一種采用光纖通道實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)總線的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子信息和通信科技領(lǐng)域，涉及一種采用光纖通道實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)總線的設(shè)計方法和原理。
【背景技術(shù)】
[0002]1.以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(Ethernet Passive Optical Network, EPON)
[0003]以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)是一種以光纖作為傳輸介質(zhì)，用以太網(wǎng)協(xié)議為上層傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。它由四部分組成:光纖線路終端(Optical Line Terminal, OLT),光網(wǎng)絡(luò)單兀(Optical Network Unit, 0NU),無源分光器(Passive Optical Splitter, P0S)、光纖(Optical Line)。光纖線路終端OLT完成各接入ONU之間的數(shù)據(jù)交換和控制；光網(wǎng)絡(luò)單元ONU完成與用戶設(shè)備的轉(zhuǎn)接，分光器完成光路的分路；光纖是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?；以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)是一種新型的寬帶接入技術(shù)，它的用途是實現(xiàn)光纖到戶的寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入。與以太網(wǎng)交換機相比，它具有以下特點:
[0004]傳輸速率高:由光纖直接聯(lián)入用戶設(shè)備，可以實現(xiàn)達IGbps的帶寬。
[0005]-采用時分復(fù)用機制:控制單元對接入的用戶設(shè)備實行按照時間間隔來分配數(shù)據(jù)傳輸權(quán)限的機制。這種機制避免了以太網(wǎng)中采用的介質(zhì)訪問控制方法——CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collis1n Detect1n,沖突檢測載波監(jiān)聽多點訪問)。這是以太網(wǎng)規(guī)定的一種非確定性或隨機性通信方式。其基本工作原理是:某節(jié)點要發(fā)送報文時，首先監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)，如網(wǎng)絡(luò)忙，則等到其空閑為止，否則將立即發(fā)送，并同時繼續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)；如果兩個或更多的節(jié)點監(jiān)聽到網(wǎng)絡(luò)空閑并同時發(fā)送報文時，將發(fā)生碰撞，同時節(jié)點立即停止發(fā)送，并等待一段隨機長度的時間后重新發(fā)送。16次碰撞后，控制器將停止發(fā)送并向節(jié)點微處理器回報失敗信息。在網(wǎng)絡(luò)負荷較高時，以太網(wǎng)上存在的這種碰撞成了主要問題，因為它極大地影響了以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)吞吐量和傳輸延時，并導(dǎo)致以太網(wǎng)實際性能的下降。由于在一系列碰撞后，報文可能會丟失，因此節(jié)點與節(jié)點之間的通信將無法得到保障。以太網(wǎng)的這種CSMA/CD介質(zhì)訪問機制導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)傳輸延時和通信響應(yīng)的“不確定性”。采用時分復(fù)用技術(shù)后，網(wǎng)絡(luò)按照預(yù)定的時間間隔分配數(shù)據(jù)傳輸時間，就可以避免信息碰撞。
[0006]傳輸距離遠:由于光纖采用無源的工作模式，傳輸距離可達20公里。
[0007]具有QOS機制:可以按照用戶端的要求配置優(yōu)先級控制。
[0008]可采用星型、總線型和環(huán)形拓撲結(jié)構(gòu)。
[0009]2.以太網(wǎng)三層交換
[0010]以太網(wǎng)協(xié)議中三層交換的“三層”指的是OSI (開放系統(tǒng)互連)七層參考模型的下面三層。OSI參考模型是國際標(biāo)準化組織為了解決不同系統(tǒng)的互聯(lián)而提出的模型，它將計算機網(wǎng)絡(luò)按功能劃分為七個層次，這就是網(wǎng)絡(luò)通信中的七層模型或七層結(jié)構(gòu)，各層名稱如附圖1所示。
[0011](a)第一層一物理層
[0012]物理層設(shè)備是最低層次的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要負責(zé)實際的信號傳輸，即比特流。對于物理層設(shè)備來講，它只認識比特流，不認MAC地址、IP地址。
[0013](b)第二層一數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層負責(zé)在兩個主機上建立數(shù)據(jù)鏈路連接，向物理層傳輸數(shù)據(jù)幀，并對信號進行處理使之無差錯并合理地傳輸。二層交換機只能連接IP地址在同一子網(wǎng)內(nèi)的計算機，如果計算機的IP地址在不同的子網(wǎng)內(nèi)，即使連接在同一臺交換機的端口上，雖然近在咫尺，也不能相互通信，因為現(xiàn)在的計算機是通過IP地址相互通信的，而交換機不能識別IP地址。
[0014](C)第三層一網(wǎng)絡(luò)層
[0015]網(wǎng)絡(luò)層主要負責(zé)路由，即選擇合適的路徑的功能。網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常使用的路由器就是典型的網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，它能夠識別幀中的三層地址。比如一臺IP地址為“192.168.1.1”的計算機想與IP地址為“10.1.1.2”的計算機通信，因為它們不在同一子網(wǎng)里，必須通過路由器路由才能實現(xiàn)通信。
[0016]傳統(tǒng)的局域網(wǎng)交換機是一種二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它在操作過程中不斷收集信息去建立起它本身的一個MAC(Media Access Control)地址表。這個表相當(dāng)簡單,基本上說明了某個MAC地址是在哪個端口上被發(fā)現(xiàn)的。這樣當(dāng)交換機收到一個以太網(wǎng)包時，它便會查看一下該以太網(wǎng)包的目的MAC地址，核對一下自己的地址表以確認該從哪個端口把包發(fā)出去。但當(dāng)交換機收到一個不認識的包時，也就是說如果目的MAC地址不在MAC地址表中，交換機便會把該包“擴散”出去，即從所有端口發(fā)出去，就如同交換機收到一個廣播包一樣，這就暴露出傳統(tǒng)局域網(wǎng)交換機的弱點:不能有效的解決廣播、異種網(wǎng)絡(luò)互連、安全性控制等問題。因此，產(chǎn)生了交換機上的VLAN (Virtual LocalArea Network,虛擬局域網(wǎng))技術(shù)。
[0017]三層交換(也稱多層交換技術(shù)，或IP(Intemet Protocol)交換技術(shù))是相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準模型中的第二層數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而三層交換技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實現(xiàn)了分組的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡單的說，三層交換技術(shù)就是“二層交換技術(shù)+三層轉(zhuǎn)發(fā)”。三層交換技術(shù)的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后網(wǎng)段中的子網(wǎng)必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。
[0018]一個具有三層交換功能的設(shè)備，是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是兩者的有機結(jié)合，而不是簡單地把路由器設(shè)備的硬件及軟件疊加在局域網(wǎng)交換機上。功能強大的三層交換機可同時工作在數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，并根據(jù)MAC地址或IP地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。但是要注意到三層交換機并不能完全取代路由器，因為它主要是為了實現(xiàn)處于兩個不同子網(wǎng)的VLAN進行通訊，而不是用來作數(shù)據(jù)傳輸?shù)膹?fù)雜路徑選擇。
[0019]3.虛擬局域網(wǎng)(VLAN)
[0020]VLAN是為解決以太網(wǎng)的廣播問題和安全性而提出的一種協(xié)議，它在以太網(wǎng)幀的基礎(chǔ)上增加了 VLAN頭，用VLAN ID把用戶劃分為更