基于A(yíng)TM的ADSL網(wǎng)關(guān)的研究與實(shí)現

圖3：ADSL網(wǎng)關(guān)的協(xié)議棧

在圖3中，AAL5是ATM適配層，RFC1483是ATM適配層第五類(lèi)型的多協(xié)議封裝規范，描述了在ATM端系統中怎樣在主機、橋設備和路由設備之間承載多協(xié)議業(yè)務(wù)。在ADSL網(wǎng)關(guān)中，根據ITU的協(xié)議規范，信號經(jīng)過(guò)一系列變換以ATM信元的形式輸出，因此我們要在A(yíng)TM適配層的基礎上將信號變成上層協(xié)議能夠識別的包，從而決定該包是否轉發(fā)，丟棄或者接收。根據RFC1483協(xié)議，有兩種多協(xié)議封裝的形式，一種是LLC封裝多協(xié)議，即LLC-SNAP模式，在同一個(gè)VC上承載多協(xié)議，協(xié)議類(lèi)型包含在LLC頭中，另一種是VC-MUX模式，不同的協(xié)議使用不同的VC,則不需要在協(xié)議頭中指明協(xié)議類(lèi)型，而具體哪一個(gè)VC承載哪一種協(xié)議則是在鏈路初始化的時(shí)候確定，這種方法降低了鏈路開(kāi)銷(xiāo)，但在虛擬連接數量有限的情況下多數還是使用LLC復用。實(shí)現這個(gè)功能是通過(guò)在Linux內核中加載PPPOA模塊來(lái)實(shí)現的。

PPP包中包括三種類(lèi)型的信息：

* Link Control Protocol(LCP) 用來(lái)協(xié)商鏈路參數，包的大小，以及認證類(lèi)型

* Network Control Protocol(NCP) 指明高層協(xié)議的信息，可以是IP、IPX及其控制協(xié)議。

* 數據幀

　　ADSL遵循的協(xié)議是基于ATM的，也就是在物理層是在電話(huà)線(xiàn)上調制高速數據信號，RS編碼，擾碼等一些物理層的協(xié)議，在物理層以上是以ATM信元格式輸出的，而對于A(yíng)DSL網(wǎng)關(guān)來(lái)說(shuō)，PPP over ATM Adaption Layer 5(AAL5) RFC2364是用AAL5作為成幀協(xié)議，支持PVC,SVC, PPPOA是ADSL協(xié)議棧的基本部分，它依賴(lài)于RFC1483，工作在LLC-SNAP或VC-MUX模式下，用戶(hù)端設備(CPE)封裝PPP包的過(guò)程就是以PPPOA協(xié)議來(lái)進(jìn)行ADSL環(huán)路和DSLAM上傳輸數據的。AAL5的公共部分匯集子層（CPCS）的協(xié)議數據單元如圖4所示：

　　其中CPCS-PDU Payload部分是AAL5協(xié)議的數據部分，最大為216-1個(gè)字節，這是因為在下面的二字節的LENGTH域中限定的。PAD中有48個(gè)字節，剛好為一個(gè)信元的數據域，由SAR(分段重組)子層生成，CPI域是為了使CPCS-PDU TRAILER成64位而填補上去的，CRC采用32位的循環(huán)冗余校驗碼。

　　在我們的ADSL網(wǎng)關(guān)設計中，考慮到有限的虛擬連接的數量，我們采用的是LLC封裝多協(xié)議的模式，即LLC-SNAP模式，其CPCS-PDU Payload域如圖4所示。包括：

* LLC頭：3字節，其中兩個(gè)字節指定了一個(gè)目的SAP(0xFE)和源SAP(0xFE)，后面是幀類(lèi)型，為Un-numbered Information=0x03

* Network Layer protocol Identifier(NLPID)，這里使用的是PPP，其類(lèi)型值為0xCF

* PPP協(xié)議標識域為一和二字節

* PPP信息域

* PPP填充域

　　對于局域網(wǎng)內的用戶(hù)通過(guò)以太網(wǎng)口和Wireless LAN的天線(xiàn)與網(wǎng)關(guān)互聯(lián)，其中以太網(wǎng)和Wireless LAN使用不同的網(wǎng)段，網(wǎng)關(guān)要做的事情是看用戶(hù)的IP包，如果是發(fā)往本局域網(wǎng)的，那要看是不是同一個(gè)網(wǎng)段的，如果是則丟棄，如果不是則發(fā)向另一網(wǎng)段，也就是說(shuō)在本地的包業(yè)務(wù)通信中，起了一個(gè)橋接的作用。如果不是發(fā)向本局域網(wǎng)，而是發(fā)向廣域網(wǎng)的包則通過(guò)PPP端口轉發(fā)，實(shí)現其路由功能。以太網(wǎng)的驅動(dòng)程序和WLAN驅動(dòng)程序在Linux中也是作為一個(gè)可載入模塊加載到Linux內核中。

　　為了實(shí)現應用網(wǎng)關(guān)功能，在應用層我們還根據實(shí)際需要實(shí)現了基于IP地址過(guò)濾的防火墻，網(wǎng)絡(luò )地址解析，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理，動(dòng)態(tài)主機地址分配，和WEB服務(wù)器，

　　重新編譯內核時(shí)去掉對硬盤(pán)，鼠標，顯卡，鍵盤(pán)的支持，只保留一個(gè)簡(jiǎn)單的文件系統，并放在Flash上，這樣可以在線(xiàn)升級網(wǎng)關(guān)操作系統。內核的核心主要是進(jìn)行內存管理，啟動(dòng)和中斷。將PPPOA模塊、以太網(wǎng)以及WLAN驅動(dòng)模塊編譯進(jìn)內核，內核程序與網(wǎng)絡(luò )設備接口間采用消息驅動(dòng)方式，三個(gè)模塊對應三個(gè)消息隊列和三個(gè)通信例程，每個(gè)例程負責監聽(tīng)相應端口的數據（對應一個(gè)消息隊列），當接受到消息時(shí)，使進(jìn)程轉入處理程序，進(jìn)行內存刷新、加工數據幀頭、發(fā)送消息等工作，消息隊列如果沒(méi)有消息存在，該進(jìn)程就釋放CPU給其它進(jìn)程。由于一些寄存器（DCR，SPR等）的值和外設的I/O空間要映射到物理內存空間，所以要在TLB中鎖定這些內存，在為三個(gè)PCI設備進(jìn)行內存分配時(shí)，要判斷分配的內存空間是否與鎖定的內存空間重疊。另外我們在硬件設計上使用了串口(RS-232)作為調試接口，可以在shell中測試系統命令，運行應用程序，或用GDB對應用程序進(jìn)行調試，另外shell還用于對系統進(jìn)行配置。配置包括配置全局參數對網(wǎng)關(guān)的命令行接口，需要配置撥號PPP over ATM端口、以太網(wǎng)和WLAN端口。在配置前需要確認ADSL線(xiàn)路與DSLAM連接，要有一個(gè)靜態(tài)IP地址或者由ISP負責動(dòng)態(tài)IP地址分配。網(wǎng)關(guān)在啟動(dòng)時(shí)，BIOS上電自檢，加載文件系統，引導網(wǎng)關(guān)操作系統，ADSL線(xiàn)路進(jìn)行握手操作，初始化鏈路，進(jìn)入SHOWTIME。

三、 進(jìn)一步的工作及展望

　　ADSL網(wǎng)關(guān)集ADSL modem 和應用網(wǎng)關(guān)于一體，既完成ADSL接入的模擬的調制解調工作，又在此基礎上實(shí)現了資源共享，簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò )管理以及網(wǎng)絡(luò )安全方面的功能等，是一種有著(zhù)廣泛應用前景的技術(shù)