一種分布式ACR中PPPoE快速轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)現(xiàn)

王高偉，張吉興，肖志輝,，陳一山

（1.西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 成都610031；2.電子科技大學(xué)通信與信息工程學(xué)院 成都611731；3.邁普通信技術(shù)股份有限公司 成都610041）

1 引言

隨著高清在線視頻業(yè)務(wù)為代表的高帶寬業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，高帶寬業(yè)務(wù)成為當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)重要特點(diǎn)。為了吸引用戶并提升用戶黏性，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供者都致力于不斷提升用戶的感官體驗(yàn)，因此從長(zhǎng)期趨勢(shì)來(lái)看，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求將繼續(xù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長(zhǎng)趨勢(shì)。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬的提供能力、服務(wù)質(zhì)量保障能力等面臨巨大挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的承載能力必須能夠與實(shí)際相匹配，并且具有足夠的彈性和自適應(yīng)性才能滿足需求環(huán)境的快速發(fā)展。在此背景下，許多的新技術(shù)得以提出和發(fā)展，CDN（content distribution network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)等技術(shù)的實(shí)施一定程度上緩解了現(xiàn)實(shí)壓力，但未能從根本上解決問(wèn)題。三網(wǎng)融合的提出及其實(shí)施，使得IP網(wǎng)的承載能力面臨著更大的挑戰(zhàn)，這一點(diǎn)在接入層面體現(xiàn)得更為突出。在融合網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，以高帶寬視頻業(yè)務(wù)為代表的新型業(yè)務(wù)將以更快的速度出現(xiàn)，新的更加嚴(yán)峻的帶寬矛盾將很快呈現(xiàn)。然而，傳統(tǒng)的接入網(wǎng)長(zhǎng)期存在接入層級(jí)多、設(shè)備種類多、寬帶提供能力差、維護(hù)管理復(fù)雜等突出問(wèn)題，使得“帶寬不寬”的局面長(zhǎng)期存在。網(wǎng)絡(luò)用戶不得不面對(duì)上網(wǎng)體驗(yàn)差、網(wǎng)絡(luò)故障頻發(fā)的無(wú)奈局面，而網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商面臨著設(shè)備更新?lián)Q代頻繁、用戶投訴多且故障處理效率低的困境。

在此背景下，源自3Tnet的大規(guī)模接入?yún)R聚路由器（large-scale access convergence router，ACR）[1]具備高帶寬提供能力等特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，成為擺脫上述困擾的優(yōu)先選擇，為三網(wǎng)融合的深度發(fā)展提供了基礎(chǔ)的設(shè)備保障。本文從接入層面上考慮，研究實(shí)現(xiàn)ACR中的PPPoE（PPP over Ethernet，以太網(wǎng)上的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）[2]功能，以大規(guī)模大容量接入為目標(biāo)，在分布式路由器上實(shí)現(xiàn)PPPoE接入認(rèn)證。ACR的研究與實(shí)現(xiàn)能有效降低網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)復(fù)雜度，使其用最少的互聯(lián)級(jí)數(shù)，達(dá)到降低時(shí)延和抖動(dòng)的目的，用帶有遠(yuǎn)端用戶接口單元，分合路器組成的樹(shù)形分叉地域分布式系統(tǒng)架構(gòu)，保證大規(guī)模的用戶接入。在大規(guī)模匯聚接入條件下的交換節(jié)點(diǎn)具有更好的資源共享性和經(jīng)濟(jì)性、更低的用戶平均響應(yīng)時(shí)間，大規(guī)模接入有利于簡(jiǎn)化管理復(fù)雜度，降低運(yùn)營(yíng)成本，使邊緣網(wǎng)絡(luò)到用戶接口的管理一體化。ACR的網(wǎng)絡(luò)位置如圖1所示。

圖1 ACR的網(wǎng)絡(luò)位置

2 PPPoE

在眾多的接入技術(shù)中，把多個(gè)主機(jī)連接到接入設(shè)備的最經(jīng)濟(jì)的方法就是以太網(wǎng)，而PPP（point to point protocol，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議）[3]可以提供良好的訪問(wèn)控制和計(jì)費(fèi)功能，為了在以太網(wǎng)上利用PPP既有的訪問(wèn)控制和計(jì)費(fèi)功能，于是就產(chǎn)生了在以太網(wǎng)上傳輸PPP報(bào)文的PPPoE。

PPPoE可以分為3個(gè)階段，發(fā)現(xiàn)階段、會(huì)話階段和終止階段。PPPoE鏈路建立的前兩個(gè)階段如圖2所示。

圖2 PPPoE鏈路建立報(bào)文交互過(guò)程

2.1 PPPoE的發(fā)現(xiàn)階段

PPPoE發(fā)現(xiàn)階段共有4個(gè)部分組成。它們是由4條交互報(bào)文完成。首先，客戶端PC利用廣播發(fā)送一個(gè)PADI報(bào)文（PPPoE active discovery initiation packet），報(bào)文信息包含了告訴對(duì)端其想要獲得的服務(wù)類型。這時(shí)，所有的訪問(wèn)集中設(shè)備都會(huì)收到PC端發(fā)來(lái)的PADI報(bào)文，并回復(fù)一個(gè)單播報(bào)文，告知PC端其能夠提供它所要的服務(wù)。復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)決定了PC會(huì)收到不同訪問(wèn)集中設(shè)備發(fā)來(lái)的PADO報(bào)文（PPPoE active discovery offer packet），此時(shí)PC把最先收到的PADO報(bào)文對(duì)應(yīng)的訪問(wèn)集中設(shè)備作為自己的通信方，并單播發(fā)送一個(gè)PADR報(bào)文 （PPPoE active discovery request packet）。訪問(wèn)集中設(shè)備收到報(bào)文并確定一個(gè)唯一的會(huì)話ID，通過(guò)發(fā)送一個(gè)PADS報(bào)文（PPPoE active discovery session-confirmation packet）把會(huì)話ID發(fā)送給PC，如果沒(méi)有錯(cuò)誤，就進(jìn)入PPPoE的會(huì)話階段。

2.2 PPPoE會(huì)話階段

PPPoE會(huì)話階段進(jìn)行PPP的流程，如圖2所示，下文不再贅述。PC與訪問(wèn)集中設(shè)備依據(jù)PPP傳送PPP數(shù)據(jù)報(bào)文，進(jìn)行PPP的各項(xiàng)協(xié)商和數(shù)據(jù)傳輸。在會(huì)話階段傳送的數(shù)據(jù)分組中必須包含發(fā)現(xiàn)階段所確定的會(huì)話ID并保持不變，然后開(kāi)始后續(xù)通信。通常情況下，PPP完成結(jié)束會(huì)話的控制，但在RFC文檔中，定義了一個(gè)PADT報(bào)文（PPPoE active discovery terminate packet）用來(lái)終 止PPPoE會(huì)話，PC或訪問(wèn)集中設(shè)備在PPP會(huì)話開(kāi)始后的任何時(shí)候發(fā)送該報(bào)文都可以結(jié)束會(huì)話。

2.3 PPPoE終止階段

PPPoE通信的雙方PC與訪問(wèn)集中設(shè)備會(huì)使用PPP自身提供的PPP終結(jié)報(bào)文來(lái)結(jié)束PPPoE會(huì)話。若不能使用PPP結(jié)束會(huì)話時(shí)，可以由PC或訪問(wèn)集中設(shè)備的一方發(fā)送PADT報(bào)文來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3 ACR總體架構(gòu)

ACR是指同時(shí)具有常規(guī)大容量高性能雙協(xié)議棧核心路由器的寬帶、IPv4/IPv6組網(wǎng)功能和支持業(yè)務(wù)精細(xì)化管理、支持多種接入方式提供分級(jí)可靠QoS保障，實(shí)現(xiàn)極小匯聚層級(jí)的大規(guī)模接入?yún)R聚功能的新型路由交換設(shè)備。因此，功能和性能雙重因素使得它的設(shè)計(jì)非常復(fù)雜。

在復(fù)雜繁多的路由器體系標(biāo)準(zhǔn)下，IETF提出標(biāo)準(zhǔn)的ForCES[4]（轉(zhuǎn)發(fā)與控制線分離協(xié)議）具有獨(dú)到的觀點(diǎn)，倍受許多專家和學(xué)者推崇。本文研究的ACR便是基于ForCES體系實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離的思想。分布式ACR體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種體系具備高可靠性和高擴(kuò)展性，利用網(wǎng)絡(luò)解耦實(shí)現(xiàn)控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，在系統(tǒng)中各單元網(wǎng)絡(luò)互操作性得到了充分的體現(xiàn)。

圖3 ACR體系結(jié)構(gòu)

在ACR采用的分布式結(jié)構(gòu)中，交換和主控分離設(shè)計(jì)，交換背板帶寬為萬(wàn)兆級(jí)，線卡報(bào)文處理器采用多核CPU。因此ACR系統(tǒng)架構(gòu)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是多核分布式高端路由器。主控卡采用高性能的單核CPU做主處理器，使用吉比特級(jí)以太線路做各張線卡、交換卡的控制通道和主從備份通道，并配備大容量的內(nèi)存做各種表項(xiàng)存儲(chǔ)，負(fù)責(zé)控制平面的大部分工作，包括PPPoE控制報(bào)文的處理和轉(zhuǎn)發(fā)信息的管理并利用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)適配層的處理后下發(fā)到各張線卡，從主控卡負(fù)責(zé)備份，并實(shí)時(shí)同步。若因外界原因發(fā)生故障時(shí)，ACR可以快速切換到從主控卡，保證ACR的可靠性。交換卡則負(fù)責(zé)完成在兩張線卡之間進(jìn)行報(bào)文的交換功能。線卡由兩部分組成，一部分是母板，一部分是子卡。母板上的主要部件是多核CPU，它作為數(shù)據(jù)平面的報(bào)文處理器對(duì)接收到的數(shù)據(jù)分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和控制處理，并出萬(wàn)兆和吉比特以太信號(hào)到兩個(gè)子卡。子卡的主要功能是對(duì)外出各種WAN和LAN的接口，將多核報(bào)文處理器出來(lái)的以太信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展和轉(zhuǎn)換的部件，比如FPGA或者以太交換芯片。FPGA將以太信號(hào)轉(zhuǎn)換為各種WAN接口；以太交換芯片將一個(gè)萬(wàn)兆級(jí)接口擴(kuò)展為多個(gè)吉比特級(jí)接口。因此，線卡負(fù)責(zé)各種數(shù)據(jù)報(bào)文的快速轉(zhuǎn)發(fā)、控制等功能。

在主控卡上，報(bào)文處理器負(fù)責(zé)控制報(bào)文的處理、轉(zhuǎn)發(fā)表的管理并通過(guò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)下發(fā)到各個(gè)線卡上。同時(shí)，主控卡應(yīng)實(shí)時(shí)對(duì)從主控卡和線卡上表項(xiàng)同步、包括刪除、插入、更新等操作，實(shí)現(xiàn)從主控卡和線卡表項(xiàng)信息的一致。在線卡上，轉(zhuǎn)發(fā)表主要由通道號(hào)、接口索引及標(biāo)志信息構(gòu)成，線卡中的轉(zhuǎn)發(fā)引擎通過(guò)查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到對(duì)應(yīng)通道和端口號(hào)，并根據(jù)通道號(hào)和端口號(hào)來(lái)確定快速轉(zhuǎn)發(fā)流程。

圖4 分布式ACR轉(zhuǎn)發(fā)控制結(jié)構(gòu)

4 ACR快速轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)

4.1 轉(zhuǎn)發(fā)控制架構(gòu)

分布式ACR轉(zhuǎn)發(fā)控制架構(gòu)如圖4所示。

控制平面上，鏈路轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)為各鏈路協(xié)議提供通信接口來(lái)實(shí)現(xiàn)鏈路管理。鏈路協(xié)議控制報(bào)文（PPP、HDLC、以太報(bào)文、PPPoE及MPPP）經(jīng)過(guò)握手協(xié)商階段學(xué)習(xí)到相關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)信息，創(chuàng)建并記錄到轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)中的信息通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)信息管理模塊進(jìn)行處理。適配層既分布在主控卡也分布在線卡上，主控卡的適配層模塊維護(hù)數(shù)據(jù)表，并通過(guò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，將信息分布到線卡上。線卡的適配層模塊不再維護(hù)數(shù)據(jù)表，收到來(lái)自主控卡上的數(shù)據(jù)信息后，直接調(diào)用PPPoE對(duì)應(yīng)的產(chǎn)品接口函數(shù)，更新產(chǎn)品軟件接口的數(shù)據(jù)。例如，鏈路管理模塊在主控卡上維護(hù)一張轉(zhuǎn)發(fā)表，在線卡上鏈路協(xié)議模塊收到分布的表項(xiàng)信息，直接調(diào)用鏈路管理模塊提供的接口函數(shù)，更新轉(zhuǎn)發(fā)表的信息。

如圖5所示，在適配層上創(chuàng)建轉(zhuǎn)發(fā)表后，通過(guò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)組織轉(zhuǎn)發(fā)表并下發(fā)到各個(gè)線卡，以此同時(shí)同步從主控卡上的轉(zhuǎn)發(fā)信息。線卡上的轉(zhuǎn)發(fā)表伴隨主控卡上的下發(fā)信息同步更新。

圖5 轉(zhuǎn)發(fā)表通過(guò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)下發(fā)

在控制平面，轉(zhuǎn)發(fā)信息主要有接口索引、通道號(hào)、槽位號(hào)等信息組成轉(zhuǎn)發(fā)表，并且以各個(gè)協(xié)議對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)以列句柄的方式組織。在轉(zhuǎn)發(fā)層面，轉(zhuǎn)發(fā)引擎利用查找轉(zhuǎn)發(fā)表作為快速轉(zhuǎn)發(fā)的依據(jù)，通過(guò)對(duì)接口索引、通道號(hào)實(shí)現(xiàn)快速查找匹配，找到相應(yīng)的通道實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)的目的。

4.2 分布式數(shù)據(jù)庫(kù)下發(fā)方式

PPPoE和轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)的信息包括接口、槽位號(hào)、轉(zhuǎn)發(fā)通道號(hào)、協(xié)議配置、協(xié)議狀態(tài)及鏈路信息。主控卡上適配層轉(zhuǎn)發(fā)表中的信息需要包含以上的信息，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)對(duì)應(yīng)一個(gè)接口。根據(jù)需要，轉(zhuǎn)發(fā)表中還可以包含其他一些和鏈路轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程相關(guān)的信息，如鏈路層的統(tǒng)計(jì)信息等。鏈路協(xié)議為分布式數(shù)據(jù)庫(kù)提供轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)信息，在適配層上創(chuàng)建轉(zhuǎn)發(fā)表，由于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)作為數(shù)據(jù)庫(kù)具備插入、刪除和更新等功能，可以對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)表做實(shí)時(shí)的修改。只要轉(zhuǎn)發(fā)表信息發(fā)生改變，鏈路管理模塊就會(huì)把變更信息通過(guò)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)下發(fā)到線卡。

鏈路管理模塊發(fā)出對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的插入、刪除和更新操作完成后，由分布式數(shù)據(jù)庫(kù)把操作結(jié)果下發(fā)到線卡上，并查找到對(duì)應(yīng)線卡上的相關(guān)操作函數(shù)表實(shí)現(xiàn)同步更新，各個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的參數(shù)與主控卡上傳遞的參數(shù)接口一致。對(duì)于鏈路協(xié)議模塊而言，主控卡的鏈路模塊只負(fù)責(zé)具體數(shù)據(jù)下發(fā)，線卡的對(duì)應(yīng)模塊只根據(jù)下發(fā)數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的處理。即當(dāng)線卡收到主控卡下發(fā)的數(shù)據(jù)信息時(shí)，調(diào)用相關(guān)函數(shù)更新轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)。數(shù)據(jù)平面就通過(guò)查找轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的數(shù)據(jù)狀態(tài)，找到對(duì)應(yīng)的端口和通道直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)文，而不再統(tǒng)一交給主控制卡去實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作。這樣便是由線卡的轉(zhuǎn)發(fā)引擎實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)，這種優(yōu)勢(shì)在多線卡的分布式路由器上體現(xiàn)得更加明顯，多張線卡同步并行處理數(shù)據(jù)分組有效地分擔(dān)了上層控制面CPU的工作，達(dá)到負(fù)載分擔(dān)，相比集中式系統(tǒng)大大提高了轉(zhuǎn)發(fā)性能。

5 快速轉(zhuǎn)發(fā)的實(shí)現(xiàn)

5.1 主控卡PPPoE實(shí)現(xiàn)

主控卡上PPPoE模塊在平臺(tái)上注冊(cè)相關(guān)的應(yīng)用程序接口函數(shù)，并統(tǒng)一形成函數(shù)表。完成PPPoE接口產(chǎn)品軟件API的創(chuàng)建、插入、刪除和更新函數(shù)，在PPPoE數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)階段用到的虛擬接口（virtual access，VA）也是在此時(shí)完成創(chuàng)建。這是因?yàn)閷?shí)際物理端口數(shù)目的限制，從而需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)VA用來(lái)和對(duì)端交換數(shù)據(jù)。此時(shí)，系統(tǒng)會(huì)按照用戶的配置，選擇一個(gè)虛擬模板（virtual template，VT），根據(jù)VT的配置參數(shù)，動(dòng)態(tài)地創(chuàng)建一個(gè)VA。

PPPoE在適配層上為轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)查詢、維護(hù)一張轉(zhuǎn)發(fā)表，該表需要進(jìn)行同步和下發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的具體信息包括接口索引、槽位號(hào)、通道號(hào)和同步標(biāo)志等其他報(bào)文首部信息。PPPoE模塊所有適配層對(duì)平臺(tái)提供的接口函數(shù)都采用異步的方式實(shí)現(xiàn)，即對(duì)適配層表項(xiàng)的添加、刪除、更新操作，分布式數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)表項(xiàng)的分發(fā)返回結(jié)果處理以及批量定時(shí)器超時(shí)處理都以事務(wù)的形式添加到適配層的任務(wù)中執(zhí)行。

PPPoE在適配層上需要對(duì)事務(wù)進(jìn)行接口創(chuàng)建，反映到分布式數(shù)據(jù)庫(kù)上就是對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的添加，此時(shí)要調(diào)用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)插入函數(shù)添加適配層表項(xiàng)。添加表項(xiàng)時(shí)，首先檢查要添加的表項(xiàng)是否已經(jīng)存在，如果存在則表示是主從切換后執(zhí)行，這種情況需要將同步標(biāo)記更新為false，并向分布式數(shù)據(jù)庫(kù)返回插入成功。分布式數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)根據(jù)該返回值進(jìn)行表項(xiàng)的同步和分布操作。如果添加的表項(xiàng)不存在，則創(chuàng)建表項(xiàng)，并進(jìn)行初始化各列的值。根據(jù)列句柄設(shè)置同步標(biāo)記的值，如果是分布列句柄，則設(shè)置同步標(biāo)記為true，否則不設(shè)置。

PPPoE適配層的任務(wù)調(diào)度執(zhí)行PPPoE接口刪除事務(wù)，執(zhí)行接口刪除。PPPoE接口刪除反映到數(shù)據(jù)庫(kù)即為轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的刪除，此時(shí)調(diào)用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)刪除函數(shù)，刪除適配層表項(xiàng)。刪除表項(xiàng)時(shí)，首先檢查要?jiǎng)h除的表項(xiàng)是否存在：如果存在，則刪除表項(xiàng)，向分布式數(shù)據(jù)庫(kù)返回OK，使分布式數(shù)據(jù)庫(kù)繼續(xù)后續(xù)的同步和下發(fā)；如果不存在，則可能是主從切換后的主控卡上執(zhí)行腳本或者程序邏輯上存在問(wèn)題。本文對(duì)這兩種情況都統(tǒng)一向分布式數(shù)據(jù)庫(kù)返回成功，但返回結(jié)果不會(huì)同步到從主控卡也不會(huì)下發(fā)到線卡上。

PPPoE適配層平滑處理，發(fā)生主從切換后，新的主控卡會(huì)先執(zhí)行腳本。PPPoE模塊根據(jù)腳本重新設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)表項(xiàng)，并更新到適配層轉(zhuǎn)發(fā)表中。如果更新的表項(xiàng)不存在則添加，如果存在則只更新同步標(biāo)記為false。系統(tǒng)通知平滑處理時(shí)，調(diào)用PPPoE模塊的平滑處理函數(shù)進(jìn)行適配層的平滑，這時(shí)只需要檢查適配層表項(xiàng)中的同步標(biāo)記為true的表項(xiàng)，并刪除該表項(xiàng)。

5.2 線卡PPPoE實(shí)現(xiàn)

PPPoE模塊線卡的適配層上也是維護(hù)一張轉(zhuǎn)發(fā)表，該轉(zhuǎn)發(fā)表是主控卡上轉(zhuǎn)發(fā)表的子集，它是由分布式數(shù)據(jù)庫(kù)下發(fā)而來(lái)的，該轉(zhuǎn)發(fā)表比較簡(jiǎn)單，只包含接口索引、槽位號(hào)和通道號(hào)的信息。

線卡上的適配層存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)與主控卡上的適配層類似，由插入、刪除、更新等接口函數(shù)，調(diào)用插入函數(shù)就可以完成線卡適配層轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的添加，此時(shí)沒(méi)有同步標(biāo)記，所以新增的表項(xiàng)需要設(shè)置轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的同步標(biāo)記為true。添加表項(xiàng)之前需要先檢查新增表項(xiàng)的索引是否已經(jīng)存在，當(dāng)主從切換執(zhí)行腳本或者主控卡執(zhí)行批量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)添加的表項(xiàng)已經(jīng)存在的情況。如果表項(xiàng)存在，只需要更新同步標(biāo)記為true。線卡上轉(zhuǎn)發(fā)表通過(guò)同步標(biāo)記來(lái)進(jìn)行平滑。

PPPoE在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)流程中，不會(huì)使用到線卡轉(zhuǎn)發(fā)表中的信息。因?yàn)樵O(shè)置了轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)與轉(zhuǎn)發(fā)通道關(guān)聯(lián)，但實(shí)際不會(huì)使用。

同理，調(diào)用刪除接口函數(shù)，可以完成線卡適配層轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的刪除。在線卡上適配層轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)還關(guān)聯(lián)批量下發(fā)事務(wù)，當(dāng)新插入一張板卡時(shí)，線卡上適配層調(diào)用批量事務(wù)開(kāi)始函數(shù)，遍歷所有的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，設(shè)置同步標(biāo)記為false（默認(rèn)是true）。當(dāng)批量下發(fā)結(jié)束時(shí)，線卡適配層調(diào)用批量事務(wù)結(jié)束函數(shù)，因?yàn)樵谥骺乜ㄅ窟^(guò)程中，重新下發(fā)所有轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)，線卡將下發(fā)下來(lái)的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)全部標(biāo)記值更新為true。批量結(jié)束時(shí)，檢查所有轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)。如果同步標(biāo)記值仍然為false，則表明主控卡上已經(jīng)不存在該表項(xiàng)，此時(shí)線卡在批量結(jié)束時(shí)需要將同步標(biāo)記值為false的表項(xiàng)刪除。

PPPoE在線卡上的產(chǎn)品軟件接口子模塊（PPPoEPsi）主要完成數(shù)據(jù)平面報(bào)文的接收處理，對(duì)接收到的報(bào)文進(jìn)行合法性檢查以及修改報(bào)文描述符等工作。

5.3 PPPoE數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)

在快速轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)的多核CPU轉(zhuǎn)發(fā)引擎中，以太接口收到報(bào)文進(jìn)行鏈路處理時(shí)，如果是PPPoE發(fā)現(xiàn)階段的報(bào)文，則上交到主控卡進(jìn)行處理，此時(shí)進(jìn)入控制平面的數(shù)據(jù)接收流程。在輸入處理的鏈路控制階段的業(yè)務(wù)控制流程中，對(duì)PPPoE數(shù)據(jù)分組，去掉外層的PPPoE和以太分組頭，換入接口為VA，調(diào)用VA的鏈路處理（PPP封裝）和輸入解析函數(shù)，開(kāi)始完整的PPP處理流程。

PPPoE數(shù)據(jù)報(bào)文快速轉(zhuǎn)發(fā)流程如圖6所示。發(fā)送階段，在正常的路由階段后，出口是VA，判斷跨卡，輸出在相應(yīng)卡上處理，再經(jīng)QoS隊(duì)列處理后進(jìn)VA的邏輯發(fā)送，發(fā)送中封裝PPPoE和以太分組頭，進(jìn)入以太接口的鏈路輸出控制和發(fā)送處理。

圖6 PPPoE數(shù)據(jù)報(bào)文快速轉(zhuǎn)發(fā)流程

VA一般能確定綁定的物理口，故VA通道生成后，判斷是否跨卡。若跨卡，直接跨到對(duì)應(yīng)綁定的物理接口所在的板卡上進(jìn)行輸出處理和封裝、發(fā)送處理。當(dāng)VA綁定的物理口變化時(shí)，轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)應(yīng)該響應(yīng)并更新在通道結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)的值。

5.4 PPPoE軟件模塊設(shè)計(jì)

整個(gè)PPPoE模塊在分布式系統(tǒng)下主要軟件實(shí)現(xiàn)函數(shù)從 上 到 下 由PPPoEPsapi、PPPoEMpuPsal、PPPoEDdbMpu、PPPoEDdbLpu、PPPoEDfp、PPPoELpuPsal、PPPoEPsi模 塊 組成，如圖7所示。

圖7 PPPoE分布式系統(tǒng)軟件模塊

PPPoEPsapi模塊：對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)的PPPoE業(yè)務(wù)模塊提供操作產(chǎn)品軟件的接口，通過(guò)類似函數(shù)表的方式掛接各個(gè)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。

PPPoEMpuPsal模塊：PPPoE業(yè)務(wù)模塊適配負(fù)責(zé)類似參數(shù)轉(zhuǎn)換、資源操作等處理，以注冊(cè)的方式掛接到Psapi。為控制平面提供API，提供查詢接口API，完成自身的數(shù)據(jù)表項(xiàng)同步和下發(fā)。

PPPoEDdbMpu模塊：對(duì)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)表操作，包括創(chuàng)建、插入、刪除、查詢，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分發(fā)、包括從主控卡分發(fā)到從主控和線卡。

圖8 測(cè)試拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

PPPoEDdbLpu模塊：實(shí)現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)接管函數(shù)。

PPPoEDfp模塊：提供報(bào)文的接收調(diào)度、入隊(duì)和出隊(duì)的接口及隊(duì)列報(bào)文的調(diào)度。

PPPoELpuPsal適配層模塊：不再維護(hù)數(shù)據(jù)表，收到來(lái)自控制平面的數(shù)據(jù)信息后，直接調(diào)用PSI的函數(shù)，更新PSI的數(shù)據(jù)。

PPPoEPsi模塊：完成線卡轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的添加刪除操作，完成對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面報(bào)文接收處理。

6 測(cè)試報(bào)告

本次測(cè)試在上海工程技術(shù)大學(xué)寬帶中心一樓實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成，包括大規(guī)模接入?yún)R聚路由器相關(guān)測(cè)試、ACR主機(jī)測(cè)試、ACR遠(yuǎn)端模塊測(cè)試和ACR寬帶接入服務(wù)及業(yè)務(wù)控制測(cè)試，具體測(cè)試拓?fù)淙鐖D8所示。

測(cè)試配合設(shè)備采用機(jī)頂盒與電視機(jī)，測(cè)試儀器采用思博倫公司的Spirent Test Center。本文涉及關(guān)于以太網(wǎng)端口上PPPoE接入測(cè)試時(shí)，驗(yàn)證ACR支持的最大鏈接數(shù)（PPPoE會(huì)話連接），測(cè)試結(jié)果符合要求。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文首先描述了分布式路由器架構(gòu)，重點(diǎn)分析了ACR的轉(zhuǎn)發(fā)控制架構(gòu)，詳細(xì)介紹分布式數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)下發(fā)的關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)。主控卡上實(shí)現(xiàn)鏈路協(xié)議模塊相關(guān)接口的注冊(cè)，適配層上完成轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的創(chuàng)建，并利用分布式數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)同步和下發(fā)。主控卡和網(wǎng)絡(luò)層交下來(lái)的控制報(bào)文送到線卡上去發(fā)送，PPPoE數(shù)據(jù)報(bào)文經(jīng)過(guò)鏈路處理、輸入控制、選路輸出控制后，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)。測(cè)試結(jié)果顯示，ACR完全可以滿足大規(guī)模接入場(chǎng)景應(yīng)用，而且通過(guò)后期升級(jí)，可以達(dá)到更高的報(bào)文處理速度。

1 孟赟，劉九評(píng).ACR設(shè)備在廣電網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的應(yīng)用部署設(shè)計(jì).有線電視技術(shù)，2013（6）：47～52

2 RFC2516.A Method for Transmitting PPP over Ethernet,1999

3 RFC1661.The Point-to-Point,1994

4 孫宗峰，肖志輝，孫健.基于分布式路由器的IPv4-IPv6轉(zhuǎn)發(fā)控制架構(gòu)研究.電信科學(xué)，2012(6)：42～47

5 RFC894.A Standar for the Transmission of IP-Data Grams over Ethernet Networks,1984

6 Zeng X Y,Cheng C Q.Discuss of user identification technology in DSL network.Proceedings of 2009 International Symposium on Intelligent Ubiquitous Computing and Education,Chengdu,China,2009