CN101697555A - 一种vlan id收敛转换的解决方法 - Google Patents

Abstract

一种VLAN ID收敛转换的解决方法，涉及EPON系统中提供以太网接口的MDU型ONU的VLAN ID转换，其特征在于包括以下步骤：步骤1.ONU上电初始化；步骤2.更新、分析VLAN ID转换配置表确定VLAN ID转换模式；步骤3.根据VLAN ID转换配置表的分析结果执行下行单播报文收敛转换处理和广播报文收敛转换处理。本发明所述的解决方法，能够简单、方便的将下行方向上的同一个网络侧VLAN ID还原成多个不同的用户侧VLAN ID，对下行部分目的MAC地址为广播的数据流的VLAN ID也给出了转换的解决方法，对硬件要求较低，实现简单，开发周期短并且成本低。

Description

一种VLAN ID收敛转换的解决方法

技术领域

本发明涉及EPON系统中提供以太网接口的MDU型ONU的VLANID(Virtual Local Area Network Identifier，虚拟局域网标识符)转换，所说的MDU型ONU尤指在用户侧具有多个以太网接口的MDU型ONU，具体的说是一种VLAN ID收敛转换的解决方法。

背景技术

基于以太网方式的EPON系统(Ethernet Passive OpticalSystem，以太无源光网络)是一种采用点到多点结构的单纤双向光接入网络，具有很高的性价比，能够在以太网之上提供多种业务，并为终端用户提供高达1Gbit/s的上下行带宽。EPON系统由局侧的光线路终端OLT(Optical Line Terminal)、用户侧的光网络单元ONU(Optical Network Unit)和光分配网络ODN(Optical DistributionNetwork)组成。根据目前EPON设备的应用场景，用户侧的光网络单元ONU可以划分为多种类型，多住户单元MDU(Multi-Dwelling Unit)就是其中的一种。MDU具有多个用户侧接口，包括以太网接口、第二代非对称数字用户线路ADSL2+接口(Asymmetric Digital SubscriberLine 2+)或甚高速数字用户环路VDSL2接口(Very-high-bit-rateDigital Subscriber loop)，提供以太网/IP业务、可以支持VoIP(Voice Over Internet Protocol，IP语音)业务，例如内置IAD(Integrated Access Device，综合接入设备)，CATV(CommunityAntenna Television，有线电视)业务，主要应用于FTTB(Fiber ToThe Building，光纤到楼宇)/FTTC(Fiber To The Curb，光纤到路边)/FTTCab(Fiber To The Cabinet，光纤到交换箱)的场合。

VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，它在以太网帧的基础上增加了VLAN头，采用VLANID把用户划分为更小的工作组，限制不同工作组间的用户二层互访，每个工作组就是一个虚拟局域网。VLAN规划是运营商组网应用时重点关注的问题之一，除了能够保证用户信息的安全隔离，VLAN在很多情况下还起着区分标识业务类型的作用。对于多业务接入场景，运营商通常采用不同的VLAN ID来分别标识不同的业务类型，例如普通上网业务，IPTV(Interactive PersonalityTV，交互式网络电视)业务，VOIP业务等等。

由于接入网的用户规模不断扩大，网络的运营、维护和管理工作量也逐步上升，因此要求对终端设备特别是面向最终用户的终端设备的配置尽可能的简单。一种典型的应用场景就是ONU的用户端口下接家庭网关，家庭网关基于不同的业务类型划分不同的VLAN，运营商为了便于维护，通常要求家庭网关的配置完全相同，即不同的家庭网关按照业务划分的VLAN全部相同，由ONU执行VLAN转换操作。上行转换为网络侧VLAN ID，而在下行方向上则还原成用户侧VLAN ID。对于ONU的一个用户端口而言，有三种基本的VLAN转换模式：1∶1模式、N∶1模式和1∶N模式，本说明书仅对1∶1模式和N∶1模式进行了图示描述。以图1、2为例，图中ONU的用户端口均为以太网端口，如图1所示，1∶1模式的VLAN转换是将用户侧不同的VLAN ID转换成对应的网络侧不同的VLAN ID，如图1所示的拓扑结构下，OLT下连接多个ONU，每个ONU下的多个以太网端口都连接家庭网关，每个家庭网关均配置有3个VLAN，VLANID分别为1、2、3，上行经过ONU的用户端口1(以太网端口1)分别转换为101、102、103，经过用户端口2(以太网端口2)则分别转换为201、202、203，…，以此类推；如图2所示，N∶1模式的VLAN转换(收敛转换)则是将用户侧不同的VLAN ID转换成对应的网络侧相同的VLAN ID，如图2所示的拓扑结构下，OLT下连接多个ONU，每个ONU下的多个以太网端口都连接家庭网关，每个家庭网关均配置有3个VLAN，VLAN ID分别为1、2、3，上行经过ONU的用户端口1(以太网端口1)收敛转换为101、经过用户端口2(以太网端口2)收敛转换为102、…，以此类推。1∶1模式的VLAN转换目前可以直接由以太网交换芯片的硬件来实现。而在一些应用场景，例如需要依据用户VLANID来进行认证或者网络侧VLAN ID的数目不够时就需要使用N∶1的VLAN转换模式。

目前已经存在的解决VLAN ID N∶1转换的方法主要有下面几种：

1.静态配置法

静态配置方法在上行方向上与1∶1VLAN转换的处理方式相同，依据规则或者其它方法将来自同一个用户端口的用户侧不同的VLANID直接转换成网络侧相同的VLAN ID；而在下行方向上需要配置以太网交换芯片的静态规则，例如可以根据MAC(Medium Access Control，媒质访问控制)地址、以太网类型、以太网优先级、IP(InternetProtocol，因特网协议)地址以及TCP(Transmission ControlProtocol，传输控制协议)/UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)端口号等区分业务流，依据这些特征对数据报文进行分类，从而使数据报文网络侧相同的VLAN ID依据这些不同的特征转换为用户侧不同的VLAN ID。

2.虚拟端口法

虚拟端口法将以太网交换芯片的物理端口，包括用户侧和网络侧的以太网端口按照不同的VLAN ID划分为多个不同的虚拟端口，硬件以虚拟端口为单位进行二层或者三层的转发，同时建立物理端口与虚拟端口的映射表。这样就可以将N∶1VLAN收敛转换的模式转变成为1∶1VLAN转换的模式。

3.Super VLAN(VLAN聚合)

Super VLAN是一个三层的概念，涉及到VLAN间路由的问题。

现有这些技术中，静态配置法的缺点是配置起来太过繁琐，而且无法保证网络侧的数据流就一定能够按照静态配置的规则来进行分类，此外也无法胜任动态改变的实际应用场景；虚拟端口法的缺点是设计实现复杂，并且硬件成本昂贵，目前还很少有相应的以太网交换芯片支持；Super VLAN则需要以太网交换芯片支持三层功能。从这三种方法的分析来看，目前还没有一种简单有效而且成本低廉的VLANID N∶1收敛转换方法。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种VLANID收敛转换的解决方法，能够简单、方便的将下行方向上的同一个网络侧VLAN ID还原成多个不同的用户侧VLAN ID，对下行部分目的MAC地址为广播的数据流的VLAN ID也给出了转换的解决方法，对硬件要求较低，实现简单，开发周期短并且成本低。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种VLAN ID收敛转换的解决方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，ONU上电初始化：ONU上电启动后，CPU调用初始化模块，初始化以太网交换芯片硬件，从而初始化以太网交换芯片地址学习表；CPU同时初始化VLAN ID转换配置表、单个用户端口表TT、多个用户端口表TG的表项为空；表TT和表TG的表项结构是相同的，但是表项的数目不同，其中表TT为针对一个用户端口临时存储的表项，表TG为针对所有用户端口而存储的全局表项；

步骤2，更新、分析VLAN ID转换配置表确定VLAN ID转换模式：初始化完成后，CPU调用配置处理模块执行更新操作，逐一获取每一个用户端口的用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID，写入VLAN ID转换配置表；更新操作完成后，配置处理模块根据分析条件对VLAN ID转换配置表中所有用户端口的用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID进行如下的分析操作：按照用户侧VLAN ID是否相同以及网络侧VLAN ID是否相同，将VLAN ID转换模式划分为三种基本情形：1∶1、N∶1和1∶N，每种模式需要同时满足与其对应的两个分析条件，具体的分析条件是：

1∶1模式：

(1)同一个用户端口的用户侧VLAN ID各不相同；

(2)同一个用户端口的网络侧VLAN ID各不相同；

N∶1模式：

(1)同一个用户端口的用户侧VLAN ID各不相同；

(2)同一个用户端口的网络侧VLAN ID均相同；

1∶N模式：

(1)同一个用户端口的用户侧VLAN ID均相同；

(2)同一个用户端口的网络侧VLAN ID各不相同；

当VLAN ID转换模式为1∶1模式时，CPU直接通过管理控制接口完成以太网交换芯片的VLAN转换配置，实现用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID间的一对一的转换；

当VLAN ID转换模式为1∶N模式时，CPU通过管理控制接口静态配置以太网交换芯片的规则，实现用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID间的转换；

当VLAN ID转换模式为N∶1模式时，对于上行用户侧VLAN ID到网络侧VLAN ID的转换，CPU通过管理控制接口静态配置以太网交换芯片的上行规则，实现用户侧VLAN ID到网络侧VLAN ID的转换；所述上行规则与VLAN ID转换配置表中用户端口i的每一条转换记录一一对应，上行规则的具体内容：

条件：(1)源端口号＝用户端口编号i且(2)源VLAN ID＝用户侧VLAN ID[i，j]，

动作：将用户侧VLAN ID[i，j]转换为网络侧VLAN ID[i]；

对于下行网络侧VLAN ID到用户侧VLAN ID的转换，则执行步骤3；

步骤3，根据VLAN ID转换配置表的分析结果执行下行单播报文收敛转换处理和广播报文收敛转换处理：CPU同时运行单播处理模块和广播处理模块，当用户端口的VLAN ID转换模式为N∶1时，CPU调用单播处理模块以1秒的间隔定期执行下行单播报文收敛转换处理，同时CPU通过管理控制接口向以太网交换芯片增加一条规则，将该用户端口下行方向上的ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)广播报文和DHCP(Dynamic Host ConfigurationProtocol，动态主机分配协议)广播报文重定向到CPU；CPU调用广播处理模块执行广播报文收敛转换处理。

在上述技术方案的基础上，步骤3中所说的CPU调用单播处理模块执行下行单播报文收敛转换处理包括以下步骤：

步骤31，单播处理模块清空每一个用户端口i(i＝1，2，3，……)所对应的单个用户端口表TT的表项，从用户端口1开始依次执行以下各步骤；

步骤32，以太网交换芯片实时的学习用户端口i用户侧的MAC地址和VLAN ID并存储于以太网交换芯片地址学习表中，CPU定期的读取以太网交换芯片地址学习表中的MAC地址和VLAN ID并执行步骤33；CPU通过管理控制接口读取以太网交换芯片地址学习表中的记录，以i表示用户端口号，以j表示以太网交换芯片地址学习表中用户端口i的第j条记录，用户端口i所学习到的用户侧的MAC地址和VLANID分别为：MAC地址＝MAC[i，j]，VLAN ID＝VLAN ID[i，j]；

步骤33，CPU按照下面的条件筛选以太网交换芯片地址学习表的记录：

当“以太网交换芯片地址学习表中的用户端口号＝VLAN ID转换配置表中的用户端口号”并且“以太网交换芯片地址学习表中的VLANID＝VLAN ID转换配置表中用户侧VLAN ID”时，将筛选出来的以太网交换芯片地址学习表的记录存储到该用户端口i所对应的表TT中，内容如下：

用户端口号＝i，MAC地址＝以太网交换芯片地址学习表中的MAC地址＝MAC[i，j]，VLAN ID＝以太网交换芯片地址学习表中的VLANID＝VLAN ID[i，j]，占用标记＝1，表TT中的以太网交换芯片规则编号在步骤35时才写入；

步骤34，按照下面的步骤比较表TT的记录和表TG中对应该用户端口i的记录，判断用户端口i的MAC地址MAC[i，j]是否发生了变化并记录相应的变化标记；

步骤34.1，对表TT中的每个表项，如果其占用标记为1，则将其变化标记置为“Add”；

步骤34.2，对表TG中对应该用户端口i的每条记录，如果其占用标记为1，则将其变化标记置为“Delete”；

步骤34.3，对表TT中的每个占用标记为1的记录，判断MAC[i，j]和VLAN ID[i，j]是否在表TG中用户端口号为i的记录中存在，判断条件为：

表TG中用户端口i＝表TT中用户端口i，表TG中MAC地址MAC[i，j]＝表TT中MAC地址MAC[i，j]，表TG中VLAN ID VLANID[i，j]＝表TT中VLAN ID VLAN ID[i，j]，表TG中的占用标记＝1；

如果存在，则将表TT和表TG对应记录的变化标记均置为“NotChanged”并执行步骤35，如果不存在，则直接执行步骤35；

步骤35，对表TT的每条记录，如果其变化标记为“Add”，则将该条记录所对应的MAC[i，j]、VLAN ID[i，j]、以太网交换芯片的上联端口号PORTuplink和VLAN ID转换配置表中该用户端口i对应的网络侧VLAN ID VLAN ID[i]按照下面的条件写入到以太网交换芯片的规则表中，同时获取返回的规则编号RULE[i，j]：

条件：目的MAC地址＝表TT中的MAC[i，j]、源端口号＝PORTuplink、源VLAN ID＝VLAN ID转换配置表中的网络侧VLAN ID[i]，

动作：(1)将VLAN ID转换配置表中的网络侧VLAN ID[i]转换为表TT中的VLAN ID[i，j]，

(2)将下行单播报文重定向到用户端口i，防止下行报文的洪泛；

将返回的规则编号RULE[i，j]填写到表TT中该条记录的以太网交换芯片规则编号内，同时找到表TG对应用户端口i的一个空表项，按以下步骤将TT表项中的内容复制到其中：

步骤35.1，搜索表TG中对应用户端口i的并且“占用标记”为0的第一条记录，其序号记为k，如果表TG中没有搜索到满足条件的记录，则说明表TG对应用户端口i的记录已经全部被占用了，不能再添加新的记录，此时提示出错，并转至下一个周期继续执行步骤31～37；

步骤35.2，将表TT的该条记录复制到表TG对应用户端口i的第k条记录中，内容如下：

表TG用户端口号＝i，表TG MAC地址＝表TT MAC地址＝MAC[i，j]，表TG VLAN ID＝表TT VLAN ID＝VLAN ID[i，j]，表TG以太网交换芯片规则编号＝表TT以太网交换芯片规则编号＝RULE[i，j]，表TG占用标记＝1；

表TG初始化时为空，第一次执行至步骤35时，会将表TT的内容复制到表TG内，完成表TG中记录的添加，在后续的执行周期中，表TG会根据与表TT项的比较情况执行步骤35的动态添加或步骤36的动态删除；对表TT中变化标记为“NotChanged”的记录则不做操作；

步骤36，对表TG对应用户端口i的每条记录，如果其变化标记为“Delete”，则以该条记录所对应的以太网交换芯片规则编号为参数将规则从以太网交换芯片上删除，并且清空表TG中的该条记录，即将其占用标记置为0，变化标记置为“NotChanged”，以太网交换芯片规则编号，MAC地址，VLAN ID都置为初始值空，如果其变化标记为“NotChanged”，则不做操作；

步骤37，转至步骤31进行下一个用户端口的处理，直至所有的用户端口处理完毕，至此一个检测周期完成。

在上述技术方案的基础上，步骤3中所说的CPU调用广播处理模块执行广播报文收敛转换处理包括以下步骤：

步骤41，CPU对接收到的下行广播报文类型进行解析，如果是DHCP广播报文，则完成下面的步骤42～44；如果是ARP广播报文，则完成下面的步骤45～46；

步骤42，解析DHCP报文携带的VLAN ID和净荷中的CLIENT MAC数据；

步骤43，从VLAN ID转换配置表中筛选出用户侧VLAN ID，筛选条件是：

报文携带的VLAN ID＝VLAN ID转换配置表中的网络侧VLAN ID；

如果筛选出的条目数＝0，则不修改报文直接由以太网交换芯片转发至用户端口，该DHCP广播报文的处理结束；

如果筛选出的条目数＞0，则执行步骤44；

步骤44，从表TG中按照下面的条件筛选出相应的数据：

MAC地址＝CLIENT MAC并且VLAN ID＝步骤43筛选出的用户侧VLAN ID，并且记录筛选出的对应记录的用户端口号；如果筛选出的条目数＞0，则将DHCP报文携带的VLAN ID替换成本次步骤筛选出的用户侧VLAN ID并由CPU发送至该用户端口；如果筛选出的条目数＝0，则不做替换直接将报文在所在的VLAN内广播；

步骤45，解析下行ARP报文携带的VLAN ID，并按照下面的条件从VLAN ID转换配置表中筛选出用户侧VLAN ID：

报文携带的VLAN ID＝VLAN ID转换配置表网络侧VLAN ID；

如果筛选出的条目数＝0，则不修改报文直接由以太网交换芯片转发至用户端口，该ARP广播报文的处理结束；

如果筛选出的条目数＞0，则记录筛选出的VLAN ID转换配置表中用户侧的VLAN ID和用户端口号并执行步骤46；

步骤46，复制ARP报文，每个ARP报文携带步骤45筛选出来的用户侧VLAN ID发送至相应的用户端口。

本发明所述的VLAN ID收敛转换的解决方法，能够简单、方便的将下行方向上的同一个网络侧VLAN ID还原成多个不同的用户侧VLANID，对下行部分目的MAC地址为广播的数据流的VLAN ID也给出了转换的解决方法，对硬件要求较低，实现简单，开发周期短并且成本低。

附图说明

本发明有如下附图：

图1.EPON系统中ONU进行VLAN ID 1∶1转换的应用场景

图2.EPON系统中ONU进行VLAN ID N∶1收敛转换的应用场景

图3.MDU型ONU的硬件结构示意图

图4.MDU型ONU的软件模块示意图

图5.图2应用场景下的VLAN ID转换配置表

图6.通用情况下的VLAN ID转换配置表

图7.以太网交换芯片地址学习表

图8.单个用户端口表TT

图9.多个用户端口表TG

图10.单播报文的处理流程图

图11.DHCP广播报文的处理流程图

图12.ARP广播报文的处理流程图

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

图3为本发明涉及的用于实现VLAN ID收敛转换的MDU型ONU的硬件结构示意图，ONU包含三个硬件模块：以太网交换芯片、CPU和EPON芯片。以太网交换芯片的上联端口与EPON芯片以太网侧接口相连，以太网交换芯片的管理控制接口与CPU相连，用户端口1～用户端口16则分别与家庭网关相连，需要说明的是，本发明为了清楚、完整的描述技术方案，文中均用具有16个用户端口的ONU为例进行阐述，用户端口的具体数量并不必然是16个，不同的MDU型ONU的用户端口数量是不同的，均适用本发明所述方法，不能将16个用户端口视为对本发明所述技术方案的限定。通常情况下，数据的转发由以太网交换芯片来完成，以太网交换芯片的控制和管理则由CPU完成，CPU不参与数据的转发。在特别情况下，例如以太网交换芯片将部分报文重定向到CPU处理时，CPU需要参与数据的转发。在本发明中，以太网交换芯片完成地址的学习、数据的转发以及依据相应的规则完成VLAN ID的转换，而CPU完成对以太网交换芯片所学习到的地址的轮询，控制以太网交换芯片规则的创建和删除，同时转发部分广播报文。

图4为本发明涉及的用于实现VLAN ID收敛转换的MDU型ONU的软件模块示意图。该软件划分为四个模块，初始化模块、配置处理模块、单播处理模块以及广播处理模块。这些模块均在图3所示的CPU上运行，并且独立于CPU上运行的其它软件模块。初始化模块完成以太网交换芯片硬件的初始化，从而完成图7所示的以太网交换芯片地址学习表的初始化，同时完成图6、图8和图9所示的软件表项的初始化。配置处理模块完成图6所示VLAN ID转换配置表的表项的记录、分析和更新。单播处理模块和广播处理模块则完成实际的VLAN ID收敛转换。

图5和图6为本发明涉及的VLAN ID转换配置表，其中图6是对图5的概括，图5是针对图2所示的N∶1VLAN收敛转换场景的配置表，图6是针对通用情况的转换配置表。转换配置表中的一条记录标识一个用户端口的一条VLAN ID转换业务。图5中，以用户端口1为例，该表表示在上行方向上将用户侧VLAN ID 1～16收敛成网络侧VLAN ID 101，而在下行方向上需要将网络侧VLAN ID 101还原成用户侧VLAN ID 1～16；以用户端口2为例，该表表示在上行方向上将用户侧VLAN ID 1～16收敛成网络侧VLAN ID 102，而在下行方向上需要将网络侧VLAN ID 102还原成用户侧VLAN ID 1～16，……，以此类推。该表的各条记录可以根据实际组网情况配置成不同的数值。为方便后面的描述，采用图6来表示更为一般的VLAN ID转换配置表，即对应用户端口i，用户侧VLAN ID分别为VLAN ID[i，1]、VLANID[i，2]、…、VLAN ID[i，j]、…、VLAN ID[i，15]、VLAN ID[i，16]，上行方向上都收敛成网络侧VLAN ID[i]，而下行方向上需要将网络侧VLAN ID[i]分别还原成用户侧VLAN ID[i，1]、VLAN ID[i，2]、…、VLAN ID[i，j]、…、VLAN ID[i，15]、VLAN ID[i，16]。图6所示为一个用户端口配置至多16条VLAN ID收敛转换配置记录，实际可以根据需要以及以太网交换芯片的规则条目数进行裁剪或者扩展。

图7为本发明涉及的以太网交换芯片地址学习表。该表由以太网交换芯片维护，表中的记录以MAC地址+VLAN ID为索引，本发明仅涉及用户侧MAC地址和用户侧VLAN ID。通常情况下，以太网交换芯片学习到新的地址时会向以太网交换芯片地址学习表中添加一条记录，地址老化时则会删除相应记录。CPU通过以太网交换芯片的管理控制接口获取该表，例如：用户端口1从用户侧学习到的一个地址表项为：MAC地址＝MAC[1，1]，VLAN ID＝VLANID[1，1]；再例如用户端口1还学习到的一个地址表项为：MAC地址＝MAC[1，2]，VLANID＝VLAN ID[1，2]，……，图7中用户端口1共计学到16个MAC地址和16个VLAN ID，……，以此类推。图7所示为每一个用户端口从用户侧学习了16条地址，一共有16个用户端口，故共有256条记录。以太网交换芯片用户侧地址学习的记录条目数不限于此，由于图8所示的表TT的条目数为了举例方便而限制为16条，即由图7按照条件进行筛选时每个端口的条目数受限于16条，因此图7仅对每个端口列出了16条地址学习记录。

由于本发明通过动态检测以太网交换芯片上行用户端口所学习的用户侧的MAC地址和VLAN ID来生成其在下行方向上网络侧VLAN ID转换的规则，因此上行学习到的用户侧VLAN ID需要匹配图6中用户侧VLAN ID而不是网络侧VLAN ID。由此决定了N∶1模式下VLAN ID的上行VLAN ID转换需要在以太网交换芯片地址学习和转发之后完成。对于本发明所涉及的MDU硬件结构中以太网交换芯片而言，上行存在两种VLAN ID转换方法：

(1)在用户侧即用户端口的入端直接使用VLAN TO VLAN表进行转换；

(2)在网络侧即上联端口的出端通过规则使用FLOW VLAN表进行转换。

其中方法(1)是在以太网交换芯片的入端口完成，上行方向上首先经过VLAN TO VLAN表进行VLAN ID转换，然后进行二层或者三层的学习和转发，因此以太网交换芯片地址学习到的VLAN ID是经过VLAN TO VLAN表转换之后的VLAN ID；方法(2)首先进行二层或者三层的学习转发，然后依据规则在以太网交换芯片上联端口完成VLANID转换。因此地址学习到的VLANID是未经过VLAN TO VLAN表转换的VLAN ID。为了实现N∶1VLAN ID收敛转换，上行方向上需要静态配置规则并使用FLOW VLAN表来实现VLAN ID转换，即采用方法(2)。

图8和图9为本发明涉及的VLAN ID收敛转换处理流程中使用的表。两者的表项结构是相同的，但是针对的对象不同，图8针对单个用户端口，图9针对多个用户端口。

图8和图9表项中的主要参数具体说明如下：

MAC地址、VLAN ID：上行方向上以太网交换芯片学习到的用户侧的MAC地址和VLAN ID，该VLAN ID需要是图6中所配置的对应端口的用户侧VLAN ID。

以太网交换芯片规则编号：以太网交换芯片在下行方向上将网络侧VLAN ID还原成用户侧各个VLAN ID的规则编号。其格式可以如图8、9所示也可以采用其他格式，RULE[i，1]、……、RULE[i，16]中的i代表用户端口号，后面的数字1～16代表第几条规则。

占用标记位：标记本条记录是否有效，置成1表示有效，置成0表示无效。

变化标记位：标记本条记录是添加“Add”、删除“Delete”还是无变化“NotChanged”。且图8所示的表TT中只能出现Add和NotChanged，图9所示的表TG中只能出现Delete和NotChanged。

本发明公开了一种VLAN ID收敛转换的解决方法，包括以下步骤：

步骤1，ONU上电初始化：ONU上电启动后，CPU调用初始化模块，初始化以太网交换芯片硬件，从而初始化以太网交换芯片地址学习表；CPU同时初始化VLAN ID转换配置表、单个用户端口表TT、多个用户端口表TG的表项为空；表TT和表TG的表项结构是相同的，但是表项的数目不同，其中表TT为针对一个用户端口临时存储的表项，表TG为针对所有用户端口而存储的全局表项；

步骤2，更新、分析VLAN ID转换配置表确定VLAN ID转换模式：初始化完成后，CPU调用配置处理模块执行更新操作，逐一获取每一个用户端口的用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID，写入VLAN ID转换配置表；更新操作完成后，配置处理模块根据分析条件对VLAN ID转换配置表中所有用户端口的用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID进行如下的分析操作：按照用户侧VLAN ID是否相同以及网络侧VLAN ID是否相同，将VLAN ID转换模式划分为三种基本情形：1∶1、N∶1和1∶N，每种模式需要同时满足与其对应的两个分析条件，具体的分析条件是：

1∶1模式：

(1)同一个用户端口的用户侧VLAN ID各不相同；

(2)同一个用户端口的网络侧VLAN ID各不相同；

N∶1模式：

(1)同一个用户端口的用户侧VLAN ID各不相同；

(2)同一个用户端口的网络侧VLAN ID均相同；

1∶N模式：

(1)同一个用户端口的用户侧VLAN ID均相同；

(2)同一个用户端口的网络侧VLAN ID各不相同；

当VLAN ID转换模式为1∶1模式时，CPU直接通过管理控制接口完成以太网交换芯片的VLAN转换配置，实现用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID间的一对一的转换；

当VLAN ID转换模式为1∶N模式时，CPU通过管理控制接口静态配置以太网交换芯片的规则，实现用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID间的转换；

当VLAN ID转换模式为N∶1模式时，对于上行用户侧VLAN ID到网络侧VLAN ID的转换，CPU通过管理控制接口静态配置以太网交换芯片的上行规则，实现用户侧VLAN ID到网络侧VLAN ID的转换；所述上行规则与VLAN ID转换配置表中用户端口i的每一条转换记录一一对应，上行规则的具体内容为：

条件：(1)源端口号＝用户端口编号i且(2)源VLAN ID＝用户侧VLAN ID[i，j]，

动作：将用户侧VLAN ID[i，j]转换为网络侧VLAN ID[i]；

对于下行网络侧VLAN ID到用户侧VLAN ID的转换，执行步骤3；

步骤3，根据VLAN ID转换配置表的分析结果执行下行单播报文收敛转换处理和广播报文收敛转换处理：CPU同时运行单播处理模块和广播处理模块，当用户端口的VLAN ID转换模式为N∶1时，CPU调用单播处理模块以1秒的间隔定期执行下行单播报文收敛转换处理，同时CPU通过管理控制接口向以太网交换芯片增加一条规则，将该用户端口下行方向上的ARP广播报文和DHCP广播报文重定向到CPU；CPU调用广播处理模块执行广播报文收敛转换处理。

在上述技术方案的基础上，如图10所示，步骤3中所说的CPU调用单播处理模块执行下行单播报文收敛转换处理包括以下步骤：

步骤31，单播处理模块清空每一个用户端口i(i＝1，2，3，……)所对应的单个用户端口表TT的表项，从用户端口1开始依次执行以下各步骤；

步骤32，以太网交换芯片实时的学习用户端口i用户侧的MAC地址和VLAN ID并存储于以太网交换芯片地址学习表中，CPU定期的读取以太网交换芯片地址学习表中的MAC地址和VLAN ID并执行步骤33；CPU通过管理控制接口读取以太网交换芯片地址学习表中的记录，以i表示用户端口号，以j表示以太网交换芯片地址学习表中用户端口i的第j条记录，用户端口i所学习到的用户侧的MAC地址和VLANID分别为：MAC地址＝MAC[i，j]，VLAN ID＝VLANID[i，j]；

步骤33，CPU按照下面的条件筛选以太网交换芯片地址学习表的记录：

当“以太网交换芯片地址学习表中的用户端口号＝VLAN ID转换配置表中的用户端口号”并且“以太网交换芯片地址学习表中的VLANID＝VLAN ID转换配置表中用户侧VLAN ID”时，将筛选出来的以太网交换芯片地址学习表的记录存储到该用户端口i所对应的表TT中，内容如下：

用户端口号＝i，MAC地址＝以太网交换芯片地址学习表中的MAC地址＝MAC[i，j]，VLAN ID＝以太网交换芯片地址学习表中的VLANID＝VLAN ID[i，j]，占用标记＝1，表TT中的以太网交换芯片规则编号在步骤35时才写入；

步骤34，按照下面的步骤比较表TT的记录和表TG中对应该用户端口i的记录，判断用户端口i的MAC地址MAC[i，j]是否发生了变化并记录相应的变化标记；

步骤34.1，对表TT中的每个表项，如果其占用标记为1，则将其变化标记置为“Add”；

步骤34.2，对表TG中对应该用户端口i的每条记录，如果其占用标记为1，则将其变化标记置为“Delete”；

步骤34.3，对表TT中的每个占用标记为1的记录，判断MAC[i，j]和VLAN ID[i，j]是否在表TG中用户端口号为i的记录中存在，判断条件为：

表TG中用户端口i＝表TT中用户端口i，表TG中MAC地址MAC[i，j]＝表TT中MAC地址MAC[i，j]，表TG中VLAN ID VLANID[i，j]＝表TT中VLAN ID VLAN ID[i，j]，表TG中的占用标记＝1；

如果存在，则将表TT和表TG对应记录的变化标记均置为“NotChanged”并执行步骤35，如果不存在，则直接执行步骤35；

步骤35，对表TT的每条记录，如果其变化标记为“Add”，则将该条记录所对应的MAC[i，j]、VLAN ID[i，j]、以太网交换芯片的上联端口号PORTuplink和VLAN ID转换配置表中该用户端口i对应的网络侧VLAN ID VLAN ID[i]按照下面的条件写入到以太网交换芯片的规则表中，同时获取返回的规则编号RULE[i，j]：

条件：目的MAC地址＝表TT中的MAC[i，j]、源端口号＝PORTuplink、源VLAN ID＝VLAN ID转换配置表中的网络侧VLAN ID[i]，

动作：(1)将VLAN ID转换配置表中的网络侧VLAN ID[i]转换为表TT中的VLAN ID[i，j]，

(2)将下行单播报文重定向到用户端口i，防止下行报文的洪泛；

将返回的规则编号RULE[i，j]填写到表TT中该条记录的以太网交换芯片规则编号内，同时找到表TG对应用户端口i的一个空表项，按以下步骤将TT表项中的内容复制到其中：

步骤35.1，搜索表TG中对应用户端口i的并且“占用标记”为0的第一条记录，其序号记为k，如果表TG中没有搜索到满足条件的记录，则说明表TG对应用户端口i的记录已经全部被占用了，不能再添加新的记录，此时提示出错，并转至下一个周期继续执行步骤31～37；

步骤35.2，将表TT的该条记录复制到表TG对应用户端口i的第k条记录中，内容如下：

表TG用户端口号＝i，表TG MAC地址＝表TT MAC地址＝MAC[i，j]，表TG VLAN ID＝表TT VLAN ID＝VLAN ID[i，j]，表TG以太网交换芯片规则编号＝表TT以太网交换芯片规则编号＝RULE[i，j]，表TG占用标记＝1；

表TG初始化时为空，第一次执行至步骤35时，会将表TT的内容复制到表TG内，完成表TG中记录的添加，在后续的执行周期中，表TG会根据与表TT项的比较情况执行步骤35的动态添加或步骤36的动态删除；对表TT中变化标记为“NotChanged”的记录则不做操作；

步骤36，对表TG对应用户端口i的每条记录，如果其变化标记为“Delete”，则以该条记录所对应的以太网交换芯片规则编号为参数将规则从以太网交换芯片上删除，并且清空表TG中的该条记录，即将其占用标记置为0，变化标记置为“NotChanged”，以太网交换芯片规则编号，MAC地址，VLAN ID都置为初始值空，如果其变化标记为“NotChanged”，则不做操作；

步骤37，转至步骤31进行下一个用户端口的处理，直至所有的用户端口处理完毕，至此一个检测周期完成。

在上述技术方案的基础上，如图11、12所示，步骤3中所说的CPU调用广播处理模块执行广播报文收敛转换处理包括以下步骤：

步骤41，CPU对接收到的下行广播报文类型进行解析，如果是DHCP广播报文，则完成下面的步骤42～44；如果是ARP广播报文，则完成下面的步骤45～46；

步骤42，解析DHCP报文携带的VLAN ID和净荷中的CLIENT MAC数据；

步骤43，从VLAN ID转换配置表中筛选出用户侧VLAN ID，筛选条件是：

报文携带的VLAN ID＝VLAN ID转换配置表中的网络侧VLAN ID；

如果筛选出的条目数＝0，则不修改报文直接由以太网交换芯片转发至用户端口，该DHCP广播报文的处理结束；

如果筛选出的条目数＞0，则执行步骤44；

步骤44，从表TG中按照下面的条件筛选出相应的数据：

MAC地址＝CLIENT MAC并且VLAN ID＝步骤43筛选出的用户侧VLAN ID，并且记录筛选出的对应记录的用户端口号；如果筛选出的条目数＞0，则将DHCP报文携带的VLAN ID替换成本次步骤筛选出的用户侧VLAN ID并由CPU发送至该用户端口；如果筛选出的条目数＝0，则不做替换直接将报文在所在的VLAN内广播；

步骤45，解析下行ARP报文携带的VLAN ID，并按照下面的条件从VLAN ID转换配置表中筛选出用户侧VLAN ID：

报文携带的VLAN ID＝VLAN ID转换配置表网络侧VLAN ID；

如果筛选出的条目数＝0，则不修改报文直接由以太网交换芯片转发至用户端口，该ARP广播报文的处理结束；

如果筛选出的条目数＞0，则记录筛选出的VLAN ID转换配置表中用户侧的VLAN ID和用户端口号并执行步骤46；

步骤46，复制ARP报文，每个ARP报文携带步骤45筛选出来的用户侧VLAN ID发送至相应的用户端口。

本发明在上行方向上采用静态规则实现用户侧VLAN ID到网络侧VLAN ID的收敛转换，在下行方向上分别针对单播报文、DHCP广播和ARP广播报文说明了网络侧VLAN ID到用户侧VLAN ID的还原。对于下行单播报文，软件模块动态检测以太网交换芯片上行方向上用户侧端口所学习的MAC地址和VLAN ID，以此MAC地址作为下行的目的MAC地址进行流分类，以此VLAN ID作为用户侧VLAN ID，同时结合VLANID转换配置表中对应该用户端口的网络侧VLAN ID来生成以太网交换芯片下行方向上网络侧VLAN ID转换规则，并能通过检测地址学习的变化来实时更新相应的规则。对于下行广播报文，本发明选取了具有代表性并且使用较多的DHCP广播报文和ARP广播报文进行说明，其它广播报文可以此作为参考。

该方法不局限于一个用户端口上行方向上多个不同的用户侧VLAN ID仅收敛成相同的一个网络侧VLAN ID的情况，对于一个用户端口存在多组收敛的VLAN ID仍然适用。例如对于用户端口1，用户侧的VLAN ID 1～8收敛成网络侧的VLAN ID 1001，而用户侧的VLANID 9～16收敛成网络侧的VLAN ID 1002等。

简而言之，本发明实现起来极为简单，通过软件来定期动态检测用户侧的所学习的MAC地址和VLAN ID来写入硬件的规则表从而让硬件来在下行方向上匹配相应的规则或者重定向相关报文到CPU进行VLAN ID的还原处理。对硬件的要求很低，仅需要硬件支持相应的规则并且硬件能够支持VLAN ID的转换的基本操作就行。可以很好的适用于当前EPON系统承载多业务并降低ONU成本的实际需要。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均含于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种VLAN ID收敛转换的解决方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1，ONU上电初始化：ONU上电启动后，CPU调用初始化模块，初始化以太网交换芯片硬件，从而初始化以太网交换芯片地址学习表；CPU同时初始化VLAN ID转换配置表、单个用户端口表TT、多个用户端口表TG的表项为空；表TT和表TG的表项结构是相同的，但是表项的数目不同，其中表TT为针对一个用户端口临时存储的表项，表TG为针对所有用户端口而存储的全局表项；

步骤2，更新、分析VLAN ID转换配置表确定VLAN ID转换模式：初始化完成后，CPU调用配置处理模块执行更新操作，逐一获取每一个用户端口的用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID，写入VLAN ID转换配置表；更新操作完成后，配置处理模块根据分析条件对VLAN ID转换配置表中所有用户端口的用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID进行如下的分析操作：按照用户侧VLAN ID是否相同以及网络侧VLAN ID是否相同，将VLAN ID转换模式划分为三种基本情形：1:1、N:1和1:N，每种模式需要同时满足与其对应的两个分析条件，具体的分析条件是：

1:1模式：

(1)同一个用户端口的用户侧VLAN ID各不相同；

(2)同一个用户端口的网络侧VLAN ID各不相同；

N:1模式：

(1)同一个用户端口的用户侧VLAN ID各不相同；

(2)同一个用户端口的网络侧VLAN ID均相同；

1:N模式：

(1)同一个用户端口的用户侧VLAN ID均相同；

(2)同一个用户端口的网络侧VLAN ID各不相同；

当VLANID转换模式为1:1模式时，CPU直接通过管理控制接口完成以太网交换芯片的VLAN转换配置，实现用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID间的一对一的转换；

当VLAN ID转换模式为1:N模式时，CPU通过管理控制接口静态配置以太网交换芯片的规则，实现用户侧VLAN ID和网络侧VLAN ID间的转换；

当VLAN ID转换模式为N:1模式时，对于上行用户侧VLAN ID到网络侧VLAN ID的转换，CPU通过管理控制接口静态配置以太网交换芯片的上行规则，实现用户侧VLAN ID到网络侧VLAN ID的转换；所述上行规则与VLAN ID转换配置表中用户端口i的每一条转换记录一一对应，上行规则的具体内容为：

条件：(1)源端口号＝用户端口编号i且(2)源VLAN ID＝用户侧VLAN ID[i，j]，

动作：将用户侧VLAN ID[i，j]转换为网络侧VLAN ID[i]；

对于下行网络侧VLAN ID到用户侧VLAN ID的转换，则执行步骤3；

步骤3，根据VLAN ID转换配置表的分析结果执行下行单播报文收敛转换处理和广播报文收敛转换处理：CPU同时运行单播处理模块和广播处理模块，当用户端口的VLAN ID转换模式为N:1时，CPU调用单播处理模块以1秒的间隔定期执行下行单播报文收敛转换处理，同时CPU通过管理控制接口向以太网交换芯片增加一条规则，将该用户端口下行方向上的ARP广播报文和DHCP广播报文重定向到CPU；CPU调用广播处理模块执行广播报文收敛转换处理。

2.如权利要求1所述的VLAN ID收敛转换的解决方法，其特征在于：步骤3中所说的CPU调用单播处理模块执行下行单播报文收敛转换处理包括以下步骤：

步骤31，单播处理模块清空每一个用户端口i(i＝1，2，3，……)所对应的单个用户端口表TT的表项，从用户端口1开始依次执行以下各步骤；

步骤32，以太网交换芯片实时的学习用户端口i用户侧的MAC地址和VLAN ID并存储于以太网交换芯片地址学习表中，CPU定期的读取以太网交换芯片地址学习表中的MAC地址和VLAN ID并执行步骤33；CPU通过管理控制接口读取以太网交换芯片地址学习表中的记录，以i表示用户端口号，以j表示以太网交换芯片地址学习表中用户端口i的第j条记录，用户端口i所学习到的用户侧的MAC地址和VLANID分别为：MAC地址＝MAC[i，j]，VLAN ID＝VLAN ID[i，j]；

步骤33，CPU按照下面的条件筛选以太网交换芯片地址学习表的记录：

当“以太网交换芯片地址学习表中的用户端口号＝VLAN ID转换配置表中的用户端口号”并且“以太网交换芯片地址学习表中的VLANID＝VLAN ID转换配置表中用户侧VLAN ID”时，将筛选出来的以太网交换芯片地址学习表的记录存储到该用户端口i所对应的表TT中，内容如下：

用户端口号＝i，MAC地址＝以太网交换芯片地址学习表中的MAC地址＝MAC[i，j]，VLAN ID＝以太网交换芯片地址学习表中的VLANID＝VLAN ID[i，j]，占用标记＝1，表TT中的以太网交换芯片规则编号在步骤35时才写入；

步骤34，按照下面的步骤比较表TT的记录和表TG中对应该用户端口i的记录，判断用户端口i的MAC地址MAC[i，j]是否发生了变化并记录相应的变化标记；

步骤34.1，对表TT中的每个表项，如果其占用标记为1，则将其变化标记置为“Add”；

步骤34.2，对表TG中对应该用户端口i的每条记录，如果其占用标记为1，则将其变化标记置为“Delete”；

步骤34.3，对表TT中的每个占用标记为1的记录，判断MAC[i，j]和VLAN ID[i，j]是否在表TG中用户端口号为i的记录中存在，判断条件为：

表TG中用户端口i＝表TT中用户端口i，表TG中MAC地址MAC[i，j]＝表TT中MAC地址MAC[i，j]，表TG中VLAN ID VLANID[i，j]＝表TT中VLAN ID VLAN ID[i，j]，表TG中的占用标记＝1；

如果存在，则将表TT和表TG对应记录的变化标记均置为“NotChanged”并执行步骤35，如果不存在，则直接执行步骤35；

步骤35，对表TT的每条记录，如果其变化标记为“Add”，则将该条记录所对应的MAC[i，j]、VLAN ID[i，j]、以太网交换芯片的上联端口号PORTuplink和VLAN ID转换配置表中该用户端口i对应的网络侧VLAN ID VLAN ID[i]按照下面的条件写入到以太网交换芯片的规则表中，同时获取返回的规则编号RULE[i，j]：

条件：目的MAC地址＝表TT中的MAC[i，j]、源端口号＝PORTuplink、源VLAN ID＝VLAN ID转换配置表中的网络侧VLAN ID[i]，

动作：(1)将VLAN ID转换配置表中的网络侧VLAN ID[i]转换为表TT中的VLAN ID[i，j]，

(2)将下行单播报文重定向到用户端口i，防止下行报文的洪泛；

将返回的规则编号RULE[i，j]填写到表TT中该条记录的以太网交换芯片规则编号内，同时找到表TG对应用户端口i的一个空表项，按以下步骤将TT表项中的内容复制到其中：

步骤35.1，搜索表TG中对应用户端口i的并且“占用标记”为0的第一条记录，其序号记为k，如果表TG中没有搜索到满足条件的记录，则说明表TG对应用户端口i的记录已经全部被占用了，不能再添加新的记录，此时提示出错，并转至下一个周期继续执行步骤31～37；

步骤35.2，将表TT的该条记录复制到表TG对应用户端口i的第k条记录中，内容如下：

表TG用户端口号＝i，表TG MAC地址＝表TT MAC地址＝MAC[i，j]，表TG VLAN ID＝表TT VLAN ID＝VLAN ID[i，j]，表TG以太网交换芯片规则编号＝表TT以太网交换芯片规则编号＝RULE[i，j]，表TG占用标记＝1；

表TG初始化时为空，第一次执行至步骤35时，会将表TT的内容复制到表TG内，完成表TG中记录的添加，在后续的执行周期中，表TG会根据与表TT项的比较情况执行步骤35的动态添加或步骤36的动态删除；对表TT中变化标记为“NotChanged”的记录则不做操作；

步骤36，对表TG对应用户端口i的每条记录，如果其变化标记为“Delete”，则以该条记录所对应的以太网交换芯片规则编号为参数将规则从以太网交换芯片上删除，并且清空表TG中的该条记录，即将其占用标记置为0，变化标记置为“NotChanged”，以太网交换芯片规则编号，MAC地址，VLAN ID都置为初始值空，如果其变化标记为“NotChanged”，则不做操作；

步骤37，转至步骤31进行下一个用户端口的处理，直至所有的用户端口处理完毕，至此一个检测周期完成。

3.如权利要求1所述的VLAN ID收敛转换的解决方法，其特征在于：步骤3中所说的CPU调用广播处理模块执行广播报文收敛转换处理包括以下步骤：

步骤41，CPU对接收到的下行广播报文类型进行解析，如果是DHCP广播报文，则完成下面的步骤42～44；如果是ARP广播报文，则完成下面的步骤45～46；

步骤42，解析DHCP报文携带的VLAN ID和净荷中的CLIENT MAC数据；

步骤43，从VLAN ID转换配置表中筛选出用户侧VLAN ID，筛选条件是：

报文携带的VLAN ID＝VLAN ID转换配置表中的网络侧VLAN ID；

如果筛选出的条目数＝0，则不修改报文直接由以太网交换芯片转发至用户端口，该DHCP广播报文的处理结束；

如果筛选出的条目数＞0，则执行步骤44；

步骤44，从表TG中按照下面的条件筛选出相应的数据：

MAC地址＝CLIENT MAC并且VLAN ID＝步骤43筛选出的用户侧VLAN ID，并且记录筛选出的对应记录的用户端口号；如果筛选出的条目数＞0，则将DHCP报文携带的VLAN ID替换成本次步骤筛选出的用户侧VLAN ID并由CPU发送至该用户端口；如果筛选出的条目数＝0，则不做替换直接将报文在所在的VLAN内广播；

步骤45，解析下行ARP报文携带的VLAN ID，并按照下面的条件从VLAN ID转换配置表中筛选出用户侧VLAN ID：

报文携带的VLAN ID＝VLAN ID转换配置表网络侧VLAN ID；

如果筛选出的条目数＝0，则不修改报文直接由以太网交换芯片转发至用户端口，该ARP广播报文的处理结束；

如果筛选出的条目数＞0，则记录筛选出的VLAN ID转换配置表中用户侧的VLAN ID和用户端口号并执行步骤46；

步骤46，复制ARP报文，每个ARP报文携带步骤45筛选出来的用户侧VLAN ID发送至相应的用户端口。

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