來源：微計算機(jī)信息   作者：鄧周 潘衛(wèi)平 曾烈光

摘要：彈性分組環(huán)技術(shù)是一種面向城域網(wǎng)的技術(shù)。在分析了網(wǎng)絡(luò)處理器的優(yōu)點之后，提出了一種基于網(wǎng)絡(luò)處理器的彈性分組環(huán)接入方案，利用IXP1200實現(xiàn)了以太網(wǎng)和彈性分組環(huán)的接口轉(zhuǎn)換，并討論了方案的軟硬件協(xié)同設(shè)計方法。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)處理器；IXP1200；彈性分組環(huán)；POS

1 引言

城域網(wǎng)存在的主要問題是帶寬和QoS的問題，隨著局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)的長足發(fā)展，城域網(wǎng)已成為整個通信網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸�；赥DM的傳統(tǒng)SDH城域網(wǎng)已不能很好滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求，近年來，提出了主要面向城域網(wǎng)的彈性分組環(huán)技術(shù)，并由IEEE 802.17工作組完成了標(biāo)準(zhǔn)化工作，于2004年6月24日發(fā)布了802.17-2004標(biāo)準(zhǔn)[1]。彈性分組環(huán)是一種基于雙環(huán)拓?fù)涞募夹g(shù)，能夠在兩條單向環(huán)路上沿相反方向傳輸數(shù)據(jù)。它結(jié)合了以太網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性、靈活性和SDH的高帶寬效率及可靠性，利用空間重用、統(tǒng)計復(fù)用和環(huán)路保護(hù)來提高帶寬利用率和保證用戶的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

網(wǎng)絡(luò)處理器是經(jīng)過專門設(shè)計和高度優(yōu)化來完成各種網(wǎng)絡(luò)功能的專用指令處理器，又是軟件可編程的芯片，表現(xiàn)出高效的并行處理能力和適應(yīng)性。其中，IXP1200是Intel公司推出的網(wǎng)絡(luò)處理器產(chǎn)品，它以優(yōu)異的性能被廣泛應(yīng)用于通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。文獻(xiàn)[2]探討了基于IXP1200的路由器技術(shù)，文獻(xiàn)[3]則詳細(xì)介紹了IXP1200中的微引擎設(shè)計方法�？梢姡捎谟布母咝院蛙浖目蓴U(kuò)展性，利用IXP1200網(wǎng)絡(luò)處理器來實現(xiàn)彈性分組環(huán)的接入是一種可行而有效的方案。

2 網(wǎng)絡(luò)處理器介紹

網(wǎng)絡(luò)處理器一般由一個核心處理器和若干個智能協(xié)處理器組成，并發(fā)同步完成數(shù)據(jù)包的處理。同時還集成了一些專用硬件處理單元，如CRC校驗、Hash單元等，在處理線速上已經(jīng)達(dá)到并超過10Gbps。它兼顧了GPP的靈活性和ASIC的執(zhí)行效率，為從第2層到第7層的多種應(yīng)用提供了良好的支持。

IXP1200網(wǎng)絡(luò)處理器是Intel公司推出的第一代成熟網(wǎng)絡(luò)處理器[4]，它集成了1個StrongARM核以及6個獨立的32位RISC微引擎，再加上硬件的多線程支持，可以實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)處理。其中，StrongARM核最高的工作頻率為232MHz，用于管理和控制任務(wù)，如地址學(xué)習(xí)、路由表的維護(hù)以及網(wǎng)絡(luò)管理等。微引擎則工作于數(shù)據(jù)層面，用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)分組的分類、處理和轉(zhuǎn)發(fā)等功能。每個微引擎支持4個線程，單個時鐘周期即可完成算術(shù)邏輯運算和移位操作，實現(xiàn)零開銷的上下文切換，這些性能使得6個微引擎在1秒鐘內(nèi)能夠轉(zhuǎn)發(fā)高達(dá)300萬個第3層數(shù)據(jù)分組。

IXP1200還提供了豐富的外部接口單元，其中SRAM單元和SDRAM單元提供了連接存儲芯片的接口，最大數(shù)據(jù)吞吐率分別達(dá)到464Mbps和928Mbps；PCI單元為外部主處理器和MAC設(shè)備等提供了32位PCI  2.2總線，最大數(shù)據(jù)吞吐率達(dá)到264Mbps；FBI單元為外部MAC設(shè)備提供了高速的IX總線，用于實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)的接入功能，最大數(shù)據(jù)吞吐率達(dá)到6.6Gbps。

3 彈性分組環(huán)的接入實現(xiàn)方案

彈性分組環(huán)具有雙環(huán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括兩條沿相反方向傳輸數(shù)據(jù)的單向環(huán)，分別稱之為環(huán)路0和環(huán)路1。圖1顯示了彈性分組環(huán)的站點結(jié)構(gòu)。

按照802.17-2004標(biāo)準(zhǔn)，彈性分組環(huán)包括四個層面，由下至上分別為：物理層與物理層適配子層、MAC數(shù)據(jù)通路子層、MAC控制子層和MAC客戶子層[1]。其中，彈性分組環(huán)的接入在MAC客戶子層完成。設(shè)計的彈性分組環(huán)接入平臺功能主要包括：

（1）對來自以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，若目的地址為以太網(wǎng)則直接轉(zhuǎn)發(fā)出去；若目的地址為彈性分組環(huán)網(wǎng)，則對以太網(wǎng)包進(jìn)行深度處理，完成RPR幀格式封裝，對各種不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級分類，并轉(zhuǎn)發(fā)到彈性分組環(huán)接口等。

（2）對來自彈性分組環(huán)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行判別，丟棄重新接入環(huán)路的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對轉(zhuǎn)發(fā)到以太網(wǎng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)幀轉(zhuǎn)發(fā)出去。

（3）完成地址學(xué)習(xí)、地址映射、路由表維護(hù)、業(yè)務(wù)調(diào)度和流量管理等。

圖1 彈性分組環(huán)站點結(jié)構(gòu)圖                 

圖2 基于IXP1200的彈性分組環(huán)接入平臺硬件結(jié)構(gòu)

3.1 硬件設(shè)計

利用IXP1200網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計的彈性分組環(huán)接入平臺硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

接入平臺主要設(shè)計了以下幾個單元：

（1）網(wǎng)絡(luò)處理器單元：包括1塊IXP1200網(wǎng)絡(luò)處理器，作為整個接入平臺的核心處理部分，主要完成數(shù)據(jù)幀格式的轉(zhuǎn)換、CRC校驗、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、地址學(xué)習(xí)、路由表建立