CN104506451A - 一种基于fpga的pos数据链路层分类处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FPGA的POS数据链路层分类处理装置，该装置包括以下模块：POS接口模块、POS-PHY接收模块、内存控制器、RAM、链路层分类处理模块、协议报文处理模块。POS接口模块接收SDH帧，实现串并转换，并给出数据包的首地址及长度信息；POS-PHY接收模块接收POS接口模块发送的POS数据，实现PPP帧的提取，并将PPP数据发送到内存控制器；内存控制器控制PPP数据的读写，经过缓存后PPP数据发送给链路层分类处理模块，完成PPP帧中的协议报文和IP包的分类，并将IP包发送到IP处理模块，协议报文发送到协议报文处理模块；协议报文处理模块完成对协议报文进行解析，识别出不同的协议报文并进行相应的处理，完成链路层控制功能。
Description
技术领域
本发明涉及通信网络领域，尤其涉及一种基于FPGA的POS数据链路层分类处理装置。
背景技术
POS全称为Packet Over SONET/SDH，又称IP OverSONET/SDH，是一种在SONET/SDH上承载IP和其他数据包的传输技术。POS技术是以SONET/SDH作为IP数据包的物理传输网络,即将IP数据包通过PPP(Point to Point Protocol)协议直接映射到SDH(Synchronous Digital Hierarchy)或者SONET(Synchronous OpticalNetwork)帧。
根据OSI七层模型，SONET/SDH是物理层的协议，主要负责在物理层介质上传送字节数据；IP是网络层的协议，负责数据包的寻址和路由；数据链路层负责SONET/SDH与IP之间的接口,IETF(InternetEngineering Task Force)定义PPP协议来执行此项功能,相应有PPPover SONET/SDH草案,实现IP over SONET/SDH技术。
PPP协议定义了点到点链路上传输多协议数据包的标准方法，PPP协议在OSI七层模型中位于第二层，在网络层与物理层之间。根据RFC1661，PPP协议包括三部分：(1)对多种协议数据的封装方法；(2)用于建立、配置、检测链路的链接扩展协议(LCP，Link ControlProtocol)；(3)用于建立、配置不同网络层协议的网络扩展协议(NCP，Network Control Protocol)。
请参见图1，是标准PPP协议帧格式，各个字段的详细含义如下：
(1)Flag(标志字段)：0x7E，表示PPP帧的开始；(2)Adress(地址字段)：0xFF，标识所用主机的广播地址；(3)Control(控制字段):0x03，无序号帧；(4)Protocol(协议字段)：用来指示信息域内所承载的数据的协议类型；(5)information(信息字段)：用来承载上层数据，缺省为1500字节；(6)FCS(帧校验序列字段)：32比特或16比特(缺省)的校验值。
协议字段主要包括：(1)0x0021：IP数据报；(2)0xC021：链路控制数据LCP；(3)0x8021：网络控制数据NCP；(4)0xC023：口令验证协议PAP(Password Authentication Protocol)；(5)0xC223：质询握手验证协议CHAP(Challenge-Handshake Authentication Protocol)。
POS信号的处理主要涉及数据链路层分类处理、协议报文处理、IP数据处理。数据链路层分类处理主要完成承载在PPP帧中的协议报文和IP包的分类。协议报文处理主要完成链路的建立及维护，对接收到的协议报文进行解析，识别出不同的协议报文并进行相应的处理，完成链路层控制功能，如状态协商，状态监视等功能。IP数据处理主要负责根据端口收到的IP包地址信息查表，对IP包进行业务端口间转发。
发明内容
有鉴于传统的POS信号处理全部使用CPU实现，需要消耗CPU的大量处理能力，本发明以FPGA为控制核心，实现SONET/SDH链路中POS数据的采集，并完成从POS物理层到数据链路层的协议处理，实现POS数据链路层的分类。通过FPGA实现POS数据链路层分类处理，与CPU实现相应功能相比，处理速度更快、方便灵活、可扩展性好，同时，提高系统的工作效率，减少CPU处理的程序难度。
本发明所采取的技术方案为：
一种基于FPGA的POS数据链路层分类处理装置，其特征在于：该装置包括有POS接口模块210、POS-PHY接收模块221、内存控制器222、RAM223、链路层分类处理模块224和协议报文处理模块225；
POS接口模块210，用于接收外部输入的SDH数据包，获取SDH数据包的首地址及长度信息，并将串行数据转换成并行POS-PHY接口数据；
POS-PHY接收模块221，用于接收POS接口模块210发送的POS-PHY接口数据，并对POS-PHY接口数据中的PPP帧进行提取，将POS-PHY接口数据转换为本地接口的PPP数据；
内存控制器222，用于控制RAM223中的PPP数据读取与写入操作，完成对来自POS-PHY接收模块221的PPP数据进行缓存并将PPP数据发送到链路层分类处理模块224；
RAM223，用于缓存PPP数据；
链路层分类处理模块224，用于完成PPP数据中的协议报文和IP包的分类，并将协议报文发送到协议报文处理模块225，将IP包对外进行发送；
协议报文处理模块225，用于完成对接收到的协议报文进行解析，识别出不同的协议报文并进行相应的处理。
其中，链路层分类处理模块224包括PPP数据解析模块241和分类处理模块242；
PPP数据解析模块241，用于接收内存控制器222发送的PPP数据，依据PPP协议帧格式，查询出PPP数据的起始地址，移除PPP数据的地址字段和控制字段，从PPP数据中解析出协议字段和信息字段并发送给分类处理模块242；
分类处理模块242，用于完成PPP数据的分类处理，通过读取协议字段来判断接收到的数据是协议报文还是IP包，并将包含协议字段和信息字段的协议报文发送到协议处理模块225，将包含协议字段和信息字段的IP包对外进行发送。
其中，协议报文处理模块225包括报文解析模块251、协议识别模块252、认证处理模块253、LCP处理模块254和NCP处理模块255；
报文解析模块251，用于接收链路层分类处理模块224发送的协议报文，从协议报文据中解析出协议字段和信息字段并发送给协议识别模块252；
协议识别模块252，用于识别协议报文类型，通过协议字段判断接收的协议报文是链路控制数据LCP、网络控制数据NCP或是认证协议；如果协议报文是链路控制数据LCP，则发送给LCP处理模块254；如果是协议报文是网络控制数据NCP，则发送给NCP处理模块255；如果是协议报文是认证协议，则发送给认证处理模块253；
认证处理模块253，用于完成用户的身份认证，通过协议字段判断接收的协议报文是口令验证协议PAP或是质询握手验证协议CHAP；
LCP处理模块254，用于创建、维护或终止一次物理连接；
NCP处理模块255，用于建立、配置、测试和管理数据链路连接。
本发明与现有技术相比，所取得的有益效果为：
本发明以FPGA为控制核心，实现SONET/SDH链路中POS数据的采集，并完成从POS物理层到数据链路层的协议处理，实现POS数据链路层的分类。通过FPGA实现POS数据链路层分类处理，与CPU实现相应功能相比，处理速度更快、方便灵活、可扩展性好，同时，提高系统的工作效率，减少CPU处理的程序难度。
附图说明
图1为标准PPP协议帧格式。
图2为本发明基于FPGA的POS数据链路层分类处理装置的电原理逻辑方框图。
图3为链路层分类处理模块224的逻辑方框图。
图4为协议处理模块225的逻辑方框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例所述的技术方案作进一步的详细说明。
参照图2，一种基于FPGA的POS数据链路层分类处理装置，POS接口模块210通过POS-PHY接口连接FPGA220，FPGA220接收POS接口模块210发送的POS数据，实现PPP帧的提取，完成PPP帧中的协议报文和IP包的分类，并将IP包发送到IP处理模块230，协议报文发送到协议报文处理模块225，协议报文处理模块225再对报文的协议字段进行分类，完成链路层控制功能。
具体包括：
POS接口模块210：用于接收外部输入的SDH数据包，获取SDH数据包的首地址及长度信息，对SDH数据包进行去开销和拆帧处理，实现串行数据转换成并行POS-PHY接口数据。
POS-PHY接收模块221：用于接收POS接口模块210发送的POS-PHY接口数据，并对POS-PHY接口数据中的PPP帧进行提取，提取后的数据为如图1所示帧结构去掉了帧中的FLAG字段，并将POS-PHY接口数据转换为本地接口的PPP数据。
内存控制器222：用于控制RAM223中的PPP数据读取与写入操作，完成对来自POS-PHY接收模块221的PPP数据进行缓存并将PPP数据发送到链路层分类处理模块224。
RAM223：用于缓存PPP数据。
链路层分类处理模块224：用于完成PPP数据中的协议报文和IP包的分类，并将协议报文发送到协议报文处理模块225，将IP包对外进行发送。链路层分类处理模块的逻辑方框图参照图3。
协议报文处理模块225：用于完成对接收到的协议报文进行解析，识别出不同的协议报文并进行相应的处理。协议处理模块的逻辑方框图参照图4。
PPP数据解析模块241：用于接收内存控制器222发送的PPP数据，依据PPP协议帧格式，查询出PPP数据的起始地址，移除PPP数据的地址字段和控制字段，从PPP数据中解析出协议字段和信息字段。
分类处理模块242：用于完成PPP数据的分类处理，通过读取协议字段来判断接收到的数据是协议报文还是IP包。如果协议字段为0x0021，则为IP包，将其余部分去掉帧校验序列字段，发送到IP处理模块230；如果协议字段不是0x0021，则为协议报文，将数据发送到协议处理模块225进行后续处理。
报文解析模块251：用于接收链路层分类处理模块224发送的协议报文，从协议报文据中解析出协议字段和信息字段。
协议识别模块252：用于识别协议报文类型，通过协议字段判断接收的协议报文是链路控制数据LCP、网络控制数据NCP或是认证协议。如果协议字段为0xC021，则为链路控制数据LCP；如果协议字段是0x8021，则为网络控制数据NCP；如果协议字段为0xC023，则为口令验证协议PAP；如果协议字段为0xC223，则为质询握手验证协议CHAP。
认证处理模块253：用于完成用户的身份认证，通过协议字段判断接收的的协议报文是口令验证协议PAP或是质询握手验证协议CHAP。在通信链路建立过程中，如果认证成功，则跳转到网络层协议阶段，如果认证失败，则释放链路。
LCP处理模块254：用于创建、维护或终止一次物理连接。
NCP处理模块255：用于建立、配置、测试和管理数据链路连接。
Claims (3)
1.一种基于FPGA的POS数据链路层分类处理装置，其特征在于：该装置包括有POS接口模块(210)、POS-PHY接收模块(221)、内存控制器(222)、RAM(223)、链路层分类处理模块(224)和协议报文处理模块(225)；
POS接口模块(210)，用于接收外部输入的SDH数据包，获取SDH数据包的首地址及长度信息，并将串行数据转换成并行POS-PHY接口数据；
POS-PHY接收模块(221)，用于接收POS接口模块210发送的POS-PHY接口数据，并对POS-PHY接口数据中的PPP帧进行提取，将POS-PHY接口数据转换为本地接口的PPP数据；
内存控制器(222)，用于控制RAM223中的PPP数据读取与写入操作，完成对来自POS-PHY接收模块221的PPP数据进行缓存并将PPP数据发送到链路层分类处理模块224；
RAM(223)，用于缓存PPP数据；
链路层分类处理模块(224)，用于完成PPP数据中的协议报文和IP包的分类，并将协议报文发送到协议报文处理模块225，将IP包对外进行发送；
协议报文处理模块(225)，用于完成对接收到的协议报文进行解析，识别出不同的协议报文并进行相应的处理。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的POS数据链路层分类处理装置，其特征在于：链路层分类处理模块(224)包括PPP数据解析模块(241)和分类处理模块(242)；
PPP数据解析模块(241)，用于接收内存控制器(222)发送的PPP数据，依据PPP协议帧格式，查询出PPP数据的起始地址，移除PPP数据的地址字段和控制字段，从PPP数据中解析出协议字段和信息字段并发送给分类处理模块(242)；
分类处理模块(242)，用于完成PPP数据的分类处理，通过读取协议字段来判断接收到的数据是协议报文还是IP包，并将包含协议字段和信息字段的协议报文发送到协议处理模块(225)，将包含协议字段和信息字段的IP包对外进行发送。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的POS数据链路层分类处理装置，其特征在于：协议报文处理模块(225)包括报文解析模块(251)、协议识别模块(252)、认证处理模块(253)、LCP处理模块(254)和NCP处理模块(255)；
报文解析模块(251)，用于接收链路层分类处理模块(224)发送的协议报文，从协议报文据中解析出协议字段和信息字段并发送给协议识别模块(252)；
协议识别模块(252)，用于识别协议报文类型，通过协议字段判断接收的协议报文是链路控制数据LCP、网络控制数据NCP或是认证协议；如果协议报文是链路控制数据LCP，则发送给LCP处理模块(254)；如果是协议报文是网络控制数据NCP，则发送给NCP处理模块(255)；如果是协议报文是认证协议，则发送给认证处理模块(253)；
认证处理模块(253)，用于完成用户的身份认证，通过协议字段判断接收的协议报文是口令验证协议PAP或是质询握手验证协议CHAP；
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| CN114389753A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-22 | 中国电子科技集团公司第三十研究所 | 一种能够适配多种速率的pos接口 |
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