分層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在高速公路網(wǎng)中的應(yīng)用

李明洪

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，湖南 長沙 410000）

0 引 言

2019年3月，《政府工作報告》中提出“深化收費公路制度改革，推動降低過路過橋費，治理對客貨運車輛不合理審批和亂收費、亂罰款。兩年內(nèi)基本取消全國高速公路省界收費站，實現(xiàn)不停車快捷收費，減少擁堵、便利群眾”。由于高速公路的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是隨高速公路的路段建設(shè)而配套進行的，缺乏統(tǒng)一規(guī)劃和全盤考慮，在網(wǎng)絡(luò)的連通性、可靠性以及安全性等方面存在很大不足，很多地方形成了信息孤島，數(shù)據(jù)傳輸和統(tǒng)一地維護管理存在很大困難。因此合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)資源規(guī)劃對提高網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通性，保障數(shù)據(jù)合理高效的傳輸將至關(guān)重要。

1 以管理結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)搭建縱向廣域網(wǎng)

1.1 現(xiàn)階段高速公路建設(shè)與管理

高速公路建設(shè)按照不同路段和不同的投資模式，以省為單位，按照“一路一公司”設(shè)立了管理機構(gòu)，現(xiàn)階段主要分為兩種。一是由國有資本投資建設(shè)的還貸性路段，二是由民營資本投資建設(shè)的經(jīng)營性路段（BOT路段）。每個管理機構(gòu)管轄各自路段的收費站點[1-3]。以省為單位，現(xiàn)行高速公路的管理結(jié)構(gòu)基本上為“省中心—路段管理機構(gòu)—收費站”三級組織管理架構(gòu)。

1.2 縱向廣域網(wǎng)設(shè)計

秉承“效率優(yōu)先”與“節(jié)約投資”并重的設(shè)計原則，在保證網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)效率和網(wǎng)絡(luò)安全的前提下，最大程度利舊現(xiàn)網(wǎng)資源，提高資源利用率，構(gòu)建全省高速公路收費系統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)以滿足取消省界后收費業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)連通性、可靠性、移定性以及安全性的要求。

以某省高速公路網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為例，按照網(wǎng)絡(luò)分層設(shè)計服務(wù)于組織管理的思想，廣域網(wǎng)采用星型結(jié)構(gòu)，將整個廣域網(wǎng)在邏輯結(jié)構(gòu)上分為核心層、匯聚層和接入層3個層次。縱向廣域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

核心層設(shè)置在省中心，由兩臺高端路由設(shè)備構(gòu)成。兩臺路由設(shè)備既互為備份又負載均衡，通過鏈路聚合的方式進行連接，并與各地市州管理處的匯聚路由設(shè)備互聯(lián)。匯聚層設(shè)置在各管理處及BOT分中心，由兩臺中端路由設(shè)備構(gòu)成。兩臺路由設(shè)備互為主備又負載均衡，通過鏈路聚合的方式進行連接，“口”字型方式上連至兩臺省中心核心路由設(shè)備，每臺匯聚路由設(shè)備下連匯接收費站接入路由設(shè)備或路段分中心路由設(shè)備。接入層設(shè)置在各收費站，由兩臺中低端路由設(shè)備構(gòu)成，“口”字型上連至管理處匯聚路由設(shè)備。

利舊原有VPN資源，將每個節(jié)點的VPN設(shè)備旁掛于一臺路由器，VPN設(shè)備間通過互聯(lián)網(wǎng)建立三層互聯(lián)的VPN通道，成為高速專線（高速自建鏈路）和運營商專線后的第三條廣域網(wǎng)鏈路[4]。

1.3 縱向廣域網(wǎng)傳輸鏈路

高速IP網(wǎng)絡(luò)縱向廣域網(wǎng)傳輸鏈路采用高速公路自建傳輸專網(wǎng)、運營商專線以及互聯(lián)網(wǎng)專線（VPN）相結(jié)合的方式，多鏈路間可實現(xiàn)自動切換。

1.3.1 省中心-管理處傳輸鏈路

省中心-管理處或BOT分中心設(shè)計3條傳輸鏈路，一條主用鏈路，兩條備用鏈路。主用鏈路依托高速公路自建傳輸干線網(wǎng)，用于省中心與管理處其中一臺路由器間互聯(lián)，第一條備用鏈路租用運營商專線，用于省中心與管理處另一臺路由器間互聯(lián)，第二條備用鏈路利用VPN設(shè)備構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的VPN專線，與省中心互聯(lián)。

1.3.2 管理處-收費站傳輸鏈路

管理處-收費站設(shè)計3條傳輸鏈路，一條主用鏈路，兩條備用鏈路。主用鏈路依托高速公路自建傳輸接入網(wǎng)，用于管理處與收費站其中一臺路由器間互聯(lián)，第一條備用鏈路租用運營商專線，用于管理處與收費站另一臺路由器間互聯(lián)，第二條備用鏈路利用VPN設(shè)備構(gòu)建基于互聯(lián)網(wǎng)的VPN專線。

2 橫向局域網(wǎng)設(shè)計

2.1 省中心局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

省中心局域網(wǎng)采用雙設(shè)備雙鏈路冗余架構(gòu)，如圖2所示。由兩臺防火墻、兩臺核心交換機以及若干接入交換機構(gòu)成，防火墻采用雙機熱備部署，核心交換機與防火墻“口”字型互聯(lián)，接入交換機單臺雙上聯(lián)核心交換機，省中心的收費局域網(wǎng)通過防火墻“口”字型雙上聯(lián)廣域網(wǎng)路由設(shè)備。

2.2 管理處或分中心局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

全省各管理處或分中心局域網(wǎng)均采用雙設(shè)備雙鏈路冗余架構(gòu)，拓撲如圖3所示，由兩臺防火墻、兩臺核心交換機以及若干接入交換機構(gòu)成。防火墻采用雙機熱備部署，核心交換機與防火墻“口”字型互聯(lián)，接入交換機單臺雙上聯(lián)核心交換機，管理處或分中心的收費局域網(wǎng)通過防火墻“口”字型雙上聯(lián)廣域網(wǎng)路由設(shè)備。接入交換機為管理處收費服務(wù)器、路徑計算服務(wù)器等應(yīng)用服務(wù)器提供網(wǎng)絡(luò)接入，接入交換機逐級上聯(lián)至防火墻，然后通過路由器實現(xiàn)與省中心收費局域網(wǎng)縱向互聯(lián)[5-7]。

圖3 分中心局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

2.3 收費站局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

為節(jié)省投資，收費站局域網(wǎng)采用星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（見圖4），由一臺防火墻（投資條件允許的情況下可采用2臺）、一臺核心交換機（投資條件允許的情況下可采用2臺）以及若干接入交換機構(gòu)成，其中防火墻、核心交換機為項目新增。接入交換機利舊收費站原有交換機，為收費站的收費服務(wù)器、路徑計算系統(tǒng)、監(jiān)控大廳終端以及車道終端等設(shè)備提供網(wǎng)絡(luò)接入，收費站接入交換機、車道接入交換機以及門架防火墻上聯(lián)核心交換機，核心交換機上聯(lián)收費站邊界防火墻，防火墻V字型雙上聯(lián)兩臺接入路由器，實現(xiàn)收費站與管理處、省中心收費局域網(wǎng)縱向互聯(lián)。ETC門架系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備由一臺接入交換機提供網(wǎng)絡(luò)接入，門架接入交換機通過門架防火墻上聯(lián)至收費站核心交換機，門架防火墻為門架和收費站間提供邊界防護[8]。

圖4 收費站局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

3 路由方案

針對上述高速公路IP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，建設(shè)規(guī)模及主備鏈路動態(tài)切換需求，全網(wǎng)宜采用動態(tài)路由協(xié)議，實現(xiàn)主備路由的自動切換。廣域網(wǎng)的所有路由器都能夠很好地支持TCP/IP的標(biāo)準(zhǔn)鏈路狀態(tài)路由協(xié)議OSPF，因此采用OSPF作為動態(tài)內(nèi)部路由協(xié)議。各級局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小，可采用靜態(tài)路由方式組網(wǎng)，網(wǎng)關(guān)在核心交換機處，核心交換機、防火墻以及路由設(shè)備間互指靜態(tài)路由，在路由設(shè)備上將靜態(tài)路由重發(fā)布至OSPF網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)局域網(wǎng)路由在全網(wǎng)的發(fā)布[9]。VPN設(shè)備對OSPF路由功能及路由條目的支持有限，因此VPN網(wǎng)絡(luò)采用靜態(tài)路由組網(wǎng)。省中心VPN設(shè)備與分中心、收費站VPN設(shè)備間采用靜態(tài)路由，各級路由器與VPN設(shè)備間采用靜態(tài)路由[10]。整體路由規(guī)劃如圖5所示。

圖5 收費站局域網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)

4 結(jié) 論

把握現(xiàn)代信息化技術(shù)發(fā)展趨勢，從高速公路行業(yè)用戶的業(yè)務(wù)需求出發(fā)，以“智慧交通、共享交通、安全交通”為核心理念，采用先進的設(shè)計理念，合理采用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，新建縱向廣域網(wǎng)，統(tǒng)一橫向局域網(wǎng)接入，構(gòu)建智慧高速IP網(wǎng)絡(luò)，以適應(yīng)高速公路業(yè)務(wù)對全網(wǎng)互通、多系統(tǒng)聯(lián)動、實時性、穩(wěn)定性以及安全性等方面的需求。

根據(jù)層次化、模塊化以及扁平化的設(shè)計思想，嚴(yán)格定義各層次和各模塊的邏輯功能和特性要求，構(gòu)建三橫一縱、高效、可靠、安全以及可管可控的高速公路智能IP網(wǎng)絡(luò)。