基于分布式三层交换机的以太网OAM技术研究与实现

摘要

以太网最初为局域网而设计，已具备较高的可靠性和稳定性，因此在设计以太网之初并未建立操作、管理和维护(Operation、Administration and Maintenanee，OAM)机制。城域网和广域网在网络规模和链路长度上都迅速扩大，需要不同的运营商共同协作来提供端到端的客户业务，对以太网的安全性、可扩展性、可管理性等提出了很多要求。由于缺乏有效的管理维护机制，因此OAM技术已成为以太网技术进入城域网和广域网的严重障碍。分布式三层交换机由于高转发速率、高可靠性等优点，在企业网和运营商中得到广泛的使用，因此在分布式设备上实现以太网OAM技术是目前的研究热点。
　　本课题在某通信公司的开发项目“IEEE802.1ag协议实现”基础上开展。本文作者参与该项目研发的整个过程，从需求分析、概要设计、代码编写、单元测试、系统测试到项目验收。
　　本文通过分析以太网二层、三层交换技术，三层交换机与边缘路由器的差异，分布式转发系统相对于集中式系统的优势，以及基于IEEE802.1ag CFD(Connectivity FaultDetect，CFD)协议的以太网OAM技术特点，阐明了基于分布式三层转发交换机实现以太网OAM技术的优点。基于分布式三层转发交换系统，提出了一种利用三层ASIC(Application Specific Integrated Circuit)转发芯片和通用CPU进行转发和处理CFD协议数据报文的方案。在某通信公司设备上，将该方案进行设计与实现，该方案具有报文转发效率高，可靠性高等优点。
　　首先，介绍以太网OAM技术的发展背景以及国内外研究现状，相关协议标准的制定，并以IEEE802.1ag连通性错误检测协议为基础进行研究。其次，介绍了分布式交换机的硬件架构和软件架构，确立了设计的理论依据和开发环境。再次，以IEEE802.1agCFD协议为基础，分析了以太网OAM技术的基本概念、协议功能、报文格式。然后，通过分析分布式三层转发系统与传统集中式二层交换转发系统的原理差异，阐明了在分布式三层转发交换机上实现以太网OAM技术的优点。通过对CFD协议进行需求分析，提出了基于分布式系统的CFD模块的总体设计方案。最后，在分布式系统上对CFD模块进行详细设计与实现，包括特性进程启动与初始化、配置处理、协议处理子模块的设计与实现，并对系统功能进行了测试。