摘要：簡要介紹了Ethernet over SDH(EoS)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，闡述和分析了EoS的LAPS協(xié)議核心技術(shù)，給出了使用FPGA完成SDH網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)的連接，從而實現(xiàn)EoS的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方案。

     關(guān)鍵詞：EoS；以太網(wǎng)；SDH；嵌入式系統(tǒng)

隨著波分復(fù)用技術(shù)和高速以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，骨干網(wǎng)的帶寬呈幾何級數(shù)增長，已達(dá)到了吉比特甚至更高的水平。而連接骨干網(wǎng)和用戶網(wǎng)的接入網(wǎng)的速率卻沒有太大的提高，已成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。要想實現(xiàn)高速、可靠的接入，使終端用戶充分利用骨干網(wǎng)的巨大容量，必須采用新的高速接入技術(shù)。ＳＤＨ技術(shù)已非常成熟，其安全性好，可靠性高；用ＳＤＨ傳輸網(wǎng)絡(luò)承載以太網(wǎng)ＩＰ包以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶的遠(yuǎn)程接入或異地局域網(wǎng)互連，是一種非常方便的實現(xiàn)方案。

１ ＥｏＳ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖１所示。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系統(tǒng)是以以太網(wǎng)ＩＰ數(shù)據(jù)包交換為基礎(chǔ)的光廣域網(wǎng)，它本質(zhì)上采用的是面向無連接的機制，內(nèi)在的全網(wǎng)狀連接適合于分布式通信的無連接網(wǎng)絡(luò)，它將以太網(wǎng)的交換靈活性和資源優(yōu)化能力與現(xiàn)有ＳＤＨ光網(wǎng)絡(luò)的大容量、高帶寬效率和低協(xié)議開銷相結(jié)合，是一種高速、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵是在ＳＤＨ設(shè)備上增加以太網(wǎng)接口設(shè)備或者以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，以提供幀映射和ＶＣ級聯(lián)等功能。本文將使用ＦＰＧＡ和相關(guān)芯片構(gòu)建圖１中所示的以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備。

２ ＥｏＳ協(xié)議的層次模型

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ協(xié)議的層次模型如圖２所示，該協(xié)議分為三層：其中網(wǎng)絡(luò)層為ＴＣＰ和ＩＰｖ４／ＩＰｖ６；鏈路層由ＬＬＣ／ＭＡＣ／ＬＡＰＳ三個子層組成物理層為ＳＤＨ傳輸網(wǎng)。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ按照ＩＴＵ－Ｘ．８６的規(guī)定采用ＬＡＰＳ對以太網(wǎng)ＩＰ數(shù)據(jù)包進行鏈路層封裝，從而將以太網(wǎng)幀映射到ＳＤＨ幀中，其協(xié)議層次模型為ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＬＡＰＳ／ＳＤＨ。 

３ ＥｏＳ的幀格式

ＬＡＰＳ（Ｌｉｎｋ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ＳＤＨ，ＳＤＨ上的鏈路接入規(guī)程）協(xié)議幀是 ＨＤＬＣ協(xié)議幀的一種變體，它可提供數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)及協(xié)議規(guī)范，并可專門對ＳＤＨ網(wǎng)絡(luò)所需傳送的ＩＰ數(shù)據(jù)包進行封裝以便對封裝后的以太網(wǎng)幀進行定界（采用標(biāo)志定界）。

使用 ＬＡＰＳ實現(xiàn)Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ時其幀映射過程分兩步：一是將以太網(wǎng)的ＭＡＣ幀封裝成ＬＡＰＳ協(xié)議幀；二是將ＬＡＰＳ協(xié)議幀映射到ＳＤＨ幀中。

將以太網(wǎng)的ＭＡＣ幀封裝成ＬＡＰＳ協(xié)議幀的過程如圖３所示。通過ＬＡＰＳ可將ＭＩＩ接口接收到的ＭＡＣ幀使用ＲＳ（協(xié)調(diào)子層）去掉前導(dǎo)（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）碼、幀起始定界符（ＳＦＤ）和擴展字段（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ），然后封裝入ＬＡＰＳ協(xié)議幀。

４ ＥｏＳ的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計

ＥｏＳ嵌入式系統(tǒng)通常應(yīng)該包含以下三部分：以太網(wǎng)接口部分、協(xié)議轉(zhuǎn)換部分、光接口部分。其中以太網(wǎng)接口部分用于接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，并對本地網(wǎng)絡(luò)進行流量控制；協(xié)議轉(zhuǎn)換部分負(fù)責(zé)幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，同時協(xié)調(diào)三部分的運作；而光接口部分則使用成幀器實現(xiàn)ＳＤＨ網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的上下路。

４．１ 以太網(wǎng)接口部分

以太網(wǎng)接口部分使用的是雙口千兆以太網(wǎng)控制芯片ＩＸＦ１００２。ＩＦＸ１００２提供有兩個全雙工的獨立高性能千兆以太網(wǎng)接口，支持ＧＰＣＳ層的接口管理。當(dāng)ＩＦＸ１００２設(shè)置ＳＮＭＰ和ＲＭＯＮ管理計數(shù)后，便可通過ＭＣＵ８／１６接口進行訪問操作。每一個ＭＡＣ接口包括一個４ｋ字節(jié)的接收ＦＩＦＯ和一個２ｋ字節(jié)的發(fā)送ＦＩ-ＦＯ，所有數(shù)據(jù)都可以在公共的高性能ＩＸＢＵＳ總線上傳輸。此外，ＩＦＸ１００２芯片完全兼容ＩＥＥＥ ８０２．３和ＩＥＥＥ８０２．３ｚ標(biāo)準(zhǔn)，支持自協(xié)商和流量控制。

    ＩＸＦ１００２可以通過對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包包頭的處理達(dá)到提前過濾地址的目的；在包的傳輸中，芯片具有ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１Ｑ的ＶＬＡＮ標(biāo)簽添加、刪除和替代功能；而當(dāng)包發(fā)生錯誤時，它會提供忽略或停止發(fā)送的選擇；同時，還提供可編程的無效數(shù)據(jù)包自動過濾功能；當(dāng)ＦＩＦＯ上出現(xiàn)無效數(shù)據(jù)包的時候，芯片可以發(fā)出通知信號。

       摘要：簡要介紹了Ethernet over SDH(EoS)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理，闡述和分析了EoS的LAPS協(xié)議核心技術(shù)，給出了使用FPGA完成SDH網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)的連接，從而實現(xiàn)EoS的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計方案。

     關(guān)鍵詞：EoS；以太網(wǎng)；SDH；嵌入式系統(tǒng)

隨著波分復(fù)用技術(shù)和高速以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，骨干網(wǎng)的帶寬呈幾何級數(shù)增長，已達(dá)到了吉比特甚至更高的水平。而連接骨干網(wǎng)和用戶網(wǎng)的接入網(wǎng)的速率卻沒有太大的提高，已成為網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸。要想實現(xiàn)高速、可靠的接入，使終端用戶充分利用骨干網(wǎng)的巨大容量，必須采用新的高速接入技術(shù)。ＳＤＨ技術(shù)已非常成熟，其安全性好，可靠性高；用ＳＤＨ傳輸網(wǎng)絡(luò)承載以太網(wǎng)ＩＰ包以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶的遠(yuǎn)程接入或異地局域網(wǎng)互連，是一種非常方便的實現(xiàn)方案。

１ ＥｏＳ系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖１所示。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系統(tǒng)是以以太網(wǎng)ＩＰ數(shù)據(jù)包交換為基礎(chǔ)的光廣域網(wǎng)，它本質(zhì)上采用的是面向無連接的機制，內(nèi)在的全網(wǎng)狀連接適合于分布式通信的無連接網(wǎng)絡(luò)，它將以太網(wǎng)的交換靈活性和資源優(yōu)化能力與現(xiàn)有ＳＤＨ光網(wǎng)絡(luò)的大容量、高帶寬效率和低協(xié)議開銷相結(jié)合，是一種高速、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵是在ＳＤＨ設(shè)備上增加以太網(wǎng)接口設(shè)備或者以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備，以提供幀映射和ＶＣ級聯(lián)等功能。本文將使用ＦＰＧＡ和相關(guān)芯片構(gòu)建圖１中所示的以太網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備。

２ ＥｏＳ協(xié)議的層次模型

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ協(xié)議的層次模型如圖２所示，該協(xié)議分為三層：其中網(wǎng)絡(luò)層為ＴＣＰ和ＩＰｖ４／ＩＰｖ６；鏈路層由ＬＬＣ／ＭＡＣ／ＬＡＰＳ三個子層組成物理層為ＳＤＨ傳輸網(wǎng)。

Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ按照ＩＴＵ－Ｘ．８６的規(guī)定采用ＬＡＰＳ對以太網(wǎng)ＩＰ數(shù)據(jù)包進行鏈路層封裝，從而將以太網(wǎng)幀映射到ＳＤＨ幀中，其協(xié)議層次模型為ＩＰ／Ｅｔｈｅｒｎｅｔ／ＬＡＰＳ／ＳＤＨ。 

３ ＥｏＳ的幀格式

ＬＡＰＳ（Ｌｉｎｋ Ａｃｃｅｓｓ Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ ＳＤＨ，ＳＤＨ上的鏈路接入規(guī)程）協(xié)議幀是 ＨＤＬＣ協(xié)議幀的一種變體，它可提供數(shù)據(jù)鏈路服務(wù)及協(xié)議規(guī)范，并可專門對ＳＤＨ網(wǎng)絡(luò)所需傳送的ＩＰ數(shù)據(jù)包進行封裝以便對封裝后的以太網(wǎng)幀進行定界（采用標(biāo)志定界）。

使用 ＬＡＰＳ實現(xiàn)Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｏｖｅｒ ＳＤＨ時其幀映射過程分兩步：一是將以太網(wǎng)的ＭＡＣ幀封裝成ＬＡＰＳ協(xié)議幀；二是將ＬＡＰＳ協(xié)議幀映射到ＳＤＨ幀中。

將以太網(wǎng)的ＭＡＣ幀封裝成ＬＡＰＳ協(xié)議幀的過程如圖３所示。通過ＬＡＰＳ可將ＭＩＩ接口接收到的ＭＡＣ幀使用ＲＳ（協(xié)調(diào)子層）去掉前導(dǎo)（Ｐｒｅａｍｂｌｅ）碼、幀起始定界符（ＳＦＤ）和擴展字段（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ），然后封裝入ＬＡＰＳ協(xié)議幀。

４ ＥｏＳ的嵌入式系統(tǒng)設(shè)計

ＥｏＳ嵌入式系統(tǒng)通常應(yīng)該包含以下三部分：以太網(wǎng)接口部分、協(xié)議轉(zhuǎn)換部分、光接口部分。其中以太網(wǎng)接口部分用于接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，并對本地網(wǎng)絡(luò)進行流量控制；協(xié)議轉(zhuǎn)換部分負(fù)責(zé)幀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，同時協(xié)調(diào)三部分的運作；而光接口部分則使用成幀器實現(xiàn)ＳＤＨ網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的上下路。

４．１ 以太網(wǎng)接口部分

以太網(wǎng)接口部分使用的是雙口千兆以太網(wǎng)控制芯片ＩＸＦ１００２。ＩＦＸ１００２提供有兩個全雙工的獨立高性能千兆以太網(wǎng)接口，支持ＧＰＣＳ層的接口管理。當(dāng)ＩＦＸ１００２設(shè)置ＳＮＭＰ和ＲＭＯＮ管理計數(shù)后，便可通過ＭＣＵ８／１６接口進行訪問操作。每一個ＭＡＣ接口包括一個４ｋ字節(jié)的接收ＦＩＦＯ和一個２ｋ字節(jié)的發(fā)送ＦＩ-ＦＯ，所有數(shù)據(jù)都可以在公共的高性能ＩＸＢＵＳ總線上傳輸。此外，ＩＦＸ１００２芯片完全兼容ＩＥＥＥ ８０２．３和ＩＥＥＥ８０２．３ｚ標(biāo)準(zhǔn)，支持自協(xié)商和流量控制。

    ＩＸＦ１００２可以通過對以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包包頭的處理達(dá)到提前過濾地址的目的；在包的傳輸中，芯片具有ＩＥＥＥ Ｐ８０２．１Ｑ的ＶＬＡＮ標(biāo)簽添加、刪除和替代功能；而當(dāng)包發(fā)生錯誤時，它會提供忽略或停止發(fā)送的選擇；同時，還提供可編程的無效數(shù)據(jù)包自動過濾功能；當(dāng)ＦＩＦＯ上出現(xiàn)無效數(shù)據(jù)包的時候，芯片可以發(fā)出通知信號。