CN1521662A - 以太网无源光网络***动态过滤数据库的实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种以太网无源光网络***动态过滤数据库的实现方法及装置，在局端设备每个EPON接口采用逻辑链路标识过滤数据库，用来标识通过无源光网络的以太网包，即逻辑链路标识(LLID)过滤数据库使以太网数据包能够携带逻辑链路标识(LLID)标签，通过逻辑链路标识，远端ONU设备可挑选发往该ONU的以太网包以及授权信息，当接收到符合自己拿到LLID时，就将该以太网数据包转发，当接收到不符合自己拿到LLID，又不是单拷贝广播时，就将该数据包滤除掉，过滤数据库包括MAC学习、MAC查询和地址条目老化操作。该过滤数据库由硬件实现。

Description

以太网无源光网络***动态过滤数据库的实现方法及装置

技术领域

本发明涉及一种以太网无源光网络***动态过滤数据库的实现方法及装置，该方法和装置涉及到基于千兆的以太网的无源光网络(EPON)的逻辑链路标识(LLID)过滤数据库的实现，或者可作为以太网交换机(L2switch)过滤数据库的实现的参考，或者可作为多业务传输平台设备(MSTP)桥接的以太网接口的过滤数据库的实现的参考。

背景技术

所述过滤数据库是以太网传输体制中，以太网交换机或者以太无源光网络(EPON)设备依据媒质层MAC地址，进行过滤以太网包所使用的地址表数据库装置。通过使用过滤数据库，以太网交换机可实现单播转发其它端口；以太网无源光网络***(EPON)局端设备可实现单播转发以太网包到远端设备。目前以太网交换机都使用过滤数据库，记录转发端口的端口号以及VLAN特性，对于提高端口的网络效率、减少不必要的广播起到重要作用。以太网无源光网络***(EPON)则是一种即将流行的新一代宽带接入***，该***利用无源光网络(EPON)的逻辑链路标识(LLID)过滤数据库可实现高效率的转发策略，减少不必要的无源光网络(EPON)内部的广播。

在传统的以太网交换机中，该过滤数据库采用中央处理器***，存储地址表数据库***，学习功能和老化功能由CPU来实现。但随着端口速率的提高，软件组成的学习功能和老化功能的速度太低，达不到***的要求。一些芯片厂商竞相开发出具有学习功能和老化功能的硬件过滤数据库***。

当前动态过滤数据库的实现方法和装置需要内容寻址存储器(CAM)来完成，端口速率越高，所需要的学习速度和查询速度越快。内容寻址存储器(CAM).写入条目(entry)的维护，是过滤数据库比较复杂的操作。动态过滤数据库就是依据写入条目的使用情况即老化特性来动态擦除已经老化的条目，从而维护一个动态的、有效的过滤数据库。一个条目(entry)是否老化主要是该条目是否被频繁使用(被读出)过来确定，在老化间隔内若没有被读出过，就认为的已经老化了。

目前一些国外的厂商的芯片制作了动态过滤数据库的功能，但老化特性所需要的硬件较为复杂，也未见到相应的专利技术。更重要的是可用于EPON无源光网络(EPON)的逻辑链路标识(LLID)过滤数据库的实现，属于近期以太网技术走向主流手段——EPON***中一项至关重要的技术，该技术尚未见到任何报道和专利申请。

基于以太网的无源光网络(EPON)***中，***的网络拓扑结构是点到多点。这与常规的以太网通信方式略有不同。参见论文《EPON中点到点LAN和共享LAN的仿真技术》(光通信研究2002年6期，作者杨柳、毛谦、何岩。)

每个ONU发送的信号只能由OLT接收，而不是由其它的ONUs接收。EPON可以看作是一种新型的LAN，它在上行(ONU-OLT)方向上是点到点，在下行(OLT-ONU)方向上是点到多点，因此可以称作是“点到多点LAN”。

然而到目前为止，IEEE 802.3标准中只定义了两种LAN：当一个LAN中只有两个站点时称作“点到点LAN”；当有三个或三个以上站点相连时，就可以称作“共享LAN”。这两种LAN的共同特性是，LAN中的任何一个站点发出的信号，要被同一个LAN中的其它所有的站接收。这显然是与EPON中ONUs之间不能相互发送和接收信号的特性是不同的。基于IEEE802.1D标准的网桥，只知道“点到点LAN”和“共享LAN”，它们并不知道点到多点LAN，现在还没有一个标准规定了在一个点到多点的媒质上，一个路由器/网桥怎样与终端站、网桥或其它路由器相连。此外，点到多点模式的EPON与现有的IEEE 802.1D生成树协议(STP)并不兼容。若将一个运行生成树协议的IEEE 802.1D网桥连接到EPON(点到多点LAN)上，就会导致数据帧的多拷贝转发或某些站点无法接收数据帧。以太网的无源光网络(EPON)***必须解决与传统的以太网体制相兼容的问题，实现一种点到多点的LAN。

上述问题的解决办法可以采用该论文的所提出的“点到点LAN和共享LAN的仿真技术”。虽然这些方法实现起来较为简单，但它无法利用PON的下行广播能力。对点到点LAN仿真技术而言，当有下行广播帧时，OLT需要多次发送给每一个接收ONU，这显然降低了带宽的利用率。对点到多点LAN仿真技术而言，这种方式无法提供用户分割，每一个站点都可以看见所有发送的帧，而且浪费带宽。

发明内容

本发明正是为了解决上述解决方法的不足。本发明的目的是最大限度地利用PON的下行广播能力，且仍然提供点到点的连接，即单播能力。以太网的无源光网络(EPON)***采用逻辑链路标识(LLID)用来标识通过无源光网络的以太网包，用以提高网络的有效性。通过逻辑链路标识(LLID)远端ONU设备可挑选发往该ONU的以太网包以及授权等信息。逻辑链路标识(LLID)过滤数据库正是为了使以太网数据包能够携带逻辑链路标识(LLID)标签，所需要的并行查找数据库，完成局端设备OLT之EPON接口逻辑连路标识分析和装配方法，提高了网络的有效性。

本发明的技术方案是：这种以太网的无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，主要在局端设备每个EPON接口采用逻辑链路标识过滤数据库，用来标识通过无源光网络的以太网包，即逻辑链路标识(LLID)过滤数据库使以太网数据包能够携带逻辑链路标识(LLID)标签，通过逻辑链路标识，远端ONU设备可挑选发往该ONU的以太网包以及授权信息，当接收到符合自己拿到LLID时，就将该以太网数据包转发，当接收到不符合自己拿到LLID，又不是单拷贝广播时，就将该数据包滤除掉，过滤数据库包括MAC学习、MAC查询和地址条目老化操作。

所述的以太网的无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，其逻辑链路标识是通过EPON***的注册过程，***为每个ONU的连接分配了逻辑链路标识(LLID)，建立链路通道，下行的以太网数据包利用EPON特有的广播特性即单拷贝广播，发到远端***ONU，一旦终端***回答一个数据包，则其MAC地址和通过EPON网络时所使用的LLID将立刻被过滤数据库所学习到，以后发往该目的地址的数据包就都采用点到点的方式，即采用单播LLID值来标识该以太网数据包。

所述的以太网的无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，所述MAC地址学习，是在以太网包转发之时，并行地查阅过滤数据库中的条目是否有源地址，匹配时认为过滤数据库已经含有该条目，若没有匹配时，将源地址登记到过滤数据库中，以便学习到新的转发特性。

所述的以太网的无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，其MAC查询是根据下行数据包的源MAC地址进行查询，得出转发所需要的LLID，从交换侧收到数据包以后，缓存结构将发起一次基于目的地址“LLID地址查询”过程，它将存储的目的地址通过“cam”机构进行查询，如果查到了该地址，就将LLID值发出给RS层，如果还没有查到，那么将获得一个预先设好的通用广播LLID值即地址，并且将该LLID值发出给EPON的协调子层RS层。

所述的以太网的无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，其地址条目老化操作是过滤数据库的地址条目，精确的按照给定的时间间隔老化掉，OLT从ONU接收到的MAC地址和LLID在通过学习过程被存储后，如果在一定的老化时间内没有接收到与之匹配的MAC地址，就将这个条目进行擦除，一个条目是否老化主要是根据该条目是否被频繁使用过来确定，在老化间隔内若没有被读出过，就认为已经老化了，而不符合老化条件的条目继续保留在过滤数据库中，实现动态刷新数据库的条目。

一种实现上述任一以太网的无源光网络***动态过滤数据库的装置，包括提供学习和查找能力的服务仲裁、可擦CAM，优先编码器和LLID存储器，以及提供老化操作的老化存储器、学习擦除控制器、警示控制器、擦除移存器、可用条目移存器、老化状态机和警示移存器。

所述无源光网络***动态过滤数据库的装置，其服务仲裁包括锁存器、选择器和分频器，用于学习数据帧的源MAC地址和用于查询的数据帧的目的MAC地址经过选择器至MAC存储器，MAC地址的学习请求和MAC地址的查询请求经过锁存器给出Winserve：表示MAC地址学习进行中或Rinserve：表示MAC地址查询进行中信号。

所述无源光网络***动态过滤数据库的装置，其老化操作采用的硬件电路是记录老化信息的老化存储器和暂存老化操作信息的移位存储器，这些移位存储器包括擦除移存器用于暂存准备擦除掉的条目位置信息、可用条目移存器用于指示新的学习到条目将要存放的条目位置和警示移存器用于指示那些已经在扫描时存入过滤数据库中而且进入老化操作考虑范围的条目位置。

所述无源光网络***动态过滤数据库的装置，其特征是提供学习和查找能力的内容寻址存储器CAM，采用了可擦CAM，可擦CAM具有MAC地址存储器，记录了所存储的MAC地址的值，当需要擦出时可以依照具体条目存在的位置，将CAM该行存储的1擦出掉。

所述无源光网络***动态过滤数据库的装置，其可擦CAM部分的电路包括用于擦除条目的MAC地址存储器和内容寻址存储器RAM，内容寻址存储器RAM采用真双口存储器构成。

本发明的有益效果：

a)首次提出了利用逻辑链路标识过滤数据库实现以太无源光网络***的方法。该方法利用过滤数据库来完成局端设备OLT之EPON接口逻辑连路标识分析和装配方法，提高了网络的有效性。用EPON无源光网络(EPON)的逻辑链路标识(LLID)过滤数据库，解决属于近期以太网技术EPON***中一项至关重要的、迫切的需要解决技术。

在传统的无源光网络***中，最先进的***的ATM-PON***所采用的方法并不能直接套用。在该***中，VP或VC(相当于EPON中的LLID)过滤借助于ATM层处理完成，属于某个远端设备ONU的VP或VC连接的建立是通过指配的方式或者信令方式建立，虽然ATM层处理芯片使用内容寻址存储器(CAM)，但是VP或VC的建立不是动态瞬时变化的，因而不需要学习功能和老化功能，没有动态过滤数据库的概念。

由于ATM-PON***的缺点是信元的拆装成本高，配置和维护复杂，不能即插即用。ATM-PON***并没有大规模普及应用。EPON无源光网络(EPON)的发展速度将大大超过ATM-PON的发展势头。此外，ATM层处理技术没有学习和老化功能，无法直接应用于以太网无源光网络***中。本发明首次提出了利用逻辑链路标识过滤数据库实现以太无源光网络***的方法，是ATM-PON***中过滤装置——ATM层处理的革命性改进，使得EPON无源光网络(EPON)***可以恰当的使用逻辑链路标识(LLID)，来过滤以太网数据包，实现单播特性，提高了以太无源光网络的效率，克服了点到点LAN仿真和共享LAN仿真方法的缺点。

b)使用硬件实现了动态连接库的老化操作

本发明采用了以太网交换机的过滤数据库的技术，但在过滤数据库使用方法上有很大不同，以太网交换机的过滤数据库的技术应用于一个交换机的端口转发，只涉及到一个网络元素内，而本发明所述逻辑链路标识过滤数据库是EPON接口用于组装逻辑链路标识，该标识在整个以太无源光网络内使用，涉及到多个网络元素。

本发明在过滤数据库的构成上也有很大改进，在当前的以太网交换机中，该过滤数据库采用内容寻址存储器(CAM)来完成，但是老化功能和学习功能中确定占用的条目操作需要由中央处理器(CPU)执行指令帮助完成。随着端口速率的提高，软件组成的学习功能和老化功能的速度太低。

本发明首次实现了用硬件的方法，实现了动态过滤数据库的老化操作。整个内容寻址存储器(CAM)写入条目(entry)的维护，都是使用硬件电路来实现的。虽然维护过滤数据库是比较复杂的操作，但本发明的方法和使用的硬件电路装置却很简洁，所使用的硬件资源并不多，所实现老化的算法清晰、明确，完全符合IEEE802.1D标准对动态过滤数据库的要求。

附图说明

图1是动态过滤数据库的结构。图中方框中的连线有一个小斜线，旁边有一个括起的数字。表示方框之间的连线为多根线，连线的根数为该数字所表示的数。

图2是动态过滤数据库老化时序图。compare_en为比较使能信号，erase_en为擦除使能信号，learn_en为学习使能信号。结合老化的4个阶段和学习的4个步骤的介绍。

图3是老化操作流程图。本图将老化的4个阶段做了详尽的描述。虽然本流程图是按照K＝1024的扫描模式来设计，但是本发明并不限于K的取值。

图4是学习过程流程图。本图将一条地址条目学习的4个步骤做了详尽的描述。

图5是动态过滤数据库的电路示意图。

图6是可擦CAM的电路图。

图7是服务仲裁的电原理图。

图8是老化状态机的转移图。

具体实施方式

EPON逻辑链路标识(LLID)过滤数据库的实现方法：

基于千兆以太网的无源光网络(EPON)***中，局端设备每个EPON接口都具有数据链路层的交换功能。***中采用逻辑链路标识(LLID)来提高网络的有效性。通过逻辑链路标识(LLID)远端ONU设备可挑选发往该ONU的以太网包以及授权等信息，当接收到符合自己拿到LLID时，就将该以太网数据包转发，当接收到不符合自己拿到LLID，又不是单拷贝广播时，就将该数据包滤除掉，因而提高了效率。因此局端设备每个EPON接口都需要具有逻辑链路标识(LLID)的过滤数据库，可学习和查询MAC地址所对应的逻辑链路标识LLID，确定发送时所需要的逻辑链路标识(LLID)。

其逻辑链路标识是通过EPON***的注册过程，***为每个ONU的连接分配了逻辑链路标识(LLID)，建立链路通道，下行的以太网数据包利用EPON特有的广播特性即单拷贝广播，发到远端***ONU，一旦终端***回答一个数据包，则其MAC地址和通过EPON网络时所使用的LLID将立刻被过滤数据库所学习到，以后发往该目的地址的数据包就都采用点到点的方式，即采用单播LLID值来标识该以太网数据包。

同时，该数据库***如何利用老化等措施，使用有限的资源，就可达到对MAC地址实施无限制的然而有效的动态存储。逻辑链路标识(LLID)过滤数据库的实现是基于千兆以太网的无源光网络(EPON)***中必须解决的问题。本发明包含这样一个过滤数据库的实现方法和过滤数据库实现装置，包括MAC学习、MAC查询和老化操作的实现装置。

所述MAC地址查询是以太网包转发之前，查阅过滤数据库中的条目，匹配时将欲转发的端口号读出。MAC地址查询必须快速进行，至少在一个以太网包的发送时间内完成，否则就会制约以太网包的发送的发送速度。一般需要并行查询***。

所述MAC地址学习，在以太网包转发之时，并行的查阅过滤数据库中的条目是否有源地址，匹配时认为过滤数据库已经含有该条目，若没有匹配时，将源地址登记到过滤数据库中，以便学习到新的转发特性。

所述动态是指过滤数据库具有地址条目老化的方法，使得地址过滤数据库的条目可以精确的按照给定的时间间隔老化掉，而不符合老化条件的条目继续保留在过滤数据库中，实现动态刷新数据库的条目。

下面结合附图进一步说明过滤数据库的具体实施方式：

1.EPON逻辑链路标识(LLID)过滤数据库的实现的方法：

首先通过EPON***的注册过程，***为每个ONU的连接分配了逻辑链路标识(LLID)，建立链路通道。下行的以太网数据包一开始并不知道如何选择合适的LLID，因此就利用EPON特有的广播特性即单拷贝广播，发到远端***ONU。一旦终端***回答一个数据包，则其MAC地址和通过EPON网络时所使用的LLID将立刻被过滤数据库所学习到。以后发往该目的地址(该DA)的数据包就都采用点到点的方式。

一般来说LLID的标识方法是这样的，LLID为16比特结构：

0-14比特为单播LLID域

15比特是模式比特(0＝P2P，1＝广播)

LLID的位置为：原来以太网帧的包头的前导码和SFD是由如下的8个字节组成：

10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 1010101010101010 10101011。

串行传输的顺序是从左到右。每一字节的最左BIT是LSB，最右BIT是MSB。所述LLID的标识就是前导码和SFD在穿越GMII时，由下面定义的结构所替换：

0-1字节作为SPD 10101010 10101011

2-4作为保留字节：10101010

5-6字节作为：LLID 11111111 11111111(缺省值)

7字节作为CRC-8使用x8+x2+x+1来计算8比特的CRC。所述以太网的无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，其MAC地址学习，是从无源光网络ODN侧收到的以太网包在转发到交换内核之时，并行地查阅过滤数据库中的条目是否有源地址，匹配时认为过滤数据库已经含有该条目，若没有匹配时，将源地址登记到过滤数据库中，以便学习到新的转发特性。

具体的与数据库有关的EPON逻辑链路标识(LLID)过滤数据库有以下操作。

a)根据上行数据包的源MAC地址进行学习，记录该MAC地址所对应的LLID：

OLT收到ONU发送过来的数据包以后，缓存结构将发起一次基于源地址“地址学习”过程。它将存储的源地址通过“地址查询”机构进行学习，如果查到了该地址，就完毕这次学习过程。如果还没有查到，那么将从地址表获得一个地址空间，并且存入该地址和相应的LLID值。

b)根据下行数据包的源MAC地址进行查询，得出转发所需要的LLID：

OLT从交换侧收到数据包以后，缓存结构将发起一次基于目的地址“LLID(地址)查询”过程。它将存储的目的地址通过“cam”机构进行查询，如果查到了该地址，就将LLID值发出给RS层。EPON接口在RS层将以太网包打上LLID标识。如果还没有查到，那么将获得一个预先设好的通用广播LLID值(地址)，并且将该LLID值发出给EPON的协调子层RS层。

c)MAC地址条目老化

OLT从ONU接收到的MAC地址和LLID在通过学习过程被存储后，如果在一定的老化时间内没有接收到与之匹配的MAC地址，就应该将这个条目释放出来，以供别的MAC地址使用，因此需要进行地址老化为目的扫描。扫描时，对符合老化条件的条目进行擦除。一个条目(entry)是否老化主要是该条目是否被频繁使用(被读出)过来确定，在老化间隔内若没有被读出过，就认为的已经老化了。为了实现老化这个功能，要求设置老化比特(Aging Bit)存储器，并对其进行查找，设置，清除等操作。

2.本发明出了给出过滤数据库方法外，还包括电路结构：

主要硬件如图1所示，按照前面所述发明内容和目的，所述过滤数据库硬件实现方式包括了提供学习和查找能力的服务仲裁、可擦CAM、优先编码器和LLID存储器，以及提供老化操作的老化存储器、学习擦除控制器、警示控制器、擦除移存器、可用条目移存器、老化状态机、比较器和警示移存器。

服务仲裁是提供地址查询和地址维护(包括学习和扫描)服务的仲裁，使得可擦CAM优先编码器和LLID存储器的使用依照时分复用方式交替使用。

所述可擦CAM，提供内容寻址存储器(CAM)的功能。可擦CAM的一个重要组成部分是内容寻址存储器(CAM)，宽度为48比特，深度为K(K＝2^L个，例如K＝1024)，可由地址宽度48+L数据宽度为1的双端口存储器构成。内容寻址存储器(CAM)具有读操作和写操作。读操作是根据48位MAC地址快速查询所有的地址条目(K＝2^L个，例如K＝1024个)，看是否含有该条目，匹配者即可输出高电平。可擦内容寻址存储器的另一个组成成分是记录存储条目所对应的48位MAC地址存储器。

所述优先编码器将输出高电平的匹配者按照优先编码器编成L位码。

所述LLID存储器将学习到的MAC地址所对应的LLID进行存储的存储器。

所述老化存储器为K个1位存储器，具有独立的2套读写的真双端口存储器。学习到的MAC地址所对应的LLID进行存储的存储器的老化比特存储器，若为1则为新鲜地址。为0则为即将老化的。

凡是刚存入地址条目对应的老化比特设为1。凡是刚刚被读出过一次的地址条目也刷新为1。

所述学习擦除控制器用于控制可擦CAM的学习和擦除动作。在扫描模式的阶段2：老化擦除(aging out)，根据擦除移存器的内容，控制擦除所对应的可擦内容存储器的内容。在学习模式的步骤2：写入步骤中根据控制将移位寄存器C的内容的值用于学习。

所述警示控制器暂时存储需要警示的存储条目。一方面用于老化比特的清除，即对所对应的条目进行老化的警告。在下一次的扫描中该内容还用于再次确认是否达到老化条件。

所述擦除移存器存储已经验证好可以老化掉的地址条目。

所述可用条目移存器存储已经验证好可以使用的地址条目，该内容的值为1所对应的条目即为将要写入的条目。

图中比较器12是一个与非门电路。

所述老化状态机进行老化时间间隔计数和控制各个单元器件工作的装置，含有状态机。

3.工作过程描述

整个电路工作有两个模式。学习模式和扫描(SCAN)模式。大多数情况下，电路都在学习模式下。学习模式下，时时对新地址进行学习。大约几万分之一的时间为扫描模式。扫描模式暂时停止学习操作，只进行老化操作。通过模式的设置，实际上达到了这样的效果，即对于所有的地址条目的老化时间间隔计数器都采用共同的一个，当计数器计数到扫描时刻，整个电路进入扫描模式，随即进行老化操作，所有K个条目的老化操作集中在扫描模式下进行。

老化的判定条件是：已经清除掉的老化比特的那些地址条目在老化间隔间隔内又没有被读一次。

具体的扫描模式下实施老化由4个阶段组成(参见图3)。

这四个阶段为：比较阶段，老化擦除、再记录和老化警示(清除老化比特)。

阶段1为比较阶段

验证是否达到老化条件。将警示移存器A和当前RAM的输出的内容比较(与非操作)，若都是0值则符合老化条件，存入1值到擦除移存器12，表明该地址所对应的条目将在随后的操作中被删除掉。这里存在老化比特存储器4的老化比特的定义是，若该地址刚刚被读过，就设置为1，说明是新鲜地址。

本阶段还同时存储了可用移存器的内容，该内容上述擦除存储器的逻辑非值，为以便在将来学习模式下，提供可用于记载条目的位置信息。

阶段2为老化擦除(aging out)：

经过比较后，擦除移存器已经存有那些经过确认要被擦除的条目的位置信息。老化擦除阶段就按照擦除移存器8的内容逐个清除CAM和LLID的RAM，直到k个条目都已经完成清除操作，老化操作完毕。

阶段3为再记录：

为了下一步进行老化警示操作，同时为了下一次扫描过程的比较操作，重新做记录目前存有的地址条目。具体的就是读出老化存储器4的内容(花样)到警示移存器11。

阶段4为老化警示：

老化警示就是将现有的地址条目做一个欲将删除的警告，到下一次扫描时，如果该警告信息没有被作出反应(置位)，也就是没有被读出过一次，该条目将被删除。老化警示操作就是根据警示移存器的内容清除老化存储器4对应的比特。同时，读出的内容还被警示移存器输入口所读入，当K条内容都被读一遍后，警示移存器恢复到老化警示操作开始时的内容。

同时在扫描模式的情况下，除了上述老化操作外，查找功能(读操作)还在正常的进行。

一般，扫描在老化间隔(如5秒)内精确的对已经老化的地址可全部老化掉。也可以通过寄存器预先设置老化间隔。如图2所示是动态过滤数据库老化时序图。

在两次扫描之间，电路都是处在学习模式。

在学习模式情况下，CAM、地址表进行正常的学习功能(采用wMAC)和查找功能(读操作采用RMAC)。

学习模式中，只要有空的地址条目，就可学习许多条新的MAC地址。其中一条条目的学习过程包括4个步骤(参阅图4)

步骤1是检测是否新地址；

首先查阅是否已存入CAM，需要使用CAM的读出地址。通过服务仲裁，学习操作可获得查询时间(服务仲裁是实现两个地址复用的机构)，确定内容存储器是否含有当前的地址。

步骤2是写入：

当将可用移存器9中的内容所确定的地址条目用于学习到MAC地址及其LLID存储。具体的，将MAC地址写入可擦移存器的MAC存储器，将相应地址条目写入CAM中，将LLID值存入LLID存储器3中。

步骤3：更新老化比特：

在读出时要顺便在查到MAC地址后，马上进行刷新老化比特，使之等于1。此时使用使能(类似片选)信号，仅仅选通老化存储器4，进行写操作。不会改变存储LLID的LLID存储器3的内容。步骤4是确定下一条写入位置：

读出可用移存器9，直到找到一个可用条目。计数器在读出时计数，当停止读出可用移存器时，该计数器的值即为写入位置(地址)。

图5是动态过滤数据库的实施案例的电路示意图。

通过使用图1到图4以及上述介绍，可用现场可编程集成电路(FPGA)将动态过滤数据库予以实现。结合本发明指出方法，可用于EPON的LLID动态过滤数据库实现。

其中LLID存储器采用16位宽，1024(＝K)个地址空间存储器。移存器B为擦除移存器，1024位；移存器A为警示移存器，1024位；移存器C为可用移存器，1024位。图中CNT为计数器，dff为D触发器。

图8是老化状态机的转移图.给出老化状态机输出图2中的5个信号的转移过程，老化周期为5秒。***时钟为62.5M。

图6是可擦CAM部分的电路原理图。

图中用于擦除条目的MAC地址存储器，采用48位宽1024个地址空间。内容寻址存储器采用真双口存储器构成。用于写入的A端口为2^58个地址空间，数据宽度为1位，用于读出的B端口为2^48个地址空间，数据宽度为1024位。

图7是服务仲裁的电原理图，包括锁存器、选择器和分频器。

WMAC[47:0]：用于学习数据帧的源MAC地址；

RMAC[47:0]：用于查询的数据帧的目的MAC地址；Wreq：MAC地址的学习请求；

Rreq：MAC地址的查询请求；

Winserve：服务中，表示MAC地址学习进行中；

Rinserve：服务中，表示MAC地址查询进行中；

Scan mode：扫描中，表示控制平面正在扫描地址存储单元其中分频器依据***时钟分出周期为8*32＝256微妙(32个字节的时间)，占空比为50％。服务判断逻辑在高电平只要有查询请求Rreq，就相应Rinserve。服务判断逻辑在低电平只要有学习请求Wreq，就相应Winserve，在Scan_mode：扫描中有效期间并不相应学习请求。一般可擦CAM的速度都在＝256微妙以内。

本发明的核心是在局端设备每个EPON接口采用逻辑链路标识过滤数据库，通过逻辑链路标识(LLID)远端ONU设备可挑选发往该ONU的以太网包以及授权等信息，完成局端设备OLT之EPON接口逻辑连路标识分析和装配方法，提高了网络的有效性。因此，凡是采用逻辑链路标识过滤数据库实现该目的，均属本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种以太网无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，主要在局端设备每个EPON接口采用逻辑链路标识过滤数据库，用来标识通过无源光网络的以太网包，即逻辑链路标识(LLID)过滤数据库使以太网数据包能够携带逻辑链路标识(LLID)标签，通过逻辑链路标识，远端ONU设备可挑选发往该ONU的以太网包以及授权信息，当接收到符合自己拿到LLID时，就将该以太网数据包转发，当接收到不符合自己拿到LLID，又不是单拷贝广播时，就将该数据包滤除掉，过滤数据库包括MAC学习、MAC查询和地址条目老化操作。

2.根据权利要求1所述的以太网无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，其特征是逻辑链路标识是通过EPON***的注册过程，***为每个ONU的连接分配了逻辑链路标识LLID，建立链路通道，下行的以太网数据包利用EPON特有的广播特性即单拷贝广播，发到远端***ONU，一旦终端***回答一个数据包，则其MAC地址和通过EPON网络时所使用的LLID将立刻被过滤数据库所学习到，以后发往该目的地址的数据包就都采用点到点的方式，即采用单播LLID值来标识该以太网数据包。

3.根据权利要求1或2所述的以太网无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，其特征是所述MAC地址学习，是在以太网包转发之时，并行地查阅过滤数据库中的条目是否有源地址，匹配时认为过滤数据库已经含有该条目，若没有匹配时，将源地址登记到过滤数据库中，以便学习到新的转发特性。

4.根据权利要求1或2所述的以太网无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，其特征是MAC查询是根据下行数据包的源MAC地址进行查询，得出转发所需要的LLID，从交换侧收到数据包以后，缓存结构将发起一次基于目的地址“LLID地址查询”过程，它将存储的目的地址通过“cam”机构进行查询，如果查到了该地址；就将LLID值发出给RS层，如果还没有查到，那么将获得一个预先设好的通用广播LLID值即地址，并且将该LLID值发出给EPON的协调子层RS层。

5.根据权利要求1或2所述的以太网无源光网络***动态过滤数据库的实现方法，其特征是地址条目老化操作是过滤数据库的地址条目，精确的按照给定的时间间隔老化掉，OLT从ONU接收到的MAC地址和LLID在通过学习过程被存储后，如果在一定的老化时间内没有接收到与之匹配的MAC地址，就将这个条目进行擦除，一个条目是否老化主要是根据该条目是否被频繁使用过来确定，在老化间隔内若没有被读出过，就认为已经老化了，而不符合老化条件的条目继续保留在过滤数据库中，实现动态刷新数据库的条目。

6.一种实现以太网无源光网络***动态过滤数据库的装置，包括提供学习和查找能力的服务仲裁、可擦CAM、优先编码器和LLID存储器，以及提供老化操作的老化存储器、学习擦除控制器、警示控制器、擦除移存器、可用条目移存器、老化状态机和警示移存器。

7.根据权利要求6所述无源光网络***动态过滤数据库的装置，其特征是服务仲裁包括锁存器、选择器和分频器，用于学习数据帧的源MAC地址和用于查询的数据帧的目的MAC地址经过选择器至可擦CAM的MAC存储器，MAC地址的学习请求和MAC地址的查询请求经过锁存器给出Winserve：表示MAC地址学习进行中或Rinserve：表示MAC地址查询进行中信号。

8.根据权利要求6或7所述无源光网络***动态过滤数据库的装置，其特征是老化操作采用的硬件电路是记录老化信息的老化存储器和暂存老化操作信息的移位存储器，这些移位存储器包括擦除移存器用于暂存准备擦除掉的条目位置信息、可用条目移存器用于指示新的学习到条目将要存放的条目位置和警示移存器用于指示那些已经在扫描时存入过滤数据库中而且进入老化操作考虑范围的条目位置。

9.根据权利6或7要求所述无源光网络***动态过滤数据库的装置，其特征是提供学习和查找能力的内容寻址存储器CAM，采用了可擦CAM，可擦CAM具有MAC地址存储器，记录了所存储的MAC地址的值，当需要擦出时可以依照具体条目存在的位置，将CAM该行存储的1擦出掉。

10.根据权利要求6或7所述无源光网络***动态过滤数据库的装置，其特征是可擦CAM部分的电路包括用于擦除条目的MAC地址存储器和内容寻址存储器CAM，内容寻址存储器CAM采用真双口存储器构成。

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