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        光網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)通信在軌道交通中的應用

        2013-08-14 04:41:48王可佳鐘輝
        電大理工 2013年3期
        關鍵詞:網(wǎng)橋數(shù)據(jù)網(wǎng)環(huán)網(wǎng)

        王可佳 鐘輝

        沈陽建筑大學 (沈陽 110168)

        0 概述

        內(nèi)嵌RPR的傳輸網(wǎng)絡網(wǎng)雖然克服了Ethernet Over SDH的trunk方向死板、組網(wǎng)不靈活、以及帶寬不可動態(tài)回收等問題。但是伴隨而來的是內(nèi)嵌RPR技術的固有缺陷,如:同一RPR模塊只能屬于同一RPR環(huán)網(wǎng)、不同的RPR環(huán)無法利用交叉資源進行對接、與數(shù)據(jù)設備連接將產(chǎn)生2層環(huán)路等。

        1 內(nèi)嵌RPR的技術應用

        針對內(nèi)嵌RPR技術的優(yōu)缺點與軌道交通專用通信上層系統(tǒng)的業(yè)務,RPR的使用方式主要為:

        根據(jù)業(yè)務的需求,建立2套RPR環(huán)網(wǎng)作為需要主備通道的業(yè)務承載,2套環(huán)網(wǎng)根據(jù)業(yè)務的主備關系采用相同的機制。

        將整個物理網(wǎng)絡邏輯上建立為1個RPR環(huán),該環(huán)網(wǎng)承載所有的上層業(yè)務。

        1、2兩種情況混合使用。即根據(jù)業(yè)務的實際需求及硬件條件,規(guī)劃網(wǎng)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(yè)務分模塊運行,且可以對運行備用業(yè)務的網(wǎng)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(wǎng)帶寬浪費降低的優(yōu)點,但是在帶寬利用要求比較高的情況下,會出現(xiàn)剩余的帶寬無法組合利用。

        第二種方式在需要主備業(yè)務分模塊運行時,需要將主備模塊全部映射到同一個RPR網(wǎng)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(huán)網(wǎng)規(guī)模,增加了開通難度和維護成本,且當一個模塊出現(xiàn)問題時,保護倒換將是全網(wǎng)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(fā)生業(yè)務癱瘓。

        第三種方式則是根據(jù)實際情況,對業(yè)務種類進行劃分、帶寬進行計算后的一種綜合型規(guī)劃。及重要業(yè)務采用第一種網(wǎng)絡方式,而一般業(yè)務采用第二種網(wǎng)絡方式。這種組網(wǎng)需要仔細的分析業(yè)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(shù)據(jù)網(wǎng)與內(nèi)嵌RPR的光網(wǎng)結(jié)合應用

        上述方式均可作為軌道交通各個通信節(jié)點的網(wǎng)絡承載方式。但基于上層需求的承載方式的不同。內(nèi)嵌RPR的MSTP設備開發(fā)并支持了2種以太網(wǎng)方式,即EVPL和EVPln。

        2.1 內(nèi)嵌RPR的光網(wǎng)絡業(yè)務實現(xiàn)

        EVPL是專線級別業(yè)務。業(yè)務是針對不同用戶的點對點傳輸。與傳統(tǒng)的EPL業(yè)務不同的是EVPL不像EPL那樣可以實現(xiàn)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(qū)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(wǎng)來實現(xiàn)。

        2.2 內(nèi)嵌RPR的光網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)結(jié)合

        軌道交通的專用通信網(wǎng)是一個以控制中心為樞紐的集中型業(yè)務網(wǎng),因此在通信的傳輸系統(tǒng)中,RPR主要啟用了EVPLn方式進行業(yè)務承載。那么數(shù)據(jù)網(wǎng)與傳輸結(jié)合在一起后是一個什么樣的網(wǎng)絡結(jié)構呢?先從數(shù)據(jù)網(wǎng)對業(yè)務的需求分析后規(guī)劃的網(wǎng)絡來看。通常規(guī)劃的數(shù)據(jù)網(wǎng)如圖1所示。

        圖1 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡規(guī)劃示意圖

        在這樣一個分級明確的網(wǎng)絡中,接入層作為面向業(yè)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(yōu)的區(qū)間轉(zhuǎn)發(fā)和傳送模塊。當一個從車站用戶終端發(fā)起請求,請求需要經(jīng)過接入層節(jié)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(lián)的主端口經(jīng)過Vlan標記發(fā)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(fā)送過來的數(shù)據(jù)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(lián)主端口發(fā)送給核心層。核心層則需要將匯聚層發(fā)送的信息直接按照數(shù)據(jù)要求的目的地址進行轉(zhuǎn)發(fā),而不做任何處理。

        上述是一個在理想環(huán)境下的數(shù)據(jù)網(wǎng)模型。但是經(jīng)過了傳送網(wǎng)RPR環(huán)進行互聯(lián)的數(shù)據(jù)網(wǎng)并不會這樣理想。如果RPR采取主備用端口分環(huán)的情況下,整體網(wǎng)組網(wǎng)如圖2所示:

        圖2 RPR與數(shù)據(jù)網(wǎng)連接圖

        根據(jù)數(shù)據(jù)網(wǎng)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(wǎng)模式下會將原本隔離的2個RPR環(huán)網(wǎng)經(jīng)過核心交換機連接在一起。但一個站點的數(shù)據(jù)設備發(fā)起一條尋址請求時,就會出現(xiàn)如圖3所示的情況。

        當PC1發(fā)送了一個帶有廣播的MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF的數(shù)據(jù)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(wǎng)絡中隨著網(wǎng)絡交換機的鏈路數(shù)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(xiàn)了一個廣播幀請求就造成了整個網(wǎng)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(wǎng)環(huán)網(wǎng)

        圖4 以太網(wǎng)環(huán)路單用戶脫網(wǎng)

        假設PC1已經(jīng)有了關于PC2的ARP表項并向PC2發(fā)送請求。然而,PC2因網(wǎng)卡故障脫離網(wǎng)絡,且PC2的網(wǎng)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(wǎng)橋信息,將繼續(xù)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(wǎng)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(wǎng)橋表中關于PC2的MAC地址的項目變更位錯誤信息。

        隨著數(shù)據(jù)幀在與上述相反的方向上回環(huán),在各個交換機上PC1所關聯(lián)的接口會在1/1和1/2之間反復跳動。這樣整個網(wǎng)絡帶寬會被一個簡單的數(shù)據(jù)請求占用,且由于網(wǎng)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(wǎng)絡資源同樣會被一個單播占據(jù),直到某個鏈路或者交換機宕機。

        基于上述分析,MAC地址成環(huán)可以對2層數(shù)據(jù)網(wǎng)產(chǎn)生致命影響,一個請求數(shù)據(jù)會在網(wǎng)絡內(nèi)循環(huán)擴散從而導致網(wǎng)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(yè)務在RPR環(huán)網(wǎng)上預先分配帶寬。這樣,業(yè)務等級為A0、A1、B_CIR的業(yè)務會得到帶寬的保障。當這類業(yè)務承載的上層網(wǎng)絡出現(xiàn)環(huán)路時,根據(jù)額定帶寬的分配,環(huán)路只能影響帶寬范圍內(nèi)的網(wǎng)絡。而根據(jù)RPR規(guī)范B_EIR和C級別的業(yè)務是參與公平算法的。因此當這兩種業(yè)務承載的網(wǎng)絡出現(xiàn)環(huán)路,將導致所有級別為B_EIR和C級別的業(yè)務中斷;

        (2)上層網(wǎng)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(huán)路。但這種機制不適用于需要使用多鏈路負載均衡的網(wǎng)絡。

        基于上述分析,建議在實際環(huán)境中,結(jié)合使用上述兩種解決方式。

        3 結(jié)語

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

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