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1、先进电信计算平台 ATCA 的 IP 地址分配机制和策略 摘要：先进通信计算架构平台 ATCA 是开放式、可互操作的电信行业标准，正在成长为新一代的电信级模块化通信平台架构。基于 ATCA 的通讯服务器目前大量的应用于基于 IP 协议的电信设备，全 IP 化为下一代产品提高了互操作性和成本效益。在一个系统内部如何实现对 IP 地址的分配，涉及到系统管理和可实现性等重要议题是系统设计阶段的主要考虑之一。本文对 ATCA通讯服务器在 IP 地址分配上的机制和策略做了一个系统的设计分析，给出了 2 类主要的方案。基于上述设计，ATCA 电信设备制造商快速的构建系统适应全 IP 化的电信基础架构平台，
2、并使自身产品快速地被运营商接受。关键词：ATCA 通讯服务器，IP，DHCP1.前言针对通信及数据网络融合应用提出的先进通信计算架构平台 ATCA 是开放式、可互操作的电信行业标准，有广泛的厂商和组件选择，标准平台支持灵活开发和配置的重复使用，是一种高级电信计算架构，它的设计系统能达到最小 99.999的可用性，提供为安全服务的备份功能，支持热插拨，确保不中断工作，最大带宽可达 2.5T，支持不同的协议，每板高达 200 瓦的散热功能。凭借其提供的高带宽连接、每插槽更大的功率、强大的机架管理功能、易于扩展性、高可用性以及良好的标准化特性，它正在成长为新一代的电信级模块化通信平台架构。其中最主要
3、的标准为 PICMG3.0 和 3.1 标准，从中可以找到目前电信工业互联的一个大趋势就是IP 化。作为一个通讯系统平台，其内部结构亦使用全 IP 的方式来构建逻辑系统单元，一般而言，刀片和机箱管理器作为主要的智能单元需要提供初始 IP 地址用于各逻辑单元的系统互联。本文对 ATCA 通讯服务器在多机箱系统的 IP 地址分配上做了一个系统的设计分析。2.基于 DHCP 的 IP 地址分配架构在传统 IT 领域，IP 地址分配大多由 DHCP 来实现。DHCP 是 Dynamic Host Configuration Protocol(动态主机分配协议)缩写。D H C P 在 RFC 2131
4、 和 2132 中定义，更早的相关文件可以查看 RFC1533，1534，1541 和 1542。整个 DHCP 的分配过程可以分为 4 各部分：1.IP 租用请求 2.IP 租用提供 3.租约应答 4.租约确认。如图 1 所示。图表 1 DHCP 的 4 个步骤在 ATCA 构建的系统中，往往由系统管理单板来做初始的 IP 地址分配，在集群处理的系统中比如 IPTV 或短消息处理中心等应用中，由于各负荷单板的地位均等，除系统管理器外的单板均可以直接向系统管理单板申请 IP 地址。在系统管理单板上，可以直接定义一个 IP 地址池，各负荷单板可以直接申请。该方案配置简单不需要做过多规划，Linu
5、x 下 dhcpd 配置文件是/etc 目录中的名为 dhcpd.conf 的文件。一个示例的 DHCP 配置文件如下：# DHCP server sample configuration file#allow booting;allow bootp;# A declaration for each subnet in your network that requires DHCP service# Note that your DHCP server needs an interface addressed to each of these# subnets# These declarati
6、ons can be used to define options common to all blades in# that subnet#subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0option routers 192.168.1.253;# Blade declarations. One for each blade requiring DHCP service#host 7201_blade1hardware ethernet XX:XX:XX:XX:XX:XX;fixed-address 192.168.1.1;filename pxelinux.
7、0;在 Linux 的环境下直接由：#/etc/init.d/dhcp start启动服务即可完成。几个需注意的要点是：1机箱管理器 Shmc 的 IP 地址。该地址一般为半固定，由于 Shmc 在逻辑上先于各逻辑单板启动，在 DHCP 服务器位于 ATCA 系统内部时 Shmc 无法从 DHCP 服务器得到 IP。在机箱的 FRU（现场可更换单元）信息中有 shelf manager IP connection record (SMICR)这条记录可以包括Shmc 的 IP 地址信息。具体参考 PICMG 3.0 R1.0 规范中的 3.3.1.2 节。同时，由于 Shmc 均为主备配置，备
8、用的 Shmc 和主用 Shmc 间的 IP 地址协商也在者作主备竞争时确定了，比如定义备用在第 4 个字段上为主用+1。2交换刀片的 IP 地址。交换刀片承担主要的数据通路建立的职责，在建立通路的同时，一般要给于该刀片上管理处理器 CPU 一个 IP, 有时是多个 IP。需要注意的是主备间共用的 IP 均需要预先配置。并且在主备间必须先做好协商，其虚拟 IP 同样可以在 SMICR 中配置。3DHCP 服务器的 IP 地址。一般在一个系统中仅配置一个 DHCP 服务器，该 DHCP 的 IP 一般为外部网管配置。4增强型的 DHCP。一些厂家为了在 ATCA 的 IP 地址分配中更加细化分配
9、的策略，对 DHCP 作了一些增强。比如 Emerson 的交换刀片就包含有对按槽位分配 IP 地址的 DHCP 配置选项。该选项可以允许 DHCP 按槽位给每一个刀片做 manual leases 来指派 IP 地址。其配置文件如图 2 所示。图表 2 按槽位配置的 DHCP 配置文件当然对于这些增强功能并不是在所有交换刀片上都是可得到的，一个重要的特点是必须是在可管理的交换刀片上并辅以运行在管理处理器上的软件。图表 3 增强的 DHCP 功能依靠处理器上管理软件3.使用映射算法的 IP 地址分配使用前述 DHCP 的好处是不需要过多的负荷刀片上软件的参与，但是也带来一定的困惑就是整个系统的
10、 IP 地址映射图并不一定是固定的，在很多应用领域，比如拥有较多 IO 模块的接入和网关设备（RNC, MGW 等），一个物理槽位对应的逻辑模块并不是完全自由配置的，受到配线以及人机工程设计的影响，需要大量的使用固定槽位固定 IP 的地址分配的策略。在这种需求下我们的 IP 地址必须为：IP Address = f (x,y) x 为槽位，y 为机箱号其中对多机架系统，机箱号必须涵盖机架号。例如使用 B 类地址来分配 IP 时，可以采用如下策略：图表 4 为每槽位分配的 IP 地址示例具体在实现上，预设字段和机箱号可以从 Shmc 上读到，每一个刀片 Boot 过程就可以读取这些信息，当然要求
11、其处理器和 IPMC 间有良好的数据通道。对系统管理刀片可以从开放硬件接口(HPI)中获取直接从 Shmc 获得相关信息。并且通过本板的 IPMC 获取自己的槽位号。对于非系统管理刀片，全部信息均需要由本板 IPMC 从 Shmc 读取，而处理器则从 IPMC 接口得到。图表 5 两类刀片得到物理位置的信息通道同样没有免费的午餐，在简单化设计的同时也需注意一些要点是：1、内外网的隔离。在使用映射算法时为了保证每个槽位的 IP 地址足够，一般均预留多个 IP，并且由于算法的设计不同，多数会使用连续的地址段。而在实际开局阶段不会有多段符合要求的地址供设备使用，需要做网络的隔离，才能保证 ATCA
12、系统内网的 IP 地址不会对全网产生影响。 2、必须存在处理器和 IPMC 间的数据通道。3、为多处理器单板预留足够多 IP 地址段。 4、AMC 的 IP 地址分配设计定。AMC 是 ATCA 上的子卡标准，可以由 ATCA 载板来承载。一个 AMC可以获取自己的地址号，也可以通过 AMC 载板来获取载板的槽位号，但是比较复杂的是如何使得 AMC 获得自己所在的机箱号。一个可行的办法是使用载板的处理器预先获得机箱号，而后每一个 AMC 启动后均向该载板处理器来询问自己的 IP 地址。4.结论ATCA 之所以在通讯世界得以获得广泛认同，其对全 IP 化的支持不能不说是一个重要原因。在系统设计阶
13、段，内部 IP 地址分配是必须考虑的重要一环。根据不同的应用类型可以采用不同的IP 分配策略。其中主要需要对所消耗的资源和实现的复杂性上有一个平衡的考虑。一些主流的通讯服务器厂家如 Emerson 不仅提供产品，在建议书阶段也愿意和用户讨论系统构建的策略。由于这些厂家自身在系统构建上的设计流程已经考虑若干应用场景，再结合用户具体的应用输入，从时间和效率上能提供更为完整的分析。它帮助电信设备制造商快速的完成并实现系统设计，比如预设对内部 IP 地址的分配和管理机制，并使自身产品快速地被运营商接受。由此设备商可以在基于 ATCA 标准的模块化电信基础架构平台上快速推出具有自身特色的电信级产品，紧跟市场需求，并将更多资源用于灵活地为运营商提供客户化服务。
