CN102355610B - Eoc光网络单元系统中实现线路标识的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EOC ONU系统中实现线路标识的方法，包括步骤：初始化后清空临时CNU MAC地址学习表TT，轮询每个CNU学习的MAC地址，逐一获取CNU每个用户端口的用户侧MAC地址写入TT；比较TT与全局CNU MAC地址学习表TG，将TT同步到TG中；CNU的报文经同轴电缆送至以太网交换芯片，依据报文重定向规则送至CPU，CPU收到报文后分析报文的源MAC地址，判定TG中存在源MAC地址时查找对应的CNU序号和CNU用户端口号，CPU分析报文并添加线路标识信息后交由以太网交换芯片转发。本发明能对来自CNU的报文添加相应的线路标识信息，对硬件要求较低，实现简单，开发周期短，且成本低。

Description

EOC光网络单元系统中实现线路标识的方法

技术领域

本发明涉及光通信领域中EoC(Ethernet over Coaxial cable，基于同轴电缆传输的以太网技术)的应用，特别是涉及EOC ONU(OpticalNetwork Unit，光网络单元)系统中实现线路标识的方法。

背景技术

基于以太网方式的EPON(Ethernet Passive Optical System，以太网无源光网络)系统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。EPON系统包括局侧的OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)、用户侧的ONU和ODN(Optical Distribution Network，光分配网络)。

EoC同轴以太网系统是专门为广电有线网络运营商设计的基于现有同轴电缆分配网实现双向传输数据的系列产品，是一种HFC(Hybrid Fiber-Coax，光纤同轴电缆混合网)网络实现双向网络改造的经济、高效的解决方案。EOC系统通常分成两个部分：CBAT(Coaxial Broadband Access Terminal，同轴电缆宽带接入网局端设备)和CNU(Coaxial Network Unit，同轴电缆宽带接入网接入端设备)。在本发明中，CBAT与ONU的功能已经集成在一个设备中，称为EOCONU。

参见图1所示，EPON OLT利用前端光纤连接园区机房分光器，分光器分光接入各个ONU，然后以EOC方式下行。EOC ONU部署在小区楼道，将CATV(Cable Television，有线电视)信号和数据信号进行合成，通过原有HFC线缆传送到用户侧，最终通过用户侧的CNU设备分离出CATV信号和数据信号，用户数字电视点播信号则通过EOC方式上行。

在宽带接入网络中，一方面，出于精细化管理的需要，运营商要能对用户进行精确定位，实现可溯源性，便于业务和用户管理。另一方面，可溯源性也提供了网络管理者在网络遭到攻击或者恶意使用时的用户定位能力。可溯源性的前提是用户唯一性识别，需要通过用户接入的BRAS(Broadband Remote Access Server，宽带远程接入服务器)或SR(Service Router，业务路由器)的物理端口和用户接入线路，来唯一地标识宽带用户接入线路。

目前普遍采用的线路标识技术有以下三种：基于VLAN Stacking的技术、DHCP Option82技术和PPPoE+技术。其中，基于VLANStacking的技术要求用户端口的外层VLAN ID(Virtual Local AreaNetwork Identifier，虚拟局域网标识符)和内层VLAN ID不同，以便BRAS或者SR能够根据VLAN ID来识别用户，由于该项技术对VLAN规划的要求比较高，并且VLAN ID资源有限，因此实际应用会受到一定的限制。

RFC(Request For Comments，请求评述)是一系列以编号排定的标准文件，RFC3046的内容是DHCP(Dynamic Host ConfigurationProtocol，动态主机配置协议)中继代理信息选项(DHCP Relay AgentInformation Option)，DHCP中继代理信息选项是通过选项-长度-值来表示的。

DHCP报文在UDP(User Data Protocol，用户数据报协议)层中的封装格式参见表1所示。

表1、DHCP报文在UDP层中的封装格式

RFC3046提出了使用“DHCP RELAY Agent Information Option”来解决，其中定义了一个code为82的选项来标识用户信息，简称DHCP Option82，在DHCP Option82技术中，DHCP中继代理采用DHCP Option 82来携带用户的接入线路标识信息。

Option82是RFC3046中定义的code为82，用来标识用户信息的DHCP中继代理信息选项。RFC3046中DHCP Option82的格式定义参见表2所示。

表2、RFC3046中定义的Option 82的格式

PPPoE+技术需要PPPoE(Point to Point Protocol over Ethernet，基于以太网的点对点协议)中继代理在相关报文中携带用户的接入线路标识信息。

实现DHCP Option82或者PPPoE+技术一般有下面两种方法：

1、芯片利用规则将报文重定向到CPU，由CPU完成报文中用户线路标识的添加。这种方法要求芯片能够识别DHCP报文或者PPPoE报文，并通过规则将该报文重定向到CPU，重定向到CPU的报文将携带与该芯片对应的源用户端口的信息。但是如果芯片携带的端口信息是汇聚端口，则芯片下接的实际用户端口信息无法区分。参见图2所示，EOC ONU上的以太网交换芯片将DHCP报文或者PPPoE报文重定向到CPU，同时以太网交换芯片将报文的源端口信息添加在该报文中，对以太网交换芯片而言，报文的源端口已经是EOC芯片的上联口，实际是EOC业务的汇聚端口，不能区分EOC下挂的终端设备CNU信息。

2、通过配置芯片，由芯片自身完成用户线路标识的添加。这种方法对芯片的要求很高，而且很难完成使用灵活的线路标识的格式。目前大多数芯片都不支持。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种EOC光网络单元系统中实现线路标识的方法，能够对来自CNU的报文添加相应的线路标识信息，对硬件要求较低，实现简单，开发周期短，且成本低。

本发明提供的EOC光网络单元系统中实现线路标识的方法，包括以下步骤：A、初始化完成后清空临时CNU MAC地址学习表TT，轮询每个CNU学习到的MAC地址，逐一获取CNU每个用户端口的用户侧MAC地址，并写入TT；对TT与全局CNU MAC地址学习表TG进行比较，并以增量的方式将TT同步到TG中；B、来自CNU的DHCP报文经同轴电缆送至EOC光网络单元的以太网交换芯片，依据以太网交换芯片的报文重定向规则重定向到CPU，CPU收到DHCP报文后，分析DHCP报文的源MAC地址，若判定TG中存在所述源MAC地址，则查找到对应的CNU序号和CNU用户端口号，CPU对DHCP报文进行分析，按照规定的格式添加线路标识信息后，交由以太网交换芯片进行转发。

在上述技术方案中，步骤A中所述初始化的过程如下：EOCONU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及其重定向规则，初始化全局CNU MAC地址学习表为空，并初始化DHCP报文处理模块，使其能通过软件添加线路标识信息。

在上述技术方案中，所述重定向规则为：将EOC光网络单元中以太网交换芯片与EOC芯片相连的端口收到的DHCP报文重定向到CPU。

在上述技术方案中，步骤A中所述轮询每个CNU学习到的MAC地址的过程如下：CPU通过管理控制报文周期性的向CNU发送查询CNU学习到的MAC地址的命令报文，CPU接收到CNU返回的应答信息后，提取应答消息中CNU所学习的MAC地址。

在上述技术方案中，步骤A中所述增量的方式是：CPU对临时CNU MAC地址学习表TT与全局CNU MAC地址学习表TG进行比较，对于TG和TT中均存在的表项，在TG中保持其不变；对于TG中存在而TT中不存在的表项，将其从TG中删除；对于TG中不存在而TT中存在的表项，将其加入到TG中。

在上述技术方案中，步骤B中若判定TG中不存在DHCP报文的源MAC地址，则透传该DHCP报文至以太网交换芯片上联口。

在上述技术方案中，步骤B中所述按照规定的格式添加线路标识信息是指：按照预先配置的线路标识格式要求，将CNU序号和CNU端口号作为Option82的信息插入到DHCP报文中。

在上述技术方案中，所述临时CNU MAC地址学习表TT存储一个CNU学习的MAC地址表，所述全局CNU MAC地址学习表TG存储所有CNU学习的MAC地址表。

在上述技术方案中，所述临时CNU MAC地址学习表TT与全局CNU MAC地址学习表TG的表项结构相同。

在上述技术方案中，所述表项是各个CNU以太网交换芯片的各个端口实时学习的用户MAC地址，表示为MAC[i，j，k]，其中，i为CNU序号，j为CNU用户端口号，k为第i个CNU上以太网交换芯片地址学习表中用户端口j的第k条记录。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

(1)本发明能够对来自CNU的报文添加相应的线路标识信息，简单方便的实现线路标识的功能，满足运营可溯源，可定位以及安全管理的要求，克服了EOC芯片不支持报文重定向和直接添加线路标识功能的缺陷。

(2)本发明对硬件要求较低，实现简单，开发周期短。

(3)本发明不需要增加硬件成本，成本较低。

附图说明

图1为EOC EPON ONU的系统结构示意图。

图2为EOC ONU的硬件结构示意图。

图3为CNU的硬件结构示意图。

图4为本发明实施例中EOC ONU线路标识单元的结构框图。

图5为本发明实施例中MAC地址处理模块的工作流程图。

图6为本发明实施例中DHCP报文处理模块的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细描述。

参见图1所示，本发明实施例的EOC ONU系统中，将ONU和CBAT集成为一个整体设备。对EPON系统而言，本设备是ONU设备，而对EOC系统而言，本设备又是CBAT设备。图1中，ONU不仅仅局限在EPON下，xPON下也同样适用。

本发明实施例中用于实现线路标识功能的EOC ONU硬件结构参见图2所示，其中EOC功能和EPON ONU功能集成在一个设备中。该设备包含四个硬件模块：EPON芯片，以太网交换芯片、EOC芯片和CPU。以太网交换芯片的管理控制接口与CPU相连，以太网交换芯片的上联端口与EPON芯片的以太网侧接口相连，下联端口与EOC芯片的以太网侧接口相连，EOC芯片的同轴侧接口则通过同轴电缆与CNU相连。

本发明实施例中CNU的硬件结构参加图3所示，CNU中包含两个硬件模块：EOC芯片和CNU以太网交换芯片。EOC芯片的同轴侧接口通过同轴电缆与CBAT相连，EOC芯片的以太网侧接口与CNU以太网交换芯片的上联接口相连。一般情况下，EOC ONU，即CBAT上的以太网交换芯片(图2中所示的以太网交换芯片)相比CNU上的以太网交换芯片(图3中所示的以太网交换芯片)功能要复杂得多。在本发明实施例中，如无特别说明，以太网交换芯片均指CBAT上的以太网交换芯片，即图2中所示的以太网交换芯片。

参见图2所示，EOC ONU系统中，EOC芯片和以太网交换芯片是两个独立的芯片，EOC芯片自身不支持给报文添加线路标识的功能，也不支持将DHCP报文重定向到CPU的功能，因此靠EOC芯片无法完成线路标识的功能，而与CPU相连的以太网交换芯片支持DHCP报文的重定向功能，但是对EOC系统来说已经是汇聚端口，从而由以太网交换芯片重定向到CPU的DHCP报文所携带的信息无法识别报文具体来自哪个CNU以及CNU的哪个端口，因此需要通过其它的信息来识别。

单独EOC芯片或者单独以太网交换芯片都无法完成用户线路标识的添加，本发明实施例结合两者来完成，通过EOC芯片所读取的MAC(Medium Access Control，媒质访问控制)地址，作为唯一识别CNU以及CNU用户端口的信息，而同时通过以太网交换芯片将相应的报文重定向到CPU，由CPU通过MAC地址来标识CNU用户端口的信息。本发明实施例以DHCP Option82为例来说明如何将来自EOC汇聚端口的报文进行区分，从而唯一识别出各个CNU以及CNU用户端口的方法。本发明实施例所说的线路标识的功能是指：在EOCONU上，DHCP中继代理采用DHCP Option82携带用户的接入线路端口标识信息，而对于PPPoE认证方式，则由PPPoE中继代理在相关报文中携带用户的接入线路端口标识信息。

本发明实施例提供的EOC ONU系统中实现线路标识的方法，包括以下步骤：

步骤1、EOC ONU上电初始化：EOC 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的重定向规则，重定向规则为：将EOC光网络单元中以太网交换芯片与EOC芯片相连的端口收到的DHCP报文重定向到CPU；同时，CPU初始化全局的CNU MAC地址学习表为空；此外，CPU还初始化DHCP报文处理模块，使其能通过软件添加线路标识信息。

步骤2、轮询CNU的MAC地址学习表：初始化完成后，CPU启动轮询任务，首先清空对应的临时CNU MAC地址学习表TT，然后轮询每个CNU芯片上学习到的MAC地址：CPU通过管理控制报文周期性的向CNU发送查询CNU学习到的MAC地址的命令报文，CPU接收到CNU返回的应答信息后，提取应答消息中CNU所学习的MAC地址。

CPU周期性的逐一获取每一个CNU上每个用户端口的用户侧MAC地址，并写入临时CNU MAC地址学习表TT；最后，CPU对临时CNU MAC地址学习表TT与全局的CNU MAC地址学习表TG进行比较，并以增量的方式将临时CNU MAC地址学习表同步TT到全局CNU MAC地址学习表TG中：对于TG和TT中均存在的表项，在TG中保持其不变；对于TG中存在而TT中不存在的表项，将其从TG中删除；对于TG中不存在而TT中存在的表项，将其加入到TG中。

临时CNU MAC地址学习表TT与全局CNU MAC地址学习表TG的表项结构相同，参见表3所示，都是各个CNU以太网交换芯片的各个端口实时学习的用户MAC地址，表示为MAC[i，j，k]，其中，i为CNU序号，j为CNU用户端口号，k为第i个CNU上以太网交换芯片地址学习表中用户端口j的第k条记录。不同的是：临时CNU MAC地址学习表TT存储的是一个CNU学习的MAC地址表，而全局CNU MAC地址学习表TG存储的是所有CNU学习的MAC地址表。表项中的标记位在以增量方式同步临时表项和全局表项时使用。

表3、CNU学习的MAC地址表的表项

步骤3：来自CNU的DHCP报文经同轴电缆送至EOC光网络单元的以太网交换芯片后，依据以太网交换芯片的报文重定向规则重定向到CPU，CPU收到DHCP报文后，分析DHCP报文的源MAC地址，查找全局CNU MAC地址学习表TG，判断全局CNU MAC地址学习表TG中是否存在该源MAC地址，如果存在，则查找到对应的CNU序号和CNU端口号，同时CPU对此DHCP报文进行分析，按照规定的格式添加上线路标识信息，即按照预先配置的线路标识格式要求，将CNU序号和CNU端口号作为Option82的信息插入到DHCP报文中，并交由以太网交换芯片转发出去；如果不存在，则透传该报文至以太网交换芯片上联口。

参见图4所示，本发明实施例中EOC ONU线路标识单元包括初始化模块、CNU MAC地址处理模块和DHCP报文处理模块，其中，初始化模块在初始化时执行，CNU MAC地址表处理模块是周期性的执行，DHCP报文处理模块是在每次CPU收到DHCP报文后开始执行。这些模块均在图2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和报文重定向规则的初始化，以及全局CNU MAC地址学习表TG的初始化。

具体的，以太网交换芯片的报文重定向规则的格式如下：

规则＝规则条件+规则动作；

规则条件＝规则域+规则操作符+规则域的值+规则域掩码值；

规则动作＝{丢弃、重定向到某个端口等}；

规则域＝{芯片端口号、目的MAC地址、源MAC地址、以太网协议类型、IP协议类型、四层端口号等}；

规则操作符＝{＝、＞＝、＜＝、！＝等}；

规则域的值和规则域掩码值分别用数值表示，通常情况下分别用6个字节来表示。一条规则允许存在多个规则条件，各规则条件之间是“并且”的关系，只有当各规则条件均成立时，才执行相应的规则动作。

根据上述格式，假设线路标识初始化模块初始化报文重定向规则如下：

规则条件：

(1)以太网类型＝0x0800，

(2)IP协议类型＝UDP，

(3)UDP源端口号＝68，

(4)UDP目的端口号＝67，

规则动作：收到的报文重定向到CPU；

上面4个规则条件对应的掩码值均为以下6个字节：0xff、0xff、0xff、0xff、0xff、0xff，4个规则条件需要同时满足，才执行“收到的报文重定向到CPU”的规则动作。

线路标识初始化模块还初始化全局CNU MAC地址学习表TG，该表的表项内容包括CNU序号、CNU用户端口号、CNU学习的MAC地址和标记位等其它参数。由于CNU的同一个用户端口可能对应多个用户，对于相同的CNU序号和CNU用户端口号，CNU可能学习到多条MAC地址。

参见图5所示，本发明实施例的CNU MAC地址处理模块的具体工作流程如下：

步骤101：任务1：CPU处理CNU学习的MAC地址表入口，CPU等待T1的时间，以T1为周期，执行后续步骤，T1根据实际需要进行设置。

步骤102：对每个CNU，依次完成后续操作。

步骤103：清空临时CNU MAC地址学习表TT。

步骤104：CPU周期性的通过管理控制报文，向CNU EOC芯片发送查询CNU学习的MAC地址的命令报文。

步骤105：CPU接收CNU返回的应答信息，提取应答消息中CNU所学习的MAC地址，并存放在临时CNU MAC地址学习表TT中，该表项的条目数可以根据实际需要自定义。

步骤106：CPU比较全局CNU MAC地址学习表TG和临时CNUMAC地址学习表TT的差异。

步骤107：CPU以增量的方式将TT表中的表项内容同步到TG表对应的表项中：同一个表项在TG和TT中同时存在时，在TG中保持该表项不变；对于TG中存在而TT中不存在的表项，将其从TG中删除；对于TG中不存在而TT中存在的表项，将其加入到TG中。

步骤108：对每个CNU，循环结束，返回任务1入口。

参见图6所示，本发明实施例的DHCP报文处理模块根据DHCP报文的源MAC地址，获取CNU序号和CNU用户端口号的流程如下：

步骤201：任务2：DHCP报文接收入口，等待接收DHCP报文，以太网交换芯片将来自与EOC芯片连接的端口的DHCP报文重定向到CPU，由初始化时设置CBAT的以太网交换芯片硬件来完成；

步骤202：CPU分析DHCP报文的源MAC地址，并记录该源MAC地址；

步骤203：根据DHCP报文的源MAC地址，从全局CNU MAC地址表TG中筛选出对应的记录，当“从全局CNU MAC地址学习表TG中筛选出的MAC地址＝本次CPU记录的MAC地址”时，将筛选出来的CNU MAC地址对应的CNU序号和CNU用户端口号记录下来，即：CNU序号＝i，CNU用户端口号＝j。由于通常情况下一个DHCP报文源MAC地址是唯一的，因此根据源MAC地址进行筛选时不会筛选中多个条目。

步骤204：判断筛选出的表项是否为空，如果是，即如果筛选出的集合为空，则报文不进行处理，直接转到步骤206；否则转到步骤205。

步骤205：由于CNU序号和CNU用户端口号已经获知，因此可以按照预先配置的线路标识格式要求，对DHCP报文插入Option 82选项。

步骤206：由CPU控制将DHCP报文经以太网交换芯片的上联口发送出去。

总而言之，本发明实施例的实现极为简单，通过软件来定期动态检测CNU用户侧的MAC地址，识别CNU序号以及CNU用户端口号的精确信息，从而添加线路标识的处理。对EOC芯片硬件的要求很低，仅需要与EOC相连的以太网交换芯片支持报文重定向的规则即可，可以很好的适用于当前EPON EOC系统定位用户以及精细化管理的需要。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (5)

1.一种EOC光网络单元系统中实现线路标识的方法，其特征在于包括以下步骤：

A、初始化完成后清空临时CNU MAC地址学习表TT，所述临时CNU MAC地址学习表TT存储一个CNU学习的MAC地址表，轮询每个CNU学习到的MAC地址，逐一获取CNU每个用户端口的用户侧MAC地址，并写入TT；对TT与全局CNU MAC地址学习表TG进行比较，并以增量的方式将TT同步到TG中，所述全局CNUMAC地址学习表TG存储所有CNU学习的MAC地址表，所述临时CNU MAC地址学习表TT与全局CNU MAC地址学习表TG的表项结构相同，所述表项是各个CNU以太网交换芯片的各个端口实时学习的用户MAC地址，表示为MAC[i，j，k]，其中，i为CNU序号，j为CNU用户端口号，k为第i个CNU上以太网交换芯片地址学习表中用户端口j的第k条记录；所述轮询CNU学习到的每个CNU的MAC地址的过程如下：CPU通过管理控制报文周期性的向CNU发送查询CNU学习到的MAC地址的命令报文，CPU接收到CNU返回的应答信息后，提取应答消息中CNU所学习的MAC地址；

B、来自CNU的DHCP报文经同轴电缆送至EOC光网络单元的以太网交换芯片，依据以太网交换芯片的报文重定向规则重定向到CPU，CPU收到DHCP报文后，分析DHCP报文的源MAC地址，若判定TG中存在所述源MAC地址，则查找到对应的CNU序号和CNU用户端口号，CPU对DHCP报文进行分析，按照规定的格式添加线路标识信息：按照预先配置的线路标识格式要求，将CNU序号和CNU端口号作为Option82的信息插入到DHCP报文中，然后，交由以太网交换芯片进行转发。

2.如权利要求1所述的EOC光网络单元系统中实现线路标识的方法，其特征在于，步骤A中所述初始化的过程如下：EOC 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及其重定向规则，初始化全局CNU MAC地址学习表为空，并初始化DHCP报文处理模块，使其能通过软件添加线路标识信息。

3.如权利要求2所述的EOC光网络单元系统中实现线路标识的方法，其特征在于，所述重定向规则为：将EOC光网络单元中以太网交换芯片与EOC芯片相连的端口收到的DHCP报文重定向到CPU。

4.如权利要求1所述的EOC光网络单元系统中实现线路标识的方法，其特征在于：步骤A中所述增量的方式是：CPU对临时CNUMAC地址学习表TT与全局CNU MAC地址学习表TG进行比较，对于TG和TT中均存在的表项，在TG中保持其不变；对于TG中存在而TT中不存在的表项，将其从TG中删除；对于TG中不存在而TT中存在的表项，将其加入到TG中。

5.如权利要求1所述的EOC光网络单元系统中实现线路标识的方法，其特征在于：步骤B中若判定TG中不存在DHCP报文的源MAC地址，则透传该DHCP报文至以太网交换芯片上联口。

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