CN101499938A - 实现cfm中高频连续性检测的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于IEEE 802.1ag标准的以太网运营、管理和维护，是一种实现CFM中高频连续性检测的装置及方法。该装置包括CC模块、接口模块和实现高频收发CCM帧的FPGA模块，其中CC模块用于处理本地MEP通过FPGA模块收发的CCM信息；接口模块用于CC模块和FPGA模块之间的互通，将CC模块发出的CCM信息翻译成FPGA模块可以识别的表项，并将FPGA处理之后的CCM信息翻译成中断或者将CCM信息透传给CC模块进行逻辑处理。本发明利用软硬件结合的方式辅助CFM中的CC模块实现高频收、发包，减轻了CPU的负担，高效率的实现了CC功能的高频能力。同时，减少了其他模块丢包的概率，从而保证了其他模块的可靠性，更好地保证了设备的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及基于IEEE 802.1ag标准的以太网运营、管理和维护，特别是涉及一种实现CFM中高频连续性检测的装置及方法。
背景技术
连续性检测(CC，Continuity Check)功能是CFM中的一个最基本也是最重要的功能，它为CFM的实现提供了可能。
CC功能实现的思路是：当网络环境建立并配置了相应正确的以太网运行、管理和维护(OAM，Operation Administration and Maintains)配置之后，在同一个维护集(MA，Maintenance Associations)中的本地维护集端点(MEP，Maintenance Associations End Point)会向所有其他非本地MEP发送CCM(Continuity Check Message)；同时其他非本地MEP也会发出CCM给所有对端。注意CC功能是单向的，也就是说一个MEP只周期性的发送，不期望得到回复的。当本地MEP收到远端发送给自己的CCM之后，首先检查该CCM中的信息是否有效，如果有效再对照本地存储的MEP CCM数据库，如果没有该MEP的条目就学习CCM中的内容建立一个新的MEP条目；如果有则不做操作。此时一个双向连接的链路就得到了保证。如果链路中单向或者双向连通性出现了任何问题都可以提示用户本地MEP与远端哪个MEP出现了连通性丢失。在链路上维护域中间点(MIP，Maintenance Domain Intermediate Point)通过学习经过它的CCM来建立一个MIP CCM数据库，这个数据库可以保证在转发表和洪泛都失效(这里的失效是对以太网OAM来说不可用的时候，不一定是转发表或者洪泛都出现了故障)时以太网OAM帧仍然可以正确的抵达目的地MEP。可以看出MIP CCM数据库的作用是建立一张通过该MIP可抵达MEP的转发表(前提条件是MEP发送的CCM经过了该MIP，并且该MIP能够且允许建立MIP CCM数据库)。
基于上述分析，CC功能在周期性发送CCM时最高频率要达到300Hz，这还是一个MEP发送组播CCM的时候，如果按照满配情况考虑：有4094个VLAN，假设每个VLAN配置10个MEP，每个MEP收发CCM，那么CPU在1秒内将要处理的CCM帧数量为4094×10×2×300＝24,564,000个，高频的CC帧在配置复杂的环境中会让交换机的CPU满载，导致设备重启或者将其他协议模块的帧被淹没。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是解决CC功能在高频发送CCM时由于CPU负担过重而难于实现的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于FPGA实现CFM中高频连续性检测的装置，包括CC模块、FPGA模块和接口模块，所述CC模块用于处理本地MEP通过FPGA模块收发的CCM信息；所述FPGA模块用于收发高频CCM信息；所述接口模块用于CC模块和FPGA模块之间的互通，所述接口模块将CC模块发出的CCM信息翻译成FPGA模块可以识别的表项，将FPGA处理之后的CCM信息翻译成中断或者将CCM信息透传给CC模块进行逻辑处理。
上述方案中，所述实现高频收发CC帧的FPGA模块具有四种工作状态；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP处于无连接状态时，处于第一工作状态，此状态下FPGA模块向远端MEP发送高频CCM帧，并期待收到远端MEP发出的CCM帧；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP与远端MEP连接中断时，处于第二工作状态时，此状态下FPGA模块将其连通位赋0，中断位赋1；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP与远端MEP连通时，处于第三工作状态时，此状态下FPGA模块将其连通位赋1，将中断位赋0；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP去使能CC功能时，处于第四工作状态，此状态下FPGA模块删除对应表项。
本发明还提供了一种基于FPGA实现CFM中高频连续性检测的方法，包括以下步骤：
步骤401：CC模块使能CC功能，并判断使能的CC功能是高频还是低频；
步骤402：若使能的是高速收发IEEE 802.1ag中CCM帧的功能，则通过接口模块转到FPGA模块处理，即转至步骤601；
步骤403：若使能的是低频CC功能，则进入软件流程，此时根据用户的配置发送CCM帧，等待收到远端MEP发出的CCM帧；
步骤404：如果收到低频CCM帧，则与本地MEP CCM数据库中的条目比对；
步骤405：若有匹配的条目存在，则保持本地MEP CCM数据库中该条目的存在；
步骤406：若没有匹配的条目存在，则与本地MEP的CFM配置进行比对；
步骤407：若比对的结果相同则将该CCM携带的信息存储在在本地MEP CCM数据库中，即新建一个条目与该远端MEP对应；
步骤408：若比对的结果不同则判断是否比该MEP的MD层级高；
步骤409：若比该MEP的层级高，则直接转发；
步骤410：若比该MEP的层级低，则丢弃；
其中FPGA模块的处理流程包括以下步骤：
步骤601：判断CC模块发出的指令是使能还是去使能CC功能；
步骤602：如果是去使能CC功能，则停止发送高频CCM帧，并将FPGA使用的表项删除；
步骤603：如果是使能CC功能，则通过接口模块传来的指令和参数建立表项，并发送高频CCM帧，同时期待接收到远端MEP的CCM帧；
步骤604：FPGA模块接收到远端MEP发出的CCM之后转至步骤605；
步骤605：当FPGA模块收到远端MEP的CCM帧时判断该CCM帧的参数是否与本地FPGA模块使用的所有表项中的相匹配，如果不匹配，且接收CCM中的MD层级比本地配置的MD层级低，则将此CCM帧直接丢弃并返回步骤604，继续等待；若有匹配的表项则转步骤606；
步骤606：FPGA模块将其连通位置1，中断位置0，并将收到的CCM参数和建立连通性的状态传给接口模块，让其通知CC模块，连接已建立；
步骤607：在连通位为1的情况下，判断是否在3.5倍配置CCM发送周期后仍然没有收到匹配表项的CCM帧，如果在3.5倍周期内，收到1或者2个CCM，则连通性没有丢失，同时转至步骤606；
步骤608：如果大于等于3.5倍周期时没有收到匹配表项的CCM帧，则FPGA模块将其连通位置0，中断位置1，表明本地MEP与远端MEP的连通性丢失，同时将中断传给接口模块，让其通知CC模块；同时转至步骤604。
在上述方案的基础上，所述CCM帧数据结构中的保留字段第59字节到70字节定义为TxFCf、RxFCb、TxFCb，其值0。
使能CC模块时，只将CCM帧数据结构中发送时需要改变的部分传给FPGA，其他部分固定。
给FPGA发送CCM帧时，将该CCM帧维护域的后7字节和短MA名的后9字节固定填0，它们分别对应的长度也固定为标准要求的最长长度。
当进行高频CCM时，如果输入的维护域名或短MA名过长则自动截断。
本发明，利用软硬件结合的方式辅助CFM中的CC模块实现高频收、发包，减轻了CPU的负担，高效率的实现了CC功能的高频能力。同时，减少了其他模块丢包的概率，从而保证了其他模块的可靠性，更好地保证了设备的稳定性。
附图说明
图1为CCM帧以太网头部数据格式图；
图2为CCM帧其余部分数据格式图；
图3为CC功能的流程图；
图4为FPGA模块工作流程图；
图5为接口模块工作流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种利用FPGA模块实现CFM中高频连续性检测的装置及方法，利用软硬件结合的方式辅助CFM中的CC模块实现高频收、发包，减轻了CPU的负担，高效率地实现了CC功能的高频能力。
基于FPGA模块实现CFM中高频连续性检测的装置，包括CC模块、接口模块和实现高频收发CCM帧的FPGA模块，其中，CC模块用于处理本地MEP通过FPGA模块收发的CCM信息；接口模块用于CC模块和FPGA模块之间的互通，接口模块将CC模块发出的CCM信息翻译成FPGA模块可以识别的表项，同时也将FPGA接收到CCM帧之后的处理将参数和指令传回CC模块；FPGA模块用于实际执行收发高频CCM帧的功能，同时按要求对CCM帧做基本的判断，并将得到的参数和指令传回给上层模块。
所述实现高频收发CC帧的FPGA模块具有以下四种工作状态：
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP处于无连接状态时，处于第一工作状态，此状态下FPGA模块向远端MEP发送高频CCM帧；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP与远端MEP连接中断时，处于第二工作状态时，此状态下FPGA模块将其连通位赋0，中断位赋1；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP与远端MEP连通时，处于第三工作状态时，此状态下FPGA模块将其连通位赋1，将中断位赋0；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP去使能CC功能时，处于第四工作状态，此状态下FPGA模块删除对应表项。
FPGA会在以上描述的4种状态中转换，完成软件所要求的高速收发IEEE802.1ag中CCM帧的功能。所述接口模块的工作流程如下，参见图5，
步骤501：CC模块需要发送高频的CCM帧，CC模块将发送CCM所需要的信息和指令下发给接口模块；
步骤502：接口模块将下发的信息和指令翻译为FPGA可以读取的表项，让FPGA去实现发包流程；
步骤503：如FPGA在3.5倍本地MEP配置的CC发送周期内没有收到正确的CCM帧，FPGA将其中断位置0，连通位置1，同时将相应的参数和中断信息传递给接口模块；否则转步骤502；
步骤504：接口模块将上述参数和中断信息传给正在运行的CC模块，让CC模块做出相应判断。
在使用FPGA之后，CC模块与FPGA模块之间使用接口函数进行连接，对FPGA的操作由CC模块下发指令和参数，通过接口函数翻译为FPGA模块可以识别的表项，让FPGA去执行。当FPGA遇到需要上报的情况时，也是通过接口函数上报给CC模块，从而完成高频CCM功能。
下面结合附图具体说明本发明基于FPGA模块实现CFM中高频连续性检测的方法。
首先，本地的MEP发起CC功能使能指令，根据本地配置的CCM帧发送周期，来决定CC模块是自己发包或者利用与FPGA模块的接口让FPGA辅助自己发包，CC功能的总体流程如图3所示，步骤如下：
步骤401：CC模块使能CC功能，并判断使能的CC功能是高频还是低频；
步骤402：若使能的是高速收发IEEE 802.1ag中CCM帧的功能，则通过接口模块转到FPGA模块处理，即转至步骤601，实现流程如图4所示；
步骤403：若使能的是低频CC功能，则进入软件流程，此时根据用户的配置发送CCM帧，等待收到远端MEP发出的CCM帧；
步骤404：如果收到低频CCM帧，则与本地MEP CCM数据库中的条目比对；
步骤405：若有匹配的条目存在，则保持本地MEP CCM数据库中该条目的存在；
步骤406：若没有匹配的条目存在，则与本地MEP的CFM配置进行比对；
步骤407：若比对的结果相同则将该CCM携带的信息存储在在本地MEP CCM数据库中，即新建一个条目与该远端MEP对应；
步骤408：若比对的结果不同则判断是否比该MEP的MD层级高；
步骤409：若比该MEP的层级高，则直接转发；
步骤410：若比该MEP的层级低，则丢弃。
其中FPGA模块完成以下工作流程，如图4所示：
步骤601：判断CC模块发出的指令是使能还是去使能CC功能；
步骤602：如果是去使能CC功能，则停止发送高频CCM帧，并将FPGA使用的表项删除；
步骤603：如果是使能CC功能，则通过接口模块传来的指令和参数建立表项，并发送高频CCM帧，同时期待接收到远端MEP的CCM帧；
步骤604：FPGA模块接收到远端MEP发出的CCM之后转至步骤605；
步骤605：当FPGA模块收到远端MEP的CCM帧时判断该CCM帧的参数是否与本地FPGA模块使用的所有表项中的相匹配，如果不匹配，且接收CCM中的MD层级比本地配置的MD层级低，则将此CCM帧直接丢弃并返回步骤604，继续等待；若有匹配的表项则转步骤606；
步骤606：FPGA模块将其连通位置1，中断位置0，并将收到的CCM参数和建立连通性的状态传给接口模块，让其通知CC模块，连接已建立；
步骤607：在连通位为1的情况下，判断是否在3.5倍配置CCM发送周期后仍然没有收到匹配表项的CCM帧，如果在3.5倍周期内，收到1或者2个CCM，则连通性没有丢失，同时转至步骤606；
步骤608：如果大于等于3.5倍周期时没有收到匹配表项的CCM帧，则则FPGA模块将其连通位置0，中断位置1，表明本地MEP与远端MEP的连通性丢失，同时将中断传给接口模块，让其通知CC模块；同时转至步骤604。
从以上的描述可知，在使用FPGA模块辅助实现CC功能时，FPGA模块设置了两个标志位连通位和中断位用于标示两个状态之间变化的标识。
上述过程中，CCM帧的帧格式分为两部分，第一部分是以太网头部，该以太网头部是所有以太网OAM帧都要携带的，只不过内容可能略有不同，但格式一样。如图1所示。按照标准要求，以太网头部中目的MAC地址字段填写第一类组播MAC地址，该MAC地址是携带了MD层级信息的组播MAC地址。以太网头部其他字段根据配置MEP所继承的属性填写。第二部分是以太网OAM中CCM部分，如图2所示。在本发明中，根据实际情况并比较了IEEE 802.1ag和Y.1731的CCM帧格式之后，在实现CCM帧时以IEEE 802.1ag定义的帧格式为蓝本，在不影响互通性的情况下做了非常细微的调整，该调整是在数据结构中定义CCM帧时将原IEEE 802.1ag中保留字段第59字节到70字节定义为TxFCf、RxFCb、TxFCb三种如图3中竖线部分所示，其值仍然为0。这样在需要时可以将CC功能扩展到按Y.1731中所述测试性能。
由于FPGA使用的逻辑相对简单，且为了减轻FPGA的负担，并平衡FPGA和CPU之间的工作而达到发送速率和逻辑处理要求，CPU只将CCM发送时可变的部分传给FPGA，其他部分固定(如图2中斜线部分所示)。标准CCM中留给维护域名和短MA名的字节很多，一般情况很难用到这么多字节，在给FPGA发送时将维护域的后7字节和短MA名的后9字节固定填0，它们分别对应的长度也固定为标准要求的最长长度(需要说明的是标准对维护域名和短MA名都有一些其他的规定，可以在数据结构中定义时使用C语言技巧就可以实现的)。当使用CCM高频时，如果输入的维护域名或短MA名过长则自动截断。经过以上平衡之后FPGA在传送CCM时需要变换部分只有183位，占整个CCM(CCM帧共600位)的30.5％。
在使用了FPGA之后CC功能的处理流程有些许变化，但这些变化并不影响CC功能在标准中定义的状态机的流程，因为这些FPGA在接收到CCM帧后会首先与下发的FPGA表项比对，发现有不同之处时才上传信息，所以它提供的是CCM中参数和状态的改变，通过与FPGA之间协商好的接口模块可以很方便的使CC功能处理高频的CCM帧，从而实现高频CC功能。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1、实现CFM中高频连续性检测的装置，其特征在于包括：
CC模块，用于处理本地MEP通过FPGA模块收发的CCM信息；
FPGA模块，用于收发高频CCM信息；
接口模块，用于CC模块和FPGA模块之间的互通，所述接口模块将CC模块发出的CCM信息翻译成FPGA模块可以识别的表项，将FPGA处理之后的CCM信息翻译成中断或者将CCM信息透传给CC模块进行逻辑处理。
2、如权利要求1所述的实现CFM中高频连续性检测的装置，其特征在于所述实现高频收发CC帧的FPGA模块具有四种工作状态；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP处于无连接状态时，处于第一工作状态，此状态下FPGA模块向远端MEP发送高频CCM帧，并期待收到远端MEP发出的CCM帧；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP与远端MEP连接中断时，处于第二工作状态时，此状态下FPGA模块将其连通位赋0，中断位赋1；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP与远端MEP连通时，处于第三工作状态时，此状态下FPGA模块将其连通位赋1，将中断位赋0；
当FPGA模块判断发起CC的本地MEP去使能CC功能时，处于第四工作状态，此状态下FPGA模块删除对应表项。
3、实现CFM中高频连续性检测的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤401：CC模块使能CC功能，并判断使能的CC功能是高频还是低频；
步骤402：若使能的是高速收发IEEE802.1ag中CCM帧的功能，则通过接口模块转到FPGA模块处理，即转至步骤601；
步骤403：若使能的是低频CC功能，则进入软件流程，此时根据用户的配置发送CCM帧，等待收到远端MEP发出的CCM帧；
步骤404：如果收到低频CCM帧，则与本地MEP CCM数据库中的条目比对；
步骤405：若有匹配的条目存在，则保持本地MEP CCM数据库中该条目的存在；
步骤406：若没有匹配的条目存在，则与本地MEP的CFM配置进行比对；
步骤407：若比对的结果相同则将该CCM携带的信息存储在在本地MEP CCM数据库中，即新建一个条目与该远端MEP对应；
步骤408：若比对的结果不同则判断是否比该MEP的MD层级高；
步骤409：若比该MEP的层级高，则直接转发；
步骤410：若比该MEP的层级低，则丢弃；
其中FPGA模块的处理流程包括以下步骤：
步骤601：判断CC模块发出的指令是使能还是去使能CC功能；
步骤602：如果是去使能CC功能，则停止发送高频CCM帧，并将FPGA使用的表项删除；
步骤603：如果是使能CC功能，则通过接口模块传来的指令和参数建立表项，并发送高频CCM帧，同时期待接收到远端MEP的CCM帧；
步骤604：FPGA模块接收到远端MEP发出的CCM之后转至步骤605；
步骤605：当FPGA模块收到远端MEP的CCM帧时判断该CCM帧的参数是否与本地FPGA模块使用的所有表项中的相匹配，如果不匹配，且接收CCM中的MD层级比本地配置的MD层级低，则将此CCM帧直接丢弃并返回步骤604，继续等待；若有匹配的表项则转步骤606；
步骤606：FPGA模块将其连通位置1，中断位置0，并将收到的CCM参数和建立连通性的状态传给接口模块，让其通知CC模块，连接已建立；
步骤607：在连通位为1的情况下，判断是否在3.5倍配置CCM发送周期后仍然没有收到匹配表项的CCM帧，如果在3.5倍周期内，收到1或者2个CCM，则连通性没有丢失，同时转至步骤606；
步骤608：如果大于等于3.5倍周期时没有收到匹配表项的CCM帧，则FPGA模块将其连通位置0，中断位置1，表明本地MEP与远端MEP的连通性丢失，同时将中断传给接口模块，让其通知CC模块；同时转至步骤604。
4、如权利要求3所述的实现CFM中高频连续性检测的方法，其特征在于所述CCM帧数据结构中的保留字段第59字节到70字节定义为TxFCf、RxFCb、TxFCb，其值0。
5、如权利要求3所述的实现CFM中高频连续性检测的方法，其特征在于使能CC模块时，只将CCM帧数据结构中发送时需要改变的部分传给FPGA，其他部分固定。
6、如权利要求3所述的实现CFM中高频连续性检测的方法，其特征在于给FPGA发送CCM帧时，将该CCM帧维护域的后7字节和短MA名的后9字节固定填0，它们分别对应的长度也固定为标准要求的最长长度。
7、如权利要求3所述的实现CFM中高频连续性检测的方法，其特征在于当进行高频CCM时，如果输入的维护域名或短MA名过长则自动截断。
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