实现EthernetoverSDH的嵌入式系统研究
发布时间:2007/4/23 0:00:00 访问次数:520
关键词：EoS；以太网；SDH；嵌入式系统
随着波分复用技术和高速以太网技术的发展，骨干网的带宽呈几何级数增长，已达到了吉比特甚至更高的水平。而连接骨干网和用户网的接入网的速率却没有太大的提高，已成为网络发展的瓶颈。要想实现高速、可靠的接入，使终端用户充分利用骨干网的巨大容量，必须采用新的高速接入技术。ＳＤＨ技术已非常成熟，其安全性好，可靠性高；用ＳＤＨ传输网络承载以太网ＩＰ包以实现网络用户的远程接入或异地局域网互连，是一种非常方便的实现方案。
１ ＥｏＳ系统结构
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系统的结构如图１所示。
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系统是以以太网ＩＰ数据包交换为基础的光广域网，它本质上采用的是面向无连接的机制，内在的全网状连接适合于分布式通信的无连接网络，它将以太网的交换灵活性和资源优化能力与现有ＳＤＨ光网络的大容量、高带宽效率和低协议开销相结合，是一种高速、经济的数据接入系统。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系统实现的关键是在ＳＤＨ设备上增加以太网接口设备或者以太网协议转换设备，以提供帧映射和ＶＣ级联等功能。本文将使用ＦＰＧＡ和相关芯片构建图１中所示的以太网协议转换设备。
２ ＥｏＳ协议的层次模型
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ协议的层次模型如图２所示，该协议分为三层：其中网络层为ＴＣＰ和ＩＰｖ４／ＩＰｖ６；链路层由ＬＬＣ／ＭＡＣ／ＬＡＰＳ三个子层组成�物理层为ＳＤＨ传输网。
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ按照ＩＴＵ－Ｘ．８６的规定采用ＬＡＰＳ对以太网ＩＰ数据包进行链路层封装，从而将以太网帧映射到ＳＤＨ帧中，其协议层次模型为ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＬＡＰＳ／ＳＤＨ。
３ ＥｏＳ的帧格式
ＬＡＰＳ（Ｌｉｎｋ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ＳＤＨ，ＳＤＨ上的链路接入规程）协议帧是 ＨＤＬＣ协议帧的一种变体，它可提供数据链路服务及协议规范，并可专门对ＳＤＨ网络所需传送的ＩＰ数据包进行封装鍎以便对封装后的以太网帧进行定界（采用标志定界）。
使用 ＬＡＰＳ实现Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ时鍎其帧映射过程分两步：一是将以太网的ＭＡＣ帧封装成ＬＡＰＳ协议帧；二是将ＬＡＰＳ协议帧映射到ＳＤＨ帧中。
将以太网的ＭＡＣ帧封装成ＬＡＰＳ协议帧的过程如图３所示。通过ＬＡＰＳ可将ＭＩＩ接口接收到的ＭＡＣ帧使用ＲＳ（协调子层）去掉前导（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）码、帧起始定界符（ＳＦＤ）和扩展字段（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ），然后封装入ＬＡＰＳ协议帧。
４ ＥｏＳ的嵌入式系统设计
ＥｏＳ嵌入式系统通常应该包含以下三部分：以太网接口部分、协议转换部分、光接口部分。其中以太网接口部分用于接收以太网数据，并对本地网络进行流量控制；协议转换部分负责帧结构转换，同时协调三部分的运作；而光接口部分则使用成帧器实现ＳＤＨ网络数据的上下路。
４．１ 以太网接口部分
以太网接口部分使用的是双口千兆以太网控制芯片ＩＸＦ１００２。ＩＦＸ１００２提供有两个全双工的独立高性能千兆以太网接口，支持ＧＰＣＳ层的接口管理。当ＩＦＸ１００２设置ＳＮＭＰ和ＲＭＯＮ管理计数后，便可通过ＭＣＵ８／１６接口进行访问操作。每一个ＭＡＣ接口包括一个４ｋ字节的接收ＦＩＦＯ和一个２ｋ字节的发送ＦＩ-ＦＯ，所有数据都可以在公共的高性能ＩＸＢＵＳ总线上传输。此外，ＩＦＸ１００２芯片完全兼容ＩＥＥＥ ８０２．３和ＩＥＥＥ８０２．３ｚ标准，支持自协商和流量控制。
ＩＸＦ１００２可以通过对以太网数据包包头的处理达到提前过滤地址的目的；在包的传输中，芯片具有ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１Ｑ的ＶＬＡＮ标签添加、删除和替代功能；而当包发生错误时，它会提供忽略或停止发送的选择；同时，还提供可编程的无效数据包自动过滤功能；当ＦＩＦＯ上出现无效数据包的时候，芯片可以发出通知信号。
摘要：简要介绍了Ethernet over SDH(EoS)系统的结构原理，阐述和分析了EoS的LAPS协议核心技术，给出了使用FPGA完成SDH网络和以太网的连接，从而实现EoS的嵌入式系统设计方案。
关键词：EoS；以太网；SDH；嵌入式系统
随着波分复用技术和高速以太网技术的发展，骨干网的带宽呈几何级数增长，已达到了吉比特甚至更高的水平。而连接骨干网和用户网的接入网的速率却没有太大的提高，已成为网络发展的瓶颈。要想实现高速、可靠的接入，使终端用户充分利用骨干网的巨大容量，必须采用新的高速接入技术。ＳＤＨ技术已非常成熟，其安全性好，可靠性高；用ＳＤＨ传输网络承载以太网ＩＰ包以实现网络用户的远程接入或异地局域网互连，是一种非常方便的实现方案。
１ ＥｏＳ系统结构
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系统的结构如图１所示。
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系统是以以太网ＩＰ数据包交换为基础的光广域网，它本质上采用的是面向无连接的机制，内在的全网状连接适合于分布式通信的无连接网络，它将以太网的交换灵活性和资源优化能力与现有ＳＤＨ光网络的大容量、高带宽效率和低协议开销相结合，是一种高速、经济的数据接入系统。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系统实现的关键是在ＳＤＨ设备上增加以太网接口设备或者以太网协议转换设备，以提供帧映射和ＶＣ级联等功能。本文将使用ＦＰＧＡ和相关芯片构建图１中所示的以太网协议转换设备。
２ ＥｏＳ协议的层次模型
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ协议的层次模型如图２所示，该协议分为三层：其中网络层为ＴＣＰ和ＩＰｖ４／ＩＰｖ６；链路层由ＬＬＣ／ＭＡＣ／ＬＡＰＳ三个子层组成�物理层为ＳＤＨ传输网。
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ按照ＩＴＵ－Ｘ．８６的规定采用ＬＡＰＳ对以太网ＩＰ数据包进行链路层封装，从而将以太网帧映射到ＳＤＨ帧中，其协议层次模型为ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＬＡＰＳ／ＳＤＨ。
３ ＥｏＳ的帧格式
ＬＡＰＳ（Ｌｉｎｋ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ＳＤＨ，ＳＤＨ上的链路接入规程）协议帧是 ＨＤＬＣ协议帧的一种变体，它可提供数据链路服务及协议规范，并可专门对ＳＤＨ网络所需传送的ＩＰ数据包进行封装鍎以便对封装后的以太网帧进行定界（采用标志定界）。
使用 ＬＡＰＳ实现Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ时鍎其帧映射过程分两步：一是将以太网的ＭＡＣ帧封装成ＬＡＰＳ协议帧；二是将ＬＡＰＳ协议帧映射到ＳＤＨ帧中。
将以太网的ＭＡＣ帧封装成ＬＡＰＳ协议帧的过程如图３所示。通过ＬＡＰＳ可将ＭＩＩ接口接收到的ＭＡＣ帧使用ＲＳ（协调子层）去掉前导（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）码、帧起始定界符（ＳＦＤ）和扩展字段（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ），然后封装入ＬＡＰＳ协议帧。
４ ＥｏＳ的嵌入式系统设计
ＥｏＳ嵌入式系统通常应该包含以下三部分：以太网接口部分、协议转换部分、光接口部分。其中以太网接口部分用于接收以太网数据，并对本地网络进行流量控制；协议转换部分负责帧结构转换，同时协调三部分的运作；而光接口部分则使用成帧器实现ＳＤＨ网络数据的上下路。
４．１ 以太网接口部分
以太网接口部分使用的是双口千兆以太网控制芯片ＩＸＦ１００２。ＩＦＸ１００２提供有两个全双工的独立高性能千兆以太网接口，支持ＧＰＣＳ层的接口管理。当ＩＦＸ１００２设置ＳＮＭＰ和ＲＭＯＮ管理计数后，便可通过ＭＣＵ８／１６接口进行访问操作。每一个ＭＡＣ接口包括一个４ｋ字节的接收ＦＩＦＯ和一个２ｋ字节的发送ＦＩ-ＦＯ，所有数据都可以在公共的高性能ＩＸＢＵＳ总线上传输。此外，ＩＦＸ１００２芯片完全兼容ＩＥＥＥ ８０２．３和ＩＥＥＥ８０２．３ｚ标准，支持自协商和流量控制。
ＩＸＦ１００２可以通过对以太网数据包包头的处理达到提前过滤地址的目的；在包的传输中，芯片具有ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１Ｑ的ＶＬＡＮ标签添加、删除和替代功能；而当包发生错误时，它会提供忽略或停止发送的选择；同时，还提供可编程的无效数据包自动过滤功能；当ＦＩＦＯ上出现无效数据包的时候，芯片可以发出通知信号。
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