CN101931582B - 一种实现以太网二层伪线仿真业务的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实现以太网二层伪线仿真业务的装置，其中，主控板交换芯片，位于宽带接入设备主控板，用于接收用户板发送的以太网伪线业务数据，完成以太网伪线业务数据在用户板或上联板与L2TPV3数据处理卡之间的数据报文二层转发功能；L2TPV3数据处理卡，位于宽带接入设备中，该卡占用一个物理槽位，通过媒质独立接口(MII)接口与主控板交换芯片的内联口相连；用于对基于L2TPV3的以太网数据报文进行封装转换。本发明还公开了相应的方法，采用保留VLAN标识以太网伪线业务数据，对上行或下行方向数据作相应处理。本发明不需要支持额外的软件功能特性，在宽带接入设备上基于L2TPV3实现以太网二层伪线仿真业务。

Description

一种实现以太网二层伪线仿真业务的方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种实现以太网二层伪线仿真业务的方法及装置。

背景技术

边缘到边缘伪线仿真是由互联网工程任务组(IETF，Internet EngineeringTask Force)下属工作组制定，用于在分组交换网(PSN，Packet SwitchNetwork)上提供传统的第一层和第二层网络业务的技术。

边缘到边缘伪线仿真业务在PSN上的业务模型定义如图1所示，网络边缘的两个提供商边缘节点(PE，Provider Edge)为其所连接的用户边缘节点(CE，Customer Edge)提供一条或多条伪线(PW，Pseudo Wire)，使得CE设备之间可以在PSN网络上通信。在一条PSN隧道(PSN TUNNEL)(图中未示出)上含有多条PW，同时可以实现两个PE之间的PW复用。PE之间的PSN网络可以是基于多协议标签交换技术(MPLS，Multi-Protocol LabelSwitching)的标签交换网络也可以是IP网络，如果是MPLS网络，则运行时CE的用户业务数据进入PE后先完成PW封装，由PE打上一层内层标签即PW标签，再打上一层外层标签即隧道标签后，传送给对端PE。对端PE进行数据报文的解封装操作，取出内层标签确定出口电路，将封装的用户业务数据发送至CE；如果PSN网络为IP网络，则可以通过第二层隧道协议版本3(L2TPV3，Layer Two Tunneling Protocol Version 3)进行透明的传输用户数据，运行时CE的用户业务数据进入PE后作为L2TPV3数据报文的载荷，报文进行L2TPV3协议的封装，通过会话标识符进行用户接入电路的标识。无论是通过MPLS技术还是L2TPV3实现二层伪线仿真业务，CE侧接入电路既支持局域网(LAN，Local AreaNetwork)电路也支持WAN广域网(WAN，Wide Area Network)电路。

目前，第二层伪线仿真业务多用于路由器或交换机设备上，随着第二层虚拟专用网(VPN，Virtual Private Network)业务的不断发展，不少运营商已经有在宽带接入设备上实现以太网二层伪线仿真业务的需求，以达到将用户电路为以太网封装类型的业务数据通过纯IP网络透明的传送至远端CE设备的目的。

一种典型的宽带接入设备的结构如图2所示，主要包含主控板、用户板、上联板等各种类型的单板。其中不同类型的用户板支持不同的宽带接入方式，例如数字用户线路(DSL，Digital Subscriber Line)接入、无源光网络(PON，Passive Optical Network)接入或以太网接入。主控板是***的核心，对所有单板进行控制与管理。目前主流的宽带接入设备都采用两级数据交换体系结构，即在主控板与用户板上分别存在具有交换功能的器件，如交换芯片、网络处理器、现场可编程逻辑阵列(FPGA，Field Programmable GateArray)等。用户板交换器件的上联口通过媒质独立接口(MII，MediaIndependent Interface)接口与主控板上交换芯片的内联口相连。用户上行数据首先通过用户板上的交换器件交换到主控板的交换芯片的内联口，在主控板交换芯片上再进行二次交换，最终从***中上联板上的端口发出，下行数据报文的交换是上述过程的逆过程。

在宽带接入设备上实现以太网二层VPN业务存在以下难点：

1)绝大多数主流的交换芯片不支持伪线仿真功能，仅能进行简单的二层或三层转发，而利用用户板上的网络处理器或FPGA来实现基于L2TPV3的伪线仿真业务的方案将会非常复杂，并且对用户板的性能、资源提出难以接受的要求，还存在工程上非常看重的硬件版本兼容性问题；

2)用户数据交换到主控板交换芯片后，已经丢失了用户接入电路信息，从而无法知道该用户接入的电路是否是伪线业务电路，并且也无法确定接入电路的目的伪线连接。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中无法实现在宽带接入设备中实现以太网二层伪线仿真业务。

为了解决上述问题，本发明提供了一种实现以太网二层伪线仿真业务的装置，该装置包括：主控板交换芯片和第二层隧道协议版本3(L2TPV3)数据处理卡，其中，

主控板交换芯片，位于宽带接入设备主控板，用于接收用户板发送的以太网伪线业务数据，完成以太网伪线业务数据在用户板或上联板与L2TPV3数据处理卡之间的数据报文二层转发功能；

L2TPV3数据处理卡，位于宽带接入设备中，该卡占用一个物理槽位，通过媒质独立接口(MII)接口与主控板交换芯片的内联口相连；用于对基于L2TPV3的以太网数据报文进行封装转换。

所述以太网伪线业务数据分为以太网端口仿真类型和以太网虚拟局域网(VLAN)仿真。

所述L2TPV3数据处理卡上设有用户接入电路属性表和L2TPV3数据信息表。

本发明还提供了一种实现以太网二层伪线仿真业务的方法，该方法包括以下步骤：

对用户板接入端口的VLAN配置数据进行处理，采用保留VLAN标识以太网伪线业务数据；

对上行方向数据，将以太网伪线业务数据封装到L2TPV3数据报文发送到主控板；对下行方向数据，解析L2TPV3数据报文并添加保留VLAN发送到用户板。

所述采用保留VLAN标识以太网伪线业务数据具体为：对于以太网端口仿真的用户电路，从保留VLAN列表中分配一个VLAN作为用户电路的透明VLAN；或者，

对于以太网VLAN仿真的用户电路，从保留VLAN列表中分配一个VLAN作为用户电路的外层VLAN。

上述方法中，处理上行方向数据或下行方向数据之前，该方法还包括在L2TPV3数据处理卡上设置用户接入电路属性表和L2TPV3数据信息表。所述上行方向的数据报文处理过程，具体包括：

主控板交换芯片向L2TPV3数据处理卡转发以太网伪线业务数据；

L2TPV3数据处理卡将以太网伪线业务数据封装到L2TPV3数据报文，并发送至主控板交换芯片；

主控板交换芯片对接收到的L2TPV3数据报文进行二层交换，发送L2TPV3数据报文到上联板；

上联板直接发送L2TPV3数据报文出去。

所述L2TPV3数据处理卡将以太网伪线业务数据封装到L2TPV3数据报文，进行二层交换时，若下一跳介质访问控制(MAC)地址没有找到，L2TPV3数据处理卡通知主控板CPU。

所述下行方向的数据报文处理过程，具体包括：

主控板交换芯片对数据报文的报文类型进行判断，如果是L2TPV3报文，则将所述数据报文发送到L2TPV3数据处理卡，否则将所述数据报文直接进行二层交换或三层交换至用户板；

L2TPV3数据处理卡识别收到的报文，获取电路类型；

如果所述电路类型是以太网类型则从L2TPV3数据报文中取出有效载荷，添加保留VLAN后发送到主控板交换芯片，主控板交换芯片进行二层交换，将添加保留VLAN的数据报文发送到用户板；如果是以太网VLAN类型，则更新有效载荷中的VLAN为用户电路标识中的VLAN，添加保留VLAN后发送到主控板交换芯片，主控板交换芯片进行二层交换，将更新后的数据报文发送至用户板。

所述L2TPV3数据处理卡识别收到的报文，获取电路类型具体为：

L2TPV3数据处理卡获取报文中的会话标识符，用会话标识符匹配L2TPV3数据信息表的本地会话标识符字段，得到虚电路标识符，再用虚电路标识符查询用户接入电路属性表，得到电路类型。

与现有技术相比较，本发明提供了一种在宽带接入设备上基于L2TPV3实现以太网二层伪线仿真业务的方法与装置，支持各种不同类型的用户板，用户板除了要求支持DSL论坛技术报告(TR101，Technical Report)标准规定的虚拟局域网(VLAN，Virtual Local Area Network)功能，即透明VLAN、VLAN转换外，不需要支持额外的软件功能特性，更不需要对硬件器件进行更换或升级，不同接入类型的用户板对于以太网二层伪线仿真业务具有相同的处理方式和行为。

附图说明

图1是在PSN上的伪线业务模型示意图；

图2是现有的宽带接入设备的结构示意图；

图3是本发明实现以太网二层伪线仿真业务的装置示意图；

图4是本发明L2TPV3数据处理卡对于以太网二层伪线仿真业务数据处理流程图；

图5是本发明上行方向的数据报文处理流程图；

图6是本发明下行方向的数据报文处理流程图。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明的技术方案进行更详细的说明。

本发明的实现以太网二层伪线仿真业务的装置如图3所示，该装置包括主控板交换芯片和L2TPV3数据处理卡，其中，

主控板交换芯片，位于宽带接入设备主控板，用于接收用户板发送的以太网伪线业务数据，完成以太网伪线业务数据在用户板或上联板与L2TPV3数据处理卡之间的数据报文二层转发功能；

L2TPV3数据处理卡，位于宽带接入设备中，该卡占用一个物理槽位，通过MII接口与主控板交换芯片的内联口相连；该L2TPV3数据处理卡具有网络处理器，用于对基于L2TPV3的以太网数据报文进行封装转换的功能。

使用上述装置前，在用户板上通过保留VLAN设置完成伪线业务数据与其它业务数据的区分，即设置一个保留VLAN列表用于以太网伪线仿真业务，保留VLAN列表中的VLAN既能够标识伪线业务数据，又可以区分不同的用户接入电路。以太网二层伪线仿真业务分为两种类型：

1)以太网端口仿真，当配置某个用户接入电路为以太网端口仿真电路时，从保留的VLAN列表中分配一个VLAN作为接入电路的透明VLAN，并将主控板交换芯片与L2TPV3数据处理卡相连的内联口添加到该保留VLAN中；

2)以太网VLAN仿真，当配置某个用户接入电路为以太网VLAN仿真电路时，从保留的VLAN列表中分配一个VLAN作为接入VLAN电路的外层VLAN，并将主控板交换芯片与L2TPV3数据处理卡相连的内联口添加到该保留VLAN中。

在L2TPV3数据处理卡上设置用户接入电路属性表和L2TPV3数据信息表。用户接入电路属性表中保存用户接入电路相关信息，包括用户电路标识、电路类型、保留VLAN、虚电路标识符等。在配置某条用户电路为伪线电路时对用户接入电路属性表进行设置。L2TPV3数据信息表中包括远程网际协议(IP，Internet Protocol)地址、本地IP地址、下一跳介质访问控制(MAC，Media Access Control)地址、出口VLAN、虚电路标识符、远程会话标识符、本地会话标识符、L2TP多路分解子层的Cookie信息等。

L2TPV3支持手动会话与动态会话两种方式，当配置为手动会话时，所有伪线相关字段都是通过本地静态配置；采用动态会话时，远程会话标识符、本地会话标识符、L2TP多路分解子层的Cookie信息则通过本地PE与远程PE动态协商获得。

L2TPV3数据处理卡对于以太网二层伪线仿真业务数据处理流程如图4所示，包含以下步骤：

步骤401、L2TPV3数据处理卡接收到主控板交换芯片发送的数据报文后，判断是否为上行方向的用户数据报文，如果是，执行步骤402；否则，执行步骤405；

步骤402、从上行报文中解析出保留VLAN，根据保留VLAN查询用户接入电路属性表，获取虚电路标识符；

步骤403、根据虚电路标识符查询L2TPV3数据信息表得到相关L2TPV3信息；L2TPV3信息包括对端PE的IP地址、本地IP地址、下一跳MAC、出口VLAN、远程会话标识符以及Cookie信息，

步骤404、封装L2TPV3数据报文，将去除保留VLAN和校验和的以太网报文封装到L2TPV3数据报文的有效载荷中，然后发送封装后的L2TPV3数据报文到主控板交换芯片；

步骤405、判断接收报文是否为L2TPV3控制报文，如果是，将该报文发送至主控板CPU处理；否则，执行步骤406；

步骤406、获取报文中的会话标识符，根据会话标识符查询L2TPV3数据信息表本地会话标识符字段，得到虚电路标识符；

步骤407、根据虚电路标识符查询用户接入电路属性表得到用户电路标识、电路类型、保留VLAN；

步骤408、判断电路类型，如果是以太网类型则从L2TPV3数据报文中取出有效载荷，添加保留VLAN后发送到主控板交换芯片；如果是以太网VLAN类型，则更新有效载荷中的VLAN为用户电路标识中的VLAN，添加保留VLAN后发送到主控板交换芯片，主控板交换芯片进行二层交换，将修改后的数据报文发送至用户板。

本发明还提供了与上述装置对应的实现以太网二层伪线仿真业务的方法。

宽带接入设备初始化后，配置静态路由或动态路由协议，使能L2TPV3协议，宽带接入设备将学习到网络上的所有路由信息。配置***内用于以太网二层伪线业务的保留VLAN范围，配置以太网二层伪线业务电路以及在业务电路上的虚电路标识符、远端PE的IP地址等参数，***与远端PE会进行L2TPV3隧道与会话的建立，并设置用户板以太网伪线电路的保留VLAN、L2TPV3数据处理卡中的用户接入电路属性表和L2TPV3数据信息表。

对用户板接入端口的VLAN配置数据进行处理，采用保留VLAN标识以太网伪线业务数据，分两种方式：

1)对于以太网端口仿真的用户电路，从保留VLAN列表中分配一个VLAN作为用户电路的透明VLAN，这样从用户电路上来的无论是带标记的还是不带标记的数据包都会加上分配给此用户电路的保留VLAN，从而实现用户电路所有数据报文的透明传输。

2)对于以太网VLAN仿真的用户电路，从保留VLAN列表中分配一个VLAN作为用户电路的外层VLAN，即通过VLAN转换技术给带特定标记的数据包加上分配给此用户电路的保留VLAN，其他标记的数据报文转发流程不变。

以太网二层伪线电路的VLAN信息为创建伪线命令时下发用户板，设置用户电路的透明VLAN或外层VLAN。当所有命令配置结束并且宽带接入设备协议运行稳定后，***就可以转发以太网二层伪线业务电路上的数据。

上行方向的数据报文处理过程，如图5所示，包含以下步骤：

步骤501、在以太网二层伪线业务数据中添加保留VLAN，用以标识以太网伪线业务数据，并发送到主控板交换芯片。

用户数据报文进入用户板，在以太网二层伪线业务数据中添加***内部用于以太网伪线业务的保留VLAN，且主控板交换芯片与L2TPV3数据处理卡相连的内联口在保留VLAN中，其他业务数据正常转发。所有数据在进行源MAC地址、VLAN学习之后，通过二层交换从用户板的上联口发送到主控板交换芯片。

步骤502、主控板交换芯片向L2TPV3数据处理卡转发以太网伪线业务数据。

主控板交换芯片收到数据报文后，应用访问控制列表(ACL，AccessControl List)规则，将所有类型为L2TPV3的报文发送至L2TPV3数据处理卡。

步骤503、L2TPV3数据处理卡将以太网伪线业务数据封装到L2TPV3数据报文，并发送至主控板交换芯片。

L2TPV3数据处理卡接收到主控板交换芯片发送的上行报文后，解析出保留VLAN，根据保留VLAN查询用户接入电路属性表，获取虚电路标识符，再用虚电路标识符查询L2TPV3数据信息表，获取对端PE的IP地址、本地IP地址、下一跳MAC、出口VLAN、远程会话标识符以及Cookie信息，封装L2TPV3数据报文，其中，将去除保留VLAN和校验和的以太网报文封装到L2TPV3数据报文的有效载荷中，然后发送封装后的L2TPV3数据报文到主控板交换芯片。

步骤504、主控板交换芯片对接收到的L2TPV3数据报文进行二层交换，发送L2TPV3数据报文到上联板。

步骤505、上联板直接发送L2TPV3数据报文出去，不做处理。

步骤503中，若下一跳MAC地址没有找到，L2TPV3数据处理卡则发送消息到主控板CPU，由主控板CPU通过软件转发L2TPV3数据报文；或主控板CPU触发地址解析协议(ARP，Address Resolution Protocol)解析下一跳MAC地址，将解析出的新的MAC地址更新到L2TPV3数据信息表。主控板CPU通知L2TPV3数据处理卡L2TPV3数据信息表更新，L2TPV3数据处理卡根据更新后的封装L2TPV3数据报文，并将封装后的L2TPV3数据报文发送到主控板交换芯片。

下行方向的数据报文处理过程如图6所示，包含以下步骤：

步骤601、下行数据报文进入上联板，直接发送给主控板交换芯片；

步骤602、主控板交换芯片对数据报文的报文类型进行判断，如果是L2TPV3报文，则将该数据报文发送到L2TPV3数据处理卡，否则将该数据报文直接进行二层交换或三层交换至用户板；

步骤603、L2TPV3数据处理卡识别收到的报文，如果是控制报文，将该报文上送主控板CPU处理；如果是L2TPV3数据报文，则L2TPV3数据处理卡识别收到的报文，具体是：获取报文中的会话标识符，用会话标识符匹配L2TPV3数据信息表的本地会话标识符字段，得到虚电路标识符，再用虚电路标识符查询用户接入电路属性表，得到用户电路标识、电路类型、保留VLAN。

步骤604、L2TPV3数据处理卡判断电路类型为以太网类型还是以太网VLAN类型，如果是以太网类型则从L2TPV3数据报文中取出有效载荷，添加保留VLAN后发送到主控板交换芯片，主控板交换芯片进行二层交换，将修改后的数据报文发送到用户板；如果是以太网VLAN类型，则更新有效载荷中的VLAN为用户电路标识中的VLAN，添加保留VLAN后发送到主控板交换芯片，主控板交换芯片进行二层交换，将修改后的数据报文发送至用户板。

步骤605、用户板收到主控板交换芯片发来的报文，通过正常的二层交换流程发往用户端口，保留VLAN会在数据从用户端口发出时去除。

在步骤604中，主控板交换芯片上根据目的MAC地址和保留VLAN进行二层交换，如果目的MAC地址和保留VLAN在MAC地址表中不存在，则将数据报文在VLAN内洪泛；步骤605中，用户板进行二层交换时，如果目的MAC地址在MAC地址表中不存在，则将报文在VLAN内洪泛。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种实现以太网二层伪线仿真业务的装置，其特征在于，对用户板接入端口的以太网虚拟局域网VLAN配置数据进行处理，采用保留VLAN标识以太网伪线业务数据，该装置包括：主控板交换芯片和第二层隧道协议版本3数据处理卡，以下将所述第二层隧道协议版本3称之为L2TPV3，其中，

主控板交换芯片，位于宽带接入设备主控板，用于接收用户板发送的以太网伪线业务数据，完成以太网伪线业务数据在用户板或上联板与L2TPV3数据处理卡之间的数据报文二层转发功能；

L2TPV3数据处理卡，位于宽带接入设备中，该卡占用一个物理槽位，通过媒质独立接口与主控板交换芯片的内联口相连；用于对基于L2TPV3的以太网数据报文进行封装转换；所述L2TPV3数据处理卡上设有用户接入电路属性表和L2TPV3数据信息表；对上行方向数据，L2TPV3数据处理卡将以太网伪线业务数据封装到L2TPV3数据报文发送到主控板；对下行方向数据，L2TPV3数据处理卡解析L2TPV3数据报文并添加保留VLAN发送到用户板。

2.如权利要求1所述的实现以太网二层伪线仿真业务的装置，其特征在于：所述以太网伪线业务数据分为以太网端口仿真类型和以太网虚拟局域网VLAN仿真。

3.一种实现以太网二层伪线仿真业务的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

对用户板接入端口的以太网虚拟局域网VLAN配置数据进行处理，采用保留VLAN标识以太网伪线业务数据；

在第二层隧道协议版本3数据处理卡上设置用户接入电路属性表和L2TPV3数据信息表，以下将所述第二层隧道协议版本3称之为L2TPV3；

对上行方向数据，L2TPV3数据处理卡将以太网伪线业务数据封装到L2TPV3数据报文发送到主控板；对下行方向数据，L2TPV3数据处理卡解析L2TPV3数据报文并添加保留VLAN发送到用户板；

L2TPV3数据处理卡位于宽带接入设备中，该卡占用一个物理槽位，通过媒质独立接口与主控板交换芯片的内联口相连，用于对基于L2TPV3的以太网数据报文进行封装转换。

4.如权利要求3所述的实现以太网二层伪线仿真业务的方法，其特征在于：所述采用保留VLAN标识以太网伪线业务数据具体为：对于以太网端口仿真的用户电路，从保留VLAN列表中分配一个VLAN作为用户电路的透明VLAN；或者，

对于以太网VLAN仿真的用户电路，从保留VLAN列表中分配一个VLAN作为用户电路的外层VLAN。

5.如权利要求3所述的实现以太网二层伪线仿真业务的方法，其特征在于：所述上行方向的数据报文处理过程，具体包括：

主控板交换芯片向L2TPV3数据处理卡转发以太网伪线业务数据；

L2TPV3数据处理卡将以太网伪线业务数据封装到L2TPV3数据报文，并发送至主控板交换芯片；

主控板交换芯片对接收到的L2TPV3数据报文进行二层交换，发送L2TPV3数据报文到上联板；

上联板直接发送L2TPV3数据报文出去。

6.如权利要求5所述的实现以太网二层伪线仿真业务的方法，其特征在于：所述L2TPV3数据处理卡将以太网伪线业务数据封装到L2TPV3数据报文，进行二层交换时，若下一跳介质访问控制MAC地址没有找到，L2TPV3数据处理卡通知主控板CPU。

7.如权利要求3所述的实现以太网二层伪线仿真业务的方法，其特征在于：所述下行方向的数据报文处理过程，具体包括：

主控板交换芯片对数据报文的报文类型进行判断，如果是L2TPV3报文，则将所述数据报文发送到L2TPV3数据处理卡，否则将所述数据报文直接进行二层交换或三层交换至用户板；

L2TPV3数据处理卡识别收到的报文，获取电路类型；

如果所述电路类型是以太网类型则从L2TPV3数据报文中取出有效载荷，添加保留VLAN后发送到主控板交换芯片，主控板交换芯片进行二层交换，将添加保留VLAN的数据报文发送到用户板；如果是以太网VLAN类型，则更新有效载荷中的VLAN为用户电路标识中的VLAN，添加保留VLAN后发送到主控板交换芯片，主控板交换芯片进行二层交换，将更新后的数据报文发送至用户板。

8.如权利要求7所述的实现以太网二层伪线仿真业务的方法，其特征在于，所述L2TPV3数据处理卡识别收到的报文，获取电路类型具体为：

L2TPV3数据处理卡获取报文中的会话标识符，用会话标识符匹配L2TPV3数据信息表的本地会话标识符字段，得到虚电路标识符，再用虚电路标识符查询用户接入电路属性表，得到电路类型。

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