樊林波

（中國(guó)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(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，而EPON系統(tǒng)如果想要滿足電信技術(shù)要求，需要提升機(jī)器光線路中斷工作的安全性。實(shí)際上，網(wǎng)絡(luò)扁平化定義下的具備大容量、高交換的OLT通過(guò)MSTP網(wǎng)絡(luò)就可以與骨干網(wǎng)相連接[1]。運(yùn)營(yíng)局明確提出相關(guān)具體要求，當(dāng)MSTP傳輸網(wǎng)出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候，并不需要人為進(jìn)行干預(yù)修復(fù)，OLT可以自動(dòng)與鏈路倒換并完成網(wǎng)絡(luò)治愈。在連接OLT、MSTP與其他網(wǎng)時(shí)可以使用分段保護(hù)的方法，如MSTP可以自己保護(hù)鏈路，路由協(xié)議可以保護(hù)MSTP與骨干路由器間的聯(lián)通。但是采用上述的方法會(huì)使網(wǎng)絡(luò)保護(hù)的過(guò)程更加復(fù)雜，甚至出現(xiàn)不必要的問(wèn)題，并且在現(xiàn)階段也已開通了少數(shù)的現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)，修改機(jī)器配置會(huì)出現(xiàn)比原來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。倘若使用VRRP方法，因?yàn)閮H僅變更了MSTP網(wǎng)內(nèi)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(tài)，此路由仍會(huì)發(fā)出信號(hào)，使得下行不通。以O(shè)SPF協(xié)議為基礎(chǔ)，因?yàn)槠溲b置簡(jiǎn)單、風(fēng)險(xiǎn)較小、維修便利等優(yōu)點(diǎn)，所以得以普遍使用。

1 OLT上的三層接口設(shè)計(jì)

1.1 VLAN技術(shù)的應(yīng)用

EPON系統(tǒng)是交換式以太網(wǎng)設(shè)備中的一個(gè)類別，其對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)的實(shí)施提供了巨大的幫助。例如，在二層VLAN技術(shù)中，EPON系統(tǒng)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(chǔ)的VLAN與以MAC地址為基礎(chǔ)的VLAN。把VLAN連至全體網(wǎng)絡(luò)是由OLT中的VLAN使用802.1Q來(lái)進(jìn)行VLAN標(biāo)記的，而802.1Q VLAN中的去標(biāo)記可以令OLT與不能辨別標(biāo)記的交換機(jī)共同工作。OLT中內(nèi)部的VLAN是以端口為基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上增加同型的VLAN的端口并組成廣播域，最終進(jìn)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(guò)去OLT中比較具有特點(diǎn)的一個(gè)VLAN為管理VLAN，其要想與服務(wù)器通信可以通過(guò)設(shè)置IP地址，進(jìn)而方便相關(guān)管理人員來(lái)管理OLT。

在過(guò)去的三層設(shè)備內(nèi)，VLAN為三層虛接口，其可以通過(guò)配置IP地址最終組成路由接口。所以，要想在OLT中達(dá)到三層路由應(yīng)先設(shè)立三層接口。此設(shè)立在處理二層VLAN與三層接口間的問(wèn)題時(shí)使用的是SUPER-VLAN技術(shù)。此技術(shù)也被稱為VLAN聚合，包括SUB-VLAN與SUPER-VLAN。其中的SUB-VLAN為二層實(shí)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(xù)加入多個(gè)SUB-VLAN，之后再進(jìn)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(shù)在三層接口設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

三層接口是由SUPER-VLAN來(lái)給予的，SUPERVLAN三層轉(zhuǎn)發(fā)的具體原理如圖1所示。

圖1 SUPER-VLAN三層轉(zhuǎn)發(fā)的具體原理

圖1中的PCI和PCV為不一樣的兩個(gè)網(wǎng)段?？缇W(wǎng)段的信息傳遞需要通過(guò)三層接口。PCI與PCV信息傳遞的具體過(guò)程如下：PCI將IP地址與掩碼比對(duì)來(lái)明確自己與PCV不屬于同一個(gè)網(wǎng)段，然后PCI會(huì)給網(wǎng)關(guān)輸送ARP報(bào)文請(qǐng)求的MAC；而SUPER-VLAN 10會(huì)給PCI回答MAC 00-00-00-00-00-10；PCI接受到回復(fù)后會(huì)發(fā)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(zhuǎn)發(fā)，再去進(jìn)行查找轉(zhuǎn)發(fā)表的操作；查到下一跳的出口為SUPER-VLAN 20，就可以給SUPER—VLAN 20發(fā)送；SUPER-VLAN 20接收到后再轉(zhuǎn)輸送至PCV。

下面分析PCI和PCT的通信流過(guò)程。對(duì)比PCI與PCT的IP地址可得出其為同一子網(wǎng)，PCI會(huì)廣播ARP請(qǐng) 求PCT的MAC。而因?yàn)镻CI與PCT的SUB-VLAN不同，廣播無(wú)法傳至不能PCT。這時(shí)，SUPER-VLAN將會(huì)發(fā)揮其他作用——ARP PROXY。ARP PROXY具體工作過(guò)程如下：PCI廣播ARP請(qǐng)求PCT的MAC；當(dāng)SUPER-VLAN 10知道PCT不在SUB-VLAN 1中，就會(huì)代替接收；而后SUPER-VLAN 10會(huì)在SUB—VLAN 2內(nèi)廣播ARP報(bào)文請(qǐng)求PCT地址；當(dāng)PCT回答APR請(qǐng)求時(shí)會(huì)發(fā)送MAC 00-00-00-00-00-30到SUPER-VLAN 10；而SUPER-VLAN 10會(huì)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(bào)文會(huì)加上MAC 00-00-00-00-00-10與目的IP 報(bào)文輸送至SUPER-VLAN網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)應(yīng)答時(shí)會(huì)把自身的MAC代替為PCT的MAC 00-00-00-00-00-30，并將報(bào)文輸送至PCT。

2 路由軟件設(shè)計(jì)

2.1 路由管理設(shè)計(jì)

路由包括靜態(tài)路由與動(dòng)態(tài)路由兩個(gè)部分。靜態(tài)路由是管理者在進(jìn)行配置的時(shí)候而出現(xiàn)的。而動(dòng)態(tài)路由是在路由協(xié)議中出現(xiàn)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(yīng)該先對(duì)路由信息進(jìn)行收集、整理與選擇等步驟。所以系統(tǒng)內(nèi)需要專門的設(shè)置一個(gè)路由管理板塊來(lái)負(fù)責(zé)各路由表項(xiàng)的維護(hù)工作。路由管理板塊在軟硬件平臺(tái)驅(qū)動(dòng)層的上方和三層功能協(xié)議層的下方，為其中達(dá)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(xié)議板塊學(xué)習(xí)至動(dòng)態(tài)路由，并完成動(dòng)態(tài)路由的添改；路由管理板塊負(fù)責(zé)解決接口改變的問(wèn)題，并傳達(dá)至三層功能協(xié)議板塊，同時(shí)負(fù)責(zé)管理協(xié)議板塊中動(dòng)態(tài)路由刪改；OS IP協(xié)議棧ARP負(fù)責(zé)主機(jī)路由表的維護(hù)，同時(shí)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(qū)動(dòng)給予管理板塊硬件FIB表的刪改；OS IP協(xié)議棧給予管理板塊硬件FIB表的刪改功能。為了實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)

路由管理板塊包括路由表控制板塊、主機(jī)路由控制板塊、動(dòng)態(tài)路由消息板塊及操作系統(tǒng)適配層等多個(gè)板塊內(nèi)容。路由表包括多個(gè)節(jié)點(diǎn)鏈表，所有節(jié)點(diǎn)都代表可以到達(dá)目的網(wǎng)段的路由。圖3中，所有的node內(nèi)都包括RIB-active表、RIB-standby表與RIBpend表。所有表的子項(xiàng)都包含到達(dá)此網(wǎng)段的路由信息，包括RIB路由條目、路由類型（RIP/OSPF/靜態(tài)等）、下一跳網(wǎng)關(guān)與metric等。

RIB-active中的RIB路由代表已經(jīng)激活的路由，其也會(huì)被加入至硬件FIB和OSFIB中，達(dá)到現(xiàn)業(yè)務(wù)流的三層轉(zhuǎn)發(fā)目的。一般情況下，一個(gè)目的網(wǎng)段也僅有這個(gè)active路由。

圖3 路由表的組織結(jié)構(gòu)

RIB-standbv中的路由條目雖然可以達(dá)到但這個(gè)并不是最優(yōu)的選擇，如果active路由無(wú)法正常進(jìn)行工作，那么相關(guān)的路由管理板塊就會(huì)在standby RIB尋找一個(gè)最佳路由成為active路由。

RIB-pend中的路由是因?yàn)槠湎乱惶W(wǎng)關(guān)無(wú)法到達(dá)而暫時(shí)使用的路由路徑。如果下一跳網(wǎng)關(guān)可以到達(dá)，此路由會(huì)成為standby路由或active路由。

2.2 OSPF路由原理

OSPF是鏈路狀態(tài)路由協(xié)議中的一個(gè)類別，主要用在單一的自制系統(tǒng)中。所有的OSPF路由器的數(shù)據(jù)庫(kù)與AS的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都相同，并依據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)設(shè)立最短路徑樹與計(jì)算路由表。OSPF會(huì)給予等值多路徑。在拓?fù)涑霈F(xiàn)變化后，OSPF會(huì)使用少部分的路由流量計(jì)算路徑。在給出區(qū)域路徑時(shí)給出額外的路徑保護(hù)同時(shí)降低使用流量。路由表的計(jì)算是OSPF的重點(diǎn)。下面把OSPF計(jì)算分為如下4個(gè)方面。

（1）當(dāng)路由器初始化或網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化的時(shí)候，路由器就會(huì)產(chǎn)生包括所有端口狀態(tài)的鏈路狀態(tài)廣播數(shù)據(jù)包LSA。

（2）路由器會(huì)使用刷新法定期的對(duì)路由器內(nèi)部的信息進(jìn)行更新，以此來(lái)達(dá)到互換鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)的目的。Flooding指的是路由器把數(shù)據(jù)包輸送給相鄰的OSPF路由器。這些路由器會(huì)依據(jù)收到的鏈路狀態(tài)來(lái)更新數(shù)據(jù)庫(kù)，并把此信息輸送至相鄰的路由器，最終形成穩(wěn)定過(guò)程。

（3）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定后，即OSPF路由協(xié)議在穩(wěn)定的狀態(tài)下工作的時(shí)候，路由器會(huì)依據(jù)信息數(shù)據(jù)庫(kù)得出路由表。此路由表內(nèi)包括路由器到所有可以到達(dá)的Cost與此目的地將輸送的下一個(gè)路由器。

（4）在網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)穩(wěn)定后，網(wǎng)絡(luò)輸送的信息相比之前有所減少。這也是鏈路狀態(tài)路由協(xié)議與距離矢量路由協(xié)議不同的地方。

在經(jīng)過(guò)上述過(guò)程之后，OSPF可以動(dòng)態(tài)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。在這過(guò)程中如果出現(xiàn)改變就會(huì)快速擴(kuò)散，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行緊急聚合，并由此可以得出新的網(wǎng)絡(luò)路由表。路由表與路由轉(zhuǎn)發(fā)中的內(nèi)核路由表不同，其僅僅為OSPF內(nèi)部路由表。因此，在結(jié)束工作之后，還應(yīng)當(dāng)使用路由管理板塊來(lái)與內(nèi)核路由表交互，從而達(dá)到三層轉(zhuǎn)發(fā)的目的。

3 OSPF在OLT上的應(yīng)用

在依據(jù)前面文章內(nèi)容提出的設(shè)計(jì)思路，相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員成功開發(fā)OSPF路由軟件。在此之后，相關(guān)專業(yè)人員在OLT上的OSPF組網(wǎng)根據(jù)圖4進(jìn)行設(shè)計(jì)并測(cè)試，其中的3個(gè)接口分別在圖4中的RP1、RP2以及RP33個(gè)地方發(fā)揮其作用。

圖4 OLT上的OSPF組網(wǎng)測(cè)試

在RP2和RP3這兩個(gè)接口中能夠應(yīng)用OSPF，將RP3這個(gè)接口作用處指定配置為OSPF Cost=10，將RP2這個(gè)接口作用處指定配置為OSPF Cost=1 000，之后通過(guò)路由的管理部分經(jīng)過(guò)篩選將Cost=10的路由條目挑選出來(lái)，之后PCI、PCT和PCV之間傳遞信息的方式可以優(yōu)先進(jìn)行，之后再通過(guò)RP3來(lái)建立路由。

根據(jù)路由管理、OSPF等內(nèi)容的介紹，可以推斷出OSPF能夠發(fā)生倒換的情況有如下兩個(gè)。一種情況是協(xié)議超時(shí)。這種情況就是指在MSTP網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部，如果其DOWN接口遭到一定的損壞之后，OSPF協(xié)議就會(huì)立即對(duì)其相鄰的部分進(jìn)行探測(cè)，在下一次網(wǎng)絡(luò)重新恢復(fù)正常之前，所有與OSPF相關(guān)的設(shè)備都需要不斷地刷新自己內(nèi)部的數(shù)據(jù)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(gè)接口就會(huì)借助SUB_VLAN去探測(cè)接口的變化情況，從而將探測(cè)到的信息傳遞給路由管理部分。之后路由管理部分就會(huì)及時(shí)地采取解決措施幫助OSPF協(xié)議模塊，緊接著OSPF就會(huì)將自己的內(nèi)部的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行重新的計(jì)算核對(duì)，從而引起倒換。根據(jù)這兩種能夠引起OSPF發(fā)生倒換的情況，相關(guān)專業(yè)人員通過(guò)人為手段故意讓上述兩種情況發(fā)生，從而促使OSPF發(fā)生倒換，并且對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)測(cè)試結(jié)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(shè)備都能夠迅速地將路由倒換到RP2，這兩種情況所發(fā)生的倒換都不需要通過(guò)人為改變其中的內(nèi)容，就可以很好地保護(hù)MSTP內(nèi)部的信息。

4 結(jié) 論

根據(jù)文中內(nèi)容可知，此次設(shè)計(jì)的特點(diǎn)主要是將OLT與OSPF路由技術(shù)相結(jié)合，這樣就可以實(shí)現(xiàn)OLT對(duì)下游網(wǎng)絡(luò)上行鏈路和上游網(wǎng)絡(luò)下行鏈路進(jìn)行保護(hù)，并且不要對(duì)上游設(shè)備進(jìn)行重新的設(shè)置。此外，VLAN被廣泛應(yīng)用在EPON系統(tǒng)中，為系統(tǒng)的進(jìn)一步改進(jìn)起到了促進(jìn)作用。在現(xiàn)階段，該設(shè)計(jì)已經(jīng)通過(guò)一些前期的測(cè)試，準(zhǔn)備開展下一步的優(yōu)化與后期改進(jìn)。