以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包

以太網(wǎng)是應用最為廣泛的網(wǎng)絡傳輸方式，已經(jīng)得到企業(yè)和用戶的普遍認可，成為寬帶接入的首選技術。計算機網(wǎng)絡在傳輸數(shù)據(jù)時，為了保證所有共享網(wǎng)絡資源的計算機都能公平、迅速地使用網(wǎng)絡，通常把數(shù)據(jù)分割成若干小塊作為傳輸單位進行發(fā)送，這樣的傳輸單位我們通常稱之為包，也叫“數(shù)據(jù)包”。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包就是在以太網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包。

計算機網(wǎng)絡在傳輸數(shù)據(jù)時，為了保證所有共享網(wǎng)絡資源的計算機都能公平、迅速地使用網(wǎng)絡，通常把數(shù)據(jù)分割成若干小塊作為傳輸單位進行發(fā)送，這樣的傳輸單位我們通常稱之為包，也叫“數(shù)據(jù)包”。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包有四種分類，接下來一一介紹。1.Ethernet II協(xié)議簡介：以太網(wǎng)是當今現(xiàn)有局域網(wǎng)采用的最通用的通信協(xié)議標準。該標準定義了在局域網(wǎng)中采用的電纜類型和信號處理方法。EthernetII由DEC，Intel和Xerox在1982年公布其標準，Etherent II協(xié)議主要更改了EthernetI的電氣特性和物理接口，在幀格式上并無變化。Etherent II采用CSMA/CD的媒體接入和廣播機制 [1] 。2.Ethernet 802.2協(xié)議簡介：Ethernet 802.2協(xié)議是IEEE正式的802.3標準，它由Ethernet II發(fā)展而來。實質(zhì)是Ethernet802.2將EthernetII幀頭的協(xié)議類型字段替換為幀長度字段，并加入了LLC-802.2頭，用以標記上層協(xié)議。LLC頭包含目的服務訪問點(DSAP)、源服務訪問點(SSAP)和控制(Control)字段 [1] 。3.Ethernet 802.3協(xié)議簡介：Ethernet802.3是1983年Novell發(fā)布其Netware/86網(wǎng)絡套件時采用的私有以太網(wǎng)幀格式，該格式以當時尚未正式發(fā)布的 IEEE802.3標準為基礎;但是當兩年以后IEEE正式發(fā)布802.3標準時情況發(fā)生了變化(IEEE在802.3幀頭中又加入了802.2LLC 頭)，這使得Novell的Ethernet 802.3協(xié)議與正式的IEEE 802.3標準互不兼容;Ethernet802.3只支持IPX/SPX協(xié)議,是所用的最普通的一種幀格式，在802.2之前是IPX網(wǎng)絡事實上的標準幀類型 [1] 。4.Ethernet SNAP協(xié)議簡介：Ethernet SNAP協(xié)議是IEEE為保證在802.2LLC上支持更多的上層協(xié)議的同時更好地支持IP協(xié)議而發(fā)布的標準，與802.3/802.2 LLC一樣802.3/802.2SNAP也帶有LLC頭，但是擴展了LLC屬性，新添加了一個2字節(jié)的協(xié)議類型域(同時將SAP的值置為AA)，從而使其可以標識更多的上層協(xié)議類型;另外添加了一個3字節(jié)的廠商代碼字段用于標記不同的組織。RFC 1042定義了IP報文在802.2網(wǎng)絡中的封裝方法和ARP協(xié)議在802.2SANP中的實現(xiàn)方法。

近年來，以太網(wǎng)承載的信息量成倍增長，對傳輸帶寬的需求更加迫切。早期通信運營商對通信基礎設施上進行了很大的投入，大量采用了 SDH 和 PDH 等通信設備，這些設備提供了豐富的 E1 線路資源，但是由于當時技術的限制，很多沒有提供以太網(wǎng)線路接口。如果能利用這些現(xiàn)有電信 E1 通信資源來有效地傳輸以太網(wǎng)業(yè)務， 就能節(jié)約通信基礎設施建設成本，加快網(wǎng)絡組建進度，增加用戶覆蓋范圍。 采用的技術有 Ethernet over SDH 和 Ethernet over PDH，直接將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)映射進 SDH 或 PDH 設備內(nèi)的虛容器中，特點是傳輸開銷少、實現(xiàn)簡單，但設備復雜，實現(xiàn)成本較高，難以普及，不便用于廣大普通用戶的接入。還有一種簡單的解決方案是以太網(wǎng)網(wǎng)橋，優(yōu)點是技術簡單，成本低廉，利用一路 E1 電路提供以太網(wǎng)接入，但是隨著寬帶業(yè)務的飛速發(fā)展，需要傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)的數(shù)據(jù)量越來越大， 傳統(tǒng)的單路 E1 以太網(wǎng)網(wǎng)橋很難滿足廣大用戶的需求。 這里提出了一種以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包分段傳輸技術來解決這種問題 [2] 。

技術原理以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包分段傳輸技術系統(tǒng)主要由以太網(wǎng)物理層、E1 線路接口單元以及FPGA三部分實現(xiàn)。 以太網(wǎng)物理層采用的是 100M/10M 自適應物理層芯片，主要功能是把以太網(wǎng)物理層信號轉(zhuǎn)換為 MAC 層的MII 信號送給 FPGA， 并把 FPGA 產(chǎn)生的以太網(wǎng)MAC信號轉(zhuǎn)換為物理層信號發(fā)送出去。E1 線路接口分為接收端和發(fā)送端， 接收端的主要功能是從 E1 線路中恢復時鐘，進行時鐘抖動衰減處理，提取數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行 HDB3 解碼;發(fā)送端的主要功能是對發(fā)送數(shù)據(jù)進行 HDB3 編碼，脈沖成型以及線路驅(qū)動。 FPGA 承擔了技術最主要的處理和轉(zhuǎn)換功能，分成 2 個模塊，第一個模塊是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包分段模塊，第二個模塊是以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包恢復模塊。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包分段模塊的主要功能是把以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包分成數(shù)據(jù)包段落，并為每個數(shù)據(jù)包段落添加段落開銷， 組成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包段落 (Ethernet Package Paragraph，EPP)然后進行 HDLC 封裝，通過 E1 線路接口發(fā)送出去。模塊在 FPGA 內(nèi)部實現(xiàn)，分為 4 個部分，分別是數(shù)據(jù)包接收存儲單元、數(shù)據(jù)包分段及開銷插入單元、E1 線路接口檢測單元、HDLC 封裝單元。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包恢復模塊的功能是從 E1 數(shù)據(jù)流中將 HDLC 封裝的 EPP 提取出來，然后根據(jù) EPP 中的段落開銷將 EPP 恢復成以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，通過以太網(wǎng)物理層發(fā)送出去。 模塊在 FPGA 內(nèi)部實現(xiàn)，分為 4 部分，即HDLC 檢測單元、EPP 調(diào)度單元、數(shù)據(jù)包恢復單元和數(shù)據(jù)包排隊發(fā)送單元。