光网络与数据通信在轨道交通中的应用

王可佳 钟辉

沈阳建筑大学 （沈阳 110168）

0 概述

内嵌RPR的传输网络网虽然克服了Ethernet Over SDH的trunk方向死板、组网不灵活、以及带宽不可动态回收等问题。但是伴随而来的是内嵌RPR技术的固有缺陷，如：同一RPR模块只能属于同一RPR环网、不同的RPR环无法利用交叉资源进行对接、与数据设备连接将产生2层环路等。

1 内嵌RPR的技术应用

针对内嵌RPR技术的优缺点与轨道交通专用通信上层系统的业务，RPR的使用方式主要为：

根据业务的需求，建立2套RPR环网作为需要主备通道的业务承载，2套环网根据业务的主备关系采用相同的机制。

将整个物理网络逻辑上建立为1个RPR环，该环网承载所有的上层业务。

1、2两种情况混合使用。即根据业务的实际需求及硬件条件，规划网络时混合使用两种模式。

综合上述情况：

第一种方式可以有效的将主备业务分模块运行，且可以对运行备用业务的网采用高弹性(全部参与带宽抢占公平算法)的方式。这样可以带来主备分模块运行且备网带宽浪费降低的优点，但是在带宽利用要求比较高的情况下，会出现剩余的带宽无法组合利用。

第二种方式在需要主备业务分模块运行时，需要将主备模块全部映射到同一个RPR网络中，虽然可以达到主备分开运行的效果，但是扩大了RPR的环网规模，增加了开通难度和维护成本，且当一个模块出现问题时，保护倒换将是全网级别的。当不同的两个站点各损坏了一个主模块和一个备模块，会有至少1个站点发生业务瘫痪。

第三种方式则是根据实际情况，对业务种类进行划分、带宽进行计算后的一种综合型规划。及重要业务采用第一种网络方式，而一般业务采用第二种网络方式。这种组网需要仔细的分析业务和计算带宽，并且对于每个站点的MSTP设备，均需要配置不少于3个的RPR模块。

2 数据网与内嵌RPR的光网结合应用

上述方式均可作为轨道交通各个通信节点的网络承载方式。但基于上层需求的承载方式的不同。内嵌RPR的MSTP设备开发并支持了2种以太网方式，即EVPL和EVPln。

2.1 内嵌RPR的光网络业务实现

EVPL是专线级别业务。业务是针对不同用户的点对点传输。与传统的EPL业务不同的是EVPL不像EPL那样可以实现MAC帧在两地之间的透明传送。EVPL需要使用MPLS或者VLAN机制来区分承载的用户。

EVPLn支持多点全互连模式的接入。与EVPL同样的，在EVPLn中需要MPLS机制来隔离不同用户。但EVPLn支持所有接入点全互通，而在EVPL中，若要达到全面互通，则需要上层核心网来实现。

2.2 内嵌RPR的光网络与数据通信网结合

轨道交通的专用通信网是一个以控制中心为枢纽的集中型业务网，因此在通信的传输系统中，RPR主要启用了EVPLn方式进行业务承载。那么数据网与传输结合在一起后是一个什么样的网络结构呢？先从数据网对业务的需求分析后规划的网络来看。通常规划的数据网如图1所示。

图1 数据网络规划示意图

在这样一个分级明确的网络中，接入层作为面向业务提供接口功能模块；汇聚层做为基于策略的链接模块；核心层作为提供最优的区间转发和传送模块。当一个从车站用户终端发起请求，请求需要经过接入层节点设备来判断接入请求是否被许可。如果请求被许可，则须通过接入层与核心层上联的主端口经过Vlan标记发送给汇聚层。汇聚层与接入层之间的链接可以是2层的Trunk链接，也可以是3层的IP链接。在汇聚层，将对接入层发送过来的数据进行路由选择信息重分配、路由汇总、Vlan间路由等处理，汇聚层将除理后的信息通过上联主端口发送给核心层。核心层则需要将汇聚层发送的信息直接按照数据要求的目的地址进行转发，而不做任何处理。

上述是一个在理想环境下的数据网模型。但是经过了传送网RPR环进行互联的数据网并不会这样理想。如果RPR采取主备用端口分环的情况下，整体网组网如图2所示：

图2 RPR与数据网连接图

根据数据网络分层设计的原则，站点交换机需要兼具接入及汇聚层设备功能。但是这样的组网模式下会将原本隔离的2个RPR环网经过核心交换机连接在一起。但一个站点的数据设备发起一条寻址请求时，就会出现如图3所示的情况。

当PC1发送了一个带有广播的MAC地址FF-FF-FF-FF-FF-FF的数据帧，此帧会到达SW1的与PC1连接的接口，接着SW1将把该帧从除去源口的所有接口泛洪出去。于是SW2的1/1口接收到了广播帧，继而SW2将把广播帧从接口1/2泛洪出去。然后SW1的1/2接到了该帧，由于没有类似OSI第3层IP包头的TTL控制信息，这条广播帧会在网络中随着网络交换机的链路数目的增加迅速的繁衍，直到某条链路或者某个交换机被关闭才会停止。这样就出现了一个广播帧请求就造成了整个网络的瘫痪。

下面来看看单播帧的情况（如图4所示）。

图3 以太网环网

图4 以太网环路单用户脱网

假设PC1已经有了关于PC2的ARP表项并向PC2发送请求。然而，PC2因网卡故障脱离网络，且PC2的网桥项目在交换机中被清除了。这时，PC1的请求将从SW1的1/1口泛洪出去。SW2收到了请求后，由于没有PC2的网桥信息，将继续将该帧泛洪。与上述动作的同时，PC1的请求信息同时也会从SW1的1/2口泛洪给SW2的1/2口。由于SW2从1/1收到了网桥信息的含有PC1MAC地址的请求，需要从SW2的1/2泛除去，而SW2的1/2口也收到了从SW1的1/2口泛洪过来的带有PC1MAC地址的请求信息，这时SW2会将其网桥表中关于PC2的MAC地址的项目变更位错误信息。

随着数据帧在与上述相反的方向上回环，在各个交换机上PC1所关联的接口会在1/1和1/2之间反复跳动。这样整个网络带宽会被一个简单的数据请求占用，且由于网桥表受损不断更新，还会使交换机的CPU利用率高达100%，这样网络资源同样会被一个单播占据，直到某个链路或者交换机宕机。

基于上述分析，MAC地址成环可以对2层数据网产生致命影响，一个请求数据会在网络内循环扩散从而导致网络瘫痪。通过对几种情况的分析，制定以下两种解决方式：

(1)为不同的业务在RPR环网上预先分配带宽。这样，业务等级为A0、A1、B_CIR的业务会得到带宽的保障。当这类业务承载的上层网络出现环路时，根据额定带宽的分配，环路只能影响带宽范围内的网络。而根据RPR规范B_EIR和C级别的业务是参与公平算法的。因此当这两种业务承载的网络出现环路，将导致所有级别为B_EIR和C级别的业务中断；

(2)上层网络开启生成树机制。生成树机制将作用于整个交换设备，当某个交换设备启用这个机制，它会自动计算并阻塞某条链路从而拆除已形成的环路。但这种机制不适用于需要使用多链路负载均衡的网络。

基于上述分析，建议在实际环境中，结合使用上述两种解决方式。

3 结语

使用的内嵌RPR的轨道交通通信网，可以灵活的使用MPLS来为不同的上层系统进行以太网业务的承载。但上层数据网却不了解传输系统的构建模式。因此采用多链路对接时，2层环路的风险极高，尤其在传输系统还未采取业务级别划分机制的情况下，环路的影响将扩散到传输所承载的所有系统。基于这些情况分析与工程人员的经验总结，多链路对接时，无论数据网交换机运行在OSI哪个层上，均应预先开启生成树协议，避免意外。