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一、引言
随着IPTV,VOIP等业务的升温,triple play业务的需求也是日益强劲。开发支持triple play业务的家庭网关,对家庭网络有一定的促进作用。
二、总体框架简介
硬件上采用BROADCOM公司BCM6348芯片作为家庭网关的核心。该微处理器支持ADSL2+功能,在其上扩展构建多个以太端口,配置相应适配电路构成硬件平台。
在软件上,采用嵌入式Linux作为软件平台,可以充分利用其强大的网络功能。
三、ATM网络接口适配的实现
(一)控制进程的实现
pvc2684ctl的功能就是实现同守护进程(pvc2684d)进行通信,传递相应的请求。现在支持的命令有:add,delete,hello等。
Add命令,用来通知守护进程创建新建ATM socket,并创建ATM网络接口。Delete命令,用来通知守护进程创建删除ATM网络接口,使用较少。Hello命令,用来判断2684d是否存在。
同一系统中两个不同进程的通信方法有很多,其中UNIX套接字是一个高效简捷的方法。UNIX套接字的运转机制和Internet套接字类似,主要的区别UNIX套接字只能用在一台计算机中,而Internet套接字则可以在不同的计算机之间使用。UNIX套接字定址的方式是作为本地文件系统里的一个文件。
(二)守护进程的实现
在LINUX系统中,要使用PVC来进行数据传输,需要创建并维护该PVC协议的socket,然后调用Linux中提供IOCTL命令,来创建ATM网络接口,实现RFC2684协议。
四、二层桥接功能的设计
家庭网关需要支持桥接、路由混合组网模式,即同时PC的数据走路由模式化,视频、语音等业务走桥接模式。
在家庭网关中,用户可以配置bridge和PPPOE类型的PVC,bridge类型的PVC可以用来进行桥接,PPPOE类型的PVC可以用来进行路由。这样通过使用多条PVC实现了桥接和路由方式的混合组网。
为了实现路由功能来传输数据业务,通常使用PPPOE类型的PVC,在Linux系统中,首先为PPPOE的PVC新建了一个BR2684的网络接口,在内核中用一个struct net_device来表示,换言之,即新建了一个虚拟的以太网接口。然后在该网络接口上新建了一个PPP类型的网络接口。PPPOE类型PVC在系统中具有两层网络接口,其BR2684网络接口仅仅为PPPOE接口服务。实际上,BR2684网络接口也可以承载其他类型的数据,当把BR2684网络接口放置到一个网桥中时,该网络接口就能完成桥接功能。
五、家庭网关ATM QoS方案的实现
(一)流分类与标记
为了区分不同的数据流,第一步工作就是对其进行分类。Linux的iptables命令就有强大的区分流的能力,可以根据输入接口,MAC地址,报文协议类型;及各个协议的相关字段值等进行数据流的区分。Iptables的mangle表提供了修改数据报各个字段的值的方法。Mangle表有两个挂钩点:PREROUTING、OUTPUT。Iptables命令中mangle表支持的操作有:MARK,TOS。可以利用这两个操作来实现数据报文的标记。
使用扩展target的MARK方法,通过参数—set-mark来设置数据报文skb的nfmark字段的值。nfmark是一个用户定义的数据报的标记,该标记可以用于基于策略的路由,也可用于后续对报文的处理中(把它作为报文的优先级标志)。在使用多条PVC且DSLAM支持多种ATM服务类型时,通过该标志来对数据流进行策略路由;在单PVC情况下或DSLAM只支持ATM的UBR类型时,通过该标志把数据报文放置到PVC的相应优先级队列中去。
(二)数据流的优先级处理
前面描述了如何对数据进行流分类并打上相应的标志,剩下就是网关自身完成数据流的QoS保证,根据不同的优先级来进行发送。
在单PVC情况下或DSLAM只支持ATM的UBR类型时,在启用该PVC的QoS保证后,在ATM层为该PVC新建了3个队列,优先级为高中低,该优先级队列对应着数据报文skb的nfmark字段,即skb的nfmark字段标为高的报文,进入该PVC的高优先级队列。优先级为低的报文,进入PVC的低优先级队列。然后由ATM层的硬件整形器统一调度。从而严格保证了高优先级的报文能优先发送。
在多条PVC且DSLAM支持多种ATM服务类型时,这里也还有各种不同的组网模型。如果各PVC都能参与路由进行数据转发,那么可以通过设置策略路由来把数据流分到各种优先级的PVC上。设置策略路由的依据就是前面设置的SKB的nfmark字段。
六、系统测试
上传/下载速率通过ftp测试软件测量,见表1。还有一类是家庭网关的最大吞吐量,该测试由测试设备Smartbits来完成,见表2。
根据测试情况,该网关可以很好的完成综合数字媒体业务下的相关网络工作。
七、小结
该论文描述的基于Triple Play综合数字媒体业务的家庭网关,具有以下特色:充分考虑triple play业务的需求,具有丰富的组网能力,完善的QoS,强大的NAT/防火墙功能,良好的组播管理功能。系统采用Linux操作系统,极大的降低了产品的成本,更重要的是,能根据业务的具体要求,修改内核代码,完成实际需求。该家庭网关具有一定的应用前景。
(基金项目:四川省教育厅青年基金项目。项目编号:072B033。乐山师范学院校级科研项目。项目编号:Z0931)
(作者单位:乐山师范学院计算机科学学院)
随着IPTV,VOIP等业务的升温,triple play业务的需求也是日益强劲。开发支持triple play业务的家庭网关,对家庭网络有一定的促进作用。
二、总体框架简介
硬件上采用BROADCOM公司BCM6348芯片作为家庭网关的核心。该微处理器支持ADSL2+功能,在其上扩展构建多个以太端口,配置相应适配电路构成硬件平台。
在软件上,采用嵌入式Linux作为软件平台,可以充分利用其强大的网络功能。
三、ATM网络接口适配的实现
(一)控制进程的实现
pvc2684ctl的功能就是实现同守护进程(pvc2684d)进行通信,传递相应的请求。现在支持的命令有:add,delete,hello等。
Add命令,用来通知守护进程创建新建ATM socket,并创建ATM网络接口。Delete命令,用来通知守护进程创建删除ATM网络接口,使用较少。Hello命令,用来判断2684d是否存在。
同一系统中两个不同进程的通信方法有很多,其中UNIX套接字是一个高效简捷的方法。UNIX套接字的运转机制和Internet套接字类似,主要的区别UNIX套接字只能用在一台计算机中,而Internet套接字则可以在不同的计算机之间使用。UNIX套接字定址的方式是作为本地文件系统里的一个文件。
(二)守护进程的实现
在LINUX系统中,要使用PVC来进行数据传输,需要创建并维护该PVC协议的socket,然后调用Linux中提供IOCTL命令,来创建ATM网络接口,实现RFC2684协议。
四、二层桥接功能的设计
家庭网关需要支持桥接、路由混合组网模式,即同时PC的数据走路由模式化,视频、语音等业务走桥接模式。
在家庭网关中,用户可以配置bridge和PPPOE类型的PVC,bridge类型的PVC可以用来进行桥接,PPPOE类型的PVC可以用来进行路由。这样通过使用多条PVC实现了桥接和路由方式的混合组网。
为了实现路由功能来传输数据业务,通常使用PPPOE类型的PVC,在Linux系统中,首先为PPPOE的PVC新建了一个BR2684的网络接口,在内核中用一个struct net_device来表示,换言之,即新建了一个虚拟的以太网接口。然后在该网络接口上新建了一个PPP类型的网络接口。PPPOE类型PVC在系统中具有两层网络接口,其BR2684网络接口仅仅为PPPOE接口服务。实际上,BR2684网络接口也可以承载其他类型的数据,当把BR2684网络接口放置到一个网桥中时,该网络接口就能完成桥接功能。
五、家庭网关ATM QoS方案的实现
(一)流分类与标记
为了区分不同的数据流,第一步工作就是对其进行分类。Linux的iptables命令就有强大的区分流的能力,可以根据输入接口,MAC地址,报文协议类型;及各个协议的相关字段值等进行数据流的区分。Iptables的mangle表提供了修改数据报各个字段的值的方法。Mangle表有两个挂钩点:PREROUTING、OUTPUT。Iptables命令中mangle表支持的操作有:MARK,TOS。可以利用这两个操作来实现数据报文的标记。
使用扩展target的MARK方法,通过参数—set-mark来设置数据报文skb的nfmark字段的值。nfmark是一个用户定义的数据报的标记,该标记可以用于基于策略的路由,也可用于后续对报文的处理中(把它作为报文的优先级标志)。在使用多条PVC且DSLAM支持多种ATM服务类型时,通过该标志来对数据流进行策略路由;在单PVC情况下或DSLAM只支持ATM的UBR类型时,通过该标志把数据报文放置到PVC的相应优先级队列中去。
(二)数据流的优先级处理
前面描述了如何对数据进行流分类并打上相应的标志,剩下就是网关自身完成数据流的QoS保证,根据不同的优先级来进行发送。
在单PVC情况下或DSLAM只支持ATM的UBR类型时,在启用该PVC的QoS保证后,在ATM层为该PVC新建了3个队列,优先级为高中低,该优先级队列对应着数据报文skb的nfmark字段,即skb的nfmark字段标为高的报文,进入该PVC的高优先级队列。优先级为低的报文,进入PVC的低优先级队列。然后由ATM层的硬件整形器统一调度。从而严格保证了高优先级的报文能优先发送。
在多条PVC且DSLAM支持多种ATM服务类型时,这里也还有各种不同的组网模型。如果各PVC都能参与路由进行数据转发,那么可以通过设置策略路由来把数据流分到各种优先级的PVC上。设置策略路由的依据就是前面设置的SKB的nfmark字段。
六、系统测试
上传/下载速率通过ftp测试软件测量,见表1。还有一类是家庭网关的最大吞吐量,该测试由测试设备Smartbits来完成,见表2。
根据测试情况,该网关可以很好的完成综合数字媒体业务下的相关网络工作。
七、小结
该论文描述的基于Triple Play综合数字媒体业务的家庭网关,具有以下特色:充分考虑triple play业务的需求,具有丰富的组网能力,完善的QoS,强大的NAT/防火墙功能,良好的组播管理功能。系统采用Linux操作系统,极大的降低了产品的成本,更重要的是,能根据业务的具体要求,修改内核代码,完成实际需求。该家庭网关具有一定的应用前景。
(基金项目:四川省教育厅青年基金项目。项目编号:072B033。乐山师范学院校级科研项目。项目编号:Z0931)
(作者单位:乐山师范学院计算机科学学院)