来源：微计算机信息   作者：邓周 潘卫平 曾烈光

摘要：弹性分组环技术是一种面向城域网的技术。在分析了网络处理器的优点之后，提出了一种基于网络处理器的弹性分组环接入方案，利用IXP1200实现了以太网和弹性分组环的接口转换，并讨论了方案的软硬件协同设计方法。
关键词：网络处理器；IXP1200；弹性分组环；POS

1 引言

城域网存在的主要问题是带宽和QoS的问题，随着局域网和广域网技术的长足发展，城域网已成为整个通信网络中的瓶颈。基于TDM的传统SDH城域网已不能很好满足日益增长的业务需求，近年来，提出了主要面向城域网的弹性分组环技术，并由IEEE 802.17工作组完成了标准化工作，于2004年6月24日发布了802.17-2004标准[1]。弹性分组环是一种基于双环拓扑的技术，能够在两条单向环路上沿相反方向传输数据。它结合了以太网的经济性、灵活性和SDH的高带宽效率及可靠性，利用空间重用、统计复用和环路保护来提高带宽利用率和保证用户的网络质量。

网络处理器是经过专门设计和高度优化来完成各种网络功能的专用指令处理器，又是软件可编程的芯片，表现出高效的并行处理能力和适应性。其中，IXP1200是Intel公司推出的网络处理器产品，它以优异的性能被广泛应用于通信网络领域。文献[2]探讨了基于IXP1200的路由器技术，文献[3]则详细介绍了IXP1200中的微引擎设计方法。可见，由于硬件的高效性和软件的可扩展性，利用IXP1200网络处理器来实现弹性分组环的接入是一种可行而有效的方案。

2 网络处理器介绍

网络处理器一般由一个核心处理器和若干个智能协处理器组成，并发同步完成数据包的处理。同时还集成了一些专用硬件处理单元，如CRC校验、Hash单元等，在处理线速上已经达到并超过10Gbps。它兼顾了GPP的灵活性和ASIC的执行效率，为从第2层到第7层的多种应用提供了良好的支持。

IXP1200网络处理器是Intel公司推出的第一代成熟网络处理器[4]，它集成了1个StrongARM核以及6个独立的32位RISC微引擎，再加上硬件的多线程支持，可以实现高速的数据处理。其中，StrongARM核最高的工作频率为232MHz，用于管理和控制任务，如地址学习、路由表的维护以及网络管理等。微引擎则工作于数据层面，用于实现数据分组的分类、处理和转发等功能。每个微引擎支持4个线程，单个时钟周期即可完成算术逻辑运算和移位操作，实现零开销的上下文切换，这些性能使得6个微引擎在1秒钟内能够转发高达300万个第3层数据分组。

IXP1200还提供了丰富的外部接口单元，其中SRAM单元和SDRAM单元提供了连接存储芯片的接口，最大数据吞吐率分别达到464Mbps和928Mbps；PCI单元为外部主处理器和MAC设备等提供了32位PCI  2.2总线，最大数据吞吐率达到264Mbps；FBI单元为外部MAC设备提供了高速的IX总线，用于实现各种网络的接入功能，最大数据吞吐率达到6.6Gbps。

3 弹性分组环的接入实现方案

弹性分组环具有双环拓扑结构，包括两条沿相反方向传输数据的单向环，分别称之为环路0和环路1。图1显示了弹性分组环的站点结构。

按照802.17-2004标准，弹性分组环包括四个层面，由下至上分别为：物理层与物理层适配子层、MAC数据通路子层、MAC控制子层和MAC客户子层[1]。其中，弹性分组环的接入在MAC客户子层完成。设计的弹性分组环接入平台功能主要包括：

（1）对来自以太网的业务数据，若目的地址为以太网则直接转发出去；若目的地址为弹性分组环网，则对以太网包进行深度处理，完成RPR帧格式封装，对各种不同的业务数据进行优先级分类，并转发到弹性分组环接口等。

（2）对来自弹性分组环的业务数据进行判别，丢弃重新接入环路的业务数据，对转发到以太网的业务数据进行处理，转换为以太网帧转发出去。

（3）完成地址学习、地址映射、路由表维护、业务调度和流量管理等。

图1 弹性分组环站点结构图                 

图2 基于IXP1200的弹性分组环接入平台硬件结构

3.1 硬件设计

利用IXP1200网络处理器设计的弹性分组环接入平台硬件结构如图2所示。

接入平台主要设计了以下几个单元：

（1）网络处理器单元：包括1块IXP1200网络处理器，作为整个接入平台的核心处理部分，主要完成数据帧格式的转换、CRC校验、数据转发、地址学习、路由表建立