TDCS/CTC系 統內OSPF與EIGRP路由協議共存方案

周學兵 冷俊 費振豪

列車調度指揮系統（TDCS）/調度集中系統（CTC）早已在全路裝備并運營，網絡規模很大，站點已達數千個。由于TDCS/CTC系統開發較早，路由是采用EIGRP協議（增強內部網關路由協議），而國內廠商一直沒有開發與EIGRP協議兼容或運行的網絡設備；通用網絡設備一般采用OSPF路由協議（開放式最短路徑優先），具備規模應用前提條件。因此，在不影響TDCS/CTC系統正常、穩定工作的前提下，開展TDCS/CTC系統內EIGRP與OSPF路由協議共存方案的研究十分必要。

1 現網情況

1.1 網絡協議

EIGRP是一種無類、高級距離矢量協議，兼備鏈路狀態和距離矢量路由協議，使用彌散修正算法（DUAL）實現路由收斂，具有收斂速度快、無環路、端到端時延短等特點［1］。EIGRP使用觸發式路由更新方法，占用帶寬少，只有在發生路由變化時才會產生路由更新，其使用后繼路由的特征決定了在網絡發生異常情況下，對應用層數據的影響要 明 顯 小 于OSPF［2］。2013年2月RFC7868（至2020年1月已更新至第6個版本）公布了EIGRP算法、設計架構、數據包格式和使用到的TVL字段含義。但EIGRP協議開發定位只適合中小型企業路由，屬于平面網絡架構，不適合大型網絡。

OSPF是一種基于鏈路狀態的網絡協議，基于區域理念，使用Dijkstar算法實現路由收斂，具有路由變化收斂速度快、層次區域劃分清晰等優點。OSPF使用周期性廣播實現路由更新，占用帶寬較EIGRP更高。OSPF基于區域實現路由收斂，完成路由信息擴散，各節點在本地進行路由計算，不依賴相鄰路由信息。OSPF協議與BFD聯動、Smart-Hello機 制、支 持iSPF和PRC等 特 性［3-4］，使OSPF在路由收斂和故障情況下的路由切換與EIGRP是一個量級。同時，OSPF開發初期就定位于中大型網絡架構，具備豐富的區域特性，如Stub/Nssa/Totally Stub/Totally Nssa等，適合站點超過300～400個的中大型網絡。層次架構及區域劃分，使OSPF能更好實現分級管理、控制網絡，縮小故障后的影響范圍，以及限制各個區域內的LSDB數據庫大小。

1.2 典型場景

TDCS/CTC系統典型網絡架構見圖1。

圖1 TDCS/CTC系統典型網絡架構

圖1描述了以EIGRP自治系統為邊界的連接關系。為了滿足大型網絡應用場景，對EIGRP進行人工層次化設計。EIGRP 125可類似為OSPF協議中的骨干傳輸區域，其他EIGRP區域模擬為OSPF子區域，形成一個邏輯樹狀拓撲結構。EIGRP 125承載調度中心路由及各個車站不同區域之間交互的傳輸域。底層車站路由條目通過重分發進入EIGRP 125骨干區域內，并通過EGIRP 125與其他EIGRP區域再次相互重分發，實現區域之間的交互。

2 共存方案

由于TDCS/CTC系統大規模建設已基本完成，在新建或改建車站時，如何使用通用網絡設備就成為不可回避的問題。下面根據國內鐵路建設經驗，在新建/改造車站或者新建線路時，結合調度中心是否新設網絡設備，將對2種場景分別進行分析和討論。

場景1：假設新建或改造單一或幾個車站時，車站使用國產化路由器，網絡結構、中心網絡設備不發生變化。

單站新建或改建時，將通用網絡設備接入原EIGRP網絡，見圖2，將原運行EIGRP協議的路由器更換為通用路由器。

在網絡結構不發生改變的情況下，更換后的通用路由器R3A只能運行OSPF協議，相鄰車站及核心路由器仍然運行EIGRP協議。為了實現OSPF協議路由設備與EIGRP協議設備的互聯互通，需要在R2/4A路由器控制層同時運行EIGRP協議和OSPF協議，EIGRP協議用于維持既有網絡互通，OSPF協議用于通用路由器互聯互通，并進行雙向重分發，相互引入對方路由。如果是A/B網同時更換，將產生四點雙向重分布的場景。由于該場景調度中心核心部分不做任何改變，但需要在車站R2A和R4A配置雙點雙向重分發，因此出現以下問題。

1）R2A和R4A與其他車站網絡設備配置不一致，存在特殊性，對車站路由器配置、管理、維護有一定的困難。

2）雙網平面下存在四點雙向重分發問題，結合圖1的中心重分發，整體路由管控困難，存在路由回灌、次優路徑、路由環路等問題［5-6］。

3）CTC2.0或TDCS2.0是 雙 網 交 叉 冗 余 運行，若單網數據承載平面出現路由問題，就會影響系統正常工作。

以上問題和風險較難規避，因此不建議使用通用路由器設備替代原有運行EIGRP協議設備。

圖2 單站新建或改建時將通用網絡設備接入原EIGRP網絡

場景2：新建或改造單一或整線項目，車站使用通用路由器，中心增加通用路由器作為運行OSPF協議核心路由器，將計劃改造車站剝離原環網，與新設通用核心路由組成新的通用網絡設備。

既有部分車站改造使用國產化網絡設備，見圖3。本場景前提是在中心已完成新設2臺通用核心路由器、2臺協議轉換路由器。EIGRP/OSPF區域之間通過協議轉換路由器雙點雙向引入路由，實現2種不同路由協議之間的互聯互通。

圖3 既有部分車站改造使用國產化網絡設備

新建或改造線路接入通用核心路由器，由通用核心路由器實現OSPF區域之間、車站與調度中心路由條目過濾、數據轉發及OSPF區域內互聯互通功能。該網絡模型主要優點如下。

1）EIGRP/OSPF路由協議交互邊界明確，設置2臺路由協議轉換路由器，即可實現后續新建或改建線路的接入與交互。

2）設置專用協議轉換路由器設備，對既有EIGRP網絡無影響，最大限度保證網絡正常平穩工作，還避免了既有核心路由器存在多個EIGRP協議相互重分發帶來的路由交互問題，使得運維簡化［7］。

3）路由架構清晰，不涉及原有網絡結構變動，底層車站網絡按EIGRP區域，或者按線路切換至OSPF區域，均能滿足要求。

4）成熟的路由交互理論支撐，確保路由重分發時發生的路由回灌、路由環路、次優路徑等問題可控。

5）原運行EIGPR協議路由器切換為OSPF后，同樣可以接入OSPF區域，規避了項目重復投資，降低了建設成本。

本場景通過新設協議轉化路由器，解決了現有EIGRP網絡接入通用網絡設備較難處理的問題。協議轉換路由器也在EIGRP和OSPF之間進行了網絡隔離，使得任意一個區域的網絡振蕩不會影響到對方區域［8］。協議轉換路由器通過路由過濾功能也可將必要的網絡條目傳送到對端，多了一道數據管控“閘口”。單個或幾個車站改造會使得EIGRP改OSPF實施周期變長，頻度變高。而新建線路或整線改造則使得EIGRP改OSPF進程加快。建議按新建線路或整線制推進EIGRP改OSPF進程。

3 實驗室模擬

在實驗室搭建場景2的模擬環境，測試時間2周（14天），經過協議統計信息對比，EIGPR協議的Update/Query/Reply/Ack數據包沒有增加［9］。OSPF協議統計數據包中，計算次數也沒有增加［10］。統計數據說明測試周期內，網絡整體運行穩定，EIGPR網絡與OSPF網絡較好地實現了三層路由兼容。

4 結論

對TDCS/CTC系統單站或整線改擴建、新建時采用方案對比分析，總結如下。

1）單站改造時，不建議使用通用路由設備替代運行EIGRP協議路由設備。

2）整線制新建或改建時，建議使用場景2接入OSPF網絡，設置路由協議轉換路由器，實現EIGRP/OSPF區域交互。

3）整線中數個車站改建時，可將改建車站路由器更改為運行OSFP協議后，套用場景2接入OSPF網絡。

車站改建場景可利用原有網絡設備，為業主資產最大程度保值。