（检测技术与自动化装置专业论文）电信级以太网检测技术及其验证模型研究.pdf

摘要 摘要 随着网络技术的不断发展，传统的城域网技术在传送新兴的数据业务上逐渐 暴露出其局限性，而以太网技术在城域网领域中却显示出了前所未有的活力。电 信级以太网已经成为下一代城域网最有价值的技术之一，以太网o a m ( 操作管理 维护) 技术为电信级以太网的运行提供完善的q o s ( 服务质量) 保障，是以太网 进入运营商领域不可或缺的技术。芯片验证是一个确认芯片设计是否准确无误地 实现既定规格与技术指标的过程。在芯片开发过程中，验证是不可避免的，它需 要耗费较长的时间和大量的人力、物力。如何提高验证生产率，缩短验证周期已 成为当今i c 开发需要面对的一个普遍课题。 本文首先对以太网o a m 技术进行深入的研究，包括对其需求背景和协议体系 分析，基于e t l l e m e to a m 8 0 2 1 a g 协议对o a m 基本功能进行阐述，然后为华为海 思半导体公司某款分组传送芯片组的o a m 设计模块提出一种芯片验证解决方案， 分析了o a m 模块的需求规格，进而对需求规格进行测试点分解和验证用例的设 计。验证方案的实现过程作了具体的描述，本方案实现基于v m m 芯片验证方法 学搭建芯片验证环境，搭建验证环境的工作包括激励设计、总线功能模型设计和 参考模型设计等等。最后通过执行验证用例对o a m 设计模块进行反复调试，经过 长时间的结果分析和代码修改，o a m 设计模块达到了设计规格的要求。 同时研究了一种基于c + + 、t c l ( 工具命令语言) 和v e f i l o g p l i ( 可编程语言 接口) 联合仿真的芯片验证解决方案。详细介绍了联合仿真验证的思想和体系架 构的划分原则以及仿真验证的执行细节与步骤。基于本方案设计激励组件用到了 c h 扩展t c l 脚本语言技术，设计总线功能模型组件用到了c _ h 扩展v 硪l o g 的 p l i 技术，设计参考模型和执行仿真用到了c + + 动态库加载方法，在构造联合仿真 环境的时候用到了共享缓存区技术。 最后比较分析了两种验证方法的优缺点，结合这两种验证技术提出了一种新 的验证方法并且对这种新方法进行了探索性的设计。 关键词：电信级以太网，o a m ，故障检测，芯片验证 a b s t r a c t a b s t r a c t a l o n g 谢n lt h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h eo p e r a t i o nm a k eu po fh i g h i pd a t at r a n s m i s s i o na n dm u l t i m e d i ai sm o r ea n dm o r ei m p o r t a n ti nt e l e c o mm a r k e t ，a n d d e c l i n eo ft r a d i t i o n a lv o i c eo p e r a t i o ni si n e v i t a b l et r e n d t r a d i t i o n a lm e t r o p o l i t a na r e a n e t w o r kt e c h n o l o g yh a v ed e f e c t so nn e wd a t at r a n s m i s s i o no p e r a t i o n , a n dd u et ot h e a g i l i t ya n ds i m p l e n e s so fe t h e m e tt e c h n o l o g yw h i c hi ss w i f td e v e l o pl a t e l y , e t h e m e t t e c h n o l o g ys h o w sp r o d i g i o u se n e r g yi nm e t r o p o l i t a na r e an e t w o r k t e l e c o me t h e m e t h a v eb e c o m et h eo n eo fm o s ti m p o r t a n c et e c h n o l o g yi nn e x tg e n e r a t i o nm e t r o p o l i t a n a r e an e t w o r kt e c h n o l o g y e t h e r n e to a mc a np r o v i d ee t h e m e tw i mp e r f e c tq o s b e c a u s ee t h e m c to a mw o r ki nn e t w o r kl i n kl a y e ra n dd on o td e p e n do nn e t w o r k t o p o l o g ya n di d i o g r a p h i co p e r a t i o n ，s oe t h e m e to a m i sn e c e s s a r yf o re t h e r n e tt oc o m e i n t ot e l e c o mc o r p o r a t i o n a s i cv e r i f i c a t i o ni sap r o c e s sw h i c hc a na f f i r mt h ec o r r e c t n e s so fa s i cd e s i g n a t t h ep r e s e n tt i m e ，t h es i z eo fi cd e s i g nh a v er e a c h e dm i l l i o ng a t e se v e nm u l t - i m i l l i o n g a t e s ，a s i cv e r i f i c a t i o nt a k eu p7 0p e r c e n ti ni cd e s i g na n dv e r i f i c a t i o ne n g i n e e ri s t w i c ea sm a n ya sd e s i g ne n g i n e e r a s i cv e r i f i c a t i o ni si n e l u c t a b l ea n di te x p e n d sm a n y r e s o u r c e a s i cv e r i f i c a t i o nc a nn o tb r i n gb e n e f i t si m m e d i a t e l y , a c t u a l l yb e n e f i t si s b r i n g e db ya s i cd e s i g n h o wt oa d v a n c ev e r i f i c a t i o ne f f i c i e n c yt h a tb e c o m ea n i m p o r t a n tp r o b l e mi ni cd e s i g n f i r s t , t h i sp a p e rs t u d y se t h e r n c to a ms e r i o u s l yi n c l u d ea n a l y s i n gr e q u i r e m e n t , b a c k g r o u n da n dp r o t o c 0 1 s e c o n d ，b ys e a r c ho fe t h e r n e to a mt e c h n o l o g y , i n t r o d u c i n g aa s i cv e r i f i c a t i o nm o d e lf o ro a mm o d u l e ，w h i c hi st h ep a r to fo n eh i s i l i c o n c o r p o r a t i o ng r o u p i n gt r a n s m i s s i o na s i c ，t h ew o r ki n c l u d ea n a l y z i n gt e s tp o i n t sa n d d e s i g n i n gt e s tc a s e s t h ev e r i f i c a t i o nm o d e li sm a d eb yv m mm e t h o d o l o g y , a n d v e r i f i c a t i o ni sm a d eo fb f m ，d u va n dr me t c t h i sp a p e ra l s oa n a l y s ea n o t h e r v e r i f i c a t i o nm e t h o db yu s i n gc + + ，t c l ，v e d l o g p l i f i n a l l y , t h i sp a p e rc o m b i n e st w o m e t h o d st ob r i n gf o r w a r de x p e c t a t i o n so na s i cv e r i f i c a t i o n k e y w o r d s ：t e l e c o me t h e m e t ，o a m ，f a u l t sc h e c k i n g , a s i cv e r i f i c a t i o n i i 缩略语 缩略语 名称 内容 q o s q u a l i t yo fs e r v i c e 服务质量 o a m o p e r a t i o na d m i n i s t r a t i o na n dm a i n t e n a n c e 操作管理维护 t c lt o o lc o m m a n dl a n g u a g e 工具命令语言 v e r i l o g 硬件描述语言 s y s t e m v e r u o g硬件描述及验证语言 p l i p r o g r a ml a n g u a g ei n t e r f a c e 可编程语言接口 p d hp l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 准同步数字系列 s d h s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 同步数字系列 t d mt i m ed i v i s i o nm u l t i p l e xa n dm u l t i p l e x e 时分复用和复用器 a i t m a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e 异步传输模式 m p l sm u l t i p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g 多协议标签交换技术 m e f m e t r o p o l i se t h e m e tf o r u m 城域以太论坛 v l a nv i r t u a ll o c a ia r e an e t w o r k 虚拟局域网 d i f f s e r vd i f f e r e n t i a t e ds e r v i c e 差分服务 r p r r e s i l i e n tp a c k e tr i n g 弹性分组环 e p le t h e m e tp n v a t el i n e 以太网专线业务 e v p l e t h e m e t v i r t u a ip d v a t el i n e 以太网虚拟专线业务 e p l a ne t h e m e tp d v a t el o c a la r e an e t w o r k 以太网专网业务 e v p l a ne t h e m e tv i r t u a lp d v a t el o c a la r e an e t w o r k 以太网专网业务 a l sa l a r mi n d i c a t i o ns i g n a l 告警指示信号 r d lr e m o t ed e f e c ti n d i c a t i o n 远端缺陷指示信号 d u v d e s i g nu n d e rv e r i f i c a t i o n 验证下的设计模块 丁c a m t e r n a r yc o n t e n ta d d r e s s a b l em e m o r y 三态快速查找存储器 7 l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：型盈函叁日期：绎月护日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检素，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名：透虱趣导师签名：邀扭 日期：年月 e 1 第一章引言 1 1 电信级以太网简介 第一章引言 以太网具有良好的经济性、互通性和易用性等优势从而得到了普遍的应用【l j ， 它作为一种快速、简单和高带宽的局域网技术，在企业中已经使用了3 0 年之久， 但是以太网原来只是作为一种网络互联技术而存在，由于不具备电信运营商要求 的属性，所以多年来人们一直低估以太网的应用【2 】。 目前，以太网在全球大规模应用，以太网接口已经成为事实上的通用业务插 座，各类高速以太网接口因经济规模带来的成本优势加速使用，以太网现已成为 一种标准，运营商既用它来提供接入业务，也用它来提供端到端业纠引。电信级以 太网的名称随着2 0 0 1 年城域以太网论坛( m e f ) 的成立逐步进入了人们的视野， 最初称为城域以太网，2 0 0 4 年后慢慢出现运营级以太网的称呼【4 】。随着电信级以 太网技术和标准的快速发展，以太网逐步向城域网和广域网延伸，从而作为电信 级传送技术提供多业务承载【5 l 。 ，1 1 1 电信级以太网的应用 为企业而设计的城域以太网早已进入了教育、保健和金融部门，现在的应用 开始变得越来越复杂，除了进入医疗图像和金融事务处理等领域，在学校里，以 太网既用来支持其行政工作，也用于互联网连接各个学校和图书馆的回传线路。 但是无论在企业市场还是在住宅市场，电信级以太网没有单一的杀手锏应用，只 是出现了一些引入注目的应用p j 。 对企业而言，它们越来越把以太网看作一石多鸟的手段，包括把它们的i t 和 电话基础设施标准化为一种技术以及容纳不断变化的企业需求，甚至希望能把灾 后恢复、磁碟镜像、规制遵从、数据中心备份等工作都通过以太网集中在一起。 例如：在规制遵从方面，现在有些国家的医疗保险便携与说明法以及电子签名法 都要求企业留存和实时交换相应文档，其中有些文档是很大的，如病人的x 光片， 这使以太网成为连接办公室或企业的一种很有吸引力的手段，因为它的带宽能力 强。对中小企业尤其有吸引力，因为它们不再需要养一个很大的r r 部门去管理各 电子科技大学硕士学位论文 种不同的技术，如a t m 和帧中继等【3 j 。 在住宅市场，同样因为以太网设备便宜而且具有吸引力。在接入网，每端口 价格比d s l a m 和p o n 约便宜2 0 3 0 。成本上的节省，再加上电信级以太网的 管道粗，使它能够很好满足带宽密集的住宅业务，如i p t v 和t r i p l ep l a y ( 话音、 数据和视频) 等，并且在价格上也具有优势，价格对发展用户有时候比速度还重 要，电信级以太网还便于运营商以简单的资费向住宅用户提供一揽子业务【3 】。 电信级以太网的成本优势和简易性现在丌始在全球范围内显现出来，大批量 的设备采购使以太网成本结构成为全球性的结构，有助于设备成本下降，使业务 提供商可以在更多的企业和住宅应用中使用以太网技术来开展业务，进一步有利 于电信级以太网在企业和住宅的应用p j 。 1 1 2 电信级以太网的属性 m e f 从网络和业务的视角为电信级以太网定义了五个属性，包括标准化、可 扩展性、业务管理、可靠性、服务质量。此外，对于t d m 等传统业务的兼容和支 持也是对于电信级以太网的关键要求之一。 ( 1 ) 标准化 标准化主要是强调组网技术和设备要具备良好的互联性，实现不同厂商和运 营商之间的业务互通。在电信级以太网技术中起主导作用的标准组织主要有i e e e 、 m e f 、i t u t 和i e t f 等，它们的努力方向和工作侧重点有所不同。 h u t 、i e e e 、i e t f 和m e f 广泛合作，不断为电信级以太网在全球的普遍应 用扫清兼容性和标准化障碍，并积极尝试完善其技术上的某些局限性。目前已在 业务、框架、o a m 、业务保护和扩展性等方面的标准化上有了许多突破性进展。 ( 2 ) 可扩展性 电信级以太网的扩展性主要关注支持用户的数量、业务识别控制能力和组网 规模等扩展性方面的问题。在用户数量扩展性方面，m a e i n m a c 和q i n q 较好的提 供了地址分级、用户定位和业务分流的解决方案。在业务识别和控制方面，通过 m p l s 的标签或者v l a n ( 虚拟局域网) 标签规划，亦或p b b - t e 中的1 - t a g 都 可以较好的提供业务识别与控制能力。在组网方面，基于m s r 扩展的环网控制协 议和g 8 0 3 2 都可支持多环灵活组网，另一方面，h v p l s 、p b b t e 和t - m p l s 都 在标准中考虑了大规模组网的可扩展性问题。 ( 3 ) 服务质量保证 2 第一章引言 电信级以太网强调具有良好的q o s 机制，可以在e i r c i r 、丢包、时延和抖 动等特性的基础上提供端到端的服务质量保证，从而保障s l a 的实施。从全网角 度而言，端到端的q o s 一定是通过分层分级的方式来提供的，在不同层次，其粒 度是有差异的。 这里面就包括区分服务和带宽保证。区分服务可针对某种服务类型，提供不 同级别的服务。将区分服务与带宽保证结合起来，可以限定用户的带宽，从而将 用户不同的业务进行分类，提供差异化服务，最终平滑过渡到h a r do o s 。在目前 在实际应用中，城域骨干网以基于d i f f s c r v ( 差分服务) 为主的q o s 技术提供突 发拥塞时的q o s 保证。业务接入控制点根据物理端口、逻辑子端口或8 0 2 1 pc o s 位完成对接入用户的分类和三层q o s 字段标记( i pp r e e e d e n e e 或e x p ) ，并实现用 户上行流量的限速和用户下行流量的限速、整形。 ( 4 ) 高可靠性 长期以来，制约以太网在电信网络上使用的主要原因之一就是传统以太网在 大规模运营时的可靠性问题。为了提高可靠性，在拓扑上多采用星型双归属、环 形和网状拓扑方式。在保护技术上包括链路聚合保护( i e e e 8 0 2 3 a d ) 、生成树保护 ( s t p r s t p m s t p ) 、以太环网保护( e a p s 、m s r 等) 、r p r ( 弹性分组环) 保护 ( w r a p p i n g 、s t e e r i n g ) 、线性保护( g 8 0 3l g 8131 ) 和a l n p 保护( m p l se r r ) 。 在以上保护技术中，除了链路聚合与生成树技术自愈时间较长外，其它技术 大多可以实现5 0 m s 量级的业务自斜6 】。 ( 5 ) 电信级业务管理 以太网原来主要用于l a n 环境，操作维护管理( o a m ) 能力较弱，且目前只 有网元级的管理系统，其管理工具不足以支持公用电信网所必须的网络管理。另 外，光以太网是以点到点方式直接相连的，省掉了传输设备，难以提供端到端的 业务管理、故障检测和性能监视，使以太网中发生的故障更难以诊断和修复。 以太网可以在多种不同的服务层上传送，而且它的客户层也是多种多样，非 以太网的底层( 服务层如s d h ) 或高层( 客户层如i p ) 的o a m 功能都不能替代 以太网o a m 的功能。为了在以太网层能确定以太网的连通性，有效地检测、确认 并定位出源于以太网层网络内部的故障，以太网层需要提供一个完全不依赖于任 何客户层或服务层的o a m 机制，该需求对于电信级以太网的独立发展是至关重要 的。 3 电子科技大学硕士学位论文 1 2 芯片验证技术简介 芯片验证和芯片设计就像是一对双胞胎，芯片验证在最近几年才真正的被大 家关注。芯片验证工作的执行过程对芯片的最终交付质量起重要作用，验证人员 应该遵循一套科学的流程执行验证活动，不论使用的工具和使用的验证语言如何， 验证工作的流程基本是一致的。 芯片开发行业的普遍共识为芯片开发团队应该由设计团队和验证团体共同组 成，由芯片设计人员进行设计工作而由芯片验证人员进行验证工作。在国外，大 部分芯片开发公司为了确保芯片交付的质量，从事芯片验证的人员数量一般是芯 片设计人员的两倍，但是在国内芯片验证人才严重不足的情况下，某些芯片开发 公司内的验证人员数量甚至少于设计人员，这样的现实情况为我国企业芯片交付 的可靠性提出了巨大的疑问。目前我国芯片开发行业遇到的最大瓶颈是芯片设计 规模的日益扩大和芯片设计质量无法保证的矛盾，探索出一套适合我国芯片开发 的科学流程显得极其重要。 芯片开发流程中设计团队和验证团队分为两条平行的工作主线，他们各自有 一些技术活动存在部分的时间重叠。 设计团队工作 设计实麓点u r 启动点f i p g a 测试启动点 iii 圆圈圈i i 修改代码 进行1 1 r 工作i 进行s t - f 作 仿真建筷ii 搭建i t 验证平台 - 验证团队工作 开始点 i 验证实麓点 i i t 启动点盯启动点结束点 图1 1 芯片开发流程 如图1 1 所示，验证团队和设计团队的工作起始于产品需求，产品需求是由客 户提出的因此比较抽象，需要系统设计人员( 可以由部分验证和设计人员组成) 把产品需求翻译成更加容易被技术人员理解的产品规格。 系统设计人员根据产品规格编写总体设计方案，在编写总体设计方案的过程 中验证人员开始对总体设计方案的关键技术点进行仿真建模，通过前期对总体设 4 第一章引言 计方案的仿真建模可以从源头验证芯片的设计是否存在缺陷，并且可以及时地修 改总体设计的策略。验证人员在仿真建模的过程中要注意设计组件重用性的考虑 为后期的工作提供方便。 当仿真建模执行到了一定的阶段后，设计团队和验证团队开始分别编写设计 方案和验证方案。设计团队在编写详细设计方案的后期开始编码工作，此时验证 团队开始r r ( 集成测试) 环境的搭建工作。设计代码编写完成后，由设计人员进 行u t ( 单元测试) 工作，这时设计人员可以利用验证人员在前期搭建的r r 平台 进行u t 。i t 工作环境搭建完毕后，验证人员开始i t ，在i t 的后期部分验证人员 参与s t ( 系统测试) 验证环境的搭建工作。s t 验证平台搭建完毕后，验证人员进 行s t 工作。设计人员在s t 的前期或者后期( 图1 1 中所示为后期) 进行f p g a 的试验板测试。当满足客户需求并且芯片缺陷收敛时，设计团队和验证团队的工 作基本结束，最后芯片开发公司提交芯片设计网表到芯片流片工厂投片生产，样 片测试通过后正式交付客户芯片。 1 1 验证活动点 如图1 1 所示，验证活动相对于设计活动的工作项目比较多，因此需要合理的 安排验证工作的进度及内容，可以根据验证活动的关键技术点确定验证策略。 缺陷密度 模块内缺陷密苍片集成缺陷 验证彤r 段 模块级联缺陷 图1 - 2 验证关键点与缺陷空间的关系 如图1 2 所示，从设计缺陷分布空间上看，缺陷主要出现在模块内、模块间和 系统集成三个层面，对此，定义了u t 、r r 、s t 三个抽象层面的验证活动关键点 与其相匹配。 u t ( u n i tt e s t ) 为单元测试，关注模块内部的缺陷。通过u t 阶段，验证活动 基本可以把模块内部的缺陷找到并解决。 5 电子科技大学硕士学位论文 i t ( i n t e g r a t et e s t ) 为集成测试，关注模块接口和级联的缺陷。i t 阶段集中测 试各个子模块级联后的缺陷，并且此时要对被验证模块进行某些异常情况的测试， 例如：反压测试、边界测试等等。 s t ( s y s t e mt e s t ) 为系统测试，关注每个关键模块整体集成后的缺陷。s t 阶 段是把所有的设计模块级联起来，从芯片应用的最高层次对其验证，一般需要和 f p g a 板上测试互补进行。 这些验证活动的验证空间全集是否能覆盖所有的或绝大部分的缺陷空间，是 制定验证策略时需要考虑的关键问题。如图1 2 所示，缺陷检测集中于u t 阶段， 稳定于r r 阶段，收敛于s t 阶段。 2 ) 测试方法学 芯片验证流程的不同阶段可以根据表1 1 的测试方法制定测试策略。 表1 - 1 测试方法 方法 定义 黑盒验证验证时把对象看作不能打开的黑盒子，在完全不考虑内部结构和内部 特性的情况下，验证者在接口进行验证。黑盒法是穷举输入验证，只 有把所有可能的输入都作为验证情况使用，才能以这种方法查出所有 的错误，例如：随机测试 白盒验证知道产品内部工作过程，可通过验证来检测产品内部动作是否按照规 格说明书的规定正常进行，一般状态机以及一些关键信号的相关测试 点使用白盒的描述方法 等价类划分 每个输入条件被划分为两组或多组集合，依据有代表性的正确与不正 确的输入集合产生验证用例 边界值验证依据等价类中的边界值进行验证用例生成与验证 错误推测法验证人员根据经验假设错误可能发生，并专门设计验证用例来暴露这 些错误 u t 验证活动前期根据功能点提取测试点，然后使用等价类划分方法对验证模 块进行定向测试，这样可以根据需求功能快速定位芯片可能发生错误的情况；在 u t 阶段的后期和i t 阶段的前期，使用黑盒验证和边界值验证方法，对测试对象 发送随机的激励或者对内部表项进行边界值读写操作，检查在这些苛刻条件下芯 片工作是否正常；在i t 阶段后期和s t 阶段，使用白盒验证和错误推测法测试， 此时验证人员已经对设计模块的内部实现有了一定的认识和了解，因此可以在检 视代码的同时，结合电路特点对其进行一些发散测试或者根据自己的经验构造验 证用例，但是在s t 阶段一定站在芯片使用的层次，把握芯片应用的条件和使用结 果对其测试。 6 第一章引言 注意在不同的验证活动点应该使用合适的验证方法，如果方法使用不当不仅 会对验证进度造成影响也会对设计人员定位问题造成不便，例如：如果在u t 阶段 前期就使用随机黑盒测试，虽然能发现问题但是由于对激励的内容不清楚，不利 于验证人员分析结果也不利于设计人员定位缺陷，合理的使用测试方法才能高效 的进行验证活动。 1 3 本论文目的、意义及章节安排 本文以e t h e m e to a m8 0 2 1 a g 协议为基础介绍以太网o a m 原理，基于e t h e m e t o a m 8 0 2 1 a g 协议对华为海思半导体有限公司的某款分组交换传送芯片组的o a m 模块进行了芯片验证方案设计和验证实现。 第一章绪论 从电信网的演进背景引出了电信级以太网的概念，介绍芯片开发流程，以及 本论文的意义、目的和章节安排。 第二章电信级以太网o a m 研究 从电信级以太网o a m 的需求和背景出发，介绍以太网o a m 的协议体系、内 容、区别和应用场景，并且对e t h e r n e to a m8 0 2 1 a g 协议进行了深入的分析研究。 第三章基于e t h e m e to a m 8 0 2 1 a g 协议芯片验证流程 介绍华为海思半导体有限公司某款分组交换传送芯片组的开发背景，阐述 o a m 模块在此款分组交换传送芯片组内的功能，分析o a m 模块的设计规格并且 在此基础上分解了测试点、设计验证用例。 第四章基于v m m 验证方法搭建验证环境 介绍s y s t e mv e r i l o g 验证语言和v m m 验证方法学，通过应用v m m 方法学搭 建验证环境，详细阐述了验证组件的具体设计过程并且分析了验证执行的结果。 第五章基于t c l 、c + + 和v e r i l o g p l i 联合仿真搭建验证环境 介绍使用基于t c l 、c + + 和v e r i l o g p l i 联合仿真搭建验证环境的方法，阐述 c + + 扩展t c l 脚本语言和c + + 实现v e r i l o g p l i 的方法，以及构建联合仿真必要的 共享缓存区方法。 第六章总结 分析第四章和第五章两种搭建验证环境方法的优点和不足，提出一种结合两 种验证方法优点的新方法。 7 电子科技大学硕士学位论文 第二章电信级以太网o a m 研究 2 1 电信级以太网o a m 的需求背景 e t h e m e t 技术被广泛应用，而且已经成为整个通信网络中最重要的技术之一， 同其他网络相比以太网建网成本低的优势越来越明显，但随着e t h e m e t 网络的不断 发展，特别是局域网进入到广域网后，网络的管理和维护工作显得越来越重要【7 】【8 1 。 传统的网络管理和维护有以下缺点： 1 传统企业以太网没有提供电信级的运营手段 2 现有以太网维护手段不能完全定位网上问题 3 现有的测试帧，只能测试s d h 侧的连通性 4 现有的环回功能不能对业务进行选择性环回 e t h e r n e to a m 提供上述问题的解决方案，能够【9 】： 1 实现故障的定位 2 实现故障的检测 3 实现保护倒换 2 2 电信级以太网o a m 的协议体系 以太网相关标准，一直以来是由i e e e8 0 2 委员会制定的，因此对以太网的操 作管理和维护，i e e e8 0 2 委员会也积极制定( 包括吸收其它组织的成果) 相关的 标准，其中包括连接性发现技术( 8 0 2 1 a b ) t l o l 、连接性故障管理( 8 0 2 1 a 曲、拥塞管理 ( 8 0 2 3 f ) 、链路安全技术( l i n ks e c u r i t y 工作组) 和最后一公里o a m8 0 2 3 a h 。 i e e e8 0 2 1 a g 协议主要提出基于以太网承载网络的连接检测的o a m 功能，包 括c c l o o p b a c k l i n k t r a c e a i s 等功能。业务类型包括e p l 、e v p l 、e p l a n 、 e v p l a n ，支持q i n q 、m p l s 等场景。值得一提的是，e t h a n n e to a m8 0 2 1 a g 在 应用上对业务有一定的要求，特别是q i n q 业务涉及到的场景较多，对于m p l s 业 务不支持在m p l s 网络上创建维护点，但支持e t h e n e to a m 的维护域穿过m p l s 网络。实现分层、分段管理，运营商、供应商和用户网络均可运用【i 。 8 第二章电信级以太网o a m 研究 i e e e8 0 2 3 a l l 协议主要定义用于用户接入部分的以太网物理层规范，包括铜 线、p o n 和光纤等以及接入部分的以太网o a m 。e t h e r n e to a m8 0 2 3 a h 关注的是 以太网“最后一公里”的o a m ，其实现不针对具体的业务，它通过发现、环回、 链路监控、故障检测等机制来完成以太网点到点的维护。e t h e m e to a m8 0 2 3 a h 协 议作为低速率协议不会影响到用户的数据流，o a m 占有的带宽非常有限，通常情 况下对链路不会产生大的影响。e t h e r n e to a m 协议相对于传输介质是独立的，通 过对m a c 地址的使用，o a m 报文一般只会在m a c 层处理，不会影响到e t h e r n e t 的其他层次。“最后一公里”主要是值的网络边缘的接入设备间的物理连接，e t h e r n c t o a m8 0 2 3 a h 主要用于这些网络物理链路的故障检测、环回等操作维护f l2 1 。 i e e e8 0 2 1 a g 和i e e e8 0 2 3 a l l 的应用情况从横向，即网络的接入层和汇聚层 位置上看，可以表示为以下模型【1 3 1 ： o jl ；：c e 卜 - qc e 图2 ie t h e m e to a m 横向应用模型 如图2 1 所示，e t h e r n e to a m8 0 2 3 a h 主要应用于边缘接入即“最后一公里 以太网，对应用户侧网络，而e t h e m e t o a m8 0 2 1 a g 跨越中间网络，对应城域网络 和核心网络。 从纵向上看，e t h e n l e to a m8 0 2 3 a h 主要用于传输层( 此处可认为物理层) ， 而e t h e r n e to a m 8 0 2 1 a g 可以跨越传输层、网络层和服务层，如图2 2 所示【l 剐： 9 电于科技大学硕十学位论文 罔2 - 2e t h e r n e t o a m 纵向应用模型 23e t h e r n e to a m8 0 21 a g 协议简介 e m 锄do a m8 0 2l a g 的基本概念参考图2 - 3 进行介绍 幽2 - 3e t h 啪e t o a m8 0 2 l a g 示意凹 维护域m d ( m a i n t e n a n c ed o m a i n ) 指需要对其进行o a m 操作的一个网络， 通常是由互相连接的多个以太网设备组成的一个域。一个m d 中可以支持多个服 务实例( s e r v i c e i n s t a n c e s i ) ，即维护联盟m a ( m a i n t e n a n c e a s s o c i a t i o n ) 。一个 m a 一般对应一个或一组v l a n ，可能穿越多个设备，当m a 穿越的设备端口处 在m d 的内侧边缘，可将该端口设置为m e p ( m a i n t e n m a c , ee n dp o i n t ) ，其它用于 第二章电信级以太网o a m 研究 实现m e p 间连接的端口，称为m 口( m a i n t e n a n c ei n t e r m e d i a t ep o i n t ) ，m e p 和m i p 统称为m p 。故障检测是在一个m a 中所有m e p 之间进行的。m d 关注于设备( 网 络) ，m a 关注于m e p ，而m i p 和m e p 关注于设备上的端口【1 3 】。 m e p 是维护域的边缘点，它可以发出e t h e m e to a m 消息报文，并能响应 e t h e m e to a m 消息报文。 维护边缘点的属性【1 3 】： 1 必须允许所有的数据帧通过，而不考虑它们的方向。 2 必须检查所有顺着上图所示箭头方向通过本m e p 的o a m 消息，必须让 那些高于本m e p 所在层次级别的o a m 消息直接通过，而不再作进一步 检查，必须丢弃所有低于或者等于本m e p 所在层次级别的o a m 消息。 3 必须检查所有逆着上图所示箭头方向通过本m e p 的o a m 消息，必须让 那些高于本m e p 所在层次级别的o a m 消息直接通过，而不再作进一步 检查，必须处理那些属于本层次级别的o a m 消息，必须处理并且丢弃所 有的低于本m e p 所在层次级别的o a m 消息。 4 可以生成并且沿着相应的操作码规定的方向传送与本m e p 同层次级别的 o a m 消息。 m 口是维护域的中间维护点，它不能发出e t h e r n e to a m 消息报文，但它能对 e t h e m e to a m 消息报文作出响应。 维护中间点的属性【l3 】： 1 必须让所有的数据帧通过。 2 必须检查所有通过本m i p 的c f m 消息。 3 必须让那些高于本m i p 所配置级别的c f m 消息通过。 4 根据某些特殊的操作码或目的m a c 地址，或者透传，或者透传并处理， 或者截取并处理所有与本m m 同级别的c f m 消息。 5 根据某些特殊的操作码，丢弃或者处理所有低于本m i p 级别的c f m 消息。 6 根据某些特殊的操作码，对那些截取并处理的并且在本m i p 级别的c f m 消息，应该生成响应消息，并且在某一个方向上传送。 e t h e m e to a m 功能支持分层管理，如图2 4 【1 3 】所示，高层管理域可以跨越低层 管理域，低层管理域无法跨越高层。e t h e m e to a m 通过在o a m 帧中加入管理级 别( l e v e l ) 字段实现分层管理。对于高于自己级别的o a m 帧，各m p 作透传处 理，对于低于自己级别的o a m 帧，各m p 直接丢弃，对于等于自己级别的o a m 帧，根据o a m 帧的消息类型，或响应、或终结。 议日6 u 支持0 7 共8 个层次级圳管弹域的划分，“0 ”层次管理域级别最高， 1 7 级别依次递减。根据高低层管理域剐的相互关系，我们可以看到越是处r 嘲 络外层的设备所处的管理域就要越高，因此处于网络最外层的私网用户的维护域 级别可建议设置为“0 2 ”，设备提供商及运营商所处的级别建议分别吐置为“3 4 ”、 “5 7 ”。 c eo p e r a t o rap r o v i d rb r l d 9 0 3o p e r a t o rbp r o vf d e rb r i d 咿c e 一 p h “商面el e v e i 一 。+ 巨 舅一一w 一一m m 。怂黜妒r 。e y v v v v ”a i n t e n d p o i n t 5 j j o i a l n t o c oi n t e d i p o i n t 5 2 31 连通性检测功能 i a e n t 川e c l o f g m i c a lp a 巍矗 c c ( c o n t i n u i t yc h e c k ) 即连通性检测，c c 功能用于故障检测，它被设定在 m e p 上川于在一个维护域内检测到其他m e p 的网络连通性【i “。每个m e p 会周期 性地向维护域内其他m e p 发送c c 报文。如果某个m e p 在特定j 土j 期内没有收到 另个m e p 的c c 报文，则可以认为网络有问题，井e 报c cl o s 告警。c c 报 文为j 插报文，其连通性检测是单向的检测，即只检测从源端到宿端单方向链路 的连通性好坏，并小关注从宿端到源端链路的连通性好坏。 如图2 - 3 所示，当维护点m e p a 的c c 状态激活时，它会向由m e p a 参与组 成的维护域广播c c 报文维护域中其它的维护点m e pb 和m e pc 在收到这个 c c 报文后，启动c c 定时检测功能，并预期至多在35 倍维护点m e p a 的c c 发 送周期时间内收到维护点m e p a 发送来的下一个c c 报文，否则认为链路故障， 并上报c cl o s 告警。 第二章电信级以太网o a m 研究 c c 报文的发送和接收均属于m e p 特有，m i p 既不发送c c 报文，也不处理 c c 报文。c c 是针对单向链路的检测，需要明确的是，对于一个m e p 它既可以自 己发送c c 报文，同时也可以接收和处理c c 报文，即m e p 在作为c c 操作的源 端的同时也可以作为另外一个c c 操作的宿端。因此在一条链路的两端同时激活两 个m e p 的c c 功能，即可实现双向的连通性检测。 c c 功能的实现，可以抽象为源、宿端两个处理流程，如图2 5 和图2 6 所示： 、 图2 5 c c 源端处理流程 i接收到第一个 c c 报文 v i启动定时器 接收c c 报文 丫 一 y 懿 l 上报c c _ l o s 告警 图2 - 6 c c 宿端处理流程 1 3 232 环回测试功能 l b ( l o o p b a c k ) 环回测试用r 对双向业务的故障测试和定1 1 ：_ ：。为r 验证m e p ( 维护端点) 与其他m p ( 维护端点或维护中问点) 之i 叫的连通性，m e p 点会初 始化一个环请求消息，消息包的目的地址是一个同等级别的m i p 或m e p 。接收 到请求消息的m p 将返回个用于确认的响府消息。其过程是：源端m e p 构造l b m 报文( 环回消息、环回请求) ，在报文中填八日的m p 的i d ，发送出去，同时启动 定时器开始计时；目的m p 收到此l b m 后，构造一个l b r 消息( 环回应答)