以太網(wǎng)無源
光網(wǎng)絡(luò)（
EPON）是點到多點的
網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c以太網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合。因而可以被看作是點到多點
LAN。在上行方向（ONU到OLT），EPON是多點到點網(wǎng)絡(luò)，在下行方向（OLT到ONU），EPON是一個廣播網(wǎng)絡(luò)。而且，EPON中OLT和ONU之間是不對等的，它們屬于主從關(guān)系?！?br>
然而到目前為止，
IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)中只定義了兩種LAN：點到點（
P2P）LAN和共享LAN。這兩種LAN有一個共同的特點，那就是LAN中任何節(jié)點所發(fā)出的幀都可以到達(dá)同一個LAN中所有其它的節(jié)點?，F(xiàn)有的
路由器和基于IEEE 802.1D標(biāo)準(zhǔn)的
網(wǎng)橋，都只知道P2P LAN和共享LAN，它們并不知道P2MP LAN。而且，P2MP模式的EPON與生成樹協(xié)議（STP）并不兼容。若在P2MP LAN上運(yùn)行STP會導(dǎo)致數(shù)據(jù)幀的多拷貝轉(zhuǎn)發(fā)或某些節(jié)點無法接收數(shù)據(jù)幀?！ ?br>
考慮到基于IEEE 802.1D標(biāo)準(zhǔn)的路由器和網(wǎng)橋正被大量使用，EPON要能被廣泛接受并得以應(yīng)用，就必須要與現(xiàn)有的路由器和網(wǎng)橋等設(shè)備兼容。因此EPON必須具有仿真成標(biāo)準(zhǔn)的P2P LAN或共享LAN的能力。本文給出了EPON設(shè)備的設(shè)計方案，該方案在OLT和ONU中分別增加了反射和過濾功能，以實現(xiàn)P2P LAN仿真（P2PE）和共享LAN仿真（SE）?！?br>
P2PE和SE
所謂P2PE，就是仿真EPON外部的某個節(jié)點與EPON內(nèi)部的某個ONU之間的點到點通信；或者是EPON內(nèi)部的某兩個ONU之間的點到點通信。所謂SE就是仿真EPON內(nèi)部的ONU之間的多播或廣播?！ ?br>
從上面對P2PE和SE的定義來看，要在EPON中實現(xiàn)P2PE和SE，必須解決以下三個問題：
首先，EPON下行方向是廣播發(fā)送，非常適合于單拷貝廣播（SCB），但是卻不能進(jìn)行點到點的通信。為了在OLT和ONU之間提供P2PE業(yè)務(wù)，就必須在OLT和ONU之間建立一個虛擬的P2P鏈路，即邏輯鏈路，并由LLID來標(biāo)識?！ ?br>
第二，由于各個ONU之間沒有直接的物理連接，ONU之間的通信要通過OLT進(jìn)行中轉(zhuǎn)，因此OLT必須具備將來自某一個ONU的幀反射到除了源ONU外的其它ONU的能力。
第三，為了能夠最大限度地利用EPON下行信道的廣播特性，實現(xiàn)單拷貝廣播，除了為每一個點到點的邏輯鏈路指定一個LLID外，EPON中還要定義一個通用的廣播LLID。此外，通用的廣播LLID還可以用來區(qū)分是EPON內(nèi)部ONU發(fā)送的廣播幀，還是EPON外部節(jié)點發(fā)送的廣播幀。EPON外部節(jié)點所發(fā)送的廣播幀，可以被EPON內(nèi)部所有的ONU接收，這種廣播幀可以用通用廣播LLID來標(biāo)識；而對于EPON內(nèi)部ONU所發(fā)出的廣播幀，由于它不能被源ONU所接收，因而，這種反射幀不能使用通用廣播LLID來標(biāo)識，而必須使用源ONU的LLID，還要另定義一個模式比特（MB），來表示反射幀是單播還是廣播?！ ?br>
P2PE和SE的系統(tǒng)方案
我們提出了一套EPON設(shè)備（OLT和ONU）的設(shè)計方案，見圖1。需要說明的是，為了能突出本文的重點，我們在圖1中省略了EPON系統(tǒng)的其他功能，如時分多址接入（
TDMA）、帶寬分配、ONU的測距等。
圖1的（a）和（b）中，EPON PHY模塊為OLT和ONU提供符合IEEE 802.3ah草案1.3的1000BASE-PX光接口。幀接收（FR）模塊和幀發(fā)送（FT）模塊完成與標(biāo)準(zhǔn)的全雙工
千兆以太網(wǎng)MAC相同的功能。簡單地說，F(xiàn)R去除接收到的幀的前導(dǎo)碼，完成CRC校驗，然后將幀傳送給解析/復(fù)用模塊；FT在要發(fā)送的幀中加上前導(dǎo)碼和CRC，然后送交給PHY發(fā)送。解析模塊負(fù)責(zé)對接收到的幀的類型進(jìn)行解析，然后送往不同的電路。復(fù)用模塊按照一定的順序，調(diào)度不同類型的幀進(jìn)行發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口和用戶側(cè)接口都可以看作是普通的以太網(wǎng)二層或三層交換平臺。OLT的網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口為OLT提供1000BASE-X或1000BASE-T的上聯(lián)接口。ONU的用戶側(cè)接口可以提供若干個10/100M的以太網(wǎng)接口。
上述若干模塊的功能都是在OLT和ONU之間傳輸以太網(wǎng)包所必須的功能，我們稱之為基本功能模塊。而OLT中的發(fā)現(xiàn)模塊、地址學(xué)習(xí)與反射模塊、反射數(shù)據(jù)幀緩存以及ONU中的請求注冊模塊、幀過濾功能模塊則是完成ONU的注冊、LLID的分配以及反射功能的關(guān)鍵模塊?！?br>
1)發(fā)現(xiàn)模塊和注冊模塊
發(fā)現(xiàn)模塊和注冊模塊的主要功能就是完成ONU的注冊和LLID的分配。EPON上行由多個ONU以TDMA方式共享。為了避免上行數(shù)據(jù)發(fā)生沖突，并提高效率，ONU的上行發(fā)送是在OLT的控制下進(jìn)行的。OLT要將所有在線的ONU都登記在冊，并根據(jù)一定的帶寬分配算法，為每一個在線的ONU分配發(fā)送窗口。沒有獲得授權(quán)的ONU不能發(fā)送任何數(shù)據(jù)。因此，新連接到網(wǎng)絡(luò)中的ONU，必須首先完成發(fā)現(xiàn)和注冊過程，該過程同時也是建立邏輯鏈路和分配LLID的過程。一旦邏輯鏈路建立后，ONU就能在OLT為它指定的時間內(nèi)享用上行帶寬資源。在發(fā)現(xiàn)和注冊過程中使用到了四個MPCP消息：GATE、REGISTER_REQ、REGISTER、REGISTER_ACK?！ ?br>
OLT中的發(fā)現(xiàn)模塊將要定期或不定期地開發(fā)現(xiàn)窗，即廣播發(fā)現(xiàn)GATE消息，為剛上線還沒有注冊的ONU提供注冊的機(jī)會。當(dāng)一個未注冊的ONU接收到了發(fā)現(xiàn)GATE消息后，其注冊模塊就在發(fā)現(xiàn)窗時間內(nèi)向OLT反饋一個REGISTER_REQ消息。在一個發(fā)現(xiàn)窗內(nèi)，所有未注冊的ONU都可以向OLT提出注冊請求，這就有可能產(chǎn)生碰撞。因此，為了降低碰撞的概率，縮短注冊成功的時間，ONU的注冊模塊在發(fā)送REGISTER_REQ消息之前都要隨機(jī)延遲一段時間。
在發(fā)出了發(fā)現(xiàn)GATE后，OLT的發(fā)現(xiàn)模塊可能會成功地接收到多個ONU的REGISTER_REQ消息。它將按照先來先服務(wù)的順序處理這些消息。一旦OLT接受了某一個ONU的注冊請求后，其發(fā)現(xiàn)模塊就會為它分配一個LLID，并通過REGISTER消息將這個LLID傳遞給該ONU。ONU中的注冊模塊接收到這個LLID后，就將它存放到LLID寄存器中。至此，這個ONU與OLT之間的邏輯鏈路就已經(jīng)建立成功。注冊模塊將在這個邏輯鏈路上向OLT發(fā)送REGISTER_ACK消息。OLT的發(fā)現(xiàn)模塊接收到這個確認(rèn)消息后，就表示這個ONU的注冊過程已經(jīng)完成。OLT就會在今后的時間內(nèi)為這個ONU安排上行發(fā)送授權(quán)。
2)OLT中的地址學(xué)習(xí)與反射（AL&R）模塊
AL&R模塊只存在于OLT中，它主要完成三個功能：MAC地址和LLID的學(xué)習(xí)、反射幀檢查、為將要發(fā)送的下行幀查找LLID?！?br>
a）MAC地址和LLID的學(xué)習(xí)
學(xué)習(xí)的目的是為了實現(xiàn)上行幀的反射功能，因此AL&R模塊只學(xué)習(xí)來自O(shè)NU的上行幀的源地址（SA）和LLID，而不學(xué)習(xí)下行幀。學(xué)習(xí)的結(jié)果存放在一個地址表中。該地址表包括兩欄：MAC地址欄和LLID欄，作用是將MAC地址與LLID值對應(yīng)起來。由于一個ONU可以連接多個用戶設(shè)備，因此MAC地址與LLID之間不是一一對應(yīng)的，而是多個MAC地址對應(yīng)一個LLID?！ ?br>
b）反射幀檢查
AL&R模塊的另一個功能是從接收到的上行數(shù)據(jù)幀中找出需要反射的幀，然后通知解析模塊將該幀存放到反射數(shù)據(jù)幀緩存中，以便實現(xiàn)ONU之間的通信。為此，AL&R模塊要檢查接收到的上行幀的目的地址（DA）。如果DA是單播且能夠在地址表中找到，說明該幀的目的設(shè)備是EPON內(nèi)部用戶。那么這個幀將要被反射回EPON，AL&R模塊就通知解析模塊將該幀存放到反射數(shù)據(jù)幀緩存中。如果DA是廣播，那么這個幀即要送到上行數(shù)據(jù)幀緩存中，又要送到反射數(shù)據(jù)幀緩存中?！ ?br>
c）為將要發(fā)送的下行幀查找LLID
下行方向的幀有兩種，分別存放在下行數(shù)據(jù)幀緩存和反射數(shù)據(jù)幀緩存中。下行數(shù)據(jù)幀緩存中的幀是來自EPON外部節(jié)點的幀，而反射數(shù)據(jù)幀緩存中的幀是將要被反射的上行幀。AL&R模塊對這兩種類型的幀的處理是不一樣的，如圖2所示。對于來自下行數(shù)據(jù)幀緩存中的幀，如果是單播幀，AL&R模塊將其DA作為索引在地址表中查找對應(yīng)的LLID。如果DA在地址表中，就將對應(yīng)的LLID值插入到幀的前導(dǎo)碼中，模式比特設(shè)置為單播。如果DA不在地址表中，或者這個幀是一個廣播幀，那么就使用一個通用的廣播LLID值，模式比特設(shè)置為廣播。對于來自反射數(shù)據(jù)幀緩存中的幀，如果是單播幀，則方法同上；如果是廣播幀，則要根據(jù)SA地址來查找LLID，且模式比特設(shè)置為廣播?！ ?br>
3)ONU中的幀過濾模塊
如前所述，由OLT發(fā)出的下行幀可以到達(dá)所有的ONU。因此ONU要將不屬于自己的包過濾掉，具體方法如圖3所示。當(dāng)有一個新的下行幀到達(dá)時，幀過濾模塊要檢查前導(dǎo)碼中的LLID和模式比特。如果該幀是單播幀，且LLID與ONU的LLID相匹配，就接收這個幀，否則就丟棄這個幀；如果該幀是廣播幀，且LLID為通用的廣播LLID或者是其它ONU的單播LLID，就接收這個幀；如果該幀是廣播幀，但是LLID等于本ONU的LLID，就說明這個幀原本是本ONU發(fā)出的廣播幀，因此ONU就要丟棄這個幀?！ ?br>
本文介紹的這種在EPON中實現(xiàn)反射和過濾技術(shù)的設(shè)計方案不僅使EPON具有了與現(xiàn)有路由器和網(wǎng)橋等設(shè)備互通的能力，同時又能最大限度地利用EPON的下行廣播能力。
楊柳：華中科技大學(xué)電子與信息工程系博士研究生，主要研究方向為
寬帶接入網(wǎng)?！ ?br>
