專利名稱：以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法及裝置，該方法和裝置涉及到基于千兆的以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(EPON)的邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)，或者可作為以太網(wǎng)交換機(L2switch)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)的參考，或者可作為多業(yè)務傳輸平臺設備(MSTP)橋接的以太網(wǎng)接口的過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)的參考。
背景技術：
所述過濾數(shù)據(jù)庫是以太網(wǎng)傳輸體制中，以太網(wǎng)交換機或者以太無源光網(wǎng)絡(EPON)設備依據(jù)媒質(zhì)層MAC地址，進行過濾以太網(wǎng)包所使用的地址表數(shù)據(jù)庫裝置。通過使用過濾數(shù)據(jù)庫，以太網(wǎng)交換機可實現(xiàn)單播轉發(fā)其它端口；以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)(EPON)局端設備可實現(xiàn)單播轉發(fā)以太網(wǎng)包到遠端設備。目前以太網(wǎng)交換機都使用過濾數(shù)據(jù)庫，記錄轉發(fā)端口的端口號以及VLAN特性，對于提高端口的網(wǎng)絡效率、減少不必要的廣播起到重要作用。以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)(EPON)則是一種即將流行的新一代寬帶接入系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用無源光網(wǎng)絡(EPON)的邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫可實現(xiàn)高效率的轉發(fā)策略，減少不必要的無源光網(wǎng)絡(EPON)內(nèi)部的廣播。
在傳統(tǒng)的以太網(wǎng)交換機中，該過濾數(shù)據(jù)庫采用中央處理器系統(tǒng)，存儲地址表數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，學習功能和老化功能由CPU來實現(xiàn)。但隨著端口速率的提高，軟件組成的學習功能和老化功能的速度太低，達不到系統(tǒng)的要求。一些芯片廠商競相開發(fā)出具有學習功能和老化功能的硬件過濾數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。
當前動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法和裝置需要內(nèi)容尋址存儲器(CAM)來完成，端口速率越高，所需要的學習速度和查詢速度越快。內(nèi)容尋址存儲器(CAM).寫入條目(entry)的維護，是過濾數(shù)據(jù)庫比較復雜的操作。動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫就是依據(jù)寫入條目的使用情況即老化特性來動態(tài)擦除已經(jīng)老化的條目，從而維護一個動態(tài)的、有效的過濾數(shù)據(jù)庫。一個條目(entry)是否老化主要是該條目是否被頻繁使用(被讀出)過來確定，在老化間隔內(nèi)若沒有被讀出過，就認為的已經(jīng)老化了。
目前一些國外的廠商的芯片制作了動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的功能，但老化特性所需要的硬件較為復雜，也未見到相應的專利技術。更重要的是可用于EPON無源光網(wǎng)絡(EPON)的邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)，屬于近期以太網(wǎng)技術走向主流手段——EPON系統(tǒng)中一項至關重要的技術，該技術尚未見到任何報道和專利申請。
基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(EPON)系統(tǒng)中，系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲結構是點到多點。這與常規(guī)的以太網(wǎng)通信方式略有不同。參見論文《EPON中點到點LAN和共享LAN的仿真技術》(光通信研究2002年6期，作者楊柳、毛謙、何巖。)每個ONU發(fā)送的信號只能由OLT接收，而不是由其它的ONUs接收。EPON可以看作是一種新型的LAN，它在上行(ONU-OLT)方向上是點到點，在下行(OLT-ONU)方向上是點到多點，因此可以稱作是“點到多點LAN”。
然而到目前為止，IEEE 802.3標準中只定義了兩種LAN當一個LAN中只有兩個站點時稱作“點到點LAN”；當有三個或三個以上站點相連時，就可以稱作“共享LAN”。這兩種LAN的共同特性是，LAN中的任何一個站點發(fā)出的信號，要被同一個LAN中的其它所有的站接收。這顯然是與EPON中ONUs之間不能相互發(fā)送和接收信號的特性是不同的?；贗EEE802.1D標準的網(wǎng)橋，只知道“點到點LAN”和“共享LAN”，它們并不知道點到多點LAN，現(xiàn)在還沒有一個標準規(guī)定了在一個點到多點的媒質(zhì)上，一個路由器/網(wǎng)橋怎樣與終端站、網(wǎng)橋或其它路由器相連。此外，點到多點模式的EPON與現(xiàn)有的IEEE 802.1D生成樹協(xié)議(STP)并不兼容。若將一個運行生成樹協(xié)議的IEEE 802.1D網(wǎng)橋連接到EPON(點到多點LAN)上，就會導致數(shù)據(jù)幀的多拷貝轉發(fā)或某些站點無法接收數(shù)據(jù)幀。以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(EPON)系統(tǒng)必須解決與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)體制相兼容的問題，實現(xiàn)一種點到多點的LAN。
上述問題的解決辦法可以采用該論文的所提出的“點到點LAN和共享LAN的仿真技術”。雖然這些方法實現(xiàn)起來較為簡單，但它無法利用PON的下行廣播能力。對點到點LAN仿真技術而言，當有下行廣播幀時，OLT需要多次發(fā)送給每一個接收ONU，這顯然降低了帶寬的利用率。對點到多點LAN仿真技術而言，這種方式無法提供用戶分割，每一個站點都可以看見所有發(fā)送的幀，而且浪費帶寬。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是為了解決上述解決方法的不足。本發(fā)明的目的是最大限度地利用PON的下行廣播能力，且仍然提供點到點的連接，即單播能力。以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(EPON)系統(tǒng)采用邏輯鏈路標識(LLID)用來標識通過無源光網(wǎng)絡的以太網(wǎng)包，用以提高網(wǎng)絡的有效性。通過邏輯鏈路標識(LLID)遠端ONU設備可挑選發(fā)往該ONU的以太網(wǎng)包以及授權等信息。邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫正是為了使以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包能夠攜帶邏輯鏈路標識(LLID)標簽，所需要的并行查找數(shù)據(jù)庫，完成局端設備OLT之EPON接口邏輯連路標識分析和裝配方法，提高了網(wǎng)絡的有效性。
本發(fā)明的技術方案是這種以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，主要在局端設備每個EPON接口采用邏輯鏈路標識過濾數(shù)據(jù)庫，用來標識通過無源光網(wǎng)絡的以太網(wǎng)包，即邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫使以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包能夠攜帶邏輯鏈路標識(LLID)標簽，通過邏輯鏈路標識，遠端ONU設備可挑選發(fā)往該ONU的以太網(wǎng)包以及授權信息，當接收到符合自己拿到LLID時，就將該以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包轉發(fā)，當接收到不符合自己拿到LLID，又不是單拷貝廣播時，就將該數(shù)據(jù)包濾除掉，過濾數(shù)據(jù)庫包括MAC學習、MAC查詢和地址條目老化操作。
所述的以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，其邏輯鏈路標識是通過EPON系統(tǒng)的注冊過程，系統(tǒng)為每個ONU的連接分配了邏輯鏈路標識(LLID)，建立鏈路通道，下行的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包利用EPON特有的廣播特性即單拷貝廣播，發(fā)到遠端系統(tǒng)ONU，一旦終端系統(tǒng)回答一個數(shù)據(jù)包，則其MAC地址和通過EPON網(wǎng)絡時所使用的LLID將立刻被過濾數(shù)據(jù)庫所學習到，以后發(fā)往該目的地址的數(shù)據(jù)包就都采用點到點的方式，即采用單播LLID值來標識該以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。
所述的以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，所述MAC地址學習，是在以太網(wǎng)包轉發(fā)之時，并行地查閱過濾數(shù)據(jù)庫中的條目是否有源地址，匹配時認為過濾數(shù)據(jù)庫已經(jīng)含有該條目，若沒有匹配時，將源地址登記到過濾數(shù)據(jù)庫中，以便學習到新的轉發(fā)特性。
所述的以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，其MAC查詢是根據(jù)下行數(shù)據(jù)包的源MAC地址進行查詢，得出轉發(fā)所需要的LLID，從交換側收到數(shù)據(jù)包以后，緩存結構將發(fā)起一次基于目的地址“LLID地址查詢”過程，它將存儲的目的地址通過“cam”機構進行查詢，如果查到了該地址，就將LLID值發(fā)出給RS層，如果還沒有查到，那么將獲得一個預先設好的通用廣播LLID值即地址，并且將該LLID值發(fā)出給EPON的協(xié)調(diào)子層RS層。
所述的以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，其地址條目老化操作是過濾數(shù)據(jù)庫的地址條目，精確的按照給定的時間間隔老化掉，OLT從ONU接收到的MAC地址和LLID在通過學習過程被存儲后，如果在一定的老化時間內(nèi)沒有接收到與之匹配的MAC地址，就將這個條目進行擦除，一個條目是否老化主要是根據(jù)該條目是否被頻繁使用過來確定，在老化間隔內(nèi)若沒有被讀出過，就認為已經(jīng)老化了，而不符合老化條件的條目繼續(xù)保留在過濾數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)動態(tài)刷新數(shù)據(jù)庫的條目。
一種實現(xiàn)上述任一以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，包括提供學習和查找能力的服務仲裁、可擦CAM，優(yōu)先編碼器和LLID存儲器，以及提供老化操作的老化存儲器、學習擦除控制器、警示控制器、擦除移存器、可用條目移存器、老化狀態(tài)機和警示移存器。
所述無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，其服務仲裁包括鎖存器、選擇器和分頻器，用于學習數(shù)據(jù)幀的源MAC地址和用于查詢的數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址經(jīng)過選擇器至MAC存儲器，MAC地址的學習請求和MAC地址的查詢請求經(jīng)過鎖存器給出Winserve表示MAC地址學習進行中或Rinserve表示MAC地址查詢進行中信號。
所述無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，其老化操作采用的硬件電路是記錄老化信息的老化存儲器和暫存老化操作信息的移位存儲器，這些移位存儲器包括擦除移存器用于暫存準備擦除掉的條目位置信息、可用條目移存器用于指示新的學習到條目將要存放的條目位置和警示移存器用于指示那些已經(jīng)在掃描時存入過濾數(shù)據(jù)庫中而且進入老化操作考慮范圍的條目位置。
所述無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，其特征是提供學習和查找能力的內(nèi)容尋址存儲器CAM，采用了可擦CAM，可擦CAM具有MAC地址存儲器，記錄了所存儲的MAC地址的值，當需要擦出時可以依照具體條目存在的位置，將CAM該行存儲的1擦出掉。
所述無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，其可擦CAM部分的電路包括用于擦除條目的MAC地址存儲器和內(nèi)容尋址存儲器RAM，內(nèi)容尋址存儲器RAM采用真雙口存儲器構成。
本發(fā)明的有益效果a)首次提出了利用邏輯鏈路標識過濾數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)以太無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)的方法。該方法利用過濾數(shù)據(jù)庫來完成局端設備OLT之EPON接口邏輯連路標識分析和裝配方法，提高了網(wǎng)絡的有效性。用EPON無源光網(wǎng)絡(EPON)的邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫，解決屬于近期以太網(wǎng)技術EPON系統(tǒng)中一項至關重要的、迫切的需要解決技術。
在傳統(tǒng)的無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)中，最先進的系統(tǒng)的ATM-PON系統(tǒng)所采用的方法并不能直接套用。在該系統(tǒng)中，VP或VC(相當于EPON中的LLID)過濾借助于ATM層處理完成，屬于某個遠端設備ONU的VP或VC連接的建立是通過指配的方式或者信令方式建立，雖然ATM層處理芯片使用內(nèi)容尋址存儲器(CAM)，但是VP或VC的建立不是動態(tài)瞬時變化的，因而不需要學習功能和老化功能，沒有動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的概念。
由于ATM-PON系統(tǒng)的缺點是信元的拆裝成本高，配置和維護復雜，不能即插即用。ATM-PON系統(tǒng)并沒有大規(guī)模普及應用。EPON無源光網(wǎng)絡(EPON)的發(fā)展速度將大大超過ATM-PON的發(fā)展勢頭。此外，ATM層處理技術沒有學習和老化功能，無法直接應用于以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)中。本發(fā)明首次提出了利用邏輯鏈路標識過濾數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)以太無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)的方法，是ATM-PON系統(tǒng)中過濾裝置——ATM層處理的革命性改進，使得EPON無源光網(wǎng)絡(EPON)系統(tǒng)可以恰當?shù)氖褂眠壿嬫溌窐俗R(LLID)，來過濾以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)單播特性，提高了以太無源光網(wǎng)絡的效率，克服了點到點LAN仿真和共享LAN仿真方法的缺點。
b)使用硬件實現(xiàn)了動態(tài)連接庫的老化操作本發(fā)明采用了以太網(wǎng)交換機的過濾數(shù)據(jù)庫的技術，但在過濾數(shù)據(jù)庫使用方法上有很大不同，以太網(wǎng)交換機的過濾數(shù)據(jù)庫的技術應用于一個交換機的端口轉發(fā)，只涉及到一個網(wǎng)絡元素內(nèi)，而本發(fā)明所述邏輯鏈路標識過濾數(shù)據(jù)庫是EPON接口用于組裝邏輯鏈路標識，該標識在整個以太無源光網(wǎng)絡內(nèi)使用，涉及到多個網(wǎng)絡元素。
本發(fā)明在過濾數(shù)據(jù)庫的構成上也有很大改進，在當前的以太網(wǎng)交換機中，該過濾數(shù)據(jù)庫采用內(nèi)容尋址存儲器(CAM)來完成，但是老化功能和學習功能中確定占用的條目操作需要由中央處理器(CPU)執(zhí)行指令幫助完成。隨著端口速率的提高，軟件組成的學習功能和老化功能的速度太低。
本發(fā)明首次實現(xiàn)了用硬件的方法，實現(xiàn)了動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的老化操作。整個內(nèi)容尋址存儲器(CAM)寫入條目(entry)的維護，都是使用硬件電路來實現(xiàn)的。雖然維護過濾數(shù)據(jù)庫是比較復雜的操作，但本發(fā)明的方法和使用的硬件電路裝置卻很簡潔，所使用的硬件資源并不多，所實現(xiàn)老化的算法清晰、明確，完全符合IEEE802.1D標準對動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的要求。


圖1是動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的結構。圖中方框中的連線有一個小斜線，旁邊有一個括起的數(shù)字。表示方框之間的連線為多根線，連線的根數(shù)為該數(shù)字所表示的數(shù)。
圖2是動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫老化時序圖。compare_en為比較使能信號，erase_en為擦除使能信號，learn_en為學習使能信號。結合老化的4個階段和學習的4個步驟的介紹。
圖3是老化操作流程圖。本圖將老化的4個階段做了詳盡的描述。雖然本流程圖是按照K＝1024的掃描模式來設計，但是本發(fā)明并不限于K的取值。
圖4是學習過程流程圖。本圖將一條地址條目學習的4個步驟做了詳盡的描述。
圖5是動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的電路示意圖。
圖6是可擦CAM的電路圖。
圖7是服務仲裁的電原理圖。
圖8是老化狀態(tài)機的轉移圖。
具體實施例方式
EPON邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法基于千兆以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(EPON)系統(tǒng)中，局端設備每個EPON接口都具有數(shù)據(jù)鏈路層的交換功能。系統(tǒng)中采用邏輯鏈路標識(LLID)來提高網(wǎng)絡的有效性。通過邏輯鏈路標識(LLID)遠端ONU設備可挑選發(fā)往該ONU的以太網(wǎng)包以及授權等信息，當接收到符合自己拿到LLID時，就將該以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包轉發(fā)，當接收到不符合自己拿到LLID，又不是單拷貝廣播時，就將該數(shù)據(jù)包濾除掉，因而提高了效率。因此局端設備每個EPON接口都需要具有邏輯鏈路標識(LLID)的過濾數(shù)據(jù)庫，可學習和查詢MAC地址所對應的邏輯鏈路標識LLID，確定發(fā)送時所需要的邏輯鏈路標識(LLID)。
其邏輯鏈路標識是通過EPON系統(tǒng)的注冊過程，系統(tǒng)為每個ONU的連接分配了邏輯鏈路標識(LLID)，建立鏈路通道，下行的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包利用EPON特有的廣播特性即單拷貝廣播，發(fā)到遠端系統(tǒng)ONU，一旦終端系統(tǒng)回答一個數(shù)據(jù)包，則其MAC地址和通過EPON網(wǎng)絡時所使用的LLID將立刻被過濾數(shù)據(jù)庫所學習到，以后發(fā)往該目的地址的數(shù)據(jù)包就都采用點到點的方式，即采用單播LLID值來標識該以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。
同時，該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)如何利用老化等措施，使用有限的資源，就可達到對MAC地址實施無限制的然而有效的動態(tài)存儲。邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)是基于千兆以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(EPON)系統(tǒng)中必須解決的問題。本發(fā)明包含這樣一個過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法和過濾數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)裝置，包括MAC學習、MAC查詢和老化操作的實現(xiàn)裝置。
所述MAC地址查詢是以太網(wǎng)包轉發(fā)之前，查閱過濾數(shù)據(jù)庫中的條目，匹配時將欲轉發(fā)的端口號讀出。MAC地址查詢必須快速進行，至少在一個以太網(wǎng)包的發(fā)送時間內(nèi)完成，否則就會制約以太網(wǎng)包的發(fā)送的發(fā)送速度。一般需要并行查詢系統(tǒng)。
所述MAC地址學習，在以太網(wǎng)包轉發(fā)之時，并行的查閱過濾數(shù)據(jù)庫中的條目是否有源地址，匹配時認為過濾數(shù)據(jù)庫已經(jīng)含有該條目，若沒有匹配時，將源地址登記到過濾數(shù)據(jù)庫中，以便學習到新的轉發(fā)特性。
所述動態(tài)是指過濾數(shù)據(jù)庫具有地址條目老化的方法，使得地址過濾數(shù)據(jù)庫的條目可以精確的按照給定的時間間隔老化掉，而不符合老化條件的條目繼續(xù)保留在過濾數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)動態(tài)刷新數(shù)據(jù)庫的條目。
下面結合附圖進一步說明過濾數(shù)據(jù)庫的
具體實施例方式1.EPON邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)的方法首先通過EPON系統(tǒng)的注冊過程，系統(tǒng)為每個ONU的連接分配了邏輯鏈路標識(LLID)，建立鏈路通道。下行的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包一開始并不知道如何選擇合適的LLID，因此就利用EPON特有的廣播特性即單拷貝廣播，發(fā)到遠端系統(tǒng)ONU。一旦終端系統(tǒng)回答一個數(shù)據(jù)包，則其MAC地址和通過EPON網(wǎng)絡時所使用的LLID將立刻被過濾數(shù)據(jù)庫所學習到。以后發(fā)往該目的地址(該DA)的數(shù)據(jù)包就都采用點到點的方式。
一般來說LLID的標識方法是這樣的，LLID為16比特結構0-14比特為單播LLID域15比特是模式比特(0＝P2P，1＝廣播)LLID的位置為原來以太網(wǎng)幀的包頭的前導碼和SFD是由如下的8個字節(jié)組成10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 1010101010101010 10101011。
串行傳輸?shù)捻樞蚴菑淖蟮接?。每一字?jié)的最左BIT是LSB，最右BIT是MSB。所述LLID的標識就是前導碼和SFD在穿越GMII時，由下面定義的結構所替換0-1字節(jié)作為SPD 10101010 101010112-4作為保留字節(jié)101010105-6字節(jié)作為LLID 11111111 11111111(缺省值)7字節(jié)作為CRC-8使用x8+x2+x+1來計算8比特的CRC。所述以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，其MAC地址學習，是從無源光網(wǎng)絡ODN側收到的以太網(wǎng)包在轉發(fā)到交換內(nèi)核之時，并行地查閱過濾數(shù)據(jù)庫中的條目是否有源地址，匹配時認為過濾數(shù)據(jù)庫已經(jīng)含有該條目，若沒有匹配時，將源地址登記到過濾數(shù)據(jù)庫中，以便學習到新的轉發(fā)特性。
具體的與數(shù)據(jù)庫有關的EPON邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫有以下操作。
a)根據(jù)上行數(shù)據(jù)包的源MAC地址進行學習，記錄該MAC地址所對應的LLIDOLT收到ONU發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包以后，緩存結構將發(fā)起一次基于源地址“地址學習”過程。它將存儲的源地址通過“地址查詢”機構進行學習，如果查到了該地址，就完畢這次學習過程。如果還沒有查到，那么將從地址表獲得一個地址空間，并且存入該地址和相應的LLID值。
b)根據(jù)下行數(shù)據(jù)包的源MAC地址進行查詢，得出轉發(fā)所需要的LLIDOLT從交換側收到數(shù)據(jù)包以后，緩存結構將發(fā)起一次基于目的地址“LLID(地址)查詢”過程。它將存儲的目的地址通過“cam”機構進行查詢，如果查到了該地址，就將LLID值發(fā)出給RS層。EPON接口在RS層將以太網(wǎng)包打上LLID標識。如果還沒有查到，那么將獲得一個預先設好的通用廣播LLID值(地址)，并且將該LLID值發(fā)出給EPON的協(xié)調(diào)子層RS層。
c)MAC地址條目老化OLT從ONU接收到的MAC地址和LLID在通過學習過程被存儲后，如果在一定的老化時間內(nèi)沒有接收到與之匹配的MAC地址，就應該將這個條目釋放出來，以供別的MAC地址使用，因此需要進行地址老化為目的掃描。掃描時，對符合老化條件的條目進行擦除。一個條目(entry)是否老化主要是該條目是否被頻繁使用(被讀出)過來確定，在老化間隔內(nèi)若沒有被讀出過，就認為的已經(jīng)老化了。為了實現(xiàn)老化這個功能，要求設置老化比特(Aging Bit)存儲器，并對其進行查找，設置，清除等操作。
2.本發(fā)明出了給出過濾數(shù)據(jù)庫方法外，還包括電路結構主要硬件如圖1所示，按照前面所述發(fā)明內(nèi)容和目的，所述過濾數(shù)據(jù)庫硬件實現(xiàn)方式包括了提供學習和查找能力的服務仲裁、可擦CAM、優(yōu)先編碼器和LLID存儲器，以及提供老化操作的老化存儲器、學習擦除控制器、警示控制器、擦除移存器、可用條目移存器、老化狀態(tài)機、比較器和警示移存器。
服務仲裁是提供地址查詢和地址維護(包括學習和掃描)服務的仲裁，使得可擦CAM優(yōu)先編碼器和LLID存儲器的使用依照時分復用方式交替使用。
所述可擦CAM，提供內(nèi)容尋址存儲器(CAM)的功能。可擦CAM的一個重要組成部分是內(nèi)容尋址存儲器(CAM)，寬度為48比特，深度為K(K＝2^L個，例如K＝1024)，可由地址寬度48+L數(shù)據(jù)寬度為1的雙端口存儲器構成。內(nèi)容尋址存儲器(CAM)具有讀操作和寫操作。讀操作是根據(jù)48位MAC地址快速查詢所有的地址條目(K＝2^L個，例如K＝1024個)，看是否含有該條目，匹配者即可輸出高電平?？刹羶?nèi)容尋址存儲器的另一個組成成分是記錄存儲條目所對應的48位MAC地址存儲器。
所述優(yōu)先編碼器將輸出高電平的匹配者按照優(yōu)先編碼器編成L位碼。
所述LLID存儲器將學習到的MAC地址所對應的LLID進行存儲的存儲器。
所述老化存儲器為K個1位存儲器，具有獨立的2套讀寫的真雙端口存儲器。學習到的MAC地址所對應的LLID進行存儲的存儲器的老化比特存儲器，若為1則為新鮮地址。為0則為即將老化的。
凡是剛存入地址條目對應的老化比特設為1。凡是剛剛被讀出過一次的地址條目也刷新為1。
所述學習擦除控制器用于控制可擦CAM的學習和擦除動作。在掃描模式的階段2老化擦除(aging out)，根據(jù)擦除移存器的內(nèi)容，控制擦除所對應的可擦內(nèi)容存儲器的內(nèi)容。在學習模式的步驟2寫入步驟中根據(jù)控制將移位寄存器C的內(nèi)容的值用于學習。
所述警示控制器暫時存儲需要警示的存儲條目。一方面用于老化比特的清除，即對所對應的條目進行老化的警告。在下一次的掃描中該內(nèi)容還用于再次確認是否達到老化條件。
所述擦除移存器存儲已經(jīng)驗證好可以老化掉的地址條目。
所述可用條目移存器存儲已經(jīng)驗證好可以使用的地址條目，該內(nèi)容的值為1所對應的條目即為將要寫入的條目。
圖中比較器12是一個與非門電路。
所述老化狀態(tài)機進行老化時間間隔計數(shù)和控制各個單元器件工作的裝置，含有狀態(tài)機。
3.工作過程描述整個電路工作有兩個模式。學習模式和掃描(SCAN)模式。大多數(shù)情況下，電路都在學習模式下。學習模式下，時時對新地址進行學習。大約幾萬分之一的時間為掃描模式。掃描模式暫時停止學習操作，只進行老化操作。通過模式的設置，實際上達到了這樣的效果，即對于所有的地址條目的老化時間間隔計數(shù)器都采用共同的一個，當計數(shù)器計數(shù)到掃描時刻，整個電路進入掃描模式，隨即進行老化操作，所有K個條目的老化操作集中在掃描模式下進行。
老化的判定條件是已經(jīng)清除掉的老化比特的那些地址條目在老化間隔間隔內(nèi)又沒有被讀一次。
具體的掃描模式下實施老化由4個階段組成(參見圖3)。
這四個階段為比較階段，老化擦除、再記錄和老化警示(清除老化比特)。
階段1為比較階段驗證是否達到老化條件。將警示移存器A和當前RAM的輸出的內(nèi)容比較(與非操作)，若都是0值則符合老化條件，存入1值到擦除移存器12，表明該地址所對應的條目將在隨后的操作中被刪除掉。這里存在老化比特存儲器4的老化比特的定義是，若該地址剛剛被讀過，就設置為1，說明是新鮮地址。
本階段還同時存儲了可用移存器的內(nèi)容，該內(nèi)容上述擦除存儲器的邏輯非值，為以便在將來學習模式下，提供可用于記載條目的位置信息。
階段2為老化擦除(aging out)經(jīng)過比較后，擦除移存器已經(jīng)存有那些經(jīng)過確認要被擦除的條目的位置信息。老化擦除階段就按照擦除移存器8的內(nèi)容逐個清除CAM和LLID的RAM，直到k個條目都已經(jīng)完成清除操作，老化操作完畢。
階段3為再記錄為了下一步進行老化警示操作，同時為了下一次掃描過程的比較操作，重新做記錄目前存有的地址條目。具體的就是讀出老化存儲器4的內(nèi)容(花樣)到警示移存器11。
階段4為老化警示老化警示就是將現(xiàn)有的地址條目做一個欲將刪除的警告，到下一次掃描時，如果該警告信息沒有被作出反應(置位)，也就是沒有被讀出過一次，該條目將被刪除。老化警示操作就是根據(jù)警示移存器的內(nèi)容清除老化存儲器4對應的比特。同時，讀出的內(nèi)容還被警示移存器輸入口所讀入，當K條內(nèi)容都被讀一遍后，警示移存器恢復到老化警示操作開始時的內(nèi)容。
同時在掃描模式的情況下，除了上述老化操作外，查找功能(讀操作)還在正常的進行。
一般，掃描在老化間隔(如5秒)內(nèi)精確的對已經(jīng)老化的地址可全部老化掉。也可以通過寄存器預先設置老化間隔。如圖2所示是動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫老化時序圖。
在兩次掃描之間，電路都是處在學習模式。
在學習模式情況下，CAM、地址表進行正常的學習功能(采用wMAC)和查找功能(讀操作采用RMAC)。
學習模式中，只要有空的地址條目，就可學習許多條新的MAC地址。其中一條條目的學習過程包括4個步驟(參閱圖4)步驟1是檢測是否新地址；首先查閱是否已存入CAM，需要使用CAM的讀出地址。通過服務仲裁，學習操作可獲得查詢時間(服務仲裁是實現(xiàn)兩個地址復用的機構)，確定內(nèi)容存儲器是否含有當前的地址。
步驟2是寫入當將可用移存器9中的內(nèi)容所確定的地址條目用于學習到MAC地址及其LLID存儲。具體的，將MAC地址寫入可擦移存器的MAC存儲器，將相應地址條目寫入CAM中，將LLID值存入LLID存儲器3中。
步驟3更新老化比特在讀出時要順便在查到MAC地址后，馬上進行刷新老化比特，使之等于1。此時使用使能(類似片選)信號，僅僅選通老化存儲器4，進行寫操作。不會改變存儲LLID的LLID存儲器3的內(nèi)容。步驟4是確定下一條寫入位置讀出可用移存器9，直到找到一個可用條目。計數(shù)器在讀出時計數(shù)，當停止讀出可用移存器時，該計數(shù)器的值即為寫入位置(地址)。
圖5是動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實施案例的電路示意圖。
通過使用圖1到圖4以及上述介紹，可用現(xiàn)場可編程集成電路(FPGA)將動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫予以實現(xiàn)。結合本發(fā)明指出方法，可用于EPON的LLID動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)。
其中LLID存儲器采用16位寬，1024(＝K)個地址空間存儲器。移存器B為擦除移存器，1024位；移存器A為警示移存器，1024位；移存器C為可用移存器，1024位。圖中CNT為計數(shù)器，dff為D觸發(fā)器。
圖8是老化狀態(tài)機的轉移圖.給出老化狀態(tài)機輸出圖2中的5個信號的轉移過程，老化周期為5秒。系統(tǒng)時鐘為62.5M。
圖6是可擦CAM部分的電路原理圖。
圖中用于擦除條目的MAC地址存儲器，采用48位寬1024個地址空間。內(nèi)容尋址存儲器采用真雙口存儲器構成。用于寫入的A端口為2^58個地址空間，數(shù)據(jù)寬度為1位，用于讀出的B端口為2^48個地址空間，數(shù)據(jù)寬度為1024位。
圖7是服務仲裁的電原理圖，包括鎖存器、選擇器和分頻器。
WMAC[47:0]用于學習數(shù)據(jù)幀的源MAC地址；RMAC[47:0]用于查詢的數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址；WreqMAC地址的學習請求；RreqMAC地址的查詢請求；Winserve服務中，表示MAC地址學習進行中；Rinserve服務中，表示MAC地址查詢進行中；Scan mode掃描中，表示控制平面正在掃描地址存儲單元其中分頻器依據(jù)系統(tǒng)時鐘分出周期為8*32＝256微妙(32個字節(jié)的時間)，占空比為50％。服務判斷邏輯在高電平只要有查詢請求Rreq，就相應Rinserve。服務判斷邏輯在低電平只要有學習請求Wreq，就相應Winserve，在Scan_mode掃描中有效期間并不相應學習請求。一般可擦CAM的速度都在＝256微妙以內(nèi)。
本發(fā)明的核心是在局端設備每個EPON接口采用邏輯鏈路標識過濾數(shù)據(jù)庫，通過邏輯鏈路標識(LLID)遠端ONU設備可挑選發(fā)往該ONU的以太網(wǎng)包以及授權等信息，完成局端設備OLT之EPON接口邏輯連路標識分析和裝配方法，提高了網(wǎng)絡的有效性。因此，凡是采用邏輯鏈路標識過濾數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)該目的，均屬本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，主要在局端設備每個EPON接口采用邏輯鏈路標識過濾數(shù)據(jù)庫，用來標識通過無源光網(wǎng)絡的以太網(wǎng)包，即邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫使以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包能夠攜帶邏輯鏈路標識(LLID)標簽，通過邏輯鏈路標識，遠端ONU設備可挑選發(fā)往該ONU的以太網(wǎng)包以及授權信息，當接收到符合自己拿到LLID時，就將該以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包轉發(fā)，當接收到不符合自己拿到LLID，又不是單拷貝廣播時，就將該數(shù)據(jù)包濾除掉，過濾數(shù)據(jù)庫包括MAC學習、MAC查詢和地址條目老化操作。
2.根據(jù)權利要求1所述的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，其特征是邏輯鏈路標識是通過EPON系統(tǒng)的注冊過程，系統(tǒng)為每個ONU的連接分配了邏輯鏈路標識LLID，建立鏈路通道，下行的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包利用EPON特有的廣播特性即單拷貝廣播，發(fā)到遠端系統(tǒng)ONU，一旦終端系統(tǒng)回答一個數(shù)據(jù)包，則其MAC地址和通過EPON網(wǎng)絡時所使用的LLID將立刻被過濾數(shù)據(jù)庫所學習到，以后發(fā)往該目的地址的數(shù)據(jù)包就都采用點到點的方式，即采用單播LLID值來標識該以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，其特征是所述MAC地址學習，是在以太網(wǎng)包轉發(fā)之時，并行地查閱過濾數(shù)據(jù)庫中的條目是否有源地址，匹配時認為過濾數(shù)據(jù)庫已經(jīng)含有該條目，若沒有匹配時，將源地址登記到過濾數(shù)據(jù)庫中，以便學習到新的轉發(fā)特性。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，其特征是MAC查詢是根據(jù)下行數(shù)據(jù)包的源MAC地址進行查詢，得出轉發(fā)所需要的LLID，從交換側收到數(shù)據(jù)包以后，緩存結構將發(fā)起一次基于目的地址“LLID地址查詢”過程，它將存儲的目的地址通過“cam”機構進行查詢，如果查到了該地址；就將LLID值發(fā)出給RS層，如果還沒有查到，那么將獲得一個預先設好的通用廣播LLID值即地址，并且將該LLID值發(fā)出給EPON的協(xié)調(diào)子層RS層。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法，其特征是地址條目老化操作是過濾數(shù)據(jù)庫的地址條目，精確的按照給定的時間間隔老化掉，OLT從ONU接收到的MAC地址和LLID在通過學習過程被存儲后，如果在一定的老化時間內(nèi)沒有接收到與之匹配的MAC地址，就將這個條目進行擦除，一個條目是否老化主要是根據(jù)該條目是否被頻繁使用過來確定，在老化間隔內(nèi)若沒有被讀出過，就認為已經(jīng)老化了，而不符合老化條件的條目繼續(xù)保留在過濾數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)動態(tài)刷新數(shù)據(jù)庫的條目。
6.一種實現(xiàn)以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，包括提供學習和查找能力的服務仲裁、可擦CAM、優(yōu)先編碼器和LLID存儲器，以及提供老化操作的老化存儲器、學習擦除控制器、警示控制器、擦除移存器、可用條目移存器、老化狀態(tài)機和警示移存器。
7.根據(jù)權利要求6所述無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，其特征是服務仲裁包括鎖存器、選擇器和分頻器，用于學習數(shù)據(jù)幀的源MAC地址和用于查詢的數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址經(jīng)過選擇器至可擦CAM的MAC存儲器，MAC地址的學習請求和MAC地址的查詢請求經(jīng)過鎖存器給出Winserve表示MAC地址學習進行中或Rinserve表示MAC地址查詢進行中信號。
8.根據(jù)權利要求6或7所述無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，其特征是老化操作采用的硬件電路是記錄老化信息的老化存儲器和暫存老化操作信息的移位存儲器，這些移位存儲器包括擦除移存器用于暫存準備擦除掉的條目位置信息、可用條目移存器用于指示新的學習到條目將要存放的條目位置和警示移存器用于指示那些已經(jīng)在掃描時存入過濾數(shù)據(jù)庫中而且進入老化操作考慮范圍的條目位置。
9.根據(jù)權利6或7要求所述無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，其特征是提供學習和查找能力的內(nèi)容尋址存儲器CAM，采用了可擦CAM，可擦CAM具有MAC地址存儲器，記錄了所存儲的MAC地址的值，當需要擦出時可以依照具體條目存在的位置，將CAM該行存儲的1擦出掉。
10.根據(jù)權利要求6或7所述無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的裝置，其特征是可擦CAM部分的電路包括用于擦除條目的MAC地址存儲器和內(nèi)容尋址存儲器CAM，內(nèi)容尋址存儲器CAM采用真雙口存儲器構成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡系統(tǒng)動態(tài)過濾數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)方法及裝置，在局端設備每個EPON接口采用邏輯鏈路標識過濾數(shù)據(jù)庫，用來標識通過無源光網(wǎng)絡的以太網(wǎng)包，即邏輯鏈路標識(LLID)過濾數(shù)據(jù)庫使以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包能夠攜帶邏輯鏈路標識(LLID)標簽，通過邏輯鏈路標識，遠端ONU設備可挑選發(fā)往該ONU的以太網(wǎng)包以及授權信息，當接收到符合自己拿到LLID時，就將該以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包轉發(fā)，當接收到不符合自己拿到LLID，又不是單拷貝廣播時，就將該數(shù)據(jù)包濾除掉，過濾數(shù)據(jù)庫包括MAC學習、MAC查詢和地址條目老化操作。該過濾數(shù)據(jù)庫由硬件實現(xiàn)。
文檔編號G06F17/30GK1521662SQ0311856
公開日2004年8月18日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權日2003年1月30日
發(fā)明者何巖, 何 巖 申請人:烽火通信科技股份有限公司