EPON系統的三層路由及接口設計

樊林波

（中國電信股份有限公司金壇分公司，江蘇 金壇 213200）

0 引 言

EPON就是指以太網無源光網絡系統，而EPON系統如果想要滿足電信技術要求，需要提升機器光線路中斷工作的安全性。實際上，網絡扁平化定義下的具備大容量、高交換的OLT通過MSTP網絡就可以與骨干網相連接[1]。運營局明確提出相關具體要求，當MSTP傳輸網出現問題的時候，并不需要人為進行干預修復，OLT可以自動與鏈路倒換并完成網絡治愈。在連接OLT、MSTP與其他網時可以使用分段保護的方法，如MSTP可以自己保護鏈路，路由協議可以保護MSTP與骨干路由器間的聯通。但是采用上述的方法會使網絡保護的過程更加復雜，甚至出現不必要的問題，并且在現階段也已開通了少數的現網業務，修改機器配置會出現比原來較大的風險。倘若使用VRRP方法，因為僅僅變更了MSTP網內鏈路，如果VRRP變更主備，那么原主用接口未改變，仍舊處于開的狀態，此路由仍會發出信號，使得下行不通。以OSPF協議為基礎，因為其裝置簡單、風險較小、維修便利等優點，所以得以普遍使用。

1 OLT上的三層接口設計

1.1 VLAN技術的應用

EPON系統是交換式以太網設備中的一個類別，其對數據鏈路層技術的實施提供了巨大的幫助。例如，在二層VLAN技術中，EPON系統就起到了巨大的作用。VLAN的包括如下3類：802.1Q VLAN、以端口為基礎的VLAN與以MAC地址為基礎的VLAN。把VLAN連至全體網絡是由OLT中的VLAN使用802.1Q來進行VLAN標記的，而802.1Q VLAN中的去標記可以令OLT與不能辨別標記的交換機共同工作。OLT中內部的VLAN是以端口為基礎，在此基礎上增加同型的VLAN的端口并組成廣播域，最終進行二層互通[2]。但是不屬于相同VLAN的端口之間不可以相互傳遞信息。過去OLT中比較具有特點的一個VLAN為管理VLAN，其要想與服務器通信可以通過設置IP地址，進而方便相關管理人員來管理OLT。

在過去的三層設備內，VLAN為三層虛接口，其可以通過配置IP地址最終組成路由接口。所以，要想在OLT中達到三層路由應先設立三層接口。此設立在處理二層VLAN與三層接口間的問題時使用的是SUPER-VLAN技術。此技術也被稱為VLAN聚合，包括SUB-VLAN與SUPER-VLAN。其中的SUB-VLAN為二層實VLAN。在二層中不同的VLAN不能順利的完成通信。SUPER-VLAN屬于三層虛VLAN，在SUPER-VLAN中可以連續加入多個SUB-VLAN，之后再進行IP地址的配置，從而組成三層的接口[3]。路由接口是OSPF方法的根基。

1.2 SUPER-VLAN技術在三層接口設計中的應用

三層接口是由SUPER-VLAN來給予的，SUPERVLAN三層轉發的具體原理如圖1所示。

圖1 SUPER-VLAN三層轉發的具體原理

圖1中的PCI和PCV為不一樣的兩個網段?？缇W段的信息傳遞需要通過三層接口。PCI與PCV信息傳遞的具體過程如下：PCI將IP地址與掩碼比對來明確自己與PCV不屬于同一個網段，然后PCI會給網關輸送ARP報文請求的MAC；而SUPER-VLAN 10會給PCI回答MAC 00-00-00-00-00-10；PCI接受到回復后會發送00-00-00-00-00-10的MAC、2.2.2.1的IP信息；在SUPER-VLAN 10接收到后判斷目的MAC是否與自身的MAC一致，如果一致就可以判斷為三層轉發，再去進行查找轉發表的操作；查到下一跳的出口為SUPER-VLAN 20，就可以給SUPER—VLAN 20發送；SUPER-VLAN 20接收到后再轉輸送至PCV。

下面分析PCI和PCT的通信流過程。對比PCI與PCT的IP地址可得出其為同一子網，PCI會廣播ARP請 求PCT的MAC。而因為PCI與PCT的SUB-VLAN不同，廣播無法傳至不能PCT。這時，SUPER-VLAN將會發揮其他作用——ARP PROXY。ARP PROXY具體工作過程如下：PCI廣播ARP請求PCT的MAC；當SUPER-VLAN 10知道PCT不在SUB-VLAN 1中，就會代替接收；而后SUPER-VLAN 10會在SUB—VLAN 2內廣播ARP報文請求PCT地址；當PCT回答APR請求時會發送MAC 00-00-00-00-00-30到SUPER-VLAN 10；而SUPER-VLAN 10會把MAC 00-00-00-00-00-10作 為PCT的MAC輸送至PCI。然后PCI輸送至PCT的報文會加上MAC 00-00-00-00-00-10與目的IP 報文輸送至SUPER-VLAN網關，網關應答時會把自身的MAC代替為PCT的MAC 00-00-00-00-00-30，并將報文輸送至PCT。

2 路由軟件設計

2.1 路由管理設計

路由包括靜態路由與動態路由兩個部分。靜態路由是管理者在進行配置的時候而出現的。而動態路由是在路由協議中出現的。為了能夠高效完成軟件路由表、交換芯片路由表與路由選擇等目的，就應該先對路由信息進行收集、整理與選擇等步驟。所以系統內需要專門的設置一個路由管理板塊來負責各路由表項的維護工作。路由管理板塊在軟硬件平臺驅動層的上方和三層功能協議層的下方，為其中達成三層目的的重要板塊[4]。路由管理板塊具體工作如下：管理員加入SUPER-VLAN、SUB-VLAN與IP地址；接口管理板塊將所需要的信息傳遞給路由管理板塊；協議板塊學習至動態路由，并完成動態路由的添改；路由管理板塊負責解決接口改變的問題，并傳達至三層功能協議板塊，同時負責管理協議板塊中動態路由刪改；OS IP協議棧ARP負責主機路由表的維護，同時給予管理板塊路由條目中下一跳Gate-way的ARP功能；交換芯片驅動給予管理板塊硬件FIB表的刪改；OS IP協議棧給予管理板塊硬件FIB表的刪改功能。為了實現以上功能，特意把路由管理板塊分為更小的板塊，如圖2所示。

圖2 路由管理板塊設計

路由管理板塊包括路由表控制板塊、主機路由控制板塊、動態路由消息板塊及操作系統適配層等多個板塊內容。路由表包括多個節點鏈表，所有節點都代表可以到達目的網段的路由。圖3中，所有的node內都包括RIB-active表、RIB-standby表與RIBpend表。所有表的子項都包含到達此網段的路由信息，包括RIB路由條目、路由類型（RIP/OSPF/靜態等）、下一跳網關與metric等。

RIB-active中的RIB路由代表已經激活的路由，其也會被加入至硬件FIB和OSFIB中，達到現業務流的三層轉發目的。一般情況下，一個目的網段也僅有這個active路由。

圖3 路由表的組織結構

RIB-standbv中的路由條目雖然可以達到但這個并不是最優的選擇，如果active路由無法正常進行工作，那么相關的路由管理板塊就會在standby RIB尋找一個最佳路由成為active路由。

RIB-pend中的路由是因為其下一跳網關無法到達而暫時使用的路由路徑。如果下一跳網關可以到達，此路由會成為standby路由或active路由。

2.2 OSPF路由原理

OSPF是鏈路狀態路由協議中的一個類別，主要用在單一的自制系統中。所有的OSPF路由器的數據庫與AS的拓撲結構都相同，并依據數據庫來設立最短路徑樹與計算路由表。OSPF會給予等值多路徑。在拓撲出現變化后，OSPF會使用少部分的路由流量計算路徑。在給出區域路徑時給出額外的路徑保護同時降低使用流量。路由表的計算是OSPF的重點。下面把OSPF計算分為如下4個方面。

（1）當路由器初始化或網絡結構發生變化的時候，路由器就會產生包括所有端口狀態的鏈路狀態廣播數據包LSA。

（2）路由器會使用刷新法定期的對路由器內部的信息進行更新，以此來達到互換鏈路狀態數據的目的。Flooding指的是路由器把數據包輸送給相鄰的OSPF路由器。這些路由器會依據收到的鏈路狀態來更新數據庫，并把此信息輸送至相鄰的路由器，最終形成穩定過程。

（3）當網絡穩定后，即OSPF路由協議在穩定的狀態下工作的時候，路由器會依據信息數據庫得出路由表。此路由表內包括路由器到所有可以到達的Cost與此目的地將輸送的下一個路由器。

（4）在網絡狀態穩定后，網絡輸送的信息相比之前有所減少。這也是鏈路狀態路由協議與距離矢量路由協議不同的地方。

在經過上述過程之后，OSPF可以動態監視網絡狀態。在這過程中如果出現改變就會快速擴散，從而對網絡拓撲進行緊急聚合，并由此可以得出新的網絡路由表。路由表與路由轉發中的內核路由表不同，其僅僅為OSPF內部路由表。因此，在結束工作之后，還應當使用路由管理板塊來與內核路由表交互，從而達到三層轉發的目的。

3 OSPF在OLT上的應用

在依據前面文章內容提出的設計思路，相關專業技術人員成功開發OSPF路由軟件。在此之后，相關專業人員在OLT上的OSPF組網根據圖4進行設計并測試，其中的3個接口分別在圖4中的RP1、RP2以及RP33個地方發揮其作用。

圖4 OLT上的OSPF組網測試

在RP2和RP3這兩個接口中能夠應用OSPF，將RP3這個接口作用處指定配置為OSPF Cost=10，將RP2這個接口作用處指定配置為OSPF Cost=1 000，之后通過路由的管理部分經過篩選將Cost=10的路由條目挑選出來，之后PCI、PCT和PCV之間傳遞信息的方式可以優先進行，之后再通過RP3來建立路由。

根據路由管理、OSPF等內容的介紹，可以推斷出OSPF能夠發生倒換的情況有如下兩個。一種情況是協議超時。這種情況就是指在MSTP網絡內部，如果其DOWN接口遭到一定的損壞之后，OSPF協議就會立即對其相鄰的部分進行探測，在下一次網絡重新恢復正常之前，所有與OSPF相關的設備都需要不斷地刷新自己內部的數據信息。另外一種情況就是直接和OLT連接的接口斷開。這種情況下，OLT上的3個接口就會借助SUB_VLAN去探測接口的變化情況，從而將探測到的信息傳遞給路由管理部分。之后路由管理部分就會及時地采取解決措施幫助OSPF協議模塊，緊接著OSPF就會將自己的內部的數據信息進行重新的計算核對，從而引起倒換。根據這兩種能夠引起OSPF發生倒換的情況，相關專業人員通過人為手段故意讓上述兩種情況發生，從而促使OSPF發生倒換，并且對相關的數據進行測試。根據測試結果，可以得出不論是第一種情況引起的倒換還是第二種情況引起的倒換，OLT設備都能夠迅速地將路由倒換到RP2，這兩種情況所發生的倒換都不需要通過人為改變其中的內容，就可以很好地保護MSTP內部的信息。

4 結 論

根據文中內容可知，此次設計的特點主要是將OLT與OSPF路由技術相結合，這樣就可以實現OLT對下游網絡上行鏈路和上游網絡下行鏈路進行保護，并且不要對上游設備進行重新的設置。此外，VLAN被廣泛應用在EPON系統中，為系統的進一步改進起到了促進作用。在現階段，該設計已經通過一些前期的測試，準備開展下一步的優化與后期改進。