删除模块引用_EOS应用中VLAN删除模块的设计与实现

　　摘要：本文介绍了以EOS(Ethernet over SDH)应用中VLAN删除模块的设计与实现，讨论了其工作原理及主要模块电路的设计思想，给出了主要模块电路的仿真结果，结果表明本文设计达到了预期的设计目标。
　　关键词：BOS；VLAN；删除
　　
　　1、引言
　　
　　随着计算机技术的高速发展和广泛应用，社会对运用网络技术组建局域网的要求越来越多。VLAN技术是局域网技术中最重要的技术之一，从事网络建设的相关技术人员必须熟练掌握其应用。网络硬件性能不断提高，成本不断降低，目前的局域网基本上都采用了性能先进的千兆网技术，核心交换机采用三层交换机。它能很好的支持虚拟局域网(VLAN)技术，这对方便局域网的高速可靠运行起到了非常重要作用。
　　从本质上讲，VLAN是通过给以太网帧加标识来达到链路层广播域的隔离。目前国际上已对VLAN标记进行了标准化的定义，即IEEE802.1Q/p，使不同厂商的支持标准VLAN标记的端口可以实现跨越到多台交换机进行VLAN划分。带802.1Q的帧是在标准以太网帧上插入了4个字节的标识。
　　
　　2、VLAN概述
　　
　　VLAN(Virtual Local Area Network)即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的新兴技术。IEEE于1999年颁布了用以标准化VLAN实现方案的802.1Q协议标准草案。VLAN技术允许网络管理者将一个物理的LAN逻辑地划分成不同的广播域(或称虚拟LAN，即VLAN)，每一个VLAN都包含一组有着相同需求的计算机工作站，与物理上形成的LAN有着相同的属性。但由于它是逻辑地而不是物理地划分，所以同一个VLAN内的各个工作站无需被放置在同一个物理空间里，即这些工作站不一定属于同一个物理LAN网段。一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。
　　VLAN是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，它在以太网帧的基础上增加了VLAN头，用VLAN ID把用户划分为更小的工作组，限制不同工作组问的用户二层互访，每个工作组就是一个虚拟局域网。虚拟局域网的好处是可以限制广播范围，并能够形成虚拟工作组，动态管理网络。
　　VLAN技术在以太网中的实现主要通过三种途径：基于端口的VLAN，基于MAC地址的VLAN和基于网络层协议的VLAN。(1)基于端口的VLAN是一种OSI(Open System Interconnect)的第二层设定访问连接的办法。基于端口的VLAN是最常用的虚拟局域网，它采用了最常用的虚拟局域网成员的定义方法，在局域网中的各个不同的主机具有相同的网络地址和掩码，而路由器或是三层交换机则负责在各虚拟局域网之间进行数据转发。采用这种方式的VLAN其不足之处是灵活性不好。(2)基于MAC地址的VLAN：在基于物理地址的虚拟局域网VLAN中，交换机会监听并检索各个站点的物理地址以及对应的交换机端口，在一台新主机接入网络时，根据网络通信状况以及用户的需求将其分配至某个VLAN，即使该站点将来在网络中更改了位置，只要该站点没有更换网卡，则其物理地址不会改变，因此用户不需要重新配置其网络地址。这种VLAN技术的不足之处是在初始化时，所有的站点都必须配置完毕才能启用，对于大型网络而言，这种工作量无疑是非常巨大的。(3)基于网络层协议划分的虚拟局域网即依据网络层IP地址作为划分VIAN的规则。按IP地址划分VLAN，有利于业务及应用，在此VLAN中，用户可随意移动工作站而无需更改IP地址，并可减少交换机之间交换VLAN成员的信息量，并且新站点主机在并入网络时无需进行太多配置，交换机会根据各站点网络地址和掩码自动将其归属到各个VALN中。但是，基于IP地址的虚拟局域网智能化程度最高，实现起来最为复杂。
　　
　　3、VLAN的帧格式
　　
　　
　　这四个字节的802.1Q标签头包含了2个字节的标签协议标识(TPID)和2个字节的标签控制信息(TCI)。
　　TPID(Tag Protocol Identifier)是IEEE定义的新的类型，表明这是一个加了802.1Q标签的帧。TPID包含了一个固定的值0x8100。
　　Priority：这3位指明帧的优先级。一共有8种优先级，0-7．IEEE802.1Q标准使用这三位信息。
　　Canonical Format Indicator(CFI)：CFI值为0说明是规范格式，1为非规范格式。它被用在令牌环／源路由光纤分布式数据接口FDDI(Fiber DistributedData Interface)介质访问方法中来指示封装帧中所带地址的比特次序信息。
　　VLAN Identifier(VLAN ID)：这是一个12位的域，指明VLAN的ID，一共4096个，每个支持802.1Q协议的交换机发送出来的数据包都会包含这个域，以指明自己属于哪一个VLAN。
　　在一个交换网络环境中，以太网的帧有两种格式：有些帧是没有加上这四个字节标志的，称为未标记的帧(untagged frame)，有些帧加上了这四个字节的标志，称为带有标记的帧(tagged frame)。
　　
　　4、系统及主要模块设计
　　
　　4.1、系统的结构框图及工作原理
　　
　　EOS(Ethernet over SDH)是为实现多通道以太网映射SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字体系而设计的汇聚网桥芯片，它提供了4个以太网接口，每路以太网可通过VLAN或者MAC地址分到片内63路完全隔离的通道，每个通道经过封装后又可对映射处理，从telecom总线接口送出。应该芯片为核心，配以少量的外围元器件，即可实现具有记忆功能的多路以太网到多路E1转换器，或者多路以太网到SDH转换器。
　　
　　图2的功能是将已经标记好的VLAN删除掉，或者将以太网帧的MAC替换，再重新做FCS校验。
　　该电路主要有SYNCFIFO，VLAN删除模块以及FCS帧校验模块组成。上行传过来的以太网帧，包括(DV_IN和DATA_IN)，经过插入VLAN或者换MAC地址操作后，再重新校验FCS，送入SYNCFIFO，缓存后判断从FIFO出来的以太网帧是否正确，如果正确，则给FCS_OK赋1，不正确给FCS_OK赋0，判断完后，经过FLOW_ID产生模块，取出以太网帧的FLOW_ID，FLOw_lD是以目的地址DA的第三个字节的3.4比特和第二个字节的低四位组成的，以FLOW_ID为地址，以POP为数据建立一个ROM，POP的值可以为O或1，POP为0时， 就不删除以太网帧的VLAN(就是透传)，当POP为1时，删除以太网帧的VLAN然后做FCS校验；如果CHANGE_DA为1时，就说明上行过来的以太网真做了换DA的操作，这时就要读DPORTRAM，把读出来的DA再换回去，如果CHANGE_DA为0时，说明上行过来的以太网帧没有做换DA的操作，则透传。
　　
　　4.2、FIF0框图及工作原理
　　
　　FIFO(First In First Out)――是一种可以实现数据先入先出的存储器件。FIFO就像一个单向管道，数据只能按固定的方向从管道一头进来，再按相同的顺序从管道另一头出去，最先进来的数据必定是最先出去。FIFO被普遍用作数据缓冲器。
　　FIFO的基本单元是寄存器，作为存储器件，FIFO的存储能力是由其内部定义的存储寄存器的数量决定的。
　　
　　下面以长度为8的FIFO为例来说明其工作原理。如图4所示，两边的箭头表示数据移动的方向。A，B，C，D便是被处理的数据，1，2，3……8表示FIFO的8个存储单元，表明这个FIFO中共有8个寄存器单元，每个寄存器单元可以存储一个数据，所以寄存器单元越多，FIFO的存储能力越强。每个寄存器单元的位宽于FIFO的输入输出端的位宽是一致的，如果要处理的数据A，B，C，D是16位的数据，那么输入输出端及每个寄存器单元的位宽都是16位，这个FIFO可以命名为8*16FIFO。它在每一个时钟上升沿到来时，数据向右移动一个存储单元。这样在时钟的控制下，数据从左到右通过存储单元。
　　
　　
　　4.3、以太网帧格式中FCS位的实现
　　
　　在计算FCS的过程中，根据不同的CRC生成多项式和并行计算度可以推导出各种CRC的并行实现方法。在IEEE802.3标准中，明确给出了CRC32的生成多项：
　　X32+X26+X23+X22+X26+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1
　　以太网MAC帧的帧校验序列FCS使用CRC32码，用以生成CRC校验码的字段是从目的地址字段开始，到数据字段结束，不包括前导码和帧起始定界符。其FCS位的生成过程如下：
　　(1)基本CRC算法的初始值应该初始化为：FFFFFFFF；
　　(2)对于MAC以太网数据帧来计算FCS位时，图中除了前导码、帧起始定界符和帧校验序列外都用于计算FCS，见图5。
　　(3)以太网数据时低比特先传，CRC核心电路时高比特先进，故在进行CRC计算之前，先对输入数据进行倒序，然后在进行CRC计算。在VLAN删除后做FCS校验，结果是CRC32_4,其中Data为输入数据，是低位先传；Data_l为直接参与CRC计算的数据，是高位先传。其实现语句为：Assign Data_l={Data[0],Data[1],Data[2],Data13]}
　　(4)进行CRC计算，得到nextCRC_D4；
　　(5)FCS32为FCS字段的内容，其值等于将nextCRC_D4为CRC取反的结果，逻辑关系如下:Assign FCS32=CRC^32"b11111111111111111111111111111111；
　　
　　
　　4.4、VLAN删除原理
　　
　　DV_FIFO_OUT是由同步FIFO输出的数据有效信号，FIFO_OUT是同步FIFO输出的数据，就是说在DV_FIFO_OUT为高电平时，数据有效，而DV_8和DATA_8分别是DV_FIFO_0UT和HFO_OUT延时8个CLK得出的数据，本设计中的数据是半字节传输的，因为VLAN是4个字节，所以它就占了8个CLK。
　　
　　SDF是八个字节，DA和SA都是6个字节，FIFO_OUT的计数器时由零开始计数，所以当8=