CN101087233A - 用硬件环回方式在epon网络上实现ipv6组播过滤的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的装置及方法，所述装置包括ONU芯片和交换芯片，所述ONU芯片包括用户网络接口、嵌入式CPU，所述交换芯片包括CPU端口、第一交换端口和第二交换端口，所述用户网络接口和所述第一交换端口相连接，所述交换芯片的CPU端口和第二交换端口设有连接。本发明在ONU上实现MLD Snooping功能，且无需另外增加CPU，而是利用交换芯片的VLAN特性，将其CPU port端口与另一个端口在外部环回，从而为MLD协议报文插入特殊VLANID的VLAN标签，进而方便ONU芯片能够利用VLANID的方式捕获数据通道的MLD协议报文并进行处理。由于无需另外增加硬件设备，因此本方法的实现成本较低。

Description

用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的装置及方法

技术领域

本发明涉及在EPON网络上实现IPV6组播过滤的方法及装置。

背景技术

在网络传输过程中，IP组播(将相同的信息包同时传送给多个目的地)比单播(向每个目的地单独发送一份)的效率高得多。如果网络中没有某种类型组播控制，网络将会把组播作为广播处理，这意味着目的地网络上的所有主机都必须处理发送给该网络的所有组播。在组播应用类型较多的环境中，这可能需要能够抢夺网络上所有主机CPU周期的性能，极大的影响网络的传输性能。

IGMP snooping(互连网组管理协议侦听，IPv4组播侦听的技术)和MLD snooping(IPv6组播协议侦听)技术就是为了解决二层设备在端口上过滤该端口不需要的组播数据包，防止组播包泛滥，节省端口有效带宽问题而产生的技术。

IGMP Snooping是一个用于组播组的管理和控制的技术。它使用IGMP报文。IGMP协议运行在网络层，而IGMP Snooping运行在链路层。如图1所示，IGMP Snooping允许交换机监听主机(主机1、主机2、主机3)和路由器4之间的IGMP会话。当交换机监听到主机3发往路由器4的加入某个组的IGMP报告(report)后，交换机将该主机3连接的端口编号加入到这个组的转发列表(交换机将根据这个转发列表中包含的交换机的端口对应的组播组地址，来决定从路由器发来的某个特定组播地址的数据从哪个端口上转发出去)中，同样，当交换机收听到IGMP离开(leave)消息，它就将主机3连接的端口编号从转发列表中删除。如果一段时间内没有成员的报告，交换机也会将端口从组中删除。当IGMP Snooping启动之后，组播路由器周期地向所有VLAN发送IGMP查询报文，VLAN下的主机响应查询报文，发送加入或报告报文，因此这个主机所在端口被加入到组播转发表中，其关键字是VLAN标签和组播MAC地址，当有组播数据时，直接根据组播转发表进行相应的转发，并不是向所有端口转发，因此有效地节省了交换机的带宽。

MID snooping的基本工作原理与IGMP snooping相同，差别只在于MLD Snooping是侦听IPv6的组播包。而所谓MLD snooping，是指ONU设备通过侦听STB(机顶盒)与路由器之间的IPv6组播协议消息(MLD协议)交互，可以确定连接在自己某端口的STB当前加入的组播组，从而只转发该STB需要的组播组数据，过滤掉其余不需要的组播组数据的功能。

为了在EPON中实现MlD snooping功能，EPON除了要为每一个点到点的逻辑链路指定一个LLID(逻辑链路ID)外，还要定义一个通用的广播LLID。OLT(光线路终端)对于下行数据包，如果是单播包，就在地址表中查找对应的LLID，将对应的LLID值插入到数据包中。如果这个包是一个广播包，那么就使用一个通用的广播LLID值。而ONU在接收到下行包后，要将不属于自己的数据包过滤掉。当有一个新的下行包到达时，如果该包是单播包，且LLID与ONU的LLID相匹配，就接收这个包，否则就丢弃这个包；如果该包是广播包，且LLID为通用的广播LLID，就接收这个包。

如图2所示，ONU(光网络单元)的下行端口为FE(百兆以太口)口，而EPON口的数据速率达到1G，如果不在ONU侧对不属于本ONU下属终端的组播进行过滤，就很容易在此发生端口拥塞。为实现ONU侧的组播过滤功能，现有的技术方案如下：

具有支持MLD snooping功能的交换芯片，通过硬件将数据通道中的MLD协议报文捕获后，从其指定的交换芯片上的CPU port送到ONU的CPU上进行处理，由CPU上运行的软件分析MLD协议报，从而生成IPv6组播过滤表，并根据此过滤表控制交换芯片进行下行组播数据的过滤，从而在ONU上实现MLD Snooping的功能。

虽然目前部分商用的ONU芯片内嵌了CPU，但是由于内嵌的CPU没有提供MAC网口，因此交换芯片捕获到的MLD协议报无法直接送到ONU芯片内嵌的CPU上进行处理，因此通常再增加一个具有MAC网口的CPU芯片来实现MLD Snooping功能。如图3所示。

交换芯片(如Marvell6061)对所有上行MLD协议报文进行抓包，并将这些数据通过它的CPU port向增加的CPU芯片的MAC网口送出。增加的CPU芯片根据MLD协议报文建立组播过滤表，控制交换芯片来实现IPv6组播过滤。

但是采用这种方法，需要增加一个CPU芯片，增加了设备的成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的装置及方法，更具体地说是一种采用ONU芯片与支持MLD snooping功能及VLAN功能的交换芯片相配合，借助支持MLD snooping功能及VLAN功能的交换芯片的VLAN特性，采用外部环回手段，对MLD协议报文打上VLAN标签，来实现ONU设备上MLD Snooping功能的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的装置，包括ONU芯片和交换芯片，所述ONU芯片包括用户网络接口、嵌入式CPU，所述交换芯片包括CPU端口、第一交换端口和第二交换端口，所述用户网络接口和所述第一交换端口相连接，所述交换芯片的CPU端口和第二交换端口设有连接。

其中，所述连接为CPU Port的接收和发送信号线与PortA的发送和接收信号线直接连接。其中，所述交换芯片的CPU端口为非标签模式。

其中，所述第一交换端口设为VLAN的中继模式，第二交换端口的PVID包含在第一交换端口的中继中，从第二交换端口接收到的数据包能够转发到第一交换端口。

一种用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的方法，包括以下步骤：

1)MLD协议报文经过交换芯片时打上VLAN标签；

2)ONU芯片分析从数据通道捕获的被打上VLAN标签的MLD协议报文，建立IPv6组播过滤表；

3)ONU芯片内嵌CPU将打上VLAN标签的MLD协议报文更改为原来的MLD协议报文，并按原来的数据流向发回到数据通道中。

其中，所述步骤1)中，通过外部环回的方式对MLD协议报文插入VLAN标签。

其中，所述外部环回的方法为，将MLD协议报文捕获后，从交换芯片的CPU端口发送出去，从交换芯片的另一交换端口进入交换芯片，并对MLD协议报文插入VLAN标签。

其中，所述步骤2)中，所述IPv6组播过滤表为两张表，一张对应交换芯片端口上的组播过滤，另一张对应于ONU芯片UNI口的组播过滤。

其中，所述步骤3)之后还包括内嵌CPU通过调用ONU芯片和交换芯片的控制接口API，将各自对应的组播过滤表信息写入相应的硬件寄存器中。

本发明在ONU上实现MLD Snooping功能，且无需另外增加CPU，而是利用交换芯片的VLAN特性，将其CPU port端口与另一个端口在外部环回，从而为MLD协议报文插入特殊VLANID的VLAN标签，进而方便ONU芯片能够利用VLANID的方式捕获数据通道的MLD协议报文并进行处理。由于无需另外增加硬件设备，因此本方法的实现成本较低。

另外，现有方法只能在交换芯片上实现IPv6组播过滤，而新方案还可以在ONU芯片上实现IPv6组播过滤，可以节省从ONU芯片到UNI口下行数据带宽。

以下结合附图及实施例进一步说明本发明。

附图说明

图1为MLD和IGMP snooping实现示意图；

图2为现有无源光网络(PON)的结构图；

图3增加具有MAC网口的CPU芯片实现MLD snooping；

图4用硬件外部环回方式实现MLD snooping。

具体实施方式

如图4所示，一种用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的装置，包括ONU芯片和交换芯片，所述ONU芯片包括用户网络接口(UNI)、嵌入式CPU，所述交换芯片包括CPU端口(CPU Port)、第一交换端口(PortT)和第二交换端口(PortA)，所述用户网络接口(UNI)和所述第一交换端口(PortT)相连接，所述交换芯片的CPU端口和第二交换端口设有连接。

其中，所述连接可以是通过在硬件电路板上分别将CPU Port的接收和发送与PortA的发送和接收信号线直接连接。

共中，所述交换芯片的CPU端口为Untagged模式(非标签模式)。

其中，所述第一交换端口设为VLAN的中继(trunk)模式，第二交换端口的PVID包含在第一交换端口的中继(trunk)中，从第二交换端口接收到的数据包能够转发到第一交换端口。

其中，所述交换芯片可为Marvell6061(Marvell公司生产的Marvell6061)。

上述支持MLD snooping功能及VLAN功能的交换芯片(Marvell6061)对所有上行MLD协议报文进行抓包，并将这些数据通过它的CPU port送出。同时，利用交换芯片的VLAN特性，通过将交换芯片上的CPU port与它的另一个指定交换端口(Port A)进行外部环回后，对MLD协议报文插入特殊VLANID(虚拟局域网识别号)的VLAN标签。由于ONU芯片具有能够将指定VLANID的数据报文捕获到其内嵌的CPU进行处理的特性，因此，可以在ONU芯片上利用软件来分析从数据通道捕获的被打上VLAN标签的MLD协议报文，从而实现ONU上的MLD Snooping功能。

用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的方法，包括以下步骤：

(1)将支持MLD Snooping功能的交换芯片的CPU port和另外任意一个交换端口，例如：PortA在外部直接进行环路。可以通过在硬件电路板上分别将两个端口的收和发信号线直接连接实现。

(2)将交换芯片的CPU port设为Untagged模式(非标签模式)，另外一个交换端口PortA的PVID(端口VLAN标识)设为某一特殊的VLANID(虚拟局域网识别号)，例如4000，而交换芯片上与ONU芯片相连的交换端口(以“PortT”表示)也设置为属于此特定的VLAN。

(3)MLD协议报文从某一交换端口进入交换芯片，交换芯片捕获该MLD协议报文并从CPUport发送出去后，是没有VLAN标签的，随后又通过环路从另外一个交换端口PortA进入交换芯片。此时，该MLD协议报文只会向具有同一个VLANID特定值的PortT端口转发。

标(4)从交换芯片的PortT端口发送出去的MLD协议报文，将被插入VLANID为特定值的VLAN标签，并通过UNI口进入ONU芯片的数据通道。

(5)ONU上设置将VLANID为特定值的数据捕获到内嵌CPU中进行处理。则只有已被插入VLANID为特定值的MLD协议报文被捕获到ONU的内嵌CPU。

(6)内嵌CPU上的软件通过分析MLD协议报文，根据MLD的协议规范建立起两张IPv6组播过滤表，其中一张表对应交换芯片端口上的组播过滤，用于指示哪个端口下的终端用户申请了哪个IPv6组播数据流；另一张表对应ONU芯片UNI口的组播过滤，用于指示下行数据方向哪些IPv6组播数据能够从UNI口通过。

(7)内嵌CPU通过调用ONU芯片本身的控制接口API以及交换芯片的控制接口API，将各自对应的组播过滤表信息写入相应的硬件寄存器。达到对数据通道上IPv6组播流的过滤功能。

(8)内嵌CPU将捕获的MLD协议报文中的VLANID由特定值更改为MLD协议报文最开始进入交换芯片时的端口上的PVID，并按照其原来的数据流向发回到数据通道中。从而不影响网络中组播路由器与主机之间原来的MLD协议通信。

Claims (9)

1、一种用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的装置，包括ONU芯片和交换芯片，所述ONU芯片包括用户网络接口、嵌入式CPU，所述交换芯片包括CPU端口、第一交换端口和第二交换端口，所述用户网络接口和所述第一交换端口相连接，其特征在于：所述交换芯片的CPU端口和第二交换端口设有连接。

2、根据权利要求1所述的用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的装置，其特征在于：所述连接为CPU Port的接收和发送信号线与PortA的发送和接收信号线直接连接。

3、根据权利要求1所述的用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的装置，其特征在于：所述交换芯片的CPU端口为非标签模式。

4、根据权利要求1所述的用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的装置，其特征在于：所述第一交换端口设为VLAN的中继模式，第二交换端口的PVID包含在第一交换端口的中继中，从第二交换端口接收到的数据包能够转发到第一交换端口。

5、一种用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)MLD协议报文经过交换芯片时打上VLAN标签；

2)ONU芯片分析从数据通道捕获的被打上VLAN标签的MLD协议报文，建立IPv6组播过滤表；

3)ONU芯片内嵌CPU将打上VLAN标签的MLD协议报文更改为原来的MLD协议报文，并按原来的数据流向发回到数据通道中。

6、根据权利要求5所述用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的方法，其特征在于：所述步骤1)中，通过外部环回的方式对MLD协议报文插入VLAN标签。

7、根据权利要求6所述用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的方法，其特征在于：所述外部环回的方法为，将MLD协议报文捕获后，从交换芯片的CPU端口发送出去，从交换芯片的另一交换端口进入交换芯片，并对MLD协议报文插入VLAN标签。

8、根据权利要求6或7所述用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述IPv6组播过滤表为两张表，一张对应交换芯片端口上的组播过滤，另一张对应于ONU芯片UNI口的组播过滤。

9、根据权利要求8所述用硬件环回方式在EPON网络上实现IPV6组播过滤的方法，其特征在于：所述步骤3)之后还包括内嵌CPU通过调用ONU芯片和交换芯片的控制接口API，将各自对应的组播过滤表信息写入相应的硬件寄存器中。

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