d s l 、h f c 、f t t h 技术。而x d s l 和h f c 都被证实为 过渡性方案，唯一能够根本上彻底解决这一问题的长远技术手段是光接入网。p o n 技术在上个世纪9 0 年代中期由f s a n t ”】发起，在一个通用、快捷的宽带接入系统 上同时提供宽带和窄带服务，如i p 数据、视频、1 0 1 0 0 以太网、话音以及t d m 业务【1 ”，通过光纤在世界范围内传送。 p o n 主要由o l t 、o d n 和o n u 三部分组成。o l t 位于接入网的局端，为 光接入网提供网络侧和本地交换机之间的接口，并通过一个或n 个o d n 与用户 端的o n u 通信。o l t 分离交换与非交换业务，管理来自o n u 的信令和监控业务， 为o n u 和本身提供维护和指配功能。o d n 为o l t 和o n u 之间的光传输手段。 o n u 为光接入网提供用户端接口，终结来自o d n 的信息，完成网络侧光接口和 用户侧接1 ：3 之间的光电和电光转换功能、信号处理、复用和维护管理功能。按 o n u 安放的位置不同，光接入网分为三种不同的应用类型：f t t h 、f t t b 、f t t c 。 3 电子科技大学硕士学位论文 p o n 技术是一种点对多点的光纤传输和接入技术，下行采用广播方式，上行采用 时分多址方式，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构，在光分支点不 需要节点设备，只需要安装一个简单的无源光分路器，光信号在传输过程中不再 经过放大和再生，网络的分路由光分路器来实现m l 。 用户侧接口 图2 - 2p o n 结构模型 2 2 基于i e e e8 0 2 3 a h 的e p o n 系统 网络侧接口 p o n 技术本身也在不断发展，从最开始的基于a t m 的a p o n i ”1 演进到现在 的e p o n 、g p o n ”。a p o n 由于a t m 技术本身的局限，目前已经很少商用。而 g p o n 和e p o n 则是各有特点。 单从协议上比较，因为e p o n 标准是以8 0 2 3 体系结构为基础的，因此与 g p o n 标准相比其协议分层更简单、系统实现更容易。更由于目前以太网芯片的 成熟性，其系统成本更低。 所以如果e p o n g p o n 能达到技术成熟、成本低廉的目标，将来都应该会得 到应用，但未来1 2 年，e p o n 将会走在g p o n 的前面，北美和日本的很多运 营商都开始采用e p o n 技术装备其f t t p f t t h 网络。 2 2 1e p o n 结构简介 e p o n 在很大的程度上继承了i t u t 对a p o n 的建议，采用符台i e e e8 0 23 协议的以太帧承载业务信患。 4 第二章e p o n 系统o a m 模块的原理分析 如图2 3 所示为一典型的e p o n 系统结构图。e p o n 主要由三个部分构成 包括o l t 、o d n 和o n u 。其中o l t 位于局端，o n u 位于用户端，下面对每 部分做出具体阐述。 中心局c o 用户端 图2 - 3e p o n 结构简图 在e p o n 系统中，o l t 既是一个交换机或路由器，又是一个多业务提供平台， 它提供面向无源光纤网络的光纤接口。根据以太网向城域和广域发展的趋势，o l t 上将提供多个以太接口，支持w d m 传输。如果需要支持传统的t d m 话音，普 通电话线和其他类型的t d m 通信( t 1 e i ) 可以被复用连接到附接口，o l t 除了提 供网络集中和接入的功能外，还可以针对用户的q o s s l a 的不同要求进行带宽分 配，网络安全和管理配置。 o d n 由无源光分路器( p o s ) $ d 光纤构成，它完成下行光信号的分配和上行信 号的集中，是一个连接o l t 和o n u 的无源器件。 e p o n 中的o n u 采用了技术成熟而又经济的以太网协议，在中带宽和高带 宽的o n u 中实现了成本低廉的以太网第二层第三层交换功能。这种类型的o n u 可以通过层叠来为多个最终用户提供很高的共享带宽。因为都使用以太协议，在 通信的过程中，就不再需要协议转换，实现o n u 对用户数据的透明传送。o n u 也支持其他的传统的t d m 协议，而且不会增加设计和操作的复杂性。在更高带 宽的o n u 中，将提供大量的以太接口和多个t 1 e 1 接口。 在下行链路上，o l t 以广播方式发送以太网数据帧。通过l ：n 的无源分光器， 数据帧到达各o n u ，o n u 通过检查接收到的数据帧的目的l l i d 地址和帧类型 f 如：m p c p 帧、o a m 帧) 来判断是否接收此帧。 气 电子科技大学硕士学位论文 上行链路上，各o n u 的数据帧以突发方式通过共同的无源分配网传输到 o l t ，上行数据采用t d m a 方式，各个o n u 在o l t 分配的不同时隙中，讲数据 帧发送到o l t 。o l t 采用m p c p 协议，通过请求授权机制来实现带宽的分配。 2 2 2e p o n 分层模型 图2 - 4 描述了e p o n 系统的协议分层以及与o s i 参考模型之间的关系。 i a n 分层 l a n 分层 图2 4e p o n 协议分层和o s i 参考模型间的关系 由于e f m 工作组的目的是以尽量小的协议改动将以太网引入接入网范畴。 对协议分层与千兆以太网的协议分层相比较，出来定义了新的物理层，主要的区 别是在数据链路层增加了多点控制子层( m p c p ，m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) _ 乖i j o a m 子层。 f 1 1m p c p 子层：e p o n 为点到多点( p 2 m p ，p o i n tt om u l t i p o i m ) 传输接入设 备，而传统的以太网只有点到点和广播模式，原有的协议并不能支持这种新的网 络拓扑。因此新协议在m a c 层增加了m p c p 子层以保证对点到多点协议拓扑的 支持。m p c p 通过消息、状态机和定时器来控制访问p 2 m p 的拓扑结构。 6 第二章e p o n 系统o a m 模块的原理分析 ( 2 ) o a m 子层：由于最初设计以太网时，并没有考虑其作为接入网使用。所 以新的以太接入协议需要新加入诸如链路状态检测，错误发生警告，环回测试等 规程来达到接入网控制要求。i e e e8 0 2 3 委员会在参考其他接入协议之后，在 i e e e8 0 2 3 a h 中加入了o a m 条款，定义了以太网接入的管理规范。从协议栈来 看，i e e e8 0 2 3 a h 将o a m 子层定义为位于m a c 层上的可选子层，可选是为了向 后兼容一般的无o a m 子层的以太网( 缺少o a m 子层或者o a m 子层发生错误并 不影响以太端口的正常运行) 。 2 3i e e e8 0 2 3 a h 系统o a m 子模块分析 o a m 是指可以监控网络、检测错误原因的工具，是每一种接入网络都需要 具备的，它能帮助运营商有效的管理网络。如果没有o a m ，网络监控和错误诊 断需要工程师到各个网络节点逐个检查，而导致网络维护成本增加。传统的以太 网管理往往采用i p s n m p 的方法实现。e p o n 系统用作广域网的接入，它需要 运营级的管理能力，传统的i p s n m p 管理已经不能胜任其o a m 的要求，主要表 现在：使用s n m p 的前提是下层网络工作正常，它不适合用于管理非正常运行的 网络；另外，使用s n m p 还需要被管理设备i p 可达，即使端节点只提供以太网 服务也需要在设备上面加载i p 协议栈，这对于运营商来说是不现实的。 正是如此，i e e e 8 0 2 _ 3 委员会在8 0 2 3 a h 中制定了关于链路层的o a m 标准。 但e f mo a m 标准只能管理直接相连的站点；要实现端到端的管理，需要通过高 层的s n m p 来实现。所以为实现对整个以太接入网络的管理，需要s n m p 【j 埘和 e f mo a m 协议的配合使用。图2 5 是其管理系统实现的总体框架。 管理系统0lt0 n u 心 匿秣 心 障秣 管理 |删 主体 s n m p 啊何 图2 - 5e p o n 系统管理拓扑 7 电子科技大学硕士学位论文 从上图可以看到：直接相连的o l t 与o n u 之间的管理工作可以直接使用e f m o a m 而端到端的管理( 即远端管理者对o n u 的管理) 则需要远端管理者先通过 s n m p 协议对o l t 进行管理，再通过e f mo a m 协议让o l t 管理o n u 。从这种 意义上来说，o l t 充当了一个中间管理者的角色。 2 4i e e e8 0 2 3 a ho a m 帧的格式 当相连的设备都加载了o a m 子层时，两端的o a m 子层就可以交换o a m 帧。 考虑到e f mo a m 后向兼容现有的全双工以太网络，标准制定者使用标准的以太 帧作为传送o a m 信息的载体，但使用特殊的组播目的地址域和类型长度域，实 际上它就是慢协议帧( s l o wp r o t o c o lf r a m e ) 。下图是o a m 帧的帧格式。 字节数 6621214 2 - 1 4 9 6 4 l 盟 源地 类型域予类型 杯志编妈 址8 8 0 90 3域域 数据域校验 多 本地信思远端悟总 状态信息o a m p d u 0 0 状态表状态表 事件报告o a m p d u 变量请求o a m p d u 变量返回o a m p d u 环回测试控制o a m p d u 厂商自定义o a m p d u 图2 - 6 0 a m 帧格式 标准共规定了六种o a m 帧，具体的帧格式见图2 - 6 ：状态信息o a m 帧用 于发现过程；事件报告o a m 帧用于一般事件报告：对m i b 变量的操作规程要用 到变量请求和变量返回o a m 帧；环回控制规程通过环回测试控制o a m 帧控制； 而要对e f m o a m 扩展，则需要厂商自定义o a m 帧。 8 第二章e p o n 系统o a m 模块的原理分析 8 0 2 3 规定的慢协议帧通过慢协议子类型域区别，o a m 的子类型为3 ，之所 以采用慢协议的组播m a c 地址，是为了保证即使在没有加载o a m 子层的情况 下，o a m 帧仍只被m a c 子层向本站的上层传送丽丕会被向其他站点发送。 大多数的o a m 帧携带的信息都按照t l v ( t y p e 一e n g t h v a l u e ) 的格式组帧：第 一个字表示类型，它让o a m 客户端知道如何解析随后的信息；下一个字是消息 的长度，这个域常用于o a m 客户端不能解析类型域时，o a m 客户直接跳过这个 长度的消息；最后是消息信息。 e f m 规定o a m 帧与数据业务共享通信带宽，但这并不会对数据带宽有很大 的影响，因为上面提到的复用模块会限制o a m 帧的发送速度，一般不会大于1 0 帧秒，这也是慢协议名称的由来。 下面我们将o a m 模块所有可能出现的帧一一列举，为了配合程序设计思路， 我们将模仿解析模块接收数据包的处理方法，从左至右逐字节逐字节地解析数据 包，图2 7 展示了解析过程的前面三个部分。 ( 1 ) 先看是否是慢协议，这需要检测接收数据帧的目的地址是否是慢协议规 定的0 1 8 0 c 2 o o o o 0 2 还有类型域是否为慢协议的8 8 0 9 。 ( 2 ) 然后检测子类型域，看是属于慢协议【2 0 1 的那一个子协议，其中0 x 0 1 为链 路聚合控制协议( l a c p ：l i n ka g g r e g a t i o nc o