论文摘要
以太网具有结构简单、使用方便、价格低廉等优点,所以一直在局域网内占主导地位。随着千兆、万兆以太网的普及,以太网在运营级网络中比重不断增加,对其可靠性、安全性、扩展性和可管理性等提出了更高要求。但由于局域网本身的可靠性和稳定性,用于局域网的传统以太网在设计之初并未建立操作、管理和维护(Operation、Administration and Maintenance, OAM)功能,所以缺乏操作管理维护功能成了以太网进入城域网和广域网的最大障碍,以太网OAM是这一过程中必须解决的问题。随着网络对节点设备要求的提高,各大网络设备制造商相继在高端网络设备中大量应用具有高速处理能力和灵活可编程性等特点的网络处理器(Network Processor, NP)。这些高端网络设备可通过软硬件融合的方式实现OAM功能,以达到更好的网络管理性能。因此,在网络设备中通过NP实现以太网OAM功能是目前的研究热点。本课题在某通信公司的预研项目“基于NP的高性能路由器的研究与实现”基础上开展。笔者参与该项目研发的整个过程,从总体方案设计、详细设计文档撰写、部分模块代码编写、系统测试到预研报告撰写。通过项目研发,笔者对整个路由系统和NP进行了深入研究,在这个以太网设备上,完成了以太网OAM的设计、实现、测试与分析。本文通过分析以太网OAM技术特点、网络处理器相对于通用处理器和ASIC芯片的优势,阐明了采用NP实现以太网OAM功能的优点。在NP路由器体系架构上,给出了一种用NP和控制CPU进行数据报文混合转发来实现OAM数据报文处理与转发的方案。本文首先对多种以太网OAM协议进行了比较分析。以IEEE 802.lag协议为基础,分析了OAM技术的相关理论、实现原理、报文格式,并通过协议融合对802.lag协议功能进行了扩展。其次,研究了NP路由器体系架构,重点研究了路由器线卡的NP模块,确立了本设计的理论依据和开发环境,并根据NP的高速数据转发性能及分层架构特点,对OAM协议进行模块化,将OAM功能软件分成NP微码软件和控制处理器软件。最后,对设计系统的功能和性能进行了理论分析,并在实际环境中对系统功能和性能进行了测试与验证。测试结果与理论对比说明：基于NP的网络设备在OAM功能实现上比其它通用处理器具有明显优势。