CN105307059B - 一种在pon内实现qinq语音业务互通的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在PON内实现QINQ语音业务互通的系统及方法，涉及网络通信技术领域，该系统包括协议栈模块以及与协议栈模块相连的路由协议平台；所述协议栈模块包括代理总开关单元、第一代理子开关单元、第二代理子开关单元、接口单元和缓存单元，本发明实现了OLT设备上同一PON口的QINQ语音用户之间和不同PON口下的QINQ语音用户之间的二层数据互通。

Description

一种在PON内实现QINQ语音业务互通的系统及方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，具体来讲是一种在PON内实现QINQ语音业务互通的系统及方法。

背景技术

在VoIP(Voice over Internet Protocol，基于IP协议的语音电话)&SIP(SessionInitiation Protocol，会话初始化协议)语音通信系统中，基于管理方便和信息安全的考虑，需要大规模的VLAN(Virtual Local Area Network，虚拟局域网)来隔离语音用户，而IEEE802.1Q标准规定的VLAN Tag(可传送虚拟局域网标签)字段中只有12比特来表示VLANID(Virtual Local Area Network Identifier，虚拟局域网标识符)，显然不能满足应用要求。另外，随着三层交换机不断规模化使用，企业网和小型城域网用户倾向于使用三层交换机搭骨干网络，这对用户和业务的精细化管理要求更高，需要为不同语音业务提供不同的管道和QoS(Quality of Service，服务质量)策略，而传统的MPLS(Multi-Protocol LabelSwitching，多协议标签交换)技术已无法满足上述要求。

QinQ技术(也称Stacked VLAN或Double VLAN)。标准出自IEEE 802.1ad，其实现是将用户私网VLAN Tag封装在公网VLAN Tag中，使报文带着两层VLAN Tag穿越运营商的骨干网络(公网)。QINQ技术无须信令协议报文的交互，只需在网络边缘设备上通过纯静态配置就能够实现VLAN标识符扩展、区分运营商服务和区分不同用户的目的。因此，QINQ技术作为一种廉价、简单的二层VPN(Virtual Private Network，虚拟专用网络)解决方案成为了首选。

然而在QINQ语音组网中，OLT设备上同一PON(Passive Optical Network，无源光网络)口的QINQ语音用户之间和不同PON口下的QINQ语音用户之间的二层数据是无法互通的，因为如果要实现二层数据互通，其必须要能传输ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)信令报文。但是ARP协议本身是一个二层协议，需要依靠广播报文实现，而OLT(Optical Line Terminal，光线路终端)作为用户侧接入设备，处于用户数据安全和隐私方面的考虑，要求不同用户之间二层信息互相隔离。因此，如何实现OLT设备上同一PON口的QINQ语音用户之间和不同PON口下的QINQ语音用户之间的二层数据互通，是目前亟需解决的问题。

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在PON内实现QINQ语音业务互通的系统及方法，实现了OLT设备上同一PON口的QINQ语音用户之间和不同PON口下的QINQ语音用户之间的二层数据互通。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种在PON内实现QINQ语音业务互通的系统，包括协议栈模块以及与协议栈模块相连的路由协议平台；所述协议栈模块包括代理总开关单元、第一代理子开关单元、第二代理子开关单元、接口单元和缓存单元，其中代理总开关单元，用于控制协议栈模块是否处理地址解析协议ARP请求报文；第一代理子开关单元，用于控制同一虚拟局域网VLAN下各QINQ语音用户之间能否通过协议栈模块处理ARP请求报文；第二代理子开关单元，用于控制不同VLAN下的各QINQ语音用户之间能否通过协议栈模块处理ARP请求报文；接口单元，用于在接收到首次ARP请求报文时，在源IP与接口单元在同一网段情况下，通知缓存单元建立缓存表，并发送首次ARP请求报文至缓存单元；还用于将接收到的非首次ARP请求报文直接发送至缓存单元；缓存单元，用于建立缓存表并存储首次ARP请求报文携带的二层属性信息，所述二层属性信息包括VLAN信息、物理接口信息和ARP请求报文的源MAC地址，根据接收到的非首次ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表；还用于判断更新前后二层属性信息的关系，回应ARP应答报文给相应的QINQ语音用户；所述路由协议平台，用于控制代理总开关单元、第一代理子开关单元和第二代理子开关单元的开关状态。

在上述技术方案的基础上，所述缓存单元更新缓存表后，触发更新消息，并将其发送至路由协议平台。

在上述技术方案的基础上，所述路由协议平台包括命令行模块，用于接收并翻译外设的网关下发的命令行；接口管理模块，用于接收命令行模块翻译后的命令行，根据命令行分别控制代理总开关单元、第一代理子开关单元和第二代理子开关单元的开关状态；TNE模块，用于接收缓存单元发送的更新消息，并将其下发到外设的交换芯片，最终形成主机路由表。

本发明还提供一种基于上述系统的在PON内实现QINQ语音业务互通的方法，包括以下步骤：步骤S1.协议栈模块中的接口单元判断接收到的ARP请求报文是否为首次接收，若是，跳转至步骤S2；否则，跳转至步骤S4；步骤S2.当首次ARP请求报文的源IP与接口单元在同一网段时，通知缓存单元建立缓存表，并将接收到的首次ARP请求报文发送至缓存单元；跳转至步骤S3；步骤S3.缓存单元建立缓存表将接收到的首次ARP请求报文携带的二层属性信息储存至缓存表；跳转至步骤S5；步骤S4.将非首次ARP请求报文直接发送至缓存单元，缓存单元根据接收到的非首次ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表；跳转至步骤S5；步骤S5.在代理总开关单元为开启状态的前提下，以接口单元为网关，判断是否查询到ARP请求报文的目的IP路由，若是，则跳转至步骤S7；否则，跳转至步骤S6；步骤S6.丢弃该ARP请求报文，返回步骤S1；步骤S7.QINQ语音用户根据协议栈模块的请求发送ARP请求报文，缓存单元实时更新缓存表，同时，缓存单元判断更新前后二层属性信息的关系，在代理总开关单元、第一代理子开关单元和第二代理子开关单元满足应答条件的前提下，回应ARP应答报文给相应的QINQ语音用户，返回步骤S1。

在上述技术方案的基础上，步骤S2的具体流程为：步骤S201.协议栈模块中的接口单元查询接收到的首次ARP请求报文的外层VLAN信息，判断该外层VLAN信息是否与接口单元的VLAN配置信息对应，若是，跳转至步骤S202；否则，跳转至步骤S6；步骤S202.接口单元将首次ARP请求报文添加进其缓存队列，检查首次ARP请求报文是否为非法报文，若是，跳转至步骤S6；否则，跳转至步骤S203；步骤S203.判断首次ARP请求报文的源IP与接口单元是否在同一网段，若是，跳转至步骤S204；否则，跳转至步骤S6；步骤S204.通知缓存单元建立缓存表，并将接收到的首次ARP请求报文发送至缓存单元；跳转至步骤S3。

在上述技术方案的基础上，步骤S202中，检查首次ARP请求报文是否为非法报文的具体流程为：检查首次ARP请求报文的源MAC地址、以太网帧头MAC地址、ARP请求报文的源IP和ARP请求报文的目的IP，在上述数据均正常的前提下，判断首次ARP请求报文中是否存在环回报文、非法广播或者非法组播包，若是，跳转至步骤S6；否则，跳转至步骤S203。

在上述技术方案的基础上，步骤S4中，所述缓存单元更新缓存表后，触发更新消息，并将其发送至路由协议平台，所述路由协议平台将更新消息下发到外设的交换芯片，最终形成主机路由表。

在上述技术方案的基础上，步骤S5中，若代理总开关单元为关闭状态，则跳转至步骤S6。

在上述技术方案的基础上，步骤S7的具体流程为：步骤S701.协议栈模块发送触发信号，对应的QINQ语音用户根据该触发信号回复ARP请求报文；步骤S702.缓存单元根据接收到的非首次ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表；步骤S703.缓存单元对比更新前后二层属性信息中的VLAN信息，判断二者是否相同，若是，跳转至步骤S704；否则，跳转至步骤S705；步骤S704.判断第一代理子开关单元是否开启，若是，跳转至步骤S706；否则，跳转至步骤S6；步骤S705.判断第二代理子开关单元是否开启，若是，跳转至步骤S706；否则，跳转至步骤S6；步骤S706.回应ARP应答报文给相应的QINQ语音用户，返回步骤S1。

本发明的有益效果在于：

1、本发明中，通过在协议栈模块中设置接口单元、代理总开关单元、第一代理子开关单元和第二代理子开关单元以实现ARP代理和开关功能，同时将ARP捆绑在接口单元上，使得OLT设备上同一PON口的QINQ语音用户之间和不同PON口下的QINQ语音用户之间能够进行二层数据互通；同时能够根据需要，控制QINQ语音用户的互通范围，避免线路报文流量过大导致语音业务拥塞。

2、本发明中，协议栈模块中的接口单元能够过滤掉与用户VLAN信息不一致的ARP请求报文，仅接收与用户VLAN信息一致的ARP请求报文，同时将ARP学习与用户VLAN属性或语音业务VLAN属性关联在一起，解决了标准ARP协议无法区分用户VLAN的问题，减少了ARP广播洪泛，便于利用VLAN信息精确控制和区分不同用户和业务，并且组网和维护更加灵活。

3、本发明中，协议栈模块中的缓存单元能够根据接收到的ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表，并触发更新消息，将ARP信息经路由协议平台发送至交换芯片，最终形成主机路由表，后续同样的单播流将直接由硬件转发，满足了语音高带宽的需求。另外，这种机制能自动适应QINQ语音用户改变网络拓扑、业务类型或网段带来的业务中断，并快速恢复业务。

附图说明

图1为本发明实施例中在PON内实现QINQ语音业务互通的系统结构框图；

图2为本发明实施例中在PON内实现QINQ语音业务互通的方法流程图；

图3为图2中步骤S2的具体流程图；

图4为图2中步骤S7的具体流程图。

附图标记：

1－协议栈模块；11－代理总开关单元；12－第一代理子开关单元；13－第二代理子开关单元；14－接口单元；15－缓存单元；16－缓存表；

2－路由协议平台；21－命令行模块；22－接口管理模块；23－TNE模块。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种在PON内实现QINQ语音业务互通的系统，包括协议栈模块1以及与协议栈模块1相连的路由协议平台2；协议栈模块1包括代理总开关单元11、第一代理子开关单元12、第二代理子开关单元13、接口单元14、和缓存单元15；代理总开关单元11分别与第一代理子开关单元12、第二代理子开关单元13相连，缓存单元15分别与接口单元14和代理总开关单元11相连；其中

代理总开关单元11，用于控制协议栈模块1是否处理ARP请求报文；第一代理子开关单元12，用于控制同一VLAN下各QINQ语音用户之间能否通过协议栈模块1处理ARP请求报文。

第二代理子开关单元13，用于控制不同VLAN下的各QINQ语音用户之间能否通过协议栈模块1处理ARP请求报文。

接口单元14，用于在接收到首次ARP请求报文时，在源IP与接口单元14在同一网段情况下，通知缓存单元15建立缓存表16，并发送首次ARP请求报文至缓存单元15；还用于将接收到的非首次ARP请求报文直接发送至缓存单元15；具体的，所述二层属性信息包括VLAN信息、物理接口信息和ARP请求报文的源MAC地址。

缓存单元15，用于建立缓存表16并存储首次ARP请求报文携带的二层属性信息，根据接收到的非首次ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表16；缓存单元15更新缓存表16后，触发更新消息，并将其发送至路由协议平台2。还用于判断更新前后二层属性信息的关系，在代理总开关单元11、第一代理子开关单元12和第二代理子开关单元13满足应答条件的前提下，回应ARP应答报文给相应的QINQ语音用户。

路由协议平台2，用于控制代理总开关单元11、第一代理子开关单元12和第二代理子开关单元13的开关状态。具体的，路由协议平台2包括依次相连的命令行模块21、接口管理模块22和TNE模块23；其中，命令行模块21，用于接收并翻译外设的网关下发的命令行。接口管理模块22，用于接收命令行模块21翻译后的命令行，根据命令行分别控制代理总开关单元11、第一代理子开关单元12和第二代理子开关单元13的开关状态。TNE(配置数据转换层)模块23，用于接收缓存单元15发送的更新消息，并将其下发到外设的交换芯片，最终形成主机路由表。

参见图2所示，基于上述系统的在PON内实现QINQ语音业务互通的方法，包括以下步骤：

步骤S1.协议栈模块1中的接口单元14判断接收到的ARP请求报文是否为首次接收，若是，跳转至步骤S2；否则，跳转至步骤S4。

步骤S2.当首次ARP请求报文的源IP与接口单元14在同一网段时，通知缓存单元15建立缓存表16，并将接收到的首次ARP请求报文发送至缓存单元15；跳转至步骤S3。

步骤S3.缓存单元15建立缓存表16将接收到的首次ARP请求报文携带的二层属性信息储存至缓存表16；跳转至步骤S5。

步骤S4.将非首次ARP请求报文直接发送至缓存单元15，缓存单元15根据接收到的非首次ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表16；跳转至步骤S5；缓存单元15更新缓存表后，触发更新消息，并将其发送至路由协议平台2。路由协议平台2将更新消息下发到外设的交换芯片，最终形成主机路由表。后续同样的单播流将直接由硬件转发，满足了语音高带宽的需求。另外，这种机制能自动适应QINQ语音用户改变网络拓扑、业务类型或网段带来的业务中断，并快速恢复业务。

步骤S5.在代理总开关单元11为开启状态的前提下，以接口单元14为网关，判断是否查询到ARP请求报文的目的IP路由，若是，则跳转至步骤S7；否则，跳转至步骤S6。若代理总开关单元11为关闭状态，则跳转至步骤S6。

步骤S6.丢弃该ARP请求报文，返回步骤S1。

步骤S7.QINQ语音用户根据协议栈模块1的请求发送ARP请求报文，缓存单元15实时更新缓存表，同时，缓存单元15判断更新前后二层属性信息的关系，在代理总开关单元11、第一代理子开关单元12和第二代理子开关单元13满足应答条件的前提下，回应ARP应答报文给相应的QINQ语音用户，返回步骤S1。

参见图3所示，步骤S2的具体流程为：

步骤S201.协议栈模块1中的接口单元14查询接收到的首次ARP请求报文的外层VLAN信息，判断该外层VLAN信息是否与接口单元14的VLAN配置信息对应，若是，跳转至步骤S202；否则，跳转至步骤S6。

步骤S202.接口单元14将首次ARP请求报文添加进其缓存队列，检查首次ARP请求报文是否为非法报文，若是，跳转至步骤S6；否则，跳转至步骤S203；具体的，检查首次ARP请求报文是否为非法报文的具体流程为：检查首次ARP请求报文的源MAC地址、以太网帧头MAC地址、ARP请求报文的源IP和ARP请求报文的目的IP，在上述数据均正常的前提下，判断首次ARP请求报文中是否存在环回报文、非法广播或者非法组播包，若是，跳转至步骤S6；否则，跳转至步骤S203。

步骤S203.判断首次ARP请求报文的源IP与接口单元14是否在同一网段，若是，跳转至步骤S204；否则，跳转至步骤S6。

步骤S204.通知缓存单元15建立缓存表16，并将接收到的首次ARP请求报文发送至缓存单元15；跳转至步骤S3。

参见图4所示，步骤S7的具体流程为：

步骤S701.协议栈模块1发送触发信号，对应的QINQ语音用户根据该触发信号回复ARP请求报文。

步骤S702.缓存单元15根据接收到的非首次ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表16。

步骤S703.缓存单元15对比更新前后二层属性信息中的VLAN信息，判断二者是否相同，若是，跳转至步骤S704；否则，跳转至步骤S705。

步骤S704.判断第一代理子开关单元12是否开启，若是，跳转至步骤S706；否则，跳转至步骤S6。

步骤S705.判断第二代理子开关单元13是否开启，若是，跳转至步骤S706；否则，跳转至步骤S6。

步骤S706.回应ARP应答报文给相应的QINQ语音用户，返回步骤S1。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。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 (9)

1.一种在PON内实现QINQ语音业务互通的系统，其特征在于：包括协议栈模块(1)以及与协议栈模块(1)相连的路由协议平台(2)；

所述协议栈模块(1)包括代理总开关单元(11)、第一代理子开关单元(12)、第二代理子开关单元(13)、接口单元(14)和缓存单元(15)，其中

代理总开关单元(11)，用于控制协议栈模块(1)是否处理地址解析协议ARP请求报文；

第一代理子开关单元(12)，用于控制同一虚拟局域网VLAN下各QINQ语音用户之间能否通过协议栈模块(1)处理ARP请求报文；

第二代理子开关单元(13)，用于控制不同VLAN下的各QINQ语音用户之间能否通过协议栈模块(1)处理ARP请求报文；

接口单元(14)，用于在接收到首次ARP请求报文时，在源IP与接口单元(14)在同一网段情况下，通知缓存单元(15)建立缓存表(16)，并发送首次ARP请求报文至缓存单元(15)；还用于将接收到的非首次ARP请求报文直接发送至缓存单元(15)；

缓存单元(15)，用于建立缓存表(16)并存储首次ARP请求报文携带的二层属性信息，所述二层属性信息包括VLAN信息、物理接口信息和ARP请求报文的源MAC地址，根据接收到的非首次ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表(16)；还用于判断更新前后二层属性信息的关系，回应ARP应答报文给相应的QINQ语音用户；

所述路由协议平台(2)，用于控制代理总开关单元(11)、第一代理子开关单元(12)和第二代理子开关单元(13)的开关状态。

2.如权利要求1所述的在PON内实现QINQ语音业务互通的系统，其特征在于：所述缓存单元(15)更新缓存表(16)后，触发更新消息，并将其发送至路由协议平台(2)。

3.如权利要求2所述的在PON内实现QINQ语音业务互通的系统，其特征在于：所述路由协议平台(2)包括

命令行模块(21)，用于接收并翻译外设的网关下发的命令行；

接口管理模块(22)，用于接收命令行模块(21)翻译后的命令行，根据命令行分别控制代理总开关单元(11)、第一代理子开关单元(12)和第二代理子开关单元(13)的开关状态；

TNE模块(23)，用于接收缓存单元(15)发送的更新消息，并将其下发到外设的交换芯片，最终形成主机路由表。

4.基于权利要求1所述系统的在PON内实现QINQ语音业务互通的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1.协议栈模块(1)中的接口单元(14)判断接收到的ARP请求报文是否为首次接收，若是，跳转至步骤S2；否则，跳转至步骤S4；

步骤S2.当首次ARP请求报文的源IP与接口单元(14)在同一网段时，通知缓存单元(15)建立缓存表(16)，并将接收到的首次ARP请求报文发送至缓存单元(15)；跳转至步骤S3；

步骤S3.缓存单元(15)建立缓存表(16)将接收到的首次ARP请求报文携带的二层属性信息储存至缓存表(16)；跳转至步骤S5；

步骤S4.将非首次ARP请求报文直接发送至缓存单元(15)，缓存单元(15)根据接收到的非首次ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表(16)；跳转至步骤S5；

步骤S5.在代理总开关单元(11)为开启状态的前提下，以接口单元(14)为网关，判断是否查询到ARP请求报文的目的IP路由，若是，则跳转至步骤S7；否则，跳转至步骤S6；

步骤S6.丢弃该ARP请求报文，返回步骤S1；

步骤S7.QINQ语音用户根据协议栈模块(1)的请求发送ARP请求报文，缓存单元(15)实时更新缓存表，同时，缓存单元(15)判断更新前后二层属性信息的关系，在代理总开关单元(11)、第一代理子开关单元(12)和第二代理子开关单元(13)满足应答条件的前提下，回应ARP应答报文给相应的QINQ语音用户，返回步骤S1。

5.如权利要求4所述的在PON内实现QINQ语音业务互通的方法，其特征在于，步骤S2的具体流程为：

步骤S201.协议栈模块(1)中的接口单元(14)查询接收到的首次ARP请求报文的外层VLAN信息，判断该外层VLAN信息是否与接口单元(14)的VLAN配置信息对应，若是，跳转至步骤S202；否则，跳转至步骤S6；

步骤S202.接口单元(14)将首次ARP请求报文添加进其缓存队列，检查首次ARP请求报文是否为非法报文，若是，跳转至步骤S6；否则，跳转至步骤S203；

步骤S203.判断首次ARP请求报文的源IP与接口单元(14)是否在同一网段，若是，跳转至步骤S204；否则，跳转至步骤S6；

步骤S204.通知缓存单元(15)建立缓存表(16)，并将接收到的首次ARP请求报文发送至缓存单元(15)；跳转至步骤S3。

6.如权利要求5所述的在PON内实现QINQ语音业务互通的方法，其特征在于，步骤S202中，检查首次ARP请求报文是否为非法报文的具体流程为：检查首次ARP请求报文的源MAC地址、以太网帧头MAC地址、ARP请求报文的源IP和ARP请求报文的目的IP，在上述数据均正常的前提下，判断首次ARP请求报文中是否存在环回报文、非法广播或者非法组播包，若是，跳转至步骤S6；否则，跳转至步骤S203。

7.如权利要求4所述的在PON内实现QINQ语音业务互通的方法，其特征在于：步骤S4中，所述缓存单元(15)更新缓存表后，触发更新消息，并将其发送至路由协议平台(2)，所述路由协议平台(2)将更新消息下发到外设的交换芯片，最终形成主机路由表。

8.如权利要求4所述的在PON内实现QINQ语音业务互通的方法，其特征在于：步骤S5中，若代理总开关单元(11)为关闭状态，则跳转至步骤S6。

9.如权利要求4所述的在PON内实现QINQ语音业务互通的方法，其特征在于，步骤S7的具体流程为：

步骤S701.协议栈模块(1)发送触发信号，对应的QINQ语音用户根据该触发信号回复ARP请求报文；

步骤S702.缓存单元(15)根据接收到的非首次ARP请求报文携带的二层属性信息，实时更新缓存表(16)；

步骤S703.缓存单元(15)对比更新前后二层属性信息中的VLAN信息，判断二者是否相同，若是，跳转至步骤S704；否则，跳转至步骤S705；

步骤S704.判断第一代理子开关单元(12)是否开启，若是，跳转至步骤S706；否则，跳转至步骤S6；

步骤S705.判断第二代理子开关单元(13)是否开启，若是，跳转至步骤S706；否则，跳转至步骤S6；

步骤S706.回应ARP应答报文给相应的QINQ语音用户，返回步骤S1。