光網絡與數據通信在軌道交通中的應用

王可佳 鐘輝

沈陽建筑大學 （沈陽 110168）

0 概述

內嵌RPR的傳輸網絡網雖然克服了Ethernet Over SDH的trunk方向死板、組網不靈活、以及帶寬不可動態回收等問題。但是伴隨而來的是內嵌RPR技術的固有缺陷，如：同一RPR模塊只能屬于同一RPR環網、不同的RPR環無法利用交叉資源進行對接、與數據設備連接將產生2層環路等。

1 內嵌RPR的技術應用

針對內嵌RPR技術的優缺點與軌道交通專用通信上層系統的業務，RPR的使用方式主要為：

根據業務的需求，建立2套RPR環網作為需要主備通道的業務承載，2套環網根據業務的主備關系采用相同的機制。

將整個物理網絡邏輯上建立為1個RPR環，該環網承載所有的上層業務。

1、2兩種情況混合使用。即根據業務的實際需求及硬件條件，規劃網絡時混合使用兩種模式。

綜合上述情況：

第一種方式可以有效的將主備業務分模塊運行，且可以對運行備用業務的網采用高彈性(全部參與帶寬搶占公平算法)的方式。這樣可以帶來主備分模塊運行且備網帶寬浪費降低的優點，但是在帶寬利用要求比較高的情況下，會出現剩余的帶寬無法組合利用。

第二種方式在需要主備業務分模塊運行時，需要將主備模塊全部映射到同一個RPR網絡中，雖然可以達到主備分開運行的效果，但是擴大了RPR的環網規模，增加了開通難度和維護成本，且當一個模塊出現問題時，保護倒換將是全網級別的。當不同的兩個站點各損壞了一個主模塊和一個備模塊，會有至少1個站點發生業務癱瘓。

第三種方式則是根據實際情況，對業務種類進行劃分、帶寬進行計算后的一種綜合型規劃。及重要業務采用第一種網絡方式，而一般業務采用第二種網絡方式。這種組網需要仔細的分析業務和計算帶寬，并且對于每個站點的MSTP設備，均需要配置不少于3個的RPR模塊。

2 數據網與內嵌RPR的光網結合應用

上述方式均可作為軌道交通各個通信節點的網絡承載方式。但基于上層需求的承載方式的不同。內嵌RPR的MSTP設備開發并支持了2種以太網方式，即EVPL和EVPln。

2.1 內嵌RPR的光網絡業務實現

EVPL是專線級別業務。業務是針對不同用戶的點對點傳輸。與傳統的EPL業務不同的是EVPL不像EPL那樣可以實現MAC幀在兩地之間的透明傳送。EVPL需要使用MPLS或者VLAN機制來區分承載的用戶。

EVPLn支持多點全互連模式的接入。與EVPL同樣的，在EVPLn中需要MPLS機制來隔離不同用戶。但EVPLn支持所有接入點全互通，而在EVPL中，若要達到全面互通，則需要上層核心網來實現。

2.2 內嵌RPR的光網絡與數據通信網結合

軌道交通的專用通信網是一個以控制中心為樞紐的集中型業務網，因此在通信的傳輸系統中，RPR主要啟用了EVPLn方式進行業務承載。那么數據網與傳輸結合在一起后是一個什么樣的網絡結構呢？先從數據網對業務的需求分析后規劃的網絡來看。通常規劃的數據網如圖1所示。

圖1 數據網絡規劃示意圖

在這樣一個分級明確的網絡中，接入層作為面向業務提供接口功能模塊；匯聚層做為基于策略的鏈接模塊；核心層作為提供最優的區間轉發和傳送模塊。當一個從車站用戶終端發起請求，請求需要經過接入層節點設備來判斷接入請求是否被許可。如果請求被許可，則須通過接入層與核心層上聯的主端口經過Vlan標記發送給匯聚層。匯聚層與接入層之間的鏈接可以是2層的Trunk鏈接，也可以是3層的IP鏈接。在匯聚層，將對接入層發送過來的數據進行路由選擇信息重分配、路由匯總、Vlan間路由等處理，匯聚層將除理后的信息通過上聯主端口發送給核心層。核心層則需要將匯聚層發送的信息直接按照數據要求的目的地址進行轉發，而不做任何處理。

上述是一個在理想環境下的數據網模型。但是經過了傳送網RPR環進行互聯的數據網并不會這樣理想。如果RPR采取主備用端口分環的情況下，整體網組網如圖2所示：

圖2 RPR與數據網連接圖

根據數據網絡分層設計的原則，站點交換機需要兼具接入及匯聚層設備功能。但是這樣的組網模式下會將原本隔離的2個RPR環網經過核心交換機連接在一起。但一個站點的數據設備發起一條尋址請求時，就會出現如圖3所示的情況。

當PC1發送了一個帶有廣播的MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF的數據幀，此幀會到達SW1的與PC1連接的接口，接著SW1將把該幀從除去源口的所有接口泛洪出去。于是SW2的1/1口接收到了廣播幀，繼而SW2將把廣播幀從接口1/2泛洪出去。然后SW1的1/2接到了該幀，由于沒有類似OSI第3層IP包頭的TTL控制信息，這條廣播幀會在網絡中隨著網絡交換機的鏈路數目的增加迅速的繁衍，直到某條鏈路或者某個交換機被關閉才會停止。這樣就出現了一個廣播幀請求就造成了整個網絡的癱瘓。

下面來看看單播幀的情況（如圖4所示）。

圖3 以太網環網

圖4 以太網環路單用戶脫網

假設PC1已經有了關于PC2的ARP表項并向PC2發送請求。然而，PC2因網卡故障脫離網絡，且PC2的網橋項目在交換機中被清除了。這時，PC1的請求將從SW1的1/1口泛洪出去。SW2收到了請求后，由于沒有PC2的網橋信息，將繼續將該幀泛洪。與上述動作的同時，PC1的請求信息同時也會從SW1的1/2口泛洪給SW2的1/2口。由于SW2從1/1收到了網橋信息的含有PC1MAC地址的請求，需要從SW2的1/2泛除去，而SW2的1/2口也收到了從SW1的1/2口泛洪過來的帶有PC1MAC地址的請求信息，這時SW2會將其網橋表中關于PC2的MAC地址的項目變更位錯誤信息。

隨著數據幀在與上述相反的方向上回環，在各個交換機上PC1所關聯的接口會在1/1和1/2之間反復跳動。這樣整個網絡帶寬會被一個簡單的數據請求占用，且由于網橋表受損不斷更新，還會使交換機的CPU利用率高達100%，這樣網絡資源同樣會被一個單播占據，直到某個鏈路或者交換機宕機。

基于上述分析，MAC地址成環可以對2層數據網產生致命影響，一個請求數據會在網絡內循環擴散從而導致網絡癱瘓。通過對幾種情況的分析，制定以下兩種解決方式：

(1)為不同的業務在RPR環網上預先分配帶寬。這樣，業務等級為A0、A1、B_CIR的業務會得到帶寬的保障。當這類業務承載的上層網絡出現環路時，根據額定帶寬的分配，環路只能影響帶寬范圍內的網絡。而根據RPR規范B_EIR和C級別的業務是參與公平算法的。因此當這兩種業務承載的網絡出現環路，將導致所有級別為B_EIR和C級別的業務中斷；

(2)上層網絡開啟生成樹機制。生成樹機制將作用于整個交換設備，當某個交換設備啟用這個機制，它會自動計算并阻塞某條鏈路從而拆除已形成的環路。但這種機制不適用于需要使用多鏈路負載均衡的網絡。

基于上述分析，建議在實際環境中，結合使用上述兩種解決方式。

3 結語

使用的內嵌RPR的軌道交通通信網，可以靈活的使用MPLS來為不同的上層系統進行以太網業務的承載。但上層數據網卻不了解傳輸系統的構建模式。因此采用多鏈路對接時，2層環路的風險極高，尤其在傳輸系統還未采取業務級別劃分機制的情況下，環路的影響將擴散到傳輸所承載的所有系統?；谶@些情況分析與工程人員的經驗總結，多鏈路對接時，無論數據網交換機運行在OSI哪個層上，均應預先開啟生成樹協議，避免意外。