CN102148766B - 一种三层功能组网下pon内业务互通的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及PON***，具体说是一种三层功能组网下PON内业务互通的方法，直接将OLT做成一个三层设备，并在OLT的主控盘里增加ARP代理模块，并在三层功能组网下，最终实现PON内语音和数据业务的互通；所述三层功能组网，即为OLT配置IP地址，使其既能工作在网络层，实现路由协议，进而实现三层数据转发，也能实现数据链路层的功能。本发明所述的三层功能组网下PON内业务互通的方法，直接将OLT做成一个三层设备，并在OLT的主控盘里增加ARP代理模块，最终实现PON内语音和数据业务的互通。

Description

一种三层功能组网下PON内业务互通的方法
技术领域
本发明涉及PON***，具体说是一种三层功能组网下PON内业务互通的方法。
背景技术
近年来，随着互联网的迅猛发展，通信技术的日新月异，人们对通信业务的需求也呈现了多元化发展。传统的接入网是由铜线接入，由于受限于信号的传输衰减，导致一般端局的覆盖范围在3Km以内，端局数量很多，对运营商成本控制带来了挑战，同时无法满足如今带宽及多业务的需求。而现如今我们实现的以PON技术为主要技术的光纤接入方式实现了高速率、大容量、高安全性等诸多优点，是如今接入网发展的主流技术。
PON(无源光网络)是指光分配网中不含有任何电子器件及电子电源。一个典型的PON***由三部分组成：光线路终端(OLT)、光分配网络(0DN)、和光网络单元(ONUs)。PON***采用波分复用技术(wavelength-division multiplexing，WDM)，实现单纤双向传输。其上行一般采用时分多址技术(Time Division Multiple Access，TDMA)，任何时刻只能有一个ONU发送上行信号，不同ONU分配不同的时间片，轮流发送上行数据；下行采用广播方式，每个ONU在注册成功后会分配一个唯一的识别码，ONU接收数据时，只接收符合自己识别码的帧或是广播帧。PON是一个点到多点的光接入网，它能为用户提供可靠的语音、数据以及视频业务的传输。
电信运营商要求PON***内部不同用户之间数据业务互相隔离，以便于用户的维护与管理，这就造成了OLT下挂的ONU下的用户无法直接互通。传统的OLT是个二层设备，所以为了实现PON内业务的互通，是通过在OLT上联口再接一个三层设备，这样必须要借助外界三层设备才能实现PON内数据业务互通，不仅增加丢包率的可能性，也提高了成本，同时使得OLT不具备竞争力。
而OLT为了实现PON内语音的互通，专利《实现语音互通的EPON***、局端设备及方法》(申请号：200910143663.8)中提出这样一种方法：是在OLT里面增加一块VOIP(Voice over InternetProtocol，将模拟声音讯号数字化，以数据封包的型式在IP数据网络上做实时传递)盘和与之相匹配设置的ARP(地址解析协议)代理模块，该VOIP盘用于连接多个IAD(综合接入设备)，所述ARP代理模块用于连通源IAD和目的IAD，这种方式确实可以实现PON内语音流的环回，但这也是基于一个二层设备的实现，也仅仅只能满足语音业务的互通，而且是通过软件或者DSP(数字信号处理)实现的，对于高速的数据业务不能实现线速转发。综上诉述，这种方法不适应时代的需求，不能充分发挥OLT的作用。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种三层功能组网下PON内业务互通的方法，通过采用基于三层功能组网下的PON内业务互通的方法，解决了为实现PON内业务互通必须在OLT设备外再接一个三层设备以及在OLT内要额外增加一块VOIP盘的复杂性。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种三层功能组网下PON内业务互通的方法，其特征在于：直接将OLT做成一个三层设备，并在OLT的主控盘里增加ARP代理模块，并在三层功能组网下，最终实现PON内语音和数据业务的互通；
所述三层功能组网，即为OLT配置IP地址，使其既能工作在网络层，实现路由协议，进而实现三层数据转发，也能实现数据链路层的功能。
在上述技术方案的基础上，所述OLT中包括：CPU单元和交换芯片，在交换芯片存储有二层转发表和三层转发表，
二层转发表：也称之为MAC地址转发表，该表由三个元素构成，分别是VlanID、MAC地址和端口号PortID；
三层转发表：包括主机路由表和网段路由表，主机路由为ARP表产生，然后主机路由被写入到主机路由表，用于精确匹配转发，网段路由表的产生为手工配置的静态路由，或为三层路由协议来学习的动态路由；
在CPU单元中存储有交换芯片驱动，它作为底层软件，为上层其他程序提供服务，使得其他软件能够访问和控制交换芯片；
三层接口L3 interface建模：相当于Vxworks中的END驱动，是工作在数据链路层的一种网络驱动模型，该模型定义了与MUX层交互的标准接口，用户只需要根据特定的网络接口硬件特性按要求提供这些接口即可实现END层与网络协议层的通信；
MUX层：提供与其上下两层通信的接口；
TCP/IP协议栈：该TCP/IP协议栈相当于网络层和传输层，实现网络层和传输层的功能；
ARP代理模块：是应用层的一个模块，实现ARP代理功能，包括：对OLT下语音、数据业务的arp报文代理转发功能，根据工作模式的不同，实现标准的arp代理以及对同一vlan下所有ip的arp代理功能，所述标准的arp代理指同网段跨vlan的arp代理。
在上述技术方案的基础上，当主机A想要和主机B通信时，主机A会发送一个ARP请求报文去寻找主机B的MAC地址，该ARP请求报文依次到达与主机A连接的ONU、与该ONU连接的OLT的线卡、OLT的主控盘的交换芯片，然后到达OLT的主控盘的CPU，并由CPU中运行的软件处理，
在CPU中该ARP请求报文先是到达交换芯片驱动，然后到END驱动，在END驱动中有相应的三层接口，即Supervlan的信息，
将经过END驱动出来的报文直接送到ARP模块来进行处理，
ARP模块接收到报文后会首先判断目的IP和源IP是否在同一网段，如在同一网段并且该网段就是开启了ARP代理功能的Supervlan的网段，ARP代理模块就会去查找ARP表，看目的MAC是否在自己的ARP表中，
如果没有查到，则ARP代理模块会发送ARP请求报文去学习主机B的MAC地址，该报文依次经过END驱动、交换芯片驱动然后到达交换芯片，在交换芯片中这个包会被广播到各个端口，与主机B连接的ONU收到这个ARP请求广播包，然后送往主机B，
主机B收到该ARP请求报文后会学习OLT的MAC地址到自己的ARP表并回应携带自己的MAC地址的ARP回应报文，
ARP回应报文依次经过与主机B连接的ONU、与该ONU连接的OLT的线卡、OLT的主控盘的交换芯片、交换芯片驱动、END驱动、然后到ARP代理模块，
ARP代理模块收到这个响应报文后就学习B的MAC地址到自己的ARP表，同时刷新交换芯片的主机路由表，当ARP代理模块再次收到主机A发送请求主机B的MAC地址的ARP请求报文后，会代理主机B去给主机A发送源IP为主机B的IP，源MAC为OLT自己的MAC的ARP回应报文，以后凡是主机A要和主机B通信，数据包直接到交换芯片通过查主机路由表转发。
本发明所述的三层功能组网下PON内业务互通的方法，直接将OLT做成一个三层设备，并在OLT的主控盘里增加ARP代理模块，最终实现PON内语音和数据业务的互通。
本发明的有益之处在于：
无需外接三层设备以及在OLT内部额外增加一块VOIP盘来实现PON内数据和语音业务的互通，我们将OLT直接做成一个三层设备，并在OLT的主控盘中实现ARP代理功能。这样做使得PON内语音和数据业务的互通均可在OLT内部完成，不仅降低了丢包率，也不会增加网络流量、占用网络资源，而且降低了成本，更提高了OLT的竞争力，适应时代发展的需求。
附图说明
本发明有如下附图：
图1本发明的OLT内部结构图，
图2本发明的PON内业务互通三层组网图，
图3本发明的ARP代理实现过程的消息交互图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
本发明所述的三层功能组网下PON内业务互通的方法中，直接将OLT做成一个三层设备，并在OLT的主控盘里增加ARP代理模块，并在三层功能组网下，最终实现PON内语音和数据业务的互通；所谓三层功能组网，即为OLT配置IP地址，使其既能工作在网络层，实现路由协议，进而实现三层数据转发，也能实现数据链路层的功能。
图1为我们OLT的内部结构图，它大体显示出了本发明所需的OLT的主控盘的内部结构。以下我们对其中各个部分功能进行简要描述：
二层转发表：我们也称之为MAC(Medium/MediaAccess Control，介质访问控制)地址转发表，该表由三个元素构成，分别是Vlan(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)ID、MAC地址和PortID(端口号)。当一个报文到达交换芯片，我们首先会根据VlanID去确定查找范围，然后根据目的MAC地址去查找出端口，若找不到，则在该Vlan内广播；若找到了，则将报文复制到该端口。在这个转发过程中，不会对帧的内容进行修改。当然这个表也是通过不断学习来进行更新。
三层转发表：三层转发表包括主机路由表和网段路由表。主机路由为ARP表产生，然后主机路由被写入到主机路由表，用于精确匹配转发。网段路由表的产生可以是手工配置的静态路由，也可以是三层路由协议来学习的动态路由。如果交换芯片收到一个三层报文，它首先会查找主机路由表，看能否将相应报文转发出去，如果没有找到再来查网段路由表，进行相应转发。
交换芯片驱动(SDK)：它作为底层软件，为上层其他程序提供服务，使得其他软件能够访问和控制交换芯片。
L3 interface(三层接口)建模：它相当于Vxworks(一种操作***)中的END(Enhanced Network Driver，即增强型网络驱动程序)驱动，是工作在数据链路层的一种网络驱动模型，该模型定义了与MUX层交互的标准接口，用户只需要根据特定的网络接口硬件特性按要求提供这些接口即可实现END层与网络协议层的通信。
MUX(Mutiplexer)层：MUX层作为独立的一个网络层有其自己的功能函数，主要提供与其上下两层通信的接口。
TCP/IP协议栈：我们这里的TCP/IP协议栈相当于网络层和传输层，实现网络层和传输层的一些功能。
ARP代理模块：它是应用层的一个模块，主要实现ARP代理功能。本模块是该专利实现的核心。主要实现对OLT下语音、数据业务的arp报文代理转发功能，可根据工作模式的不同，实现标准的arp代理(同网段跨vlan的arp代理)以及对同一vlan下所有ip的arp代理功能。
图2为我们PON内互通的一个基本组网图，结合这个附图我们详细介绍主机A是如何与主机B互通的。
当主机A想要和主机B通信时，主机A会发送一个ARPRequest(ARP请求)报文去寻找主机B的MAC地址，但是由于PON设备内的这种广播包在端口间被隔离了，于是ARP Request报文无法直接到达主机B。
主机A发出的ARP Request报文会依次到达ONU1、线卡、OLT的主控盘的交换芯片，然后到达OLT的主控盘的CPU，并由CPU中运行的软件处理，在CPU中它(指该ARP请求报文)先是到达交换芯片驱动，然后到END驱动(三层虚接口驱动)，在END驱动中有相应的三层接口，即Supervlan(VLAN聚合)的信息。
一般来说报文经过END驱动后会被送往TCP/IP协议栈，然而我们这里的处理方法是将经过END驱动出来的报文直接送到ARP模块来进行处理。
ARP模块接收到报文后会首先判断目的IP和源IP是否在同一网段，如在同一网段并且该网段就是开启了ARP代理功能的Supervlan的网段，ARP代理模块就会去查找ARP表，看目的MAC是否在自己的ARP表中。如果没有查到，则ARP代理模块会发送ARP请求报文去学习主机B的MAC地址，该报文依次经过END驱动、交换芯片驱动然后到达交换芯片，在交换芯片中这个包会被广播到各个端口，ONU2自然而然也会收到这个ARP Request广播包，然后送往主机B。
主机B收到该ARP Request报文后会学习OLT的MAC地址到自己的ARP表并回应携带自己的MAC地址的ARP Reply(ARP回应)报文。这个ARP Reply报文会依次经过ONU2、线卡、交换芯片、交换芯片驱动、END驱动、然后到ARP代理模块。
ARP代理模块收到这个响应报文后就学习B的MAC地址到自己的ARP表。同时刷新交换芯片的主机路由表。当它(ARP代理模块)再次收到主机A发送请求主机B的MAC地址的ARP Request报文后，由于它知道如何找到主机B，于是它会代理主机B去给主机A发送源IP为主机B的IP，源MAC为OLT自己的MAC的ARP Reply报文。以后凡是主机A要和主机B通信，数据包直接到交换芯片通过查表(指主机路由表)转发即可。
当然，如果ARP模块接收到报文后判断目的IP和源IP不在同一网段，那么ARP模块不会处理这个报文，这样的跨网段的报文应该交由网关来处理。同样，如果同网段的Supervlan没有开启ARP代理功能，则ARP模块也不会处理这个报文。
OLT的主控盘ARP代理的实现是基于一个三层设备的，即是在Supervlan的基础上实现的。一般我们都是在下联口的Supervlan开启ARP代理功能来实现PON内业务互通。
ARP代理功能的实现过程如下：
当主机A要与主机B通信时，主机A会发出ARP请求去寻找主机B的MAC地址，这个报文中源IP为主机A的IP，源MAC地址为主机A的MAC地址，目的IP为主机B的IP，目的MAC为全F，即广播报文。
OLT的主控盘中ARP代理模块收到主机A发出的ARP请求报文后会学习主机A的MAC地址到自己的ARP表，然后判断该报文是否为request报文，是否合法，主机B与主机A是否在同一个网段中，并且该网段就是开启了ARP代理功能的Supervlan的网段。
如果是，ARP代理模块就会去查找ARP表，看目的MAC是否在自己的ARP表中。
如果没有查到，则ARP代理模块会发送ARP请求报文去学习主机B的MAC地址，该报文的源IP为开启ARP代理的Supervlan的IP，源MAC为OLT的MAC，目的IP为主机B的IP，目的MAC为全F。
主机B收到该ARP请求报文后会学习OLT的MAC地址到自己的ARP表并回应携带自己的MAC地址的ARP响应报文，其源IP为主机B的IP，源MAC为主机B的MAC，目的IP为开启ARP代理的Supervlan的IP，目的MAC为OLT的MAC。
ARP代理模块收到这个响应报文后就学习B的MAC地址到自己的ARP表。
当它再次收到主机A发送请求主机B的MAC地址的ARP请求报文后，由于它知道如何找到主机B，于是它会给主机A发送源IP为主机B的IP，源MAC为OLT自己的MAC，目的IP为主机A的IP，目的MAC为主机A的MAC的ARP回应报文。
其实主机A收到ARP代理模块发来的ARP回应报文后，主机A根本不知道它所得到的那个MAC地址不是B的MAC地址，是OLT的ARP代理模块欺骗了主机A，但是这个欺骗对于主机A来说却是善意的，否则主机A就无法学习到主机B的MAC地址了。当然如果ARP模块判断主机B与主机A不在同一网段，那么主机A与主机B就不通过ARP代理来实现互通了，而是通过网关来实现互通。ARP代理的实现过程的消息交互图见附图3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，任何人应该得知凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均含于本发明的保护范围之内。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (2)

1.一种三层功能组网下PON内业务互通的方法，其特征在于：直接将OLT做成一个三层设备，并在OLT的主控盘里增加ARP代理模块，并在三层功能组网下，最终实现PON内语音和数据业务的互通；
所述三层功能组网，即为OLT配置IP地址，使其既能工作在网络层，实现路由协议，进而实现三层数据转发，也能实现数据链路层的功能，
当主机A想要和主机B通信时，主机A会发送一个ARP请求报文去寻找主机B的MAC地址，该ARP请求报文依次到达与主机A连接的ONU、与该ONU连接的OLT的线卡、OLT的主控盘的交换芯片，然后到达OLT的主控盘的CPU，并由CPU中运行的软件处理，
在CPU中该ARP请求报文先是到达交换芯片驱动，然后到END驱动，在END驱动中有相应的三层接口，即Supervlan的信息，
将经过END驱动出来的报文直接送到ARP模块来进行处理，
ARP模块接收到报文后会首先判断目的IP和源IP是否在同一网段，如在同一网段并且该网段就是开启了ARP代理功能的Supervlan的网段，ARP代理模块就会去查找ARP表，看目的MAC是否在自己的ARP表中，
如果没有查到，则ARP代理模块会发送ARP请求报文去学习主机B的MAC地址，该报文依次经过END驱动、交换芯片驱动然后到达交换芯片，在交换芯片中将这个ARP请求报文作为ARP请求广播包会被广播到各个端口，与主机B连接的ONU收到这个ARP请求广播包，然后送往主机B，
主机B收到该ARP请求报文后会学习OLT的MAC地址到自己的ARP表并回应携带自己的MAC地址的ARP回应报文，
ARP回应报文依次经过与主机B连接的ONU、与该ONU连接的OLT的线卡、OLT的主控盘的交换芯片、交换芯片驱动、END驱动、然后到ARP代理模块，
ARP代理模块收到这个响应报文后就学习主机B的MAC地址到自己的ARP表，同时刷新交换芯片的三层转发表中的主机路由表，当ARP代理模块再次收到主机A发送请求主机B的MAC地址的ARP请求报文后，会代理主机B去给主机A发送源IP为主机B的IP，源MAC为OLT自己的MAC的ARP回应报文，以后凡是主机A要和主机B通信，数据包直接到交换芯片通过查主机路由表转发。
2.如权利要求1所述的三层功能组网下PON内业务互通的方法，其特征在于，所述OLT中包括：CPU单元和交换芯片，在交换芯片存储有二层转发表和三层转发表，
二层转发表：也称之为MAC地址转发表，该表由三个元素构成，分别是VlanID、MAC地址和端口号PortID；
三层转发表：包括主机路由表和网段路由表，主机路由为ARP表产生，然后主机路由被写入到主机路由表,用于精确匹配转发，网段路由表的产生为手工配置的静态路由，或为三层路由协议来学习的动态路由；
在CPU单元中存储有交换芯片驱动，它作为底层软件，为上层其他程序提供服务，使得其他软件能够访问和控制交换芯片；
交换芯片驱动的上层为三层接口L3 interface建模：相当于Vxworks中的END驱动，是工作在数据链路层的一种网络驱动模型，该模型定义了与MUX层交互的标准接口，用户只需要根据特定的网络接口硬件特性按要求提供这些接口即可实现END层与网络协议层的通信；
三层接口L3 interface建模的上层为MUX层：提供与其上下两层通信的接口；
MUX层的上层为TCP/IP协议栈：该TCP/IP 协议栈相当于网络层和传输层，实现网络层和传输层的功能；
TCP/IP协议栈的上层为ARP代理模块：是应用层的一个模块，实现ARP代理功能，包括：对OLT下语音、数据业务的arp报文代理转发功能，根据工作模式的不同，实现标准的arp代理以及对同一vlan下所有ip的arp代理功能，所述标准的arp代理指同网段跨vlan的arp代理。
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