一种EPON系统中增强QoS和VLAN处理能力的方法

摘要

本发明公开一种无源光网络(PON)系统中增强服务质量(Qos)和虚拟局域网(VLAN)处理能力的方法，其通过在PON系统中添加标记，使交换芯片能够基于逻辑链接标识(LLID)做上行的数据流分类，并通过合理规划，能够使原设计中废弃的交换芯片的访问控制表(ACL)功能得到充分的应用，既可以作为PON芯片的流分类功能的扩展和补充，也可以同PON芯片划分处理范围，从而在不需要增加任何硬件成本的情况下，极大的扩展和增强PON系统的Qos和VLAN处理能力，提高设备的性价比。

说明书

技术领域

本发明涉及以太网无源光网络(EPON，Ethernet Passive Optical Network)技术，尤其涉及一种以太网无源光网络系统中增强服务质量(QoS)和虚拟局域网(VLAN)处理能力的方法。

背景技术

无源光网络(PON，Passive Optical Network)是一种纯介质网络，由于其消除了局端与用户端之间的有源设备，因此能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本。PON业务的透明性较好，EPON采用点到多点结构，无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务，EPON由于使用经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。

近年以来，随着接入网用户规模的不断扩大，各种复杂的应用环境、日益增长客户种类和多业务需求使运营商对系统的Qos的要求越来越高，其中最重要的就是流分类处理。由于EPON是接入层的产品，对成本非常敏感，如何增强精确的区分客户和业务的Qos功能而又不需要增加硬件成本，成为亟待解决的一个技术问题。

目前，综合国内几大运营商的需求，PON芯片可用于业务流分类的参数包括：逻辑链接标识(LLID，，Logical Link ID)、MAC DA、MAC SA、User Priority(IEEE802.1d)、Ethernet类型(如PPPoE、PWE3、MAC Control等)、目的IP地址、源IP地址、IP协议类型(TCP、UDP、ICMP、IGMP等)、IP TOS/DSCP、L4协议端口等，另外需要支持报文的深度检测(前80个字节)流分类。这里，所述LLID是EPON系统分配给通过点到点仿真子层(P2PE Sublayer)建立起来的逻辑链接的一种数字标识，每一个逻辑链接都会分配到不同的LLID。

作为对802.1Q协议的扩展，QinQ功能应支持基于LLID、CVLAN ID、EtherType、CVLAN优先级、CVLAN ID+EtherType、CVLAN ID+CVLAN优先级(Priority)等字段灵活添加或修改SVLAN ID；EtherType类型至少支持PPPoE、IPoE和ARP等。在实现VLAN Stacking时应支持SVLAN优先级标签根据内层优先级标签进行拷贝或转换。

但现有PON系统设计中，通常仅使用PON芯片提供的流分类和动作，这样的设计除了带来整个交换芯片强大的访问控制表(ACL)功能被废弃掉的巨大浪费以外，还存在以下缺陷：

其一、PON芯片提供的流分类的匹配规则有限，不能满足某些精确匹配的需求；

其二、PON芯片提供的流分类的动作很有限，不能满足特定的需求；

其三、流分类的条目数很有限，在工程应用中可能无法满足需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种以太网无源光网络(EPON)系统中增强QoS和VLAN处理能力的方法，通过在PON系统中添加标记，使得交换芯片能够基于LLID做上行的数据流分类，并通过合理规划使原来设计中废弃的交换芯片的ACL功能得到充分的应用，扩展和增强PON系统的QoS和VLAN处理能力，提高设备的性价比，并使产品便于升级和维护。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种以太网无源光网络EPON系统中增强服务质量QoS和虚拟局域网VLAN处理能力的方法，包括在光缆线路终端OLT接收光网络单元ONU注册信息时，记录其分配的逻辑链接标识LLID的步骤；该方法还包括：

A、在数据流上行方向，通过PON芯片判断是否需要打无源光网络PON标签TAG，再在PON芯片上配置规则，基于LLID的上行数据流，加上一外层VLAN，其中VLAN标识ID取PON TAG；并确定TPID值；

B、在下行数据流方向，由交换芯片打上所述确定TPID值，进入到PON芯片的数据的外层VLAN为PON TAG，所述PON芯片在剥去该VLAN的同时，转发到ONU或做进一步的动作。

其中，该方法进一步包括在上行、下行数据流方向上对双速三色及QoS实现，具体为：EPON系统基于LLID对RFC2697、RFC2698、RFC4115协议的实现，数据流经过计量meter之后，将报文分成GREEN、YELLOW、RED三种类型，分别在内存管理单元MMU里设置丢弃门限和调度模式，或者调度之前改变报文的优先级，以满足Qos需求。

所述判断是否需要打PON TAG，进一步包括：

A1、若上行数据流是不含标签untagged的包，则由PON芯片打上PONTAG，交换芯片则根据PON TAG的VLAN进行转换；

A2、若上行流是含标签tagged的包，则根据处理的复杂程度和芯片的支持情况合理划分PON芯片和交换芯片的处理职责。

其中，步骤A2所述根据处理的复杂程度和芯片的支持情况合理划分PON芯片和交换芯片的处理职责，包括两种情况：

其一为由PON芯片处理，交换芯片透传；具体为：将VLAN操作是单层VLAN的，PON芯片负责将入口的数据包的用户VLAN直接替换为业务VLAN，并将用户VLAN的COS拷贝到业务VLAN里，交换芯片不对数据包的VLAN做处理；

其二为由PON芯片处理，交换芯片处理；具体为：将VLAN操作是双层VLAN的，PON芯片将入口的数据包的用户VLAN1替换为用户VLAN2，并在外层增加PON TAG，然后将用户VLAN1的COS拷贝到PON TAG里；交换芯片将PON TAG替换为业务VLAN，并将PON TAG的COS拷贝到业务VLAN里。

所述TP ID值的确定，具体为：将所述TPID设置为交换芯片识别的TPID的值：包括将0x8100，0x9100，0x88a8三个中的任一作为PON TAG的TP ID，或其他的该交换芯片能够识别的值。

本发明所提供的以太网无源光网络(EPON)系统中增强QoS和VLAN处理能力的方法，具有以下优点：

采用本发明的方法，使交换芯片能够基于逻辑链接标识(LLID)做上行的数据流分类，并通过合理规划，能够使原设计中废弃的交换芯片的访问控制表(ACL)功能得到充分的应用，既可以作为PON芯片的流分类功能的扩展和补充，也可以同PON芯片划分处理范围，从而在不需要增加任何硬件成本的情况下，极大的扩展和增强PON系统的Qos和VLAN处理能力，提高设备的性价比。并且能够使采用该方法的产品便于升级维护，满足运营商提出的各种环境下的特定需求。

附图说明

图1为现有802.1Q协议的包头格式示意图；

图2为不带TAG的包处理流图；

图3为单层VLAN翻译包处理流图；

图4为双层VLAN操作包处理流图；

图5为上行数据的总体处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的方法作进一步详细的说明。

本发明的核心思想是：在PON芯片中，将LLID映射到VLAN ID上，然后交给交换芯片，由交换芯片再通过该VLAN ID区分是从哪个光网络单元(ONU)的哪一个LLID传来的数据包，并基于LLID做上行的数据流分类。对于一些功能简单的处理，根据芯片特点，选择交换芯片或PON芯片单独完成，而对于一些复杂的QinQ功能的处理，则可以选择交换芯片和PON芯片共同协作处理，这样可以充分的应用交换芯片的ACL，VLAN翻译表等的资源。

图1为现有802.1Q协议的包头格式示意图，下面结合该图分析LLID字段和802.1Q的TAG字段：

802.3ah定义的LLID字段为16个比特，其中有两个组(field)：一个是15比特的逻辑链接标识(LLID)；另外一个是1比特的模式(mode)；其中，Mode：单播的LLID置0；多播和广播的LLID置1。LLID：未注册的ONU置0x7FFF，注册后的ONU使用其他任意值。

802.1Q的头部共4个字节，其中，标签协议标识(TPID，Tag Protocol Identifier)为16比特，PRI为3个比特，CFI为1个比特，VLAN ID为12比特，如图1所示。

我们将16比特的LLID字段整体映射到12比特的VLAN ID上，该VLAN称为PON标签(TAG)，由光缆终端设备(OLT，optical line terminal)给对应LLID的数据流添加。

以下为这种映射的过程介绍：

目前，运营商要求的每端口的ONU个数一般为64个，再考虑到多LLID的情况，目前多LLID的ONU的PON芯片能够提供的最大LLID个数为8个，则目前每个端口下最大可能为512个LLID，而VLAN ID可以区分4096种不同的LLID，这样按照OLT分配LLID的算法，必定可以找到一种相应的映射关系，把这些LLID一对一的映射到12比特的VLAN ID上。在我们系统中OLT只用到LLID的后12位作为logical_link_id，正好可以直接映射到VLAN ID上。如：假设OLT为某个ONU分配的LLID为0x3C01，取低12位为PONTAG＝0xC01映射为VLAN＝3073。

通过上述理论分析后，再划分PON两个芯片各自QoS和VLAN处理的范围，根据ITU-T Y.1291的QoS机制，包括业务流分类(Traffic classification)、优先级标记(Marking)、排队及调度(Queuing and scheduling)、流量整形(Traffic shaping)和流量管制(Traffic policing)等。VLAN处理功能应该主要包括1:1和1:N的VLAN转换，QinQ功能等。将1:1和1:N的VLAN转换交给PON芯片单独处理，基本QinQ功能交给交换芯片单独处理，某些复杂QinQ功能需要交换芯片和PON芯片共同处理，这种处理划分的范围并非限制性的或唯一的，具体情况可以根据系统的芯片能力以及软件需求合理划分。

为了进一步理解本发明的技术内容，下面再举一实施例进行详细说明。

首先，在OLT接收ONU注册信息时，记录其分配的LL ID。有些PON芯片不支持获取对应ONU的LL ID的操作，因此，需要在ONU注册时，把上报的LL ID作为基本信息保存下来，后面需要查询某ONU的LLID时，直接从软表中获取。

1、在数据流的上行方向：

1)PON芯片判断是否需要打PON TAG：

如果上行数据流是不含标签(untagged)的包，则由PON芯片打上PONTAG，交换芯片根据PON TAG的进行VLAN转换，其处理流图如图2所示。

如果上行流是含标签(tagged)的包，可以根据处理的复杂程度和芯片的支持情况合理划分PON芯片和交换芯片的处理职责，下面分2种情况：类型1，由PON芯片处理，交换芯片透传；类型2，由PON芯片处理，交换芯片处理。其中，

类型1：将VLAN操作是单层VLAN即VLAN翻译的处理归于这一类处理，这种情况下，PON芯片负责将入口的数据包的用户VLAN直接替换为业务VLAN，并将用户VLAN的COS拷贝到业务VLAN里；交换芯片不对数据包的VLAN做处理。这里，用户数据包进出PON芯片和交换芯片的数据流图，如图3所示。

类型2：将VLAN操作是双层VLAN的即内层VLAN翻译，外层VLAN添加时的操作归于类型2的处理，这种情况下，PON芯片将入口的数据包的用户VLAN1替换为用户VLAN2，并在外层增加PON TAG，然后将用户VLAN1的COS拷贝到PON TAG里；交换芯片将PON TAG替换为业务VLAN，并将PON TAG的COS拷贝到业务VLAN里。

其中，用户数据包进出PON芯片和交换芯片的数据流图如图4所示。

2)在PON芯片上配置规则，基于LL ID的上行流，加上一层外层VLAN，VLAN ID则取PON TAG。

3)TPID的确定，交换芯片识别的TPID的值一般为0x8100，0x9100，0x88a8三个，我们选取0x88a8作为PON TAG的TPID，这种选择并非限制性的，只要交换芯片能够识别即可。

2、在数据流的下行方向：

1)下行的数据流，由交换芯片打上TP ID为0x88a8，VLAN为PON TAG。PON芯片能够识别数据流发往哪个端口，但是有可能不能识别0x88a8的TPID，如果PON芯片不能识别0x88a8的TP ID，则需要在下行方向的流打上TPID＝0x8100，以确保PON芯片能够识别。

2)进入PON芯片的数据的外层VLAN为PON TAG，PON芯片在剥去这层VLAN的同时，可以转发到ONU或者做进一步的动作。

3、双方向上对双速三色及Qos的实现

EPON系统基于LL ID对RFC2697、RFC2698、RFC4115协议的实现，流程图如图5所示：上行数据流由PON芯片决定是透传还是加PON TAG，再由交换芯片决定是否分配SVP。

进入交换芯片的数据流经过计量(meter)之后，把报文分成GREEN、YELLOW、RED三种类型，分别在内存管理单元(MMU)里面设置丢弃门限和调度模式，或者调度之前改变报文的优先级，以满足Qos需求。具体实现根据交换芯片的不同(broadcom或者是Marvall)而配置相关寄存器即可，在此不做赘述。

以上所述，仅为本发明的特定的实施描述，其核心思想在于：通过加一层VLAN TAG标识ONU的LLID号，但是显然可以做出同本发明相同的精神和范围的各种修改，例如TP ID值的变换，PON芯片和交换芯片处理范围的其他划分。因此，说明书的文字和附图都是说明性而非限定性的，这些修改和变换都应属于本发明，并非用于限定本发明的保护范围。