（信号与信息处理专业论文）全业务综合接入系统中帧中继单盘的设计.pdf

电子科技大学硕士学位论文 摘要 本论文测论了全业务综合接入系统中帧中继单盘的设计。在对帧中继和 a t m 网络的原理和特点、帧中继与a t m 网络互通的原理和实现方法进行了探 讨的基础上，研究了f r a t m 网络互通协议f r f 5 的实现方法。从整个全业 务综合接入系统的角度，详细介绍了帧中继单盘在系统中的地位和作用及与其 他盘的相互关系。且从不同的方面分别阐述了协议映射、网络管理、帧中继侧 驱动程序这三个模块，以及这几个模块之间的内在联系。本盘的硬件平台为嵌 入式通信处理器m p c 8 6 0 s a r ，软件平台为为望! 旦! ! 竺里壁全壅壅盟塑堡丕篓， 利用p r i s m + 集成开发环境对本盘进行了调试。最后将本盘置入全业务综合接 入系统的环境下，通过a t m 仪表a x 4 0 0 0 对本盘做了调试和验证，结果表明 本盘能够实现所要求的各项功能。 关键词：f r f 5 7 帧中继? a t m 誓网络互通? 网络管理、驱动程序) ( 电子科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e d e s i g n a n d i m p l e m e n t a t i o n o ff r a m e r e l a y a t m n e t w o r k i n t e l w e o r k i n gc a r d w h i c hi s ap a r to ft h ef u l ls e r v i c ei n t e g r a t e da c c e s s s y s t e m ，a r es t u d i e di nt h i sp a p e r b a s e do nt h ed i s c u s s i n go f t h et h e o r ya n d c h a r a c t e r i s t i co ff r a m er e l a ya n d 缸m t e c h n o l o g y , w eh a v ed o n es o m e r e s e a r c h e so nt h e i m p l e m e n t a t i o n o ff r f 5 一f r a m er e l a y a t mp v c n e t w o r k i n t e r w o r l d n ga g r e e m e n t f r o m t h e p o i n t o fv i e wo ft h i s s y s t e m ，t h i sp a p e rh a sa n a l y z e dt h es t a t u sa n dp r o c e s so ff rc a r di nt h e w h o l e s y s t e ma n d i t si n t e r r e l a t i o no fo t h e rc a r d s f r o md i f f e r e n ta s p e c t t h i s p a p e r a l s oh a s e x p a t i a t e d t h e a g r e e m e n tm a p p i n g ，n e t w o r k m a n a g e m e n t ，t h ed e v i c ed r i v e ro nf rs i d e ，a n dt h ei n h e r e n c er e l a t i o n s h i p a m o n g t h e s et h r e em o d u l e s w e d e v e l o p e d t h i sc a r db a s e do nt h eh a r d w a r e p l a t f o r m m p c 8 6 0 s a r ( e m b e d d e dc o m m u n i c a t i o n sp r o c e s s o r ) ，s o f t w a r e p l a t f o r m p s o s y s t e m ( r e a lt i m eo p e r a t i n gs y s t e m ) ，a n dw ed e b u gt h e c a r dw i t ht h ep r i s m + i n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t a tl a s tw e p u tt h i sc a r di n t ot h ef u l ls e r v i c ei n t e g r a t e da c c e s ss y s t e m ，a n d d e b u g e d a n dv a l i d a t e di tw i 也i nt h ew h o l e s y s t e m t h er e s u l ti n d i c a t e st h a tt h i sc a r d c a na c h i e v ea l lt h e r e q u i r e m e n t s k e yw o r d s ：f r f 5f r ，a t m ，n e t w o r li n t e r w o r k i n g ，n e t w o r k s m a n a g e m e n t ，d e v i c ed r i v e r 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下进行的研究工作及取得的 研究成果。具我所知，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：日期：年月日 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， 有权保留并向围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秘后应遵守此规定) 签名导师签名： 日期：年月 日 1 t u p s t n q o s l v d s u t o p i a l s d n 综合业务数字网 i _ i s d n 宽带综合业务数字网 快速分组交换 异步时分复用 a 1 m 异步传输模式 f r 帧中继 f c s 帧校验序列 b s p 板级支持包 s v c 交换虚电路 p v c 永久虚电路 c i r 约定信息速率 d l c i 数据链路连接标识符 f r sf 帧中继交换机 m c p 管理控制处理器 m c u 管理控制单元 主要符号表 i n t e r n a t i o n a lt e l e c o l m i i u g i c a t i o nu n i o n p u b l i cs w i t c h e dt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k q u a l i t yo fs e r v i c e l o wv o l t a g ed i f f e r e n t i a ls i g n a l i n g u n i v e r s a lt e s t o p e r a t i o n sp h y i n t e r f a c ef o ra t m i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k f a s tp a c k e ts w i t e h i n g a s y n c h r o n o u st i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e f r a m er e a y b o a r ds u p p o r tp a c k e t r - s s c s 帧中继业务特定汇聚子层 s t m | 司步转移模式 n i 用户一网络接口 n n i 网络一网络接口 p d u 力，议数据单元 s d u 业务数据单元 s a r 分装与重组子层 v p 虚通路 v c 虚信道 v p c 虚通路连接 v c c 虚信道连接 f i a i ) 帧巾继接入设备 c p f ( 帧中继) 用户住宅设备 f rp v c ( 帧中继) 永久虚电路 i w f 互通功能 f r a m er e l a y i n g s e r v i c es p e c i f i e c o n v e r g e n c es u b l a y e r s e g m e n t a t i o na n dr e a s s e m b l y i n t e r w o r k i n gf u n c t i o n b d 缓冲区描述符 c p ml m p c 8 6 0 ) 通信处理模块 u b r 一| = 5 挺定比特率 s c c 串行通信控制器 s m c 串行管理控制器 s p i 串行外围接口 f a s p m 7 3 6 6 的专用术语： f r e e d m 帧引擎和数据链路管理器 接收通道分配器 发送通道分配器 接收i ) m a 控制器 发送d m a 控制器 接收i d l c 处理器局部分组缓冲 i d l c 高级数掘链路控制( 协议) f d r r q 描述符参考就绪队列 t d r f q 发送描述符空闲队列 7 r d r a q 可用的发送描述符队列 f r a n ee n g i n ea n dd a t a li n km a n a g e r r c a s t c a s r m a c t m a c r h d l h i g h1 e v e ld a t al i n kc o n t r o l r p d r s f q 接收方向接收分组描述符参考空闲小队列 q l 1 e u e r p d r 。f q 接收分组描述符参考空闲大队列 r p d r r 接收分组描述符参考就绪队列 r p d r a q 可用的接收分组描述符参考队列 发送描述符表 接收分组掐述符表 t d rr e a d yq u e u e t d rf r e eq u e u e t d rk v a il a b l eq u e u e r p d rf r e es m a l l r p d rf r e el a r g eq u e u e r p d rr e a d yq u e u e r p d ra v a il a b l eq u e u e t d t r p d t 皇王型丝盔堂堡主兰堡笙墨一 绪论 本课题来源于大唐电信成都光通信分公司接入网开发部的研发项目实用 化综合接入系统之子项目，该项e l 隶属于国家高科技研究发展计划( 8 6 3 计 划) 的通信技术主题。电子科技大学承接系统中多业务接入平台中帧中继业务 盘的研制工作，课题实现了帧中继与a t m 网络互通功能。 帧中继和a t m 的互通是通信网络发展所需要的。帧中继与a t m 网络及业 务将在相当长的时问内共存。从网络宽带化的平稳过渡来讲，实现帧中继与a t m 互通具有十分现实的意义。 帧中继是在分组技术充分发展、数字与光纤传输线路逐渐替代已有的模拟 线路、用户终端同益智能化的条件下诞生并发展起来的。帧中继技术实际上是 描述了一种接口标准，可以看做是x 2 5 协议的简化版本，它省略了x 2 5 协议 所具有的一些强健功能，使得帧中继技术可以有效地利用网路资源，快速地传 送用户数据信息。帧中继仅完成o s i 物理层和链路层核心层的功能，将流量控 制、纠错等留给智能终端去完成，大大简化了节点机之间的协议；同时，帧中 继采用虚电路技术，能充分利用网络资源，因而帧中继具有吞吐量高、时延低、 适合突发性业务等特点。 在有关b 一1 s d n 这种新的网络体系结构的研究中，出现了一个重要的概念， 即快速分组交换( f a s tp a c k e ts w i t c h i n g ) 。而1 9 8 3 年由0 r e l l y 提出的异步 时分复用( a s y n c h r o n o u st i m ed i v i s i o dm u l t i p l e x i n g ) 最具代表性，其要点 是，允许通信系统中的发送时钟和接收时钟可以异步方式工作。有关这方面的 研究工作，分别由法国科学院( c n e t ) 和美国a t & t 贝尔实验室进行试验及改进， 并从传输和交换两方面提出了最初的协议结构模型。后来，最终由 l t u ( i n t e l n a t j o n a lt e e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ) 在1 9 9 2 年正式将这种技术命名 为a t m ( a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ) ，并且把它作为b - i s d n 的信息传递方式。 它适用于同域网和广域网，它具有高速数据传输率和支持许多种类型如声音、 数掘、传真、实时视频、c d 质量音频和图象的通信。它是以分组传送模式为基 础并融合了电路方式高速化的优点发展而成的，可以满足各种通信业务的需求。 帧中继和a t m 同属为适应数据通信高速发展的要求而出现的快速包交换 技术。可以说窄带 s d n 的主要技术贡献是产生了帧中继，宽带i s d n 的主要技术 贡献是产生了a t m 。二者均是面向连接的，都具有统计复用的特性和支持突发 业务的能力。另外，帧中继与a t m 也都具有提供虚连接的功能。因而，帧中继 和a t m 的互通具有天然的优势。 系统主要的硬件平台目前应用比较广泛的嵌入式通信处理器是m o t o r o l a 公 司的m p c 9 6 0 s a r ，该芯片带有两个s m c 口和四个s c c 口等其他接口，本盘 ：i 每s m c l 口配置为串口：s c c l 配置为网口，调试时可作为主机与盘之间的通 信i 二i ，同时在实用时能进行在线烧写，以支持在线的软件升级；s c c 2 配置为 h d l cb u s 从设备，实现与网管盘之间的通信；s c c 4 配置成具有a t m 层所有 电子科技大学硕士学位论文 功能、a a l 部分功能，能完成s a r 所有功能的并具有标准u t o p i a 接口的通 ：】。选用p m c 公司的p m 7 3 6 6 作为帧中继侧收发帧的处理芯片，该芯片支持 多达1 2 8 个h d l 。c 通道，在每个h d l c 通道上可支持多个帧中继逻辑链路。本 盘利用了p c i 、u t o p i a 、l v d s 等总线和接口技术，使系统设计简单、可靠、 易于升级，满足网络互通的速度和时延要求。软件平台选用p s o s y s t e m 实时操 作系统，在对系统所带的板级支持包( b s p ) 模块进行修改以适应本盘需要之 后，b s p 完成了对m p c 8 6 0 s a r 的大部分硬件的初始化过程，同时孩系统的多 任务机制及任务间多种通信机制使它成为一种理想的软件开发平台。 本论文共分为六章： 第一章刺大唐电信的实用化全业务综合接入系统作一个全面的介绍，简介 各单盘在本系统中的地位和作用。最后一节对帧中继盘及本人所做的工作做了 一个简介。 第二章分别列帧中继和a t m 网络技术的工作原理和相应的帧、信元结构进 行了详细的研究，给出了帧中继和a t m 网络技术的基本工作流程。 笫三章在自卜。章的基础上，以帧中继论坛的f r f 5 建议为重点，结合i t u t 的标准i 5 5 5 和3 6 5 1 ，详细介绍了帧中继与a t m 网络互通功能的工作要求。 第四章论述了整个网络互通模块硬件软件系统的设计，对系统中主要部分 具体设计情况进行了描述，整个系统的软件流程，最后说明了系统调试的过程 和结果，给出了系统的性能分析。 第五章介绍网管所运行的通信方式及网管所完成的任务。 第六章介绍核心芯片p m 7 3 6 6 驱动程序的编写、移植。 最后给出总结。 附录1 为c p l d 的内部电路实现。 电子科技大学硕士学位论文 第一章系统简介 d s l a m ( 数字用户环路接入复用系统) 是一个a t m 接入系统，可支持丰 富的业务接入类型。每一块单盘都采用相同的操作系统，具有相同的系统管理。 f r f8cesf r f 5i p 电m u xa d s l 光 帧帧局电 路爻线 域 网接 继继 网 管 口 业仿网叉路仿 盘盘 务络真 真盘盘盘 盘 通通 赫盘盘 图1 1一种全业务综合接入系统的结构 整个系统可提供多类型的线路接口盘：f r f 5 帧中继网络互通盘、f r f 8 帧中继业务互通棉、c e s 电路仿真盘、a d s l 线路盘、i p 盘和l a n e 盘等。广 域网接口可采用a t ms t m 一1 光接口或1 0 1 0 0 m 以太网接口分别同a t m 骨干网 和i p 骨干网连接。 对于a t m 网络，本系统提供s t m 1a t m 光接口，用户端的宽带业务流入 d s l a m ，经a t m 集中复用后，通过高速接口送至主干网。这种结构实现了端 到端的宽带化，并且通过建立a t mp v c 连接，保证上、下行a t m 业务的端到 端o o s 。 对于i p 网络，提供1 0 0 b a s e t 以太网接口，用户端的宽带业务流入，经a t m 集中复用后，通过r f c l 4 8 3b r i d g e 协议转换成1 p 分组包，经1 0 0 m 以太网口 送入公共网。同日j 公共网下传的数据通过1 0 0 m 以太网口进入d s l a m 系统， 经过r f c j 4 8 3 协议转换成a t m 信元流，经过解复用后发送到用户端。 1 1 单盘简介 1 1 1m i i x 交叉盘 交叉盘主要由高速串行收发器、多路低速串行信号复用器、交叉流量监 管器和存储v c 表的、流量管理器和存储调度表的存储器以及作为信元缓存的 s d r a m 构成。 通过对t p , av p i v c i 的配置，实现整个系统的交叉连接功能。建立 从任意物理用户端口到任意物理网络端口的双向a t m 连接，支持宽带核心网 络的v p i v c i 列各盘之间的a t m 地址翻译与映射。支持v p c ( f 4 ) 芹i v c c ( f 5 ) 缴的o a m 功能，包括c c 、a i s 、r d i 、l o o p 等。通过大容量的缓存和复杂的 缓存管理，支持a t m 的c b r 业务，以及a t m 的流量突发业务如n r t v b r ，n v b r ，g f r 以及u b r 。对多种a t m 业务的管理是通过先进的流量管理技术以 及刺实时和i 非实b , 1 流量的统计复用来实现的。这些技术包括：基于v c 的排队， 加权的公平队列( w f q ) ，流量整形等。还提供基于p e r - v c 级的带宽管理。在 网络拥塞时，按信元丢弃优先级有选择地丢弃信元，保证每个连接的q o s 。拥 塞控制采用了针对非实时流量和包流量的新技术，包括基于w f q 的信元丢弃、 部分包丢弃( p p d ) 和早期包丢弃( e p d ) 。e p d 和p p d 技术是基于a a l 5 流量 的捌塞控制技术。 线 交 审 陌 路叉行 一接 需 复收 - - - 一 i 星 用发 器 t l 流量管理交叉流量 器监管器 图1 2m u x 盘原理框图 m u x 盘的主要功能为： a t m 信元交义复刷及信头转换 a t m 层的o a m 功能 流量监管，包括违规信元丢弃和违规信元标记 流量管理，包括优先级排队，拥塞控制和流量成形 电子科技大学硕士学位论文 1 1 2w a n 光接口盘： 广域网光接口盘( s t m 1 ) 作为本系统的局端部分在网络侧与a t m i p 网的业务 接口相连，可在j 3 1 0 n m 的单模( 多模) 光纤上提供最大高达1 5 5 5 2 0 m b p s 的 高速数据通信。主要实现光电转换、时钟控制及与a t m 总线接口等功能。为 提供对时延敏感业务如电路仿真( c e s ) 的支持，可提供网同步时钟功能，可以 从主机框任一槽位获取网同步时钟，或者直接采用交换机提供的网同步时钟作 为系统的网同步时钟源。系统的网同步时钟源可以为如下几种的一种： 两路2 m 网同步时钟输入( 从系统备板直接输入) 主机框任一槽位任一端口线路抽取的8 k 时钟 品振自振荡8 k f 时移 1 1 3m c p 管理控制处理器盘： 管理控制处理器盘( m c p ) 是实现本系统接入系统网元级管理的基本平台。可以 利用它配置所有的网元，同时可以同时支持带内和带外管理两种网管方式。在 接入系统中，m c p 是一个相对独立的子系统，用于在各网元之间传送系统的运 行管理和维护( o a m ) 信息，并对各种网元设备进行直接控制，如各种设备的 配臀管理、故障管理、性能管理、安全管理和维护管理等功能，同时它还可以 提供其它附加功能，如机架的告警控制等。 m c p 主要包括以下功能： 通过h d l cb u s 在各网元之间传送网管信息； 与m c o 主机通信，实现网管对设备的管理、维护：可实现对m c p 的本地监 测、配置等操作； 可直接对各种设备盘的故障管理、性能管理、配置管理进行操作； 剥各种设备盘的复位、时间校准等进行维护操作； 串口 网口 图1 3m c p 盘原理框图 电子科技大学硕士学位论文 1 1 4i p 盘： i p 接口盘作为a d s l 的局端部分，在网络侧与i p 网的业务接口相连，在 网络侧提供了一个1 0 0b a s e t 快速以太网电接口或i o o b a s e f x 光接口( 包括 单模和多模光口) ，可提供最大高达1 0 0m b p s 的高速数据通信连接。实现的主 要功能为：以太网i i j 贞的收发、i p 包的拆分与重组，a t m 信元的分段与重组、l v d s 上a t m 信元的收发及r f c l 4 8 3 协议的实现 图i 4i p 接口盘的原理框图 下行方向：l o o b a s e - t 1 0 0 b a s e - f x 收发器将接收到的m a c 帧送入c p u ，经协议 软件进程处理后封装成r f c l 4 8 3 协议数据单元( p d u ) ，交给s a r 处理器，完成 p d u 到a t m 信元的适配，再由u t o p i a 总线将a t m 信元送入l v d s 接口中，完成 并串变换后送到i v d s 背板总线。 上行方向：来自l v d s 背板总线的a t m 信元，在l v d s 接口中完成串并转换后， l 如u i 、o f i a 总线交给s a r 处理器，完成a t m 信元到p d u 的重组，再送至u c p u 中由协议 软件进程处理成m a o 帧，最后由i o o b a s e t 1 0 0 b a s e f x 收发器完成发送。 1 1 5c e s 电路仿真盘： 可在a 1 m 网络上仿真电路交换，可以通过时隙交换，实现各种实时业务。 6 背 板 背 板 其工作原理为： 1 接收 e 1 业务经收发器h d b 3 解码、帧同步、收时钟同步恢复等，将用户业务传 送到a a l ls a r 处理功能；s a r 对e 1 输入建立独立的队列管理，可以根据配 置信息的不同而决定采用不同的s a r 方式，在该项目中其工作于结构化业务模 式，进一步对每个6 4 k 通道建立缓存。当用户数据可填满一个a t m 信元的净 荷时( 或达到部分填充所设定的比特数时) ，s a r 从缓存中读取数据，并根据 其它信息构建信元头，封装成一个完整的a t m 信元，发往u t o p i a 端口，再 发送到背板数据总线上。 2 发送 从背板数据总线接收到的a t m 信元通过u t o p i a 接口进入s a r 处理功能， 根据a t m 信元信息的不同( 由v p i v c i 决定) ，s a r 将该信元的净荷置入不同 的数据缓存区，进而根据对应电路业务端口( 6 4 k b p s ) 的繁忙程度决定缓存期； 当电路业务端口可发送数据时，s a r 将所缓存的数据传送到e 1 收发器，通过 相应的e 1 接口发送出去。 1 1 6a d s l 线路接口盘 a d s l 接入技术凭借其上下行速率不对称、接入成本低等特点，已经成为 现有铜线网络宽带化的首选技术，同时也是多媒体宽带接入网的最佳方案之 一。a d s l 接口线路盘为a d s l 局端设备与用户端a d s lm o d e m 提供点对 点连接，可在传统的铜线上提供最大高达8 m b p s 的高速数据通信。a d s l 线 路盘主要实现离散多音频( d t m ) 调制，线路驱动及与a t m 的总线接口等功 能。 图1 6a d s l 线路接口盘原理框图 核 心 盘 电子科投火学硕士学位论文 a d s l 线路接口盘从功能上可以划分为三种功能模块：a d s l 线路接口模块、a t m 传输复用模块、单盘控制单元。 a d s l 线路接口模块提供a d s lm o d e m 接口。其功能包括线路接口阻抗匹 配、信号放大、a d 和d 转换及信号滤波、d m t 调制解调、a t m 帧定界、a t m 信元识别及定界、u t o p t a 2a t m 信元总线接口等。 a t m 传输复用模块的功能主要包括背板l v d s 信号的收发、l v d s 串行信号与 a t m 信元之间的相互转换、u t o p i a 2 信元总线支持、a t m 信元的分复用、网同 步时钟的提取、数据保护等。 单盘控制单元的主要功能包括根据网管命令配置单盘各硬件参数、读取 a d s l 接口模块的告警状态数据、读取a d s l 接口模块的性能数据、完成与网管 系统的数据交换、提供告警状态数据给网管系统用于集中监控。 1 2 f r f 5 帧中继单盘及作者所做的工作： 帧中继在本系统中是接口盘，也是业务盘。f r 盘对外提供8 个e 1 接口， 一个l v d s 接口，一个h d l cb u s ，一个以太网接口，一个r s 一2 3 2 接口。其中e 1 接口连接帧中继网络设备，l v d s 接口通过背板连接至核心交叉盘，与网管系统 通过h d l cb u s 相连。 帧中继盘实现的协议是f r e 5 ：帧中继与a t m 的网络互通。 下图所示为该盘的原理框图： _ b 1 l e 1h d l c pc1r 1 桥 成引 乒1h 、 接 q b u s sdram i l j 贞 墼 、ny ， 器 器 mp c860 l 、 uj u r l 串行 、 收 通讯控制 l 发 微处理器 r 一 器 、 图1 7 帧中继与a t m 互联模块原理图 8 电子科技大学硕士学位论文 帧中继接口盘能实现的功能为： 具有帧中继和a t m 网络互通的能力。 网络互连要求符合f r f 5 协议 帧中继业务侧具有8 个e 1 帧中继接口，e 1 接口电特性符合：i t u - - t g 7 0 3 规范要求，帧结构符合i t u tg 7 0 4 规范要求。 a t m 侧能提供3 2 个a t mp v c 通道。 模块能通过h d l cb u s 与网管系统进行通信。 本人从2 0 0 0 年2 月起加入项目组，与1 9 9 8 级的硕士研究生曹维武、徐 银生一起承担本项目的研发工作。当时承担的任务是核心芯片8 通道帧引擎 及数据链路管理器p m 7 3 6 6 ( f r e e d m - - 8 ) 驱动程序的编写和移植、协议的理 解与实现等工作，到当年年底单盘功能已调通。 2 0 0 1 年1 月起，在以前工作的基础上，考虑与整个d s l a m 系统的通 信及e 1 线路主从方式的任意设置，本人对原来的设计进行修改，增加了 与全网同步、提供网同步、可通过网管界面直接配置任一条e 1 线路的主 从方式等功能；用x i l i n g 公司的软件f o u n d a t i o i 3 进行c p l d 功能仿真和时 序仿真、到最后c p l d 的内部实现；将m p c 8 6 0 s a r 的s c c 2 口配置成与网 管盘的通信口、编写了网管程序：最后在机架上与整个系统进行联合调试， 同时通过a t m 仪表模拟帧中继帧及a t m 信元，对本盘进行了测试。 试验结果表明，本盘实现了帧中继与a t m 网络的互通功能，达到了设 计的要求。 因为本人后期的工作主要是与整个系统的联合调试，所以论文侧重于系 统方面。 电子科技大学硕士学位论文 第二章帧中继与a t m 网络技术原理 2 1 帧中继技术原理 2 1 1 帧中继概述 帧中继( f r a n l er e l a y ，f r ) 技术是在o s i 第二层上用简化的方法传送和交换数 据单元的一种技术。 帧中继技术是在分组技术充分发展，数字与光纤传输线路逐渐替代已有的 模拟线路，用户终端目益智能化的条件下诞生并发展起来的。帧中继仅完成o s i 物理层和链路层核心层的功能，将流量控制、纠错等留给智能终端去完成，大 大简化了节点机之间协议：同时，帧中继采用虚电路技术，能充分利用网络资 源，因而帧中继具有吞吐量高、时延低、适合突发性业务等特点。作为一种新 的承载业务，帧中继具有很大的潜力，主要应用在广域网( w a n ) 中，支持多种 数据型业务，如局域网( l a n ) 互连、计算机辅助设计( c a d ) 和计算机辅助制造 ( c a m ) 、文件传送、图象查询业务、图象监视等。 2 1 2 帧中继协议结构 第二层 第一层 广一一1 i上层i i + + 广一一一 i上层 j 用户u砒网络 1 j t i !用户 帧中继的协议结构 图2 1 帧中继的协议结构 从协议结构可以清楚地看出帧中继协议只涉及i s o 的o s i 模型中的最低 两层，可实现i 帧中继及帧交换的功能。 在i s d n 环境中，数据链路层核心协议( d l c o r e ) 的位置如下图。帧中继协 议分为用户( u ) 平面和控制( c ) 平面两部分，其中u 平面第二层又可分为下列两 个子层：d l 控制子层( d l - c o n t r o l ) 和d l 核心子层( d l - c o r e ) 。 皇王型垫查堂堡主堂焦笙壅 ： 图2 2i s d n 环境下c 平面及u 平面的关系图 第2 层 第1 层 第一层( 物理层) 的用户平面程序使用1 , 4 3 0 i 4 3 1 建议，第二层( 链路层) 的用 户平面程序使用q 9 2 2 建议的核心功能，能够对用户信息流量进行统计复用， 并且可以保证在两个s 或t 参考点之间双向传送的业务数据单元的顺序。 在第二层实现，9 贞交换，采用虚电路方式，既有电路交换的优点，又有包交 换的优点，极大地提高了效率。 2 1 3 帧中继帧格式 l a p f 的帧由5 种字段组成：标志字段f 、地址字段a 、控制字段c 、信息字段 i 和帧检验序列字段f c s 。 i + 一比特埴充区一 f 标志 ：地址c ：控制i ：信息f c s 帧校验序列 m ，帧结构 图2 3 帧中继帧格式 电子科投大学硕士学位论文 标志字段( f l a g ) 是一个特殊的八比特组0 1111 11 0 ，它的作用是标志一帧的 开始和结束。在地址标志之前的标志为开始标志，在帧校验序歹d ( f c s ) 字段之后 的标志为结束标志。 地址字段a 的主要用途是区分同通路上多个数据链路连接，以便实现帧 的复用分路。地址字段的长度一般为2 个字节，必要时最多可扩展到4 个字节。 地址字段通常包括地址字段扩展比特e a ，命令，响应指示c 瓜，帧可丢失指示 比特d e ，前向显式捌塞比特f e c n ，后向显示拥塞比特b e c n ，数据链路连接 标识符d l c i 和d l c i 扩展控制知识比特d c 等7 个组成部分。 控制字段分3 种类型的帧：信息帧( i 帧) 用来传送用户数据，但在传拥护数 掘的同时，i 帧还捎带传送流量控制和差错控制信息，以保证用户数据的正确传 送；监视帧( s 帧) 专门用来传送控制信息，当流量和差错控制信息没有i 帧可以 “搭乘”时，需要用s 帧来传送；无编号帧( u 帧) ，有两个用途：传送链路控制信 息以及按非确认方式传送用户数据。 信息字段i 包含的是用户数据，可以是任意的比特序列，它的长度必须是 整数个字节，l a p f 信息字节的最大默契长度为2 6 0 个字节，网络应能支持协商 的信息字段的最大字节数至少为1 5 9 8 ，用来支持例如l a n 互联之类的应用， 以尽量减少用户设备分段和重装用户数据的需要。 帧校验序列字段f c s 是一个1 6 比特的序列，校验和用c r c - - c c i t t 计算。 它具有很强的检错能力，它能检测出在任何位置上的3 个以内的错误、所有的 奇数个错误、1 6 个比特之内的连续错误以及大部分的大量突发错误。 c r c - - c c i t t 的生成多项式为： g ( x ) = 1 + x5 + x 1 2 + x 6 帧校验序列( f c s ) 是数据( k 位信息) 多项式g ( x ) 被生成多项式p ( x ) 相除 所得余项t ( x ) 的反码，即 ( l ( x ) p ( x ) = q ( x ) + r ( x ) p ( x ) f c s = i r ( x ) 在发送端作为典型的实现方法是计算余数的设备寄存器的初始内容应全部预 置“l ”，然后，在生成多项式的地址字段、控制字段、信息字段内去除，以修 改寄存器的内容，最后得到的余数的反码作为1 6 比特的f c s 序列来发送。 在接收端作为典型的实现方法是计算余数的设备寄存器的初始内容应全部预 置“1 ”，然后，乘以x ”后，再用串行的保护比特和f c s 的生成多项式 x + x ”+ x5 + 1 所除，在传输无差错的情况下，最后得到的余数为“0 0 0 11 1 0 1 0 0 0 01 1 1 l ”( 分别为并”至x o ) 。 在帧 f ，继业务- 一i i ，只采用无编号信息帧。因为帧中继业务是在线路误码率 低，终端智能化高的情况下开展的，流量控制和差错控制留给智能终端处理。 电子科技大学硕士学位论文 1 2 3 n 帧中继帧地址字段的格式如下 d e f a u l th e a d e rf o r m a t 3o c t e th e a d e rf o r m a t e a ( u p p e r ) d l c i o ( 1 0 w e r ) d l c i i n f o r m a t i o nf i e l d 。? e 9 2 e 6 r 2 n u m l 6 0 b e r ；f 。o c l e f c t e 。t ) s ml ；l 1j1 1 ； e a ( u p p e r ) d l c l a r o e a d l c l睢 0 d l c 队 0 裟器：嚣怒li d c e a 1 d l c i = d a t al i n kc o n n e c t i o ni d e n t i f i e r 门0 ，1 6 1 7 2 3 “t s c ，r = c o m m a n d ，r e s p o n s eb i t e a = a d d r e s se x t e n s i o nb i t f e c n = f o r w a r de x p l i c i tc o n g e s t i o nn o t i f i c a t i o n b e c n ：b a c k w a r de x p l i c i tc o n g e s t i o nn o t i f i c a t i o n d e = d i s c a r de l i g i b i l i t y 叫c = d l c lo ro l c o r ec o n t r o | l n d i c a t o r 图2 4 帧中继帧地址字段的格式 2 1 4 寻址方式 帧中继采用统计复用技术，以“虚电路”( v c ) 机制为每一帧提供地址信息，每 一条线路和每一个物理端口可容纳许多虚电路，用户之间通过虚电路进行连接。 在每一帧的帧头中都包含虚电路号数据链路连接标识符( d l c i ) ，这是每一帧 的地址信息。目前帧中继网只提供永久虚电路( p v c ) 业务，每一个节点机中都 有p v c 路由表，当l i 贞进入网络时，节点机通过d l c i 值识别帧的去向。d l c l 只具有本地意义，它并非指终点的地址，而只是识别用户与网络间以及网络与 网络间的逻辑连接( 虚电路段) 。帧中继的虚电路是由多段d l c i 的逻辑连接链接 而构成的端到端的逻辑链路。当用户数据信息被封装在帧中进入节点机后，首 先识别帧头中的d l c i ，然后在p v c 路由表中找出对应的下段p v c 的d l c i ， 从而将帧准确地送往下一节点机。 图2 5 帧中继通过d l c i 交换原理图 2 1 5 帧中继对无效帧的处理 如果一个帧出现以下情况之一，则称之为无效帧 1 ) 没有用两个标志分界的帧 2 ) 在地址分段和结束之间的字节数少于3 个 3 ) 在比特填充去掉以后，帧不是由整数字节数组成 4 ) 包含一个帧校验序列( f c s ) 的差错 5 ) 只包含一个字节的地址字段 6 ) 包含个不为接收机所支持的d l c i 帧中继对无效帧的处理较为简单，仅仅是将无效帧丢弃，而不做其它任侗的处 i 堆。 2 1 6 帧中继对超长帧的处理 如果网络收到一个超长帧，网络可以： 1 ) 舍弃此帧 2 ) 向目的用户发送此帧部分内容，然后异常终止这个帧。异常终止是发送7 个 或7 个以上连续1 而终止当前帧的发送 3 ) 向目的地用户发送包含有效f c s 字段的整个帧 另外，如果超长帧的数目或频率超过网络特定的门限，网络也可以清除这个帧 中继呼叫。 基键i 7 占咖，： y e s l e v e l 3 ih a n d t o t n 嘣l i p r o c e 端i n l t l l 图2 6 帧中继接收帧处理 2 1 7 p v c 管理规程 当帧中继设备接入到帧中继网络时，在p v c 管理时，需要p v c 的附加程 序。这些p v c 管理规程描述用户一网络接口如何相互交换有关链路连接完整性、 p v c 当前状态、p v c 的增加或删除等一些信息。在用户网络接口，p v c 管理 的信息采用无编号信息帧且地址字段d l c i = 0 的帧传递。采用单向或双向周期 1 4 电予科技大学硕士学位论文 性地用s t a t u se n q u i r y 和s t a t u s 消息交换链路及p v c 状态信息。在采用 单向方式h d + ，山用户设备发送s t a t u se n q u i r y 消息，网络设备用s t a t u s 消息来响成。 一，、 r帧t i 一继网络a、 图2 7p v c 状态管理 帧中继网络b 2 1 8 业务参数和服务质量 帧中继承载业务的服务质量由以下一些参数来表示：吞吐量、接入速率 ( a r ) 、承诺信息速率( c i r ) 、承诺突发率( b c ) 、超过的突发率( b e ) 、承诺时间间 隔( t c ) 、中转时延( t r a n s i td e l a y ) ，以及一些误传、丢失、失步、错帧数等参数。 a r 也等效于端口速率，对一条虚连接，c i r 是在正常网络条件下网络向用户承 诺的数据吞吐量，b e 是在t c 时间内，网络试图转发高于b c 的最大允许，但并 非承诺的数据量。网络通过确定上述参数对全网的带宽进行控制和管理。在用 户一网络接口，服务质量参数值管理根据帧中继连接方式( p v c 和s v c ) 的不同 而不同。对于p v c 来说，用户在申请入网时，需与网络运营者共同协商，确定 上述参数。此外，还应协调丢帧率、帧长度、d l c i 等参数。对于s v c 来说， j 二述这些参数以及丢帧率、帧长度等应在呼叫建立阶段在用户一网络接口处交 换，或者使用默契值。 2 1 9 拥塞管理 u n 接口处拥塞控制管理在q 9 2 2 建议附录a 和1 3 7 0 建议中规定。 帧中继在处理捌塞方面采用显示拥塞通知和隐式拥塞检测。所谓显示拥塞 通知是在q 9 2 2 帧中使用f e c n 和b e c n 比特，网络可对用户帧中的这两个比 特置位，以通知端用户在业务量同向或反向上发生了拥塞。所谓隐式拥塞是依 赖端用户设备的智能检测拥塞状态的存在，当发生网络拥塞时，网络可以丢弃 d e 比特置为1 的帧。用户端到端高层协议一旦检测出数据丢失，则表明网络 发生拥塞。 拥塞控制主要应用拥塞避免和拥塞恢复这两个机制。拥塞避免是在发生