实现Ethernet over SDH的嵌入式系统研究
发布时间:2008/5/27 0:00:00 访问次数:448
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。
本设计中， ｉｘｆ１００２的ｉｘｂｕｓ工
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。
本设计中， ｉｘｆ１００２的ｉｘｂｕｓ工
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