CN100536457C - 一种实现同步数字体系上传送数据包的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种实现同步数字体系上传送数据包的装置属于通讯类，由POS-PHY Level2与MII接口转换模块、以太网接口网络处理器模块组成；接口转换模块通过POS-PHY Level2接口与物理层相连，通过MII接口与以太网接口网络处理器相连。方法是：1，由接口转换模块把POS物理层芯片传来的PPP数据帧转为以太网数据帧；2，由以太网接口网络处理器把接口转换模块传来的以太网帧进行处理，分割成信元净荷，根据所处理包的地址信息，重新生成信元头，分别送给交换网；3，由以太网接口网络处理器把交换网传来的信元流重组成包，处理后送给接口转换模块；4，接口转换模块把以太网数据包转换为PPP数据帧，送给POS物理层。

Description

一种实现同步数字体系上传送数据包的方法和装置

技术领域

本发明属于通讯技术中网络处理器的方法和装置类，尤其涉及宽带数据接入产品的接口方法和装置。

背景技术

九十年代以来，Internet网络取得了巨大的发展，用户数量呈爆炸性增长。从1989年开始，大约每隔56周的时间Internet上的主机数量就翻了一番。最近三年以来，每隔23周的时间Internet上的WEB服务器数几乎也翻了一番，这种增长是呈指数级翻番的。随着通讯技术的进步和市场需求的驱动，电话网由传统传送的话音业务以及有线电视网传送的视频业务都渐渐以包的形式转移到计算机网上传送，如IP Phone，VOD等。随着用户数的剧增，带宽的瓶颈越来越显露出来，传统的骨干网已不能满足业务发展的需要，成为Internet进一步发展的障碍。为了解决Internet网络速度和带宽问题，通信界提出了IP over SDH技术(为POS业务的一种，目前业界POS都指此)。现在的数据产品：如路由器、以太网交换机、宽带接入服务器等大都提供此技术的POS端口。

但是，在目前提供POS接口的产品中，其都采用POS物理层芯片加POS专用网络处理器的技术。POS物理层芯片主要完成SDH帧映射/去映射和PPP包的HDLC处理。POS专用网络处理器与物理层采用为POS-PHY Level2接口，完成PPP协议及封装于PPP包中的IP协议的处理和IP包转发等工作。

由于POS技术提出较晚，并还未完全标准化。现在大多网络处理器都为针对以太网和ATM应用而开发的，其对物理层分别为标准MII接口和UTOPIA接口。许多厂家的数据产品套片技术并不提供采用POS-PHY Level2接口的网络处理器。这样选择相关套片的系统就实现不了POS接口，提供不了POS应用。这就使现在根多产品难以实现POS应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现同步数字体系上传送数据包的方法和装置，解决上述难题，以满足通讯技术发展的需要。

本发明的目的是这样实现的：

一种实现同步数字体系上传送数据包的装置，包括POS-PHY Level2接口、MII接口转换模块、以太网接口网络处理器模块，其特征在于，接口转换模块由POS-PHY Level2接口与MII接口转换模块构成；接口转换模块通过POS-PHY Level2接口与物理层相连，通过MII接口转换模块与以太网接口网络处理器模块相连。

一种实现同步数字体系上传送数据包的装置的方法，包括下列步骤：

1)输入方向

1))由接口转换模块把POS物理层芯片传送来的PPP数据帧转换为以太网数据帧；

2))以太网接口网络处理器将接口转换模块传送来的以太网帧进行处理，并由以太网接口网络处理器把包重新分割成信元净荷，根据所处理的包的地址信息，重新生成信元头，信元头和信元净荷分别送给交换网。

2)输出方向

1))由以太网接口网络处理器把交换网传送过来的信元流重组成包，处理后送给接口转换模块；

2))接口转换模块把以太网数据包转换为PPP数据帧，送给POS物理层。

由于采用了以上的技术方案，本发明用以太网接口网络处理器代替POS专用网络处理器来处理PPP协议及其承载的上层协议，加一个POS-PHY Level2与MII接口转换模块，完成POS物理层芯片和以太网接口网络处理器的接口适配。这样，采用接口转换模块加上以太网接口网络处理器就代替了POS专用网络处理器。

本发明的一种实现同步数字体系上传送数据包的方法和装置，克服了现有技术难以实现POS应用的缺点，解决了许多套片方案难以实现POS接口的问题。因而本发明所述的一种实现同步数字体系上传送数据包的方法和装置，可灵活的实现数据产品所需的POS应用。同时硬件关键技术MII接口与POS-PHY Level2接口的转换方法和装置还可用于数据传输产晶的数据汇接等场合。

附图说明

图1是现有技术的系统框架结构示意图；

图2是本发明的一种以太网接口网络处理器的框架结构示意图；

图3是本发明的一种以太网接口网络处理器的模块电路原理示意图；

图4是本发明的一种以太网接口网络处理器中的硬件接口转发模块数据发送方向的数据读取状态机的示意图；

图5是本发明的一种以太网接口网络处理器中的硬件接口转发模块数据接收方向的控制信号状态机的示意图；

图6是本发明的一种以太网接口网络处理器中的硬件接口转发模块数据接收方向的数据读取状态机的示意图；

图7是本发明的一种以太网接口网络处理器中的控制软件对PPP控制包处理的流程图；

图8是本发明的一种以太网接口网络处理器中另一种控制软件对PPP数据包处理的流程图。

图中主要器件代号：

1，物理层器件          2，链路层器件

3，接口转换模块        4，以太网接口网络处理器

5，MII接口转换模块     6，POS-PHY Level2接口

7，PPP包处理模块       8，以太网帧处理模块

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施作如下详述：

在图1中，现有技术中的系统框架，为通常实现POS应用的设计架构。物理层器件(POS)1与链路层器件(POS)2之间为标准POS-PHY Level2接口6。POS网络处理器完成PPP协议及封装于PPP包中的IP协议的处理和IP包转发等工作。

在图2中，本发明的一种实现同步数字体系上传送数据包的装置，其以太网接口网络处理器的系统框架中，通过一个接口转换模块3(由POS-PHY Level2接口6与MII接口转换模块5构成)完成POS物理层POS1与以太网接口网络处理器4之间的接口适配(连接)。以太网接口网络处理器4完成对封装于以太网数据流中的PPP包的解封装以及PPP协议、封装于PPP包中的IP协议的处理和IP包转发等工作。其中，接口转换模块3由POS-PHY Level2接口6与MII接口转换模块5构成；接口转换模块3通过POS-PHY Level2接口6与物理层1相连，通过MII接口转换模块5与以太网接口网络处理器模块4相连。

在图3中，本发明装置的以太网接口网络处理器由POS-PHY Level2与MII接口转换模块5，及以太网接口网络处理器4采用数据总线(连接)完成MII数据流的适配。其中，接口转换模块3由POS-PHY Level2接口6、MII接口转换模块5、PPP包处理模块7、以太网帧处理模块8构成。PPP包处理模块7、以太网帧处理模块8的一端分别由数据流总线与POS-PHY Level2接口6连接，另一端分别由数据流总线与MII接口转换模块5连接。

接口转换模块3分别完成四部分工作：主体两个模块分别完成发送方向的以太网数据包(以太网帧处理模块8)的处理和接收方向PPP数据包(PPP包处理模块7)的处理；两边的接口模块分别完成POS-PHY Level 2接口6及MII接口5的适配工作。

其中，

1，POS-PHY Level2接口6与MII接口转换模块5

接口转换模块3负责POS-PHY Level2接口6，与MII接口转换模块5之间数据打包、拆包以及数据传输格式转换功能。接收方向(从POS-PHY Level2接口6到MII接口转换模块5)：将由物理层POS1传过来的PPP包添上以太网帧的帧头和CRC字段以及帧间隔，并将数据格式由16位转换为4位经MII接口转换模块5送往网络处理器。发送方向(从MII接口转换模块5到POS-PHY Level2接口6)将网络处理器送来的以太网数据包去掉帧头，恢复出PPP数据包，并将数据格式由4位转换为16位经POS-PHY Level2接口6送往物理层POS1。

2，以太网接口网络处理器模块

提供PPP协议及其封装的上层协议的包处理功能。主要完成PPP包的拆包、组包及其承载的IP包的路由查表、切割、信元组包等操作。

在图4中，数据发送方向的数据读取状态机，主要完成MII接口转换模块5到POS-PHY Level2接口6的数据发送。此时可用一个计数器来控制数据的传输，当网络处理器有数据包需要发送时，计数器开始计数，对前8字节的帧同步码FPGA丢弃，然后进行数据的读取，遇到数据包结束标识时结束。考虑到网络处理器和可编程器件之间大都采用4位的数据线，而可编程器件的输出是16位数据，并且最后有效数据有可能为单字节，因此在每两次和四次读周期后都应该对数据包结束信号进行捕捉。

数据发送方向的数据读取状态机的控制流程如下：

1，将转换接口上电复位后处于Idle(空闲)状态，等待MII侧数据的到来。

2，当有数据要发送时，接口由Idle态跳转为包开始状态，去掉以太网前导和帧同步字节后进入数据发送态，数据发送完后又转入Idle状态。由于MII输出总线为四位，而输入的POS-PHY Level2接口6的总线为16位，这样每四次MII总线输出对应一次POS-PHY Level2总线输入。由于两侧接口时钟不一致，相对于总线速率来说，MII接口转换模块5输出慢于POS-PHY Level2接口6输入。若物理层器件1的接收FIFO阈值不够大或FIFO本身深度不够，在发送的数据包较长时有可能造成物理层器件1读空而使FIFO下溢。这时就需要转换接口内部放置足够大的存储器来缓冲解决接口两侧速率失配的问题。

在图5、图6中，为数据接收方向的控制信号状态机以及数据接收方向的数据读取状态机。下面先分析一下控制信号的触发条件，再来阐述其状态机。

外部逻辑的信号说明：

DRPA(PHY端产生的接收数据包有效信号)信号由两种条件激发——物理层FIFO中的数据量达到阈值和有数据包的包尾。由于实际工作过程中出现超短数据包的概率极小，对于后一种情况可以不做处理。

RENB——接收数据使能信号，在开始和数据传输两种状态时有效。

RVAL——接收数据有效信号，由数据输出是否有效确定。

内部逻辑信号FIFO满或空与FPGA的FIFO余量有关，当余量小于某一值时，激发FIFO满，反之为FIFO空。

数据接收方向的控制信号状态机流程如下：

1，将转换接口上电复位后处于Idle(空闲)状态，等待POS-PHY Level2侧数据的到来。

2，当有数据要接收时，接口由Idle态跳转为包开始状态，添上以太网前导和帧同步字节后进入数据接收态，数据接收完后又转入Idle状态。由于MII输入总线为四位，而输出的POS-PHY Level2的总线为16位，这样每一次POS-PHY Level2总线输出对应四次MII总线输入。由于两侧接口时钟一致，相对于总线速率来说，POS-PHY Level2接口6的输出快于MII接口转换模块5的输入。若物理层器件1内部做不到合理的丢包，线速工作情况下有可能造成物理层器件1接收FIFO的上溢而使器件工作不正常。这时只有通过改变控制策略将线速的多余流量引入接口装置，这样就需转换接口内部放置足够大的存储器外加合理的丢包机制来失配接口两侧速率不一至的问题。

在图7中，本发明装置中的控制软件对PPP控制包处理流程图，及处理流程如下：

1，将从网络侧送过来的PPP控制包以PPP包方式进入POS输入线路卡；

2，由POS输入线路卡上接口转换模块把收到的PPP包组装成以太网包，送入以太网接口网络处理器模块，网络处理器首先去掉以太网的帧头恢复出PPP包，接着其输入处理机通过对PPP包头的分析，确认这是一个PPP控制包，就把这个控制包拆分为“cell”(信元)并输出到交换板上对应CPU板的输出队列Queue1(队列)；

3，将交换板把Queue1中的“cell”交换到CPU板；

4，把CPU板上的Packet网络处理器把收到的“cell”组装成原先的PPP控制包，并送到CPU进行PPP处理；

5，由CPU根据PPP流程，对收到的PPP控制包进行相应的回复；

6，由CPU板上的Packet网络处理器把CPU输出的PPP回复包拆分为“cell”并送到交换板上的对应输出队列Queue2；

7，由交换板把Queue2中的“cell”交换到POS输入线路卡上的以太网接口网络处理器；

8，由以太网接口网络处理器从信元流中恢复出PPP回复包，并将PPP包重组成以太网包送到接口转换模块，接口转换模块把收到的以太网包转换为PPP包输出到POS物理层，物理层将承载的PPP回复包以SDH线路送给网络另一端。

在图8中，本发明装置中的另一种控制软件对PPP数据包处理流程图，及处理流程如下：

1，从网络侧送过来的PPP数据包以PPP包方式进入POS输入线路卡；

2，由POS输入线路卡上接口转换模块把收到的PPP包组装成以太网包，送入以太网接口网络理器模块，网络处理器首先去掉以太网的帧头恢复出PPP包，接着其输入处理机通过对PPP包头的分析，确认这是一个PPP数据包，就把PPP的封装去掉，取出PPP负载中的IP包，根据IP包头的分析，决定相应的输出端口，拆分这个IP包成为“cell”，输出这些“cell”到交换板上相应的输出队列Queue3；

3，由交换板把Queue3中的“cell”交换到POS输出线路卡上的以太网接口网络处理器模块；

4，由网络处理器从信元流中恢复出PPP回复包，并将PPP包重组成以太网包送到接口转换模块，接口转换模块把收到的以太网包转换为PPP包输出到POS物理层，物理层把PPP数据包打包成HDLC形式并映射到SDH线路送出系统。

由上，本发明实际在工作时，接口转换模块3通过POS-PHY Level2接口6与物理层POS1相连，通过MII接口转换模块5与以太网接口网络处理器4相连。

在发送方向上，POS线卡从交换接口总线上接收Cell形式的数据，输入到网络处理器进行处理，将Cell拼装成PPP数据包，并打包成以太网帧的格式经网络处理器的标准MII接口转换模块5输出到接口转换装置。本装置将MII接口转换模块5输入的标准以太网数据包中的PPP数据包取出，再组合成POS-PHY Level2接口6经数据总线格式进入物理层POS1，物理层POS1器件对收到的数据包进行HDLC成帧，然后适配到OC-3的净荷部分并经光接口发送出去。

在接收方向上，物理层POS1器件从OC-3净荷部分取出数据后，再解HDLC帧恢复出PPP数据包，经过POS-PHY Level2接口6输入到接口转换装置，该装置将输入的PPP数据包组帧成标准以太网数据包并按MII总线格式送入网络处理器处理以Cell的形式送到交换接口总线上，被交换到相应的目的地。

综上所述，本发明所述POS专用网络处理器的替代方法和装置，用以太网接口网络处理器代替POS专用网络处理器处理PPP协议及其承载的上层协议，加一个POS-PHY Level2与MII接口转换模块5完成POS物理层芯片和以太网接口网络处理器的接口适配。这样，采用接口转换模块加上以太网接口网络处理器就代替了POS专用网络处理器。并且利用了系统支持别的业务的硬件体系结构，减少了板卡设计的差异性，减少了硬件的成本，降低了软件的工作量。同时发明中的关键技术接口转换部分，在目前许多数据产品的开发中，都会有这种应用需求，定将逐步转化为一项通讯技术中广为通用的技术和产品。

Claims (5)

1.一种实现同步数字体系上传送数据包的装置，包括POS-PHY Level2接口、MII接口转换模块、以太网接口网络处理器模块，其特征在于，接口转换模块由POS-PHY Level2接口、MII接口转换模块、PPP包处理模块、以太网帧处理模块构成；接口转换模块通过POS-PHY Level2接口与物理层相连，通过MII接口转换模块与以太网接口网络处理器模块相连，PPP包处理模块、以太网帧处理模块的一端分别与POS-PHY Level2接口相连，另一端分别与MII接口转换模块相连；

所述PPP包处理模块用于将POS物理层芯片传送来的PPP数据帧转换为以太网数据帧，并通过MII接口转换模块传给以太网接口网络处理器；

所述以太网帧处理模块用于将太网接口网络处理器传送的以太网数据包转换为PPP数据帧，并通过POS-PHY Level2接口发送给POS物理层；

所述以太网接口网络处理器模块用于将接口转换模块传送来的以太网帧进行处理，并把包重新分割成信元净荷，根据所处理的包的地址信息，重新生成信元头，信元头和信元净荷分别送给交换网，并把交换网传送过来的信元流重组成包，处理后发送给接口转换模块。

2.根据权利要求1所述的一种实现同步数字体系上传送数据包的装置，其特征在于，太网接口网络处理器模块进一步用于去掉以太网的帧头恢复出PPP包，通过对PPP包头的分析，确认是一个PPP控制包后，就把这个控制包拆分为“信元”，并输出到交换网；确认是一个PPP数据包后，去掉PPP的封装，取出PPP负载中的IP包，分析IP包头，决定相应的输出端口，拆分这个IP包成为“信元”，输出该“信元”到交换网。

3.根据权利要求1所述的装置实现同步数字体系上传送数据包的方法，包括下列步骤：

1)输入方向

1))由接口转换模块把POS物理层芯片传送来的PPP数据帧转换为以太网数据帧；

2))以太网接口网络处理器将接口转换模块传送来的以太网帧进行处理，并由以太网接口网络处理器把包重新分割成信元净荷，根据所处理的包的地址信息，重新生成信元头，信元头和信元净荷分别送给交换网；

2)输出方向

1))由以太网接口网络处理器把交换网传送过来的信元流重组成包，处理后送给接口转换模块；

2))接口转换模块把以太网数据包转换为PPP数据帧，送给POS物理层。

4.根据权利要求3所述的实现同步数字体系上传送数据包的方法，其特征在于，以太网接口网络处理器中设置有控制软件对PPP控制包处理流程如下：

1)将从网络侧送过来的PPP控制包，以PPP包方式进入POS输入线路卡；

2)由POS输入线路卡上的接口转换模块把收到的PPP包组装成以太网包，送入以太网接口网络处理器模块，网络处理器首先去掉以太网的帧头恢复出PPP包，接着通过对PPP包头的分析，确认是一个PPP控制包后，就把这个控制包拆分为“信元”，并输出到交换板上对应CPU板的输出队列；

3)将交换板把队列中的“信元”交换到CPU板；

4)把CPU板上的包网络处理器收到的“信元”组装成原先的PPP控制包，并送到CPU进行PPP处理；

5)由CPU根据PPP流程，对收到的PPP控制包进行相应的回复；

6)由CPU板上的包网络处理器把CPU输出的PPP回复包拆分为“信元”并送到交换板上的对应输出队列；

7)交换板把队列中的“信元”交换到POS输入线路卡上的以太网接口网络处理器；

8)以太网接口网络处理器从信元流中恢复出PPP回复包，并将PPP包重组成以太网包送到接口转换模块，接口转换模块把收到的以太网包转换为PPP包输出到POS物理层，物理层将承载的PPP回复包以SDH线路送给网络另一端。

5.根据权利要求3所述的实现同步数字体系上传送数据包的方法，其特征在于，以太网接口网络处理器中设置有控制软件对PPP数据包处理流程如下：

1)从网络侧送过来的PPP数据包以PPP包方式进入POS输入线路卡；

2)由POS输入线路卡上的接口转换模块把收到的PPP包组装成以太网包，送入以太网接口网络理器模块，网络处理器首先去掉以太网的帧头恢复出PPP包，接着通过对PPP包头的分析，确认是一个PPP数据包后，去掉PPP的封装，取出PPP负载中的IP包，分析IP包头，决定相应的输出端口，拆分这个IP包成为“信元”，输出这些“信元”到交换板上相应的输出队列；

3)交换板把队列中的“信元”交换到POS输出线路卡上的以太网接口网络处理器模块；

4)网络处理器从信元流中恢复出PPP回复包，并将PPP包重组成以太网包送到接口转换模块，接口转换模块把收到的以太网包转换为PPP包输出到POS物理层，物理层再把PPP数据包打包成HDLC形式并映射到SDH线路送出系统。

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