（电磁场与微波技术专业论文）基于tmpls的分组传送网中以太网业务接入的研究与实现.pdf

| _ j 独创性声明 删 y 1 。7 , , , n 5 tl l i l 8 j i l l , 7 r l l l l 岩芗 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：日期：竺! ! 尘! ! 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：矽簟k同期：幽! ：! ：! ! 导师签名：猛玺圣 导师签名： 0 送因玺壬 k 北京邮电大学硕f ：学位论文 摘要 基于f - m p l s 的分组传送网中以太网业务接入的 研究与实现 摘要 t - m p l s ( t r a n s p o r tm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ，传送多协议标 签交换) 是一种新的面向分组业务的电信级传送技术，它能够为数据 业务提供与电路业务同样的可用、高效与可管理的服务，受到越来越 多的电信运营商的关注。同时，t - m p l s 具有优秀的全业务接入能力， 能够提供单一传送汇聚平台。本论文立足于实验室8 6 3 课题，研究 t - m p l s 中以太网业务的接入关键技术和硬件实现方法。作者主要负 责t - m p l s 实验节点设备中以太网接口相关的软硬件模块的设计和 实现。 本论文第一章分析讨论了p t n ( p a c k e tt r a n s p o r tn e t w o r k ，分组 传送网) 技术产生的背景和几种p t n 主流技术优缺点，以及p t n 发 展的市场前景；第二章主要研究了t - m p l s 系统的网络分层结构、功 能平面、以太网业务适配方案和基于f p g a ( f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t e a r r a y ，现场可编程门阵列) 的t - m p l s 硬件节点网络平台；第三章 描述了以太网业务接入所需的与f p g a 硬件平台配合的以太网接口 板的电路设计、p c b ( p r i n t e dc i r c u i tb o a r d ，印制电路板) 设计和硬 件调试；第四章完成了在f p g a 中实现t - m p l s 接入以太网业务所需 的以太网适配模块的v h d l ( v e r y h i g h s p e e di n t e g r a t e d c i r c u i t h a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ，超高速集成电路硬件描述语言) 程序 设计和调试；第五章对本课题工作进行总结和展望。 本论文完成的工作和创新点包括以下几个方面： ( 1 ) 对分组传送网技术p t n 的现状进行了分析和介绍； ( 2 ) 重点完成了以太网业务接入所需的以太网接口板模块的整 体设计，具体包括方案设计、芯片选型、可行性分析、电路原理图设 计、p c b 设计等； ( 3 ) 完成了以太网接口板模块的硬件调试，发现并修改了调试 过程中出现的问题； ( 4 ) 完成了以太网适配模块的v h d l 程序设计和调试工作：提 出了以太网业务接入的实验节点设备设计方案。这个方案为t - m p l s 北京邮f 乜火学硕 = 学位论文 经通过验收。 关键词：分组传送 a san e wp a c k e t s e r v i c e - o r i e n t e dc a r t i e rt r a n s p o r t t e c h n o l o g y ， t m p l s ( t r a n s p o r tm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ) p r o v i d e s a na v a i l a b l e ， e f f e c t i v ea n dm a n a g e ds e r v i c ef o rb o t hd a t as e r v i c ea n de l e c t r i c a ls e r v i c e a n di th a sa l r e a d ya r o s et h ea t t e n t i o no fs o m et e l e c o m m u n i c a t i o n s p r o v i d e r s m e a n t i m e ，t - m p l sh a sag o o df u l l s e r v i c ea c c e s sc a p a b i l i t yt o p r o v i d eas i n g l ep l a t f o r mf o rt r a n s p o r t a t i o na n da g g r e g a t i o n w i t ht h e s u p p o r to f t h en a t i o n a l8 6 3h i g ht e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t p r o j e c t ，t h i sp a p e r s t u d i e st h e k e yt e c h n o l o g i e s a n dh a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o no ft h ee t h e m e ts e r v i c e so f a c c e s si nt h et m p l sn e t w o r k t h em a i nw o r ko ft h ea u t h o ri st h ee t h e r n e ti n t e r f a c eh a r d w a r e ，s o f t w a r e m o d u l e sa n dr e l a t 6 d d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o ft h et m p l s e x p e r i m e n t a lp r o t o t y p e t h ef i r s tc h a p t e ri nt h i sp a p e rd i s c u s s e so fp t n ( p a c k e tt r a n s p o r t n e t w o r k ) t e c h n o l o g yb a c k g r o u n da n dt h ep r o sa n dc o n so fs e v e r a lp t n m a i n s t r e a mt e c h n o l o g i e s a sw e l la sd e v e l o p m e n to ft h ep t nm a r k e t p r o s p e c t s ；t h es e c o n dc h a p t e rr e s e a r c h e st h et - m p l ss y s t e m st h el a y e r n e t w o r ka r c h i t e c t u r e ，t h ef u n c t i o np l a n e ，e t h e r n e ts e r v i c ea d a p t a t i o n s c h e m e sa n dan e t w o r kp l a t f o r mo ff p g a b a s e d ( f i e l dp r o g r a m m a b l e g a t ea r r a y ) t m p l sh a r d w a r en o d e s ；t h et h i r dc h a p t e rd e s c r i b e st h e s c h e m a t i cd i a g r a ma n dp c b ( p r i n t e dc i r c u i tb o a r d ) d e s i g no ft h ee t h e r n e t i n t e r f a c eh a r d w a r em o d u l e w h i c hm e e t sr e q u i r e m e n to ft h ee t h e r n e t s e r v i c ea d a p t a t i o ni nt h et m p l sn e t w o r ka n dc o o p e r a t e sw i t hf p g a h a r d w a r e p l a t f o r m ；t h e f o u r t h c h a p t e r i sa b o u tt h ev h d l ( v e 巧- h i g h s p e e di n t e g r a t e dc i r c u i th a r d w a r ed e s c r i p t i o nl a n g u a g e ) p r o g r a md e s i g na n dd e b u g g i n go f t h ea d a p t a t i o nm o d u l e ，w h i c h a l s om e e t s r e q u i r e m e n to ft h ee t h e m e ts e r v i c ea d a p t a t i o ni nt h et m p l sn e t w o r k ： 1 i n t r u o d u c t i o na n da n a l y s i so fs t a t u so fp t n t e c h n o l o g y ； 2 s y s t e md e s i g n ，c h i ps e l e c t i o n ，f e a s i b i l i t ya n a l y s i sa n dh a r d w a r e s c h e m a t i cd e s i g n ，h a r d w a r ep c b d e s i g no f t h ee t h e m e ti n t e r f a c eh a r d w a r e m o d u l e ； 3 d e b u g g i n go ft h ee t h e m e ti n t e r f a c eh a r d w a r em o d u l ea n di t s r e l a t e dp r o b l e m s ； 4 v h d lp r o g r a md e s i g na n dt e s t i n go ft h ea d a p t a t i o nm o d u l e ；a d e s i g no fe t h e m e ts e r v i c ea d a p a t i o nw h i c hp r o v i d et h es e r v i c e sf o ra n e t w o r kp l a t f o r mo ff p g a b a s e dt m p l sh a r d w a r en o d e s ； 5 d e s i g nh a r d w a r ee x p e r i m e n tn e t w o r kp l a t f o r mt e s t i n gp r o g r a m t h ea u t h o rh a di m p l e m e n t e da l ld e s i g n ，a n da c h i e v e dt h ep r o s p e c t g o a l s l a t e l y ，t h ep r o j e c th a sb e e nv e r i f i c a t i o nb yt h en a t i o n a l8 6 3h i g h t e c h n o l o g yr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tp r o j e c t k e y w o r d s ：p a c k e tt r a n s p o r tn e t w o r kt - m p l se t h e m e ts e r v i c e a d a p t a t i o n 北京邮电大学硕士学位论文 目录 目录 第一章绪论1 1 1 引言1 1 2p t n 的概述2 1 2 1p t n 的定义2 1 2 2p t n 的主流技术的分析2 1 2 3p t n 主流技术的比较6 1 2 4p t n 的应用和发展前景8 1 3 本论文的主要内容和论文结构9 1 4 本章小结1 0 第二章基于t - i 岬l s 的分组传送技术1 1 2 1t - m p l s 网络分层结构1 l 2 2t - m p l s 功能平面结构1 4 2 3t - m p l s 以太网业务适配方案1 5 2 3 1p e w 3 伪线仿真技术1 6 2 3 2 以太网业务的p w e 3 封装帧格式1 8 2 3 3 以太网业务传送机制1 9 2 4t - m p l s 硬件节点网络实验平台及本文设计工作所处的位置2 2 2 4 1 预期目标2 2 2 4 2 平台结构2 2 2 4 3 以太网业务适配模块在节点设备中的位置2 3 2 4 4 以太网业务适配模块的实现方案2 4 2 5 本章小结2 5 第三章以太网接口板设计与实现2 6 3 1 接口板设计方案2 6 3 1 1 核心芯片的选型2 6 3 1 2 设计方案2 7 3 2 接口板电路原理图设计2 8 3 3 1 物理层侧电路设计2 9 3 3 2 以太网设配模块侧电路设计3 0 3 3 3 工作模式电路设计3 3 3 3 4 复位电路与时钟电路设计3 3 北京邮电大学硕上学位论文 目录 3 3 5 指示灯电路设计3 5 3 3 6 电源电路设计3 6 3 3 接口板p c b 设计要点3 7 3 4 1 接口板p c b 布局3 8 3 4 2 接口板p c b 布线4 0 3 4 接口板调试4 2 3 5 本章小结4 3 第四章以太网适配模块软件设计与实现4 4 4 1m a c 帧结构4 4 4 1 1l o l o o m b p sm a c 帧结构4 4 4 1 11 0 0 0 m b p sm a c 帧结构4 5 4 2 以太网适配模块的整体设计方案4 6 4 3 子模块t e m a c 核的使用4 7 4 4 子模块t xf i f o 模块设计5 2 4 4 1 写f i f o 状态机设计5 3 4 4 2 读f i f o 状态机设计5 4 4 5 子模块r xf i f o 模块设计5 5 4 5 1 写f i f o 状态机设计，5 7 4 5 2 读f i f o 状态机设计5 8 4 6 子模块时钟模块设计5 9 4 7 子模块g m i i m i i 接口逻辑模块设计6 2 4 8 以太网适配模块调试以及与以太网接口板连接的调试一6 3 4 8 1 以太网适配模块功能仿真6 3 4 8 2 以太网适配模块与以太网接口板连接的联调6 5 4 9 本章小结6 5 第五章结束语：6 7 5 1 论文工作总结6 7 5 2 问题和展望6 7 参考文献6 8 附录7 0 致谢8 2 攻读学位期间发表的学术论文目录8 3 v 北京邮! 乜大学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 目前，以i p t v ( i n t e r a c tp r o t o c o lt e l e v i s i o n ，交互式网络电视) 、三重播放和 p 2 p ( p e e r - t o p e e r ，点对点) 技术等为代表的宽带分组数据业务发展非常迅速， 使得网络中的业务流量已经从以语音为主转变为以分组数据业务为主。然而，在 处理这些宽带分组业务方面，传统的传送网和互i n t e m e t 都有其各自本身的缺点。 对传统的s d h ( s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y ，同步数字体系) 传送网来说， 它的优势是可以提供小于5 0 m s 的保护倒换能力，同时可以提供大带宽、带宽保 证、强大的o a m ( o 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 e ，操作维护管理) 和多业务支持等电信级特性要求，但是当i p ( i n t e r n e tp r o t o c o l ，网际协议) 数据 业务成为网络的绝对主导业务类型后，这种解决方案显示出其不足。首先，s d h 的开销处理复杂，传输效率低；其次，同步时钟抖动要求严。第三，传统s d h 网的带宽指配是通过集中网管系统来实现的，无法适应高容量i p 业务动态和不 可预测的特性，难以灵活地生成新业务。第四，s d h 在本质上只有一层m a c ( m e d i a a c c e s sc o n t r o l ，媒介访问控制) 地址转发，没有层次化的地址结构和用 户地址隔离，其网络和业务扩展性受刚。 对i n t e r a c t 来说，它的优势是灵活性，可以动态的路由，可以同时对突发的 分组数据业务进行高效的统计复用，但是它在通信网络的可靠性、生存性和管理 维护方面没有达到电信级特性要求1 2 j 。 但是另一方面，在某些运营商的网络中，从业务收入角度来说，现阶段运营 商最主要的收入来源仍然是传统语音业务的收入。所以，有必要建立一个新的传 送网络体系结构，可以具有统一的处理平台经济有效地处理大容量的传统语音业 务、分组数据业务在内各种业务接口，p t n 技术就体现了这种网络演进趋势， p t n 一方面继承了m s t p ( m u l t i s e r v i c et r a n s p o r tp l a t f 0 1 1 1 1 ，面向多业务传送平 台) 网络在多业务、高可靠、高质量、可管理和时钟等方面的优势1 3 j ，另一方面 又具备以太网的低成本和统计复用的特点，必将成为下一代多业务、分组化传送 网络的核心技术。 2 北京邮电大学硕十学位论文第一章绪论 2 0 0 8 年时问轴 钥翥 属八 e 肿甩m t et m p l ss d h p d hv p ls t 2 m p l sl s l 3 m p l s 技术类型二层桥接二层连接二层连接一层传输二层连接三层路由 设备类型以太网设备以太闷设备s d h 设备s d h 设备棚，l s 设备m p l s 设备 以太网+ 以太闷+ 边缘 s d h + m p l s 子 快速保护m i n m 封装+m p l s 子集+ 快速i p 路i l l + 快速收敛 技术简述集+ 快述保护 s d h + m s t p + q i n q快速保护 + o a m 保护+ 流量工程+ 流量工程 + q o s + q o s + o a m 1 p b t 技术 图1 1 不同p t n 的技术演进路径和技术特性【5 】 以太网技术具有成本低、具有本征的多播支持能力和较好的管理能力，但是， 从运营商的角度来说，现有的以太网技术还是缺乏o a m 能力、流量管理能力和 可扩展性，因此，以太网要能够进行分组传送必须进行改进和增强。 以太网分组传送技术基本上是在现有的以太网技术基础上进行改进，通过添 加标签或者帧头，环网保护、q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ，服务质量) 、p w e 3 ( p s e u d o w i r ee m u l a t i o ne d g et oe d g e ，端到端伪线仿真) 、添加交换容量、增加 设备级保护、o a m 开销等手段以满足可管理、可扩展性、高服务质量和可靠性 3 北京邮电人学硕：学位论文第一章绪论 的分组传送需求。经过多年的发展，基于以太网的分组传送技术主要标准有e r p ( e t h e m e tr i n gp r o t e c t i o n ，以太网环保护) 、p b b ( p r o v i d e rb a c k b o n eb r i d g e ，运 营商骨干桥接) 、p b t 、p v t ( p r o v i d e rv i r t u a ll o c a la r e an e t w o r kt r a n s p o r t ，运 营商虚拟局域网传送) 和r p r ( r e s i l i e n tp a c k e tr i n g ，弹性分组环) 等，如图卜1 所示。但是从分组传送网络的“面向连接”和“电信级网络和业务性能”等基本 要求来说，在上述的所有基于以太网新技术的分组传送网技术中也只有p b t 技 术可以成为p t n 的一种候选技术。 p b t 是在i e e e 8 0 2 1a hp b b 的基础上进行扩展而来的，目前j 下在i t u t 和 i e e e 进行标准( i e e e 称其为p b t t e ) 化。简单的说，p b t - m a c i n m a c l 2c o m p l e x i t y + o a m + p s ( p r o t e c t i o ns w i t c h i n g ，保护倒换) ，如图1 2 所示。 利用b m a c + b v l a n ， 建立端到端连接。 取消了m a c 地址学习和f l o o 幽n g ， 具，f f 良好的网络扩展性。 图1 2 p b t 技术原理1 6 】 p b t 的主要特征是关闭了m a c 地址学习、广播、s t p ( s p a n n i n gt r e e p r o t o c o l ，生成树协议) 等传统以太网功能，转发信息不再依靠泛洪和学习，从 而避免了广播包的泛滥。p b t 具有面向连接的特征，通过网络管理系统或者控制 协议进行连接配置，并且可以实现快速保护倒换、o a m 、q o s 、流量工程等电 信级传送网功能。p b t 建立在已有的以太网标准上，具有较好的兼容性，可以基 于现有的以太网交换机，这使得p b t 具有以太网所具有的广泛应用和低成本特 性【5 1 。 p b t 的技术的主要优点体现在关闭传统以太网的地址学习，地址广播以及 s t p 功能，以太网的转发表完全有控制平面进行控制；具有面向连接特性，使得 以太网业务具有连续性，以便实现保护倒换、o a m 和q o s 、流量工程等传送网 的功能。 从结构上看，i p m p l s 网络需要在每个设备上终结三层网路( 数据链路层、 i p 层和m p l s 层) ，而p b t 只需要终结二层网络( 以太网) ，以此p b t 的网路的 建设和运营成本要低于i p m p l s 网络。p b t 设备理论上可以完全代替传统的以 太网交换机，是一种集二层传送功能与交换功能于一身的设备。 2 t m p l s m p l s - t p 4 北京邮电人学硕i ：学位论文 第一章绪论 另一种改进传统以太网的思路就是结合m p l s 相关技术来弥补以太网技术 的一些先天缺点，以满足电信级以太网的要求。 沿用数据网络的发展思路就是采取m p l s 技术进行以太网技术的成长，解 决以太网扩展的问题，目前主要有两种方式：一类是p 2 pe v c ( p 2 pe t h e m e t v i r t u a lc o n n e c t i o n ，点对点以太网虚拟连接) ，即e t h e a a a e tp s e u d o w i r e ( 以太网伪 线) 和e o m p l s ( e t h e r n e to v e rm p l s ，适合以太网标准的多协议标签交换) ；另 一类是m p 2 m pe v c ( m u l t i p o i n tt om u l t i p o i n te v c ，多点对点以太网虚拟连接) ， 也就是v p l s ( v i r t u a lp r i v a t el a ns e r v i c e ，虚拟专用局域网业务) 和h - v p l s ( h i e r a r c h i c a l v p l s ，分层虚拟专用局域网业务) ，如图1 3 所示。但是这类m p l s 方式是从i p 骨干网演变而得，本质上是通过三层m p l s 与二层网络的叠加，是 一种l 2 ( l a y e r2 ，第二层) 的基于m p l s 的v p n ( v i r t u a lp r i v a t en e t w o r k ，虚 拟专用局域网) 组网技术；用m p l s 仿真方式提供以太网业务，在处理点对点 专线是比较容易，但是在处理点到多点时需要全网采用v p l s 方式，并且要求全 网状连接，因此成本太高；此外，通过叠加建网来对二层以太网进行管理和维护， 会引入大量的开销和复杂度，同时无法适应城域网上以二层为主的业务传送需 求，以支持三层业务为主的m p l s 显然有些复杂且不太适合。 利用m p l s 的标签交换 建立端剑端连接。 取消了i p m p l s 的信令，具有良 好的网络扩腱性。 t m p l s = m p l s i p + o a m + p s 图i - 3t - m p l s 技术原理i 7 】 基于这些方面的考虑，i t u t ( i n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r ，国际电信联盟电信标准局) s g15 ( s t u d y g r o u p ，研究小组) 提出了对此进行改进的另一种基于m p l s 技术的方案就是 “t - m p l s m p l s t p 技术。该技术大大简化了m p l s 协议，并且结合和增强了 传送功能，基于成熟的简化了的m p l s 和p w ( p s e u d o w i r ee m u l a t i o n ，伪线仿真) 的多业务支持技术，具有较为成熟的t e ( t r a f f i ce n g i n e e r i n g ，流量工程) 和保 护机制。所以t - m p l s 成为了另一个具有实现p t n 功能要求的候选技术。 t - m p l s 的标准化工作主要有i t u t 制定，最近i e t f ( t h ei n t e r a c t e n g i n e e r i n g t a s kf o r c e ，互联网工程任务组) 也提出了相应的协议m p l s t p ，后 续相关标准化工作也将有i e t f i t u tj w t ( j o i n tw o r k i n gt e a m ，联合工作组) 5 化的，低成本的融合构架，避免过度依赖i p m p l s 核心。然而，由于p b t 存在 n 平方问题，需要大量连接，管理难度加大；其次，p b t 只能形成环形组网，灵 活性受限；p b t 不具备公平性算法，不太适应宽带上网等流量大、突发性强的业 务，容易存在设备间带宽不公平占用问题：此外，由于p b t 和m a c i n m a c 多 了一层封装，在硬件成本上必然要付出相应的代价。 t o m p l s 属于分组传送网的数据平面技术，有i e t f 的m p l s 数据平面衍生 而来。t - m p l s 利用m p l s 的一个功能子集来提供面向连接的分组传送，其核心 是通过网管系统或者控制平面建立端到端的l s p ( l a b e ls w i t c h e dp a t h ，标记交 换路径) ，分组数据流在这条l s p 上根据标签进行转发。t - m p l s 使t - m p l s 网 络具备了与传统传送网相识的o a m 、端到端的维护、性能检测和保护恢复，但 同时也对m p l s 做了部分简化，去掉了一些与传送无关的i p 处理功能。 6 北京邮 乜人学硕上学位论文 第一章绪论 p b t 与t - m p l s 技术比较，如表1 1 所示。 表1 1p b t 与t - m p l s 技术比葺乏【9 】 p t np b b t et - m p l s i p e t h ，t d m 等多业务承 业务支持e t h ，t d m ，删e t h ，1 d m ，a t m ，f r 载 面向连接的硬q o s 及相 q o s d i 胚c ，c a vd j 髑e l - v ，c a v 关流量处理机制 网络保护倒换类s d h 的小于5 0 m s g 8 0 3 1 ，8 0 2 1 a g g 8 1 3 l ，g 8 1 3 2 o a m 端到端o a m 8 0 2 i a g ，y 1 7 3 i g 8 l1 4 ，y 1 7 t o m 足够的业务、地址窄问及地址6 0 b i t ，业务2 4 b i t ，通道2 0 b i t ，业务2 0 b i t ， 可扩展性 灵活的带宽配置带宽配置l m l ( i o g带宽配置i m 1 0 0 g f e ，g e ，l o g e ，e 1 ，f e ，g e ，l o g e ，e l ， 支持接l | 类型 s t m 1s t m x ，p o s 基于以太网设备 基十s d h 设备 设备实现( 双交换矩阵：t d m 及 ( 单交换矩阵；数据) 数据) e t h 天然支持，t d m 等通 e t h ，a t m ，f r 等通过伪 业务支持方式线仿真支持：s d h 有设 过伪线仿真支持 备天然支持 总的来说，p b t 和t - m p l s 技术结合了以太网和m p l s 的优点，提供了一 种扁平化、可运营、低成本的融合网络架构。两者都提供类似s d h 的性能和可 靠性，都提供标准的面向连接的隧道，主要区别体系在数据转发、保护、o a m 的实现方式不同。p b t 和t - m p l s 都能满足电信级运营商面向连接的、可控、可 管理的以太网传送要求，运营商可以根据自己的网络结构和管理模式做出选择。 t - m p l s 着眼于解决i p m p l s 的复杂性，增加了传送网的保护倒换和o a m 体系，在电信级承载方面有较大的优势；p b t 则是着眼于解决以太网的缺点，在 设备数据业务承载上成本相对低些。 在标准方面，t - m p l s 走在前面，但随着i t u t 和i e f t 共同开发m p l s t p 的相关标准，两个标准组织的协同将带来标准化进程的缓慢；p b t 标准化工作开 展较晚，目前进展较快，虽然面临一些问题，但也计划在2 0 1 0 年正式发布。 在设备支持情况方面，国内设备制造商像华为、中兴、烽火等大多数选择了 两种技术的支持的策略，由不同的业务部门进行开发，目前大多在不同的平台上 实现；国外设备制造商对技术有比较明确的倾向，如阿朗支持t - m p l s ，北电支 持p b t 。芯片支持程度上，目前支持m a r t i n i 格式m p l s 的芯片可以用来支持 t - m p l s ，成熟度和商用度更高。 7 北京邮i 乜大学顾1 ：学位论文 第一章绪论 1 2 4p t n 的应用和发展前景 1 p t n 的应用场景 p t n 设备在未来的网络应用中主要是在城域网中，主要是移动回传，优质 客户接入与大客户虚拟网。 p t n 的应用场景包括对已有网络和设备的利用。如图1 - 4 所示。p t n 对传 统接口的支持可以保持对原有业务提供不问断的服务，利用旧网络扩大新网络的 覆盖区域，旧网络也可以利用p t n 的特性进一步提高网络性能和成本收益。以 2 m 业务为例，p t n 的2 m 依然可以提供可靠的带宽保证，但是不用时即可以让 给其他业务共享，因此实际的每m l o p s 的带宽成本可以降低很多【1 0 1 。 图1 - 4 p b t 的应用场景 p t n 应用场景还可以逐步扩大到普遍服务。对小企业来讲，以合适的价格 享受专线专网服务，享受高带宽和高可靠性，不一定只用拨号服务。对一般个 人用户，除非大容量的要求，运营商一般不会直接提供p t n 服务，更多的可能 8 北京邮l 乜人学硕七学位论文 第一章绪论 是p t n 和接入技术的结合，由p o n ( p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，无源光网络) ，x d s l ( d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ，数字用户线路) 等提供家庭多业务接入，然后传到p t n 。 2 p t n 的发展前景 p t n 技术在5 年内必将会大规模部署，成为传送网的主流设备，p t n 的设 备形态也许会更加多样化，比如与接入技术的融合，与o t n 技术、r o a d m ( r e c o n f i g u r a b l eo p t i c a la d d d r o pm u l t i p l e x e r ，可重构型光分插复用设备) 技术 的融合，但是p t n 提供的传送作为通信网络的基础业务之一，如何应用方便， 高效，安全可靠仍然是可以不断追求的目标。 当前p t n 提供的多业务服务主要是同质类型网络的传送和互联，从原理上 讲，可以实现异质网络的互通。 当前p t n 网络主要考虑的还是大规模部署的可能性和可靠性，业务数据层 面的互通性已经有充分的证明，对控制层面的u n i ( u s e rt on e t w o r ki n t e r f a c e ， 用户网络接口) ，e n n i ( e x t e r n a ln e t w o r kt on e t w o r ki n t e r f a c e ，外部网间接口) 接口的互通还需要进一步研究。 1 3 本论文的主要内容和论文结构 本论文在调研t - m p l s 技术的基础上，提出了t - m p l s 中以太网业务接入方 案，包括以太网业务接口板的硬件开发研究与具体实现，以及适配模块在f p g a 上的v h d l 语言设计。具体来说，本论文各章的主要内容包括以下几个方面： 第一章绪论，简单地阐述了p t n 产生的背景，p t n 的定义，介绍并且比较 了p t n 的几种主流技术，最后对p t n 发展的市场前景进行了分析。 第二章基于t - m p l s 的分组传送技术，介绍了t - m p l s 网络分层架构、功 能平面和以太网业务业务适配，同时介绍基于f p g a 的t - m p l s 硬件节点网络平 台，包括此平台的预期目标、结构、节点设备； 第三章以太网接口板的设计，介绍本人具体负责的t - m p l s 硬件节点网络 实验平台中与f p g a 硬件平台配合的以太网接口板的原理图设计、p c b 设计； 第四章适配模块软件设计实现，介绍本人具体负责的t - m p l s 硬件平台中 以太网业务接入所需的以太网适配层模块的v h d l 程序设计和调试； 第五章结束语，对本人在课题中的工作进行总结，给出本文所取得成果， 指出存在的不足和改进的方向。 附录，包含本论文中的缩略语中英文索引、以太网接口板的电路原理图以及 实物图、t - m p l s 硬件节点网络平台测试环境图和以太网适配层模块的状态机 9 北京邮m 大学硕i ：学位论文 第一章绪论 v h d l 程序。 1 4 本章小结 本章首先介绍p t n 的产生背景，分析了p t n 的定义和网络分层结构，然后 重点介绍并且比较了几种主流的p t n 技术，最后描述了p t n 技术的应用和发展 前景。在两种主流的p t n 技术中，p b t 由于存在n 平方问题、灵活性不足、带 宽分配不均、效率较低等问题，影响到其技术成熟度和设备成本。因此，相对而 言，t - m p l s 在今后很长一段时间里，将在市场上得到广泛的部署和发展。 下一章将详细介绍本课题完成的t - m p l s 分组传送技术，包括t - m p l s 的网 络分层结构、功能平面结构、t - m p l s 中以太网业务适配方案和基于f p g a 的 t - m p l s 硬件节点网络实验平台。 1 0 北京邮电人学硕士学位论文 第二章基于t - m p l s 的分组传送技术 第二章基于t - m p l s 的分组传送技术 从本章开始，课题组准备搭建硬件节点网络实验平台对研究结果进行验证。 作者在课题中调研t - m p l s 分组传送网技术，提出并负责实现硬件节点设备的 t - m p l s 以太网业务适配方案，最后参与了实验平台的调试工作。 2 1t - m p l s 网络分层结构 在以分组交换为主的网络环境中，固定时隙分配的传统s d h 暴露出了许多 不足，不能满足分组以太网业务的需求。虽然可以在传统s d h 中引入m p l s 技 术来补充s d h 网络的缺点，但是这样也会大大地提供设备成本和网络的复杂度。 为了适应分组交换和传送的需求，就要对m p l s p w 技术进行简化修改，并且与 传送平( 如s d h 、m s t p 或者其他传送设备) 面相关系起来，这就是t - m p l s 技术。如图2 1 所示。 l p 数据 l p 头 封装 物理层 增强 m p l $ 头 面向连接 l s p ，l d p 流蕈工程 p w e 3 ， b f d f r r m p l s i p 数据 l p 头 封装( 可选) m p l s 头 封装 物理层 面向连接 有o o s 保证 m p l s i p 强耦合 复杂忡增加 支持多业务 简化& 增强 无l 3 双向l s p o a m p t m p l s i p 数据 l p 头 封装( 可选) m p l s 头 封装 物理层 图2 - it - m p l s 技术产生的演变历史1 1 1 i t u ts g l 5 在2 0 0 6 年2 月的全会上采纳了t - m p l s 的概念，来取代过去的 m p l so v e r 传送网的概念，并且通过了关于t - m p l s 的三个标准，即g 8 1 1 0 1 “t - m p l s 体系结构”、g 8 11 2 “t - m p l s 的n n i 接口 、g 8 1 2 1 “t - m p l s 的设备 功能模块特性”。 北京邮1 1 1 人学硕l ：学位论文第二章