摘要：  面临激烈竞争的电信运营商，只有始终提供优质的服务并不断降低成本才能在竞争中立于不败之地，因此电信级以太网的部署成为必然的选择。基于LSI公司APP3100处理器的方案可以帮助运营商在推出新业务的同时持续降低部署成本，并且可以满足未来网络管理的需求。

关键字：  传输网，  以太网，  电信

传统的TDM/SDH网络在设计之初就充分考虑了可靠性和可维护性，它的运行管理和维护OAM(Operation/Administration/Maintenance)机制成为提供运营商级或电信级服务质量的保证。因此，在传输网向以太网过渡的过程中，运营商和服务提供商对以太网也提出了同样的要求，以太网的OAM成为构建网络时首要的考虑因素。

以太网最初为局域网而设计，并未考虑运行管理维护的机制，只有网元级的管理系统。在城域网和广域网中，通常要有多个不同的运营商网络协同工作才能提供端到端的客户业务，这就对以太网的扩展性、可靠性、安全性和可管理性等提出了诸多挑战，单纯的SNMP、IP Ping、IP Traceroute等无法满足电信级以太网的需求，只有当以太网具有OAM机制后才能报告网络的状态，以使网络管理员更有效地管理网络。

目前ITU-T、IETF等标准组织对以太网OAM都制定了一些相关标准。但由于商业利益的存在以及起草团队背景的差异，不同的标准组织会从不同层面理解和设定OAM机制。例如，虽然ITU-T和IETF在传输网OAM方面曾经达成共识，但是IETF未能按时推出标准，因此ITU-T SG15建议传输网中采用ITU Y.1731标准，对于传输设备商来讲这可以大大缓解无标准可参考的局面，但是对IETF的拥趸而言，他们更希望以接近IP-MPLS的方式来实现OAM。

在这种情况下，产品设计就需要有一种灵活的方式来适应不同的标准规范，并且能够满足未来新标准的要求。LSI公司的APP3100系列网络处理器具有灵活的编程能力，其强大的处理能力不仅能够支持现有的规范，而且还能通过编程实现对未来新特性的支持。本文将讨论以太网络对OAM的需求以及基于LSI公司APP3100网络处理器实现的OAM板卡设计。

OAM功能简介

城域以太网论坛MEF将电信级以太网纵向分成三层结构，每层都具有自身的OAM能力。以太网业务层的OAM功能独立于上层应用，如IP层或底层的传输技术，这样可以采用不同的技术提供以太网业务。各层的OAM功能可以互相增强，并提供良好的故障和性能管理。

电信级以太网业务层的故障管理主要包含连通性检测(CC)功能、环回功能、链路追踪功能、告警指示、远端故障告警和测试功能等，主要用来将可纠正的位错误或时间偏差等异常隔离在一定范围内，杜绝对网络正常运行的干扰。具体协议内容可参阅表1中的标准。

以连通性检测为例，在TDM网络中数据以恒定速度传输，因此任何中断都将以信号丢失错误被立即识别出来。但对于基于帧和数据包的网络来说，由于数据包或帧的具体到达时间不明确，因此无法马上识别出故障。此时需要通过带有CC信元的OAM信息检测线路的连通性。

以太网的OAM机制保证SNMP等协议有一个可靠的以太层基础，改善了当前的粗粒度管理协议无法满足对单个客户或者服务进行特定服务的状况，并且服务提供商不必再为新的服务设计开发新的IP架构。

APP3100芯片介绍

APP3100是LSI公司基于APP系列网络处理器推出的一款OAM和安全通信处理器，它为电信级以太网和网络安全应用提供了一个高性价比的解决方案。图1所示为APP3100的结构框图。

专门针对以太网OAM、线速安全以及网络定时等应用设计的APP3100芯片可以从主处理器完全卸载这些功能，APP3100在报文处理和流量管理方面可以提供确定性的数据通路带宽，集成了公钥加速和IPsec安全处理的纯硬件卸载等安全特性。在接口方面，它带有两个三模的以太网接口，可以工作在10Mb/s、100Mb/s和1Gb/s，能够方便灵活地接入到客户现有方案中。

通过配套提供的配置实用程序，APP3100无需进行复杂编程，并且LSI公司还可以提供产品级的应用软件包，支持各组织的相关标准。

基于APP3100芯片的OAM方案

1. 硬件方案

如图1所示，APP3100具有两路以太接口和GPIO/UART/I2C接口，SGMII接口可以与电口和光口直接对接，所以在硬件设计中可以通过SGMII直连的方式接入光模块，并通过I2C总线来控制光模块。在系统侧可以通过GMII接口与主板连接。

OAM处理过程通常由主处理器上的应用程序来控制，主处理器可以是APP3100内置的ARM处理器也可以是主板上已有的主控芯片，如PowerPC等。他们通过主机接口与APP3100交互。

APP3100封装尺寸较小，而且可以在没有外部存储器的情况下工作，这不仅减小了单板面积，而且大大降低了物料BOM成本。它的功耗不到4W，适用于各种嵌入式单板或者扣板，易于系统集成。

2. 处理流程

APP3100处理器通过图1中的各个引擎来执行OAM软件函数调用，它们在APP3100内部都是以后台任务的方式运行，并会不断向主处理器反馈当前任务的状态。对于这些OAM信元，APP3100既可以不做任何处理的交换，也可以提取处理信元或者调整后重新插入反方向。

2.1 APP3100引擎在OAM处理中的作用

分类引擎：分类引擎是各种处理的基础，它会对信元头进行模式匹配，确定信元类型并提取OAM信息;调用相关函数计算并维护状态引擎里的OAM状态信息，收集统计数据;维护OAM特定的基于多播的目标ID映射，为流量管理计算引擎传递OAM参数，发送相应的函数调用到状态引擎去执行OAM。

状态引擎：状态引擎是分类引擎和主应用之间的接口设备，通过主机接口为主应用传递状态信息，计算和存储OAM统计，启动和停止OAM流程。

状态引擎可以处理函数调用，当收到内部的函数调用和来自主应用程序的API函数调用就会发起OAM处理，计算和跟踪OAM相关统计，维护OAM状态信息;维护错误管理、中断矢量和前向性能参数;处理OAM/策略计算引擎中的状态引擎脚本。

流量管理(TM)引擎：流量管理包含的众多引擎在性能检测和故障管理方面具有很重要的作用。在OAM处理过程中，除了普通信元外，它可以为边界点的OAM处理生成告警指示信号(AIS)和前向特性监测(FPM)信元，其中通过连续性监测引擎可以生成CC信元，通过报警指示信号引擎可以生成AIS信元，通过通用报文生成引擎可以生成FPM信元;它还可以调整AIS信元至远端故障指示(RDI)信元，调整FPM信元至后向报告(BR)信元;在计算和维护性能监测统计的同时执行错误管理和性能监测脚本。

2.2 OAM特性的实现过程

故障管理环回特性：在故障管理中环回测试是一种重要的手段，它主要用来测试链路是否正常工作，图3所示为环回测试的框图。测试主要通过环回(LB)信元的收发来进行，即主应用程序以固定速度生成LB信元后插入数据链，如果规定时间内没有收到LB响应，那么就可以断定发生错误。

环回测试中各设备的处理流程如下所示，APP3100通过硬件完全支持这些OAM特性：

①设备A主程序生成LB信元发送到后级的设备B;

②发现来自设备A的LB信元，确定当前节点为中间点，传递LB信元到后级的设备C;

③发现来自设备B的LB信元，确定当前节点为边界点。编辑LB信元后反向发送LB信元回前级的设备B。

④发现来自设备C的LB信元，确定当前节点为中间节点，传递LB信元回前级设备A;

⑤发现来自设备B的LB信元，确定当前节点为边界点。

故障管理CC特性：即使没有用户信元传递，OAM也会通过连续检测来通知相邻节点虚拟通道(VC)连接保持工作。APP3100硬件OAM特性可以判断虚拟通道连接传输丢失点，因此可以用来实现CC故障管理，生成的CC信元可以用来标识链路保持工作，状态正常。

APP3100通过流量管理器中的专用CC引擎可以生成连续性信元，并在状态引擎中维持CC流的状态。

故障管理告警指示信号AIS和远端故障指示RDI特性：包含故障发现通知的OAM过程可以用来通知相邻节点在VC的某处发生连接丢失。APP3100支持AIS和RDI信元生成，因此可以用来实现故障管理告警发现通知。

当确定需要告警后，硬件会每秒自动生成一个AIS信元，主应用程序通过API函数调用添加VC到OAM多播列表，同时启动流量管理器中AIS引擎生成AIS信元。

AIS信元有时会作为远端故障指示信元再次送出。如果APP3100是连接的边界点，它会通过流编辑器计算引擎调整AIS信元，因此需为每个接收到的AIS信元建立一个RDI信元。如果APP3100是一个中间节点，它会将RDI信元传递给下一个节点。

性能监测前向特性监测(FPM)和后向报告(BR)特性：OAM过程采用FPM和BR信元来测试某特定链路的性能，确定具有优先级业务的可靠性。

在某个连接上已经有一定数量的用户信元发送后会生成FPM信元，APP3100的流量管理引擎会计算用户信元的数量并且通知通用报文生成引擎，在指定数量的用户信元已经发送后定期生成FPM信元。

状态引擎利用接收边界点的FPM信元信息来维护传递给流量管理引擎的BR信息。然后流编辑器调整FPM信元，生成BR信元并反向发送回起点。如果APP3100是中间点，它会传递BR信元给下一个节点。

3. 软件开发

LSI公司为APP3100处理器提供电信级以太OAM参考软件，支持IEEE、ITU-T、MEF等相关标准。OAM参考代码可以大幅缩短软件开发周期，减少对APP3100数据通路引擎的编程时间，同时客户也可添加特定代码，以适应不断发展变化的新标准，实现与其他设备的互联互通。

用户侧的主应用程序通过LSI公司提供的OAM中断处理接口可以接收来自状态引擎的中断，通常错误管理状态发生变化时就会引起状态引擎中断。同时，主应用程序可以发送API调用至不同的APP3100模块，如分类引擎、状态引擎和流量管理来启动或终结OAM流程，管理OAM流。

本文小结

面临激烈竞争的电信运营商，只有始终提供优质的服务并不断降低成本才能在竞争中立于不败之地，因此电信级以太网的部署成为必然的选择。基于LSI公司APP3100处理器的方案可以帮助运营商在推出新业务的同时持续降低部署成本，并且可以满足未来网络管理的需求。