VXLAN技術(shù)在通信接入網(wǎng)中的應(yīng)用

張課 孫方楠 李桂元 梁后健

【摘要】 當(dāng)前，用電信息采集網(wǎng)絡(luò)主要采用傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，基本滿足業(yè)務(wù)需求。但是由于用電信息采集業(yè)務(wù)的逐步深入，傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在通信接入網(wǎng)中的應(yīng)用弊端逐漸凸顯出來，危及用電信息采集業(yè)務(wù)正常運行，所以本文提出基于VXLAN技術(shù)構(gòu)建用電信息網(wǎng)。本文首先探討了傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在通信接入網(wǎng)中的應(yīng)用問題；然后對VXLAN技術(shù)及其優(yōu)點進行了分析；最后，基于VXLAN技術(shù)構(gòu)建了用電信息網(wǎng)，詳細論述了VXLAN技術(shù)在通信接入網(wǎng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 通信接入網(wǎng) VXLAN技術(shù) 問題 傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

通信接入網(wǎng)是電力系統(tǒng)骨干通信網(wǎng)絡(luò)的伸延，要求能夠滿足智能電網(wǎng)配用電環(huán)節(jié)的通信需求。一般情況下，通信接入網(wǎng)覆蓋配電網(wǎng)開關(guān)站、配電室、配電變壓器、智能電表、配電新路等內(nèi)容，負責(zé)配電自動化接入層、用電信息采集系統(tǒng)遠程信道等業(yè)務(wù)。可見，通信通入網(wǎng)在電網(wǎng)運行中承擔(dān)著重大責(zé)任，對電力系統(tǒng)運行影響巨大。為適應(yīng)堅強智能電網(wǎng)建設(shè)和運行的工作需求，應(yīng)當(dāng)基于VXLAN技術(shù)建構(gòu)有電通信接入網(wǎng)，不僅可以解決傳統(tǒng)接入網(wǎng)矛盾，還能滿足各方面的通信需要，支持電力系統(tǒng)可靠運行。為此，下面對基于VXLAN技術(shù)建構(gòu)的有電通信接入網(wǎng)進行了分析。

一、傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在通信接入網(wǎng)中的應(yīng)用問題

在過去很長一段時間內(nèi)，通信接入網(wǎng)一直采用STP/ RRPP等協(xié)議進行二層組網(wǎng)，基本可以滿足通信需求。但是“三集五大”體系建設(shè)以來，用電信息采集業(yè)務(wù)日益深入，基于傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立的用電通信接入網(wǎng)已經(jīng)難以滿足通信需求，且問題越來越凸顯，已經(jīng)危及到用電通信業(yè)務(wù)的正常運轉(zhuǎn)。這種情況下，迫切需要構(gòu)建適合大規(guī)模通信網(wǎng)絡(luò)的有電通信接入網(wǎng)。從實際情況看，目前基于傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的用電通信接入網(wǎng)問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，組網(wǎng)拓撲受限，一般只能利用現(xiàn)有光纖通道組建單個或幾個環(huán)網(wǎng)，無法充分利用本地區(qū)范圍內(nèi)所有通信網(wǎng)的光纖鏈路資源。

第二，二層交換網(wǎng)絡(luò)通常通過環(huán)路實現(xiàn)鏈路的冗余，但是要通過STP/RRPP協(xié)議來阻斷用電通信網(wǎng)中的二層環(huán)路，對STP/RRPP協(xié)議的依賴性較大。

第三，STP/RRPP協(xié)議的運行比較復(fù)雜，利用它們構(gòu)建起來的二層網(wǎng)絡(luò)，其規(guī)模是有限的。由于通信采集業(yè)務(wù)的深入，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點隨之增多，傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)難以滿足規(guī)模越來越大的二層網(wǎng)絡(luò)運行要求。

第四，STP/RRPP協(xié)議對運行維護人員的工作素質(zhì)要求較高，一旦出現(xiàn)操作不當(dāng)或規(guī)劃失誤，很容易造成網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。

對于以上問題，業(yè)界各主流廠商積極投入研究，紛紛提出一些解決二層網(wǎng)絡(luò)問題的方案。其中，部分廠商提出用VXLAN技術(shù)替代傳統(tǒng)的STP/RRPP協(xié)議，基于VXLAN技術(shù)構(gòu)建用電通信接入網(wǎng)，這一解決方案得到大家普通關(guān)注。VXLAN技術(shù)在通信接入網(wǎng)中的應(yīng)用屬于一個比較新的問題，目前這方面的研究較少。下面對VXLAN技術(shù)及其特點進行了分析，以此來探討VXLAN技術(shù)在用電通信接入網(wǎng)中應(yīng)用的可行性。

二、VXLAN技術(shù)及其特點

VXLAN技術(shù)是一種基于IP網(wǎng)絡(luò)，以“MAG in UDP”為封裝形式的二層虛擬私有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在實際應(yīng)用中，VXLAN技術(shù)可以充分利用已有的企業(yè)IP網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商，在三層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上建立二層網(wǎng)絡(luò)隨帶，將分散的物理站點進行層關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)跨區(qū)域的二層網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，構(gòu)建大二層網(wǎng)路，適應(yīng)當(dāng)前大規(guī)模的通信網(wǎng)絡(luò)運行需求。這樣的通信接入網(wǎng)能為不同租戶提供業(yè)務(wù)隔離，保證通信順暢，優(yōu)勢是比較明顯的。除了這一點外，VXLAN技術(shù)還有其他優(yōu)點，具體包括以下幾個方面：

第一，支持大批的租戶，適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。本技術(shù)有24bits長的標(biāo)識符，能夠支持224個VXLAN，這樣就表示該技術(shù)支持的租戶數(shù)量規(guī)模是較大的，很好的解決了傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)VLAN資源不足問題。

第二，便于維護，對運維人員工作素質(zhì)要求不高。VXLAN技術(shù)是基于IP網(wǎng)絡(luò)的大二層網(wǎng)絡(luò)，同傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)相比，網(wǎng)絡(luò)部署和維護更為容易。同時，還可以充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。比如，利用VXLAN技術(shù)建立通信介入網(wǎng)后，可以充分利用等效路由的負載分擔(dān)。再如，只需要增加邊緣設(shè)備的VXLAN處理功能。所以，VXLAN技術(shù)在通信接入網(wǎng)中的應(yīng)用，可以降低網(wǎng)絡(luò)部署難度和費用。

第三，高效轉(zhuǎn)發(fā)，能提高通信效率。基于VXLAN技術(shù)建立起來的用電通信接入網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中每臺設(shè)備都可以作為源節(jié)點，且所有節(jié)點路徑都是最短的。若有多條等價鏈路，便可以實現(xiàn)流量負載分擔(dān)。

第四，部署方便，便于管理。VXLAN網(wǎng)絡(luò)部署有著較高的自動化程度，之所以這樣，主要在于VXLAN協(xié)議配置簡單，可以自動生成配置參數(shù)。

第五，快速收斂。VXLAN網(wǎng)絡(luò)是通過路由協(xié)議生成轉(zhuǎn)發(fā)表項的，一旦出現(xiàn)鏈路故障和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，可以在較短時間內(nèi)進行收斂，通常為50m/s。

第六，平滑演進。采用STP/RRPP協(xié)議組建的二層網(wǎng)絡(luò)可以無縫接入VXLAN大二層網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)從傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)到大二層網(wǎng)絡(luò)的平滑演進。

通過以上分析可以明顯看出VXLAN技術(shù)有著傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，能有效彌補傳統(tǒng)二層網(wǎng)路技術(shù)的缺陷，解決以往通信接入網(wǎng)存在的問題。為此，在用電通信接入網(wǎng)中應(yīng)用VXLAN技術(shù)的是可行的，能滿足智能電網(wǎng)的通信需求。

三、基于VXLAN技術(shù)的用電通信接入網(wǎng)建設(shè)分析

3.1利用VXLAN技術(shù)建構(gòu)用電通信接入網(wǎng)

在基于EPON構(gòu)建的用電通信采集信息網(wǎng)中，一般采用“手拉手”保護模式，即雙PON口的ONU設(shè)備與兩個接入站節(jié)點的OLT設(shè)備分別互聯(lián)。當(dāng)ONU設(shè)備在線路中出現(xiàn)倒換后，為保證下連的集中器與用電采集業(yè)務(wù)網(wǎng)依然保持通信，需要通信接入網(wǎng)采用二層組網(wǎng)模式，在中心站節(jié)點集中布置部署業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)。但是進而二層網(wǎng)絡(luò)部署時，必須依靠STP/ RRPP協(xié)議來阻斷網(wǎng)絡(luò)環(huán)路。然而，STP/RRPP協(xié)議無論部署還是運行都是比較復(fù)雜的，且收斂速度慢，易出現(xiàn)鏈路資源利用率低等問題，不適合大規(guī)模組網(wǎng)。為解決傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的問題，使用大規(guī)模組網(wǎng)需求，在用電通信接入網(wǎng)中可以應(yīng)用VXLAN技術(shù)。

通過VXLAN技術(shù)建立用電采集二層網(wǎng)絡(luò)，優(yōu)勢是比較明顯的，具體體現(xiàn)在這些方面：第一，支持多條路徑的負載均衡；第二，有效解決傳統(tǒng)二網(wǎng)絡(luò)的環(huán)路問題，天然無環(huán)；第三，布置難度低，維護簡單；第四，適合大規(guī)模二層網(wǎng)絡(luò)組建；第五，收斂速度快；第六，組網(wǎng)拓撲沒有限制，是任意的。針對上文提及的傳統(tǒng)二層網(wǎng)路問題，基于VXLAN技術(shù)構(gòu)建用電通信接入網(wǎng)，具體方案是：首先，在中心站的2臺核心交換機上集中部署各接入站點用電采集業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)冗余。然后，利用VXLAN技術(shù)建立覆蓋中心站和各接入點的大二層網(wǎng)絡(luò)，為中心站和各接入點的機械設(shè)備建立一個可靠、穩(wěn)定、快速的大二層介入環(huán)境，形成更為完善的“手拉手”網(wǎng)絡(luò)保護環(huán)境。

與傳統(tǒng)的二層網(wǎng)絡(luò)相比，這種網(wǎng)絡(luò)部署可以有效規(guī)避用電采集業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的單鏈路故障和單節(jié)點的風(fēng)險，為地區(qū)電網(wǎng)通信提供豐富的光纖資源，為大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)部署和今后的采集業(yè)務(wù)發(fā)展提供有力支持。

3.2方案概要

1、業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)冗余

業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)繼續(xù)利用現(xiàn)有的2臺華為S7703交換機，采用VRRP運行協(xié)議，從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)冗余。

2、二層隧道建立

通過VXLAN技術(shù)建立覆蓋用電采集中心站和接入站點的大二層網(wǎng)絡(luò)，在用電采集業(yè)務(wù)網(wǎng)中的所有變電站上分別就設(shè)置接入交換機，作為VXLAN網(wǎng)絡(luò)隧道端點，基于這些端點設(shè)備建立二層隧道。

3、組網(wǎng)拓撲

充分利用區(qū)域范圍內(nèi)現(xiàn)有的所有光纖資源進行網(wǎng)絡(luò)拓撲規(guī)劃，形式采用“環(huán)形+雙星”，有效提高了通信接入網(wǎng)的健壯性，能實現(xiàn)業(yè)務(wù)流量的等價路徑負載分擔(dān)。

4、業(yè)務(wù)接入

中心站有2臺VXLAN交換機，與核心交換機分別進行二層互聯(lián)，切換是通過SmartLink技術(shù)實現(xiàn)的。VXLAN交換機下分別掛OLT設(shè)備，并將業(yè)務(wù)透傳給OLT設(shè)備。

5、接入模式

VXLAN技術(shù)的接入模式有兩種，分別是VXLAN接入模式和Ethernet接入模式。其中，本方案采用VXLAN接入模式。VXLAN接入模式中有幾種不同的接入模式，具體包括：第一種，通過VTEP設(shè)備從AC側(cè)收到本地報文后，之后將報文中的所有VLAN Tag刪除，再將報文轉(zhuǎn)發(fā)出去；第二種，通過VTEP設(shè)備從Tunnel側(cè)收到報文后，在報文中添加屬于本地站點的VLAN Tag，然后再將包報文轉(zhuǎn)發(fā)到本地的VM中。在這種接入模式中，VTEP設(shè)備能接收VLAN Tag，但是不能傳遞VLAN Tag信息。雖然不同站點的不同VLAN是相互連通的，但是VXLAN網(wǎng)絡(luò)中的VLAN的相互獨立的，所以不需要統(tǒng)一進行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，規(guī)劃起來比較。綜合考慮以上兩種接入模式后，發(fā)現(xiàn)第二種接入模式在網(wǎng)絡(luò)部署上具有一定優(yōu)勢，自動化程度高。基于這一點，本方案采用VXLAN接入模式中的第二種模式。

3.3方案優(yōu)點

1、進一步豐富了系統(tǒng)業(yè)務(wù)接口，如語音、RS232、以太網(wǎng)等接口，不僅能滿足通信業(yè)務(wù)需求，還能滿足其他業(yè)務(wù)需求。

2、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備安全可靠，重要部件都可以實現(xiàn)冗余備份。

3、網(wǎng)絡(luò)拓撲無要求，組網(wǎng)方式多樣，采用“手拉手”網(wǎng)絡(luò)安全保護模式，很好的提高了網(wǎng)絡(luò)安全性。

4、精簡網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，故障率低，自動化程度高，相應(yīng)的降低了對運維人員工作素質(zhì)要求，運維管理難度低。

5、便于進行全網(wǎng)設(shè)備的統(tǒng)一、集中管理，能明顯提高網(wǎng)管工作質(zhì)量和效率。

四、結(jié)語

綜上所述，通過本文分析得到以下結(jié)論：

第一，依靠STP/RRPP協(xié)議建立起來的用電通信接入網(wǎng)存在著明顯問題，主要有組網(wǎng)拓撲受限、網(wǎng)絡(luò)部署難度大、環(huán)路問題、對運維人員工作素質(zhì)要求比較高等，難以適應(yīng)智能電網(wǎng)運行要求。

第二，VXLAN網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)相比優(yōu)勢明顯，具體優(yōu)勢包括：支持大批的租戶、便于維護、高效轉(zhuǎn)發(fā)、部署方便、快速收斂、平滑演進。

第三，基于VXLAN技術(shù)建立起來的用電通信接入網(wǎng)能有效改善傳統(tǒng)接入網(wǎng)的弊病，優(yōu)化用電信息采集業(yè)務(wù)網(wǎng)，確保通信系統(tǒng)運行安全，為各項業(yè)務(wù)正常展開提供有力支持。

總之，VXLAN技術(shù)在用電通信接入網(wǎng)中的應(yīng)用，不僅改善了傳統(tǒng)用電通信接入網(wǎng)運行現(xiàn)狀，還提高了故障定位和處理能力，很好的適應(yīng)了智能電網(wǎng)建設(shè)與大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)通信需求。

雖然關(guān)于VXLAN網(wǎng)絡(luò)研究已有很多，但是基于VXLAN技術(shù)建構(gòu)用電通信接入網(wǎng)依然是一個比較棘手問題，行業(yè)內(nèi)廠商應(yīng)當(dāng)在這方面投入更多的精力，加大研究力度，攻破技術(shù)難關(guān)，使VXLAN技術(shù)在用電通信接入網(wǎng)中得到更好應(yīng)用。

參 考 文 獻

[1]葉柯.VXLAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在SDN環(huán)境下應(yīng)用的研究[J].寧波廣播電視大學(xué)學(xué)報，2015，03：124-128.

[2]吳長虹.談無線通信技術(shù)在接入網(wǎng)中的應(yīng)用[J].信息與電腦（理論版），2014，06：82.

[3]盧志剛，姜政偉，劉寶旭.一種基于VXLAN的虛擬網(wǎng)絡(luò)訪問控制方法[J].計算機工程，2014，08：86-90+95.