GFP協(xié)議(精編版)

1、. . gfp協(xié)議gfp （generic framing procedure, 通用成幀規(guī)程）是一種通用映射技術(shù)，它可將變長(zhǎng)或定長(zhǎng)的數(shù)據(jù)分組，進(jìn)行統(tǒng)一的適配處理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在多種高速物理傳輸通道中的傳輸。一方面，gfp采用靈活的幀封裝以支持固定或可變長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，gfp能對(duì)可變長(zhǎng)度的用戶pdu （protocol data unit,協(xié)議數(shù)據(jù)單元）進(jìn)行全封裝，免去對(duì)數(shù)據(jù)的拆分、重組及對(duì)幀的填充，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的操作，提高了系統(tǒng)的處理速度和穩(wěn)定度；另一方面， gfp不像 laps以特定字符 7e 填充幀頭來(lái)確定幀邊界，gfp使用類似于 atm中基于差錯(cuò)控制的幀定界方式，以hec （headerro

2、rcheck，幀頭錯(cuò)誤檢驗(yàn)）為基礎(chǔ)，通過(guò)兩字節(jié)當(dāng)前幀的凈荷長(zhǎng)度和兩字節(jié)的幀頭錯(cuò)誤檢驗(yàn)來(lái)確定幀的邊界，這種顯示幀長(zhǎng)度指示的方式可減少邊界搜索處理時(shí)間，對(duì)于有較高同步需求的數(shù)據(jù)鏈路來(lái)說(shuō)相當(dāng)重要，同時(shí)它克服了靠幀標(biāo)志定位帶來(lái)的種種缺點(diǎn)，進(jìn)一步加快了處理速度，適應(yīng)下一代sdh高速的要求。gfp 標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種模式：透?jìng)髂Ｊ胶蛶成淠Ｊ?。gfp-t （透明映射的gfp ）是一種面向塊狀碼的數(shù)據(jù)流模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)延敏感的san網(wǎng)（storage area network，存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)）的線路碼的高效和透明地傳輸，它面對(duì)的是fiber channel（光纖通道）、 ficon和 escon 接口的數(shù)據(jù)流。gfp

3、-f （幀映射的gfp ）是一種面向pdu 的數(shù)據(jù)流模式，用作傳輸ip 協(xié)議、多協(xié)議標(biāo)記交換（mpls ）和以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)流。在這里我們主要介紹適用于傳輸以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的gfp-f模式。（1）gfp幀結(jié)構(gòu)gfp協(xié)議定義了兩種類型的gfp幀：gfp客戶幀和 gfp管理幀。gfp的幀結(jié)構(gòu)如圖1所示，按字節(jié)排列，它包括gfp幀頭（core header）和 gfp 凈荷區(qū)（ gfp payload area ）兩部分。gfp幀頭包括幀長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)（pli ，payload length indicator）和幀頭錯(cuò)誤檢驗(yàn)（core hec）。pli 為 2個(gè)字節(jié)，表明幀的凈荷長(zhǎng)度， 當(dāng) pli 大于或等于4

4、時(shí)，表明該幀是gfp客戶幀，否則為gfp管理幀（ 目前只定義了pli 等于 0 時(shí)的空閑幀 ）。幀頭錯(cuò)誤檢驗(yàn)也為2個(gè)字節(jié)，它采用crc-16的檢錯(cuò)方法給幀頭提供保護(hù)。這是gfp一大特點(diǎn)，它通過(guò)計(jì)算接收到數(shù)據(jù)的幀頭錯(cuò)誤檢驗(yàn)值與數(shù)據(jù)本身比較來(lái)實(shí)現(xiàn)幀的定位，通過(guò)pli 知道幀的長(zhǎng)度，這樣就可迅速、直接地把凈荷從gfp 幀中提取出來(lái)，從而避免了hdlc 協(xié)議的需要大量時(shí)間的繁瑣操作。在發(fā)送和接收gfp幀前，四字節(jié)的幀頭要與十六進(jìn)制數(shù)b6ab31e0 進(jìn)行異或以實(shí)現(xiàn)所謂的擾碼功能。. . gfp凈荷區(qū)包括：凈荷頭（payload header）、凈荷信息域（ payload information）和凈

5、荷的幀檢驗(yàn)序列（payload fcs）三部分，而凈荷頭包括：凈荷類型（payload type ）、凈荷類型的hec （type hec ）和擴(kuò)展頭（ extension header ）三部分。凈荷類型為2個(gè)字節(jié)，表明gfp凈荷信息的內(nèi)容和格式。它包括凈荷類型標(biāo)識(shí)（pti）、凈荷 fcs標(biāo)識(shí)（ pfi）、擴(kuò)展幀頭標(biāo)識(shí)(exi) 和用戶凈荷標(biāo)識(shí) （upi）。pti 為 3bit ，表明該 gfp 幀為客戶數(shù)據(jù)幀還是客戶管理幀；pfi 為 1bit ，表明有沒(méi)有凈荷的fcs ；exi 為 4bit ，表明采用哪種擴(kuò)展幀頭：空擴(kuò)展幀頭、線性擴(kuò)展幀頭還是環(huán)擴(kuò)展幀頭？；upi 為 8bit ，表明

6、gfp凈荷中的數(shù)據(jù)類型等。從upi字節(jié)可以看出gfp是支持多種數(shù)據(jù)類型的，如ethernet 、ip 、fiber channel、ficon 、escon 等，這也是 gfp的一大特點(diǎn)。凈荷類型的hec 為 2 個(gè)字節(jié)，采用crc-16給凈荷類型提供保護(hù)。gfp的擴(kuò)展頭為 060 字節(jié)，有三種類型：空擴(kuò)展頭、線性擴(kuò)展頭和環(huán)擴(kuò)展頭，由exi 來(lái)設(shè)定。空擴(kuò)展頭，此時(shí)擴(kuò)展頭為0 字節(jié)，gfp幀的凈荷為單一類型；線性擴(kuò)展頭，用以支持多客戶通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)結(jié)構(gòu)來(lái)共享gfp幀的凈荷；環(huán)擴(kuò)展頭，用以支持多客戶通過(guò)環(huán)結(jié)構(gòu)來(lái)共享gfp幀的凈荷，與ieee 802.17 rpr（resilient packet ri

7、ng，彈性分組數(shù)據(jù)環(huán)）的mac 類似。由此可見(jiàn)，gfp提供一個(gè)靈活的擴(kuò)展幀頭以適應(yīng)多樣的傳輸機(jī)制，這就為sdh 提供靈活廣泛的應(yīng)用，而這是hdlc所無(wú)法比擬的 。凈荷的幀檢驗(yàn)序列為4個(gè)字節(jié)，采用crc-32來(lái)保護(hù)凈荷的完整。它為可選的，凈荷fcs標(biāo)識(shí)（ pfi），當(dāng) pfi 為 1時(shí)，則存在，否則不存在。同樣，在發(fā)送和接收gfp 幀時(shí)，凈荷區(qū)的所有字節(jié)要進(jìn)行x43+1并行擾碼。. . （2）ethernet mac 幀的 gfp封裝格式mac 幀與 gfp幀的映射關(guān)系如圖2 所示。mac 幀的格式在 ieee 802.3 中進(jìn)行了定義。 mac 幀與 gfp幀是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，在進(jìn)行g(shù)fp包封

8、之前，要對(duì)mac 幀進(jìn)行一幀的緩存，以獲取 mac 幀的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度加上凈荷頭的長(zhǎng)度形成2 字節(jié)的 pli 標(biāo)識(shí)，并對(duì) pli 進(jìn)行 crc16 計(jì)算得到 2 字節(jié)的 hec 值，pli 與 hec 值形成 4字節(jié)的 gfp幀頭。凈荷類型中的pti 等于 000，表明該 gfp幀為客戶數(shù)據(jù)幀， pfi 等于 0，表明該 gfp幀沒(méi)有凈荷的 fcs ，exi 等于 0000，表明該 gfp幀沒(méi)有擴(kuò)展頭， upi 等于 00000001，表明該 gfp幀為以太網(wǎng)mac 幀的映射。對(duì)凈荷類型進(jìn)行 crc16 計(jì)算，得到凈荷類型的hec 值，由于沒(méi)有擴(kuò)展頭，此時(shí)凈荷頭由凈荷類型和凈荷類型的hec 4字

9、節(jié)組成。凈荷信息域包含了從目的地址到fcs的所有 mac 幀字節(jié)（去除了mac 幀的前導(dǎo)碼）。這樣mac 幀進(jìn)行 gfp 包封后的格式如表1 所示。在沒(méi)有有效的mac 幀發(fā)送時(shí)，可以直接發(fā)送gfp的空閑幀，空閑幀擾碼后的格式如表2所示。（3）gfp幀的同步gfp幀要實(shí)現(xiàn)兩項(xiàng)非常重要的功能：捕獲gfp幀頭以及保持幀同步。幀同步情況分為同步狀態(tài)、預(yù)同步狀態(tài)和搜索狀態(tài)。由預(yù)同步狀態(tài)到同步狀態(tài)所需的有效幀頭數(shù)目n可以由使用者配置。 搜索狀態(tài)為鏈路鏈接初始化或gfp接收器 接收失敗時(shí)的基本狀態(tài)。接收器使用當(dāng)前的4 字節(jié)數(shù)據(jù)來(lái)搜索下一幀，如果計(jì)算出的core hec值與數(shù)據(jù)域中的core hec值相同，則

10、接收器暫時(shí)進(jìn)入預(yù)同步狀態(tài)，否則，它移到下一字節(jié)繼續(xù)進(jìn)行搜索。預(yù)同步狀態(tài)時(shí)，根據(jù)pli 能夠確定幀的邊界，當(dāng)連續(xù)n個(gè) gfp幀被正確檢測(cè)到，則進(jìn)入同步狀態(tài)。同步狀態(tài)為一個(gè)規(guī)則的操作狀態(tài)，它檢查pli 值，確定 core hec值，提取幀的pdu ，然后到下一幀，如此循環(huán)，各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移如圖3 所示。fpga 的實(shí)現(xiàn)在本設(shè)計(jì)中采用了xilinx 公司的 xcv200e 芯片，它是一片擁有30 萬(wàn)系統(tǒng)門，高速、可靈活編程的fpga 。（1）mac 幀到 gfp幀包封的實(shí)現(xiàn)包封在 fpga 中實(shí)現(xiàn)的框圖如圖4 所示。fpga 通過(guò) gmii 或 mii mac 接口以字節(jié)的方式接收一個(gè)完整的mac

11、幀，去除幀前導(dǎo)碼后進(jìn)行mac 幀的緩存，同時(shí)對(duì)幀長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并保存在 fifo中， 當(dāng)有一幀緩存結(jié)束時(shí)， 取出該幀的長(zhǎng)度值加上凈荷頭的長(zhǎng)度后得到pli， 算出其 crc 值形成 gfp的 core header，再加上固定的4 字節(jié)凈荷頭（只有type header ，無(wú) extension header），此時(shí)從緩存區(qū)取出mac 幀的內(nèi)容加在凈荷頭之后，. . 完成 gfp的包封。當(dāng)沒(méi)有有效的mac 幀發(fā)送時(shí)，必須插入完整的4 字節(jié)空閑幀，兩者進(jìn)行復(fù)用后，分別進(jìn)行core header 擾碼（與十六進(jìn)制數(shù)b6ab31e0異或）和 payload 擾碼（ x43+1）。擾碼完成后直接發(fā)送給sd

12、h的虛容器中。（2）gfp幀到 mac 幀解包封的實(shí)現(xiàn)解包封在 fpga中實(shí)現(xiàn)的框圖如圖5 所示。從 sdh 虛容器中接收到數(shù)據(jù)后，分別送入gfp幀同步的 delineation模塊和 payload 解擾碼模塊中， delineation模塊實(shí)現(xiàn) gfp幀的同步捕捉和保持，從由預(yù)同步狀態(tài)到同步狀態(tài)所需的有效幀頭數(shù)目n取為 1，為避免有效的數(shù)據(jù)丟失，進(jìn)入預(yù)同步狀態(tài)后，該幀的 payload 也是有效的， delineation模塊輸出一個(gè)payload_valid信號(hào)給 payload 解擾碼模塊， 指示其對(duì)有效的數(shù)據(jù)進(jìn)行x43+1解擾碼。對(duì)解擾后的gfp幀進(jìn)行解包封，在解包封時(shí)要注意一些錯(cuò)誤的處理，如要對(duì)type header hec 值進(jìn)行檢查，若正確還要對(duì)type header 中的各項(xiàng)值（ pti，pfi，exi，upi）進(jìn)行檢查，看接收到的數(shù)據(jù)是否為所需的mac 幀類型，若有錯(cuò)誤則把該幀丟棄，并要進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)pfi 為 1 時(shí)，還必須對(duì)payload 域