VXLAN技術在通信接入網中的應用

張課 孫方楠 李桂元 梁后健

【摘要】 當前，用電信息采集網絡主要采用傳統二層網絡技術，基本滿足業務需求。但是由于用電信息采集業務的逐步深入，傳統二層網絡技術在通信接入網中的應用弊端逐漸凸顯出來，危及用電信息采集業務正常運行，所以本文提出基于VXLAN技術構建用電信息網。本文首先探討了傳統二層網絡技術在通信接入網中的應用問題；然后對VXLAN技術及其優點進行了分析；最后，基于VXLAN技術構建了用電信息網，詳細論述了VXLAN技術在通信接入網中的應用。

【關鍵詞】 通信接入網 VXLAN技術 問題 傳統二層網絡技術

通信接入網是電力系統骨干通信網絡的伸延，要求能夠滿足智能電網配用電環節的通信需求。一般情況下，通信接入網覆蓋配電網開關站、配電室、配電變壓器、智能電表、配電新路等內容，負責配電自動化接入層、用電信息采集系統遠程信道等業務。可見，通信通入網在電網運行中承擔著重大責任，對電力系統運行影響巨大。為適應堅強智能電網建設和運行的工作需求，應當基于VXLAN技術建構有電通信接入網，不僅可以解決傳統接入網矛盾，還能滿足各方面的通信需要，支持電力系統可靠運行。為此，下面對基于VXLAN技術建構的有電通信接入網進行了分析。

一、傳統二層網絡技術在通信接入網中的應用問題

在過去很長一段時間內，通信接入網一直采用STP/ RRPP等協議進行二層組網，基本可以滿足通信需求。但是“三集五大”體系建設以來，用電信息采集業務日益深入，基于傳統二層網絡技術建立的用電通信接入網已經難以滿足通信需求，且問題越來越凸顯，已經危及到用電通信業務的正常運轉。這種情況下，迫切需要構建適合大規模通信網絡的有電通信接入網。從實際情況看，目前基于傳統二層網絡技術的用電通信接入網問題主要體現在以下幾個方面：

第一，組網拓撲受限，一般只能利用現有光纖通道組建單個或幾個環網，無法充分利用本地區范圍內所有通信網的光纖鏈路資源。

第二，二層交換網絡通常通過環路實現鏈路的冗余，但是要通過STP/RRPP協議來阻斷用電通信網中的二層環路，對STP/RRPP協議的依賴性較大。

第三，STP/RRPP協議的運行比較復雜，利用它們構建起來的二層網絡，其規模是有限的。由于通信采集業務的深入，網絡中的節點隨之增多，傳統通信網絡架構已經難以滿足規模越來越大的二層網絡運行要求。

第四，STP/RRPP協議對運行維護人員的工作素質要求較高，一旦出現操作不當或規劃失誤，很容易造成網絡環路。

對于以上問題，業界各主流廠商積極投入研究，紛紛提出一些解決二層網絡問題的方案。其中，部分廠商提出用VXLAN技術替代傳統的STP/RRPP協議，基于VXLAN技術構建用電通信接入網，這一解決方案得到大家普通關注。VXLAN技術在通信接入網中的應用屬于一個比較新的問題，目前這方面的研究較少。下面對VXLAN技術及其特點進行了分析，以此來探討VXLAN技術在用電通信接入網中應用的可行性。

二、VXLAN技術及其特點

VXLAN技術是一種基于IP網絡，以“MAG in UDP”為封裝形式的二層虛擬私有網絡技術。在實際應用中，VXLAN技術可以充分利用已有的企業IP網絡和網絡供應商，在三層網絡基礎上建立二層網絡隨帶，將分散的物理站點進行層關聯，實現跨區域的二層網絡聯系，構建大二層網路，適應當前大規模的通信網絡運行需求。這樣的通信接入網能為不同租戶提供業務隔離，保證通信順暢，優勢是比較明顯的。除了這一點外，VXLAN技術還有其他優點，具體包括以下幾個方面：

第一，支持大批的租戶，適應大規模網絡。本技術有24bits長的標識符，能夠支持224個VXLAN，這樣就表示該技術支持的租戶數量規模是較大的，很好的解決了傳統二層網絡VLAN資源不足問題。

第二，便于維護，對運維人員工作素質要求不高。VXLAN技術是基于IP網絡的大二層網絡，同傳統二層網絡相比，網絡部署和維護更為容易。同時，還可以充分利用現有的網絡技術。比如，利用VXLAN技術建立通信介入網后，可以充分利用等效路由的負載分擔。再如，只需要增加邊緣設備的VXLAN處理功能。所以，VXLAN技術在通信接入網中的應用，可以降低網絡部署難度和費用。

第三，高效轉發，能提高通信效率。基于VXLAN技術建立起來的用電通信接入網，網絡中每臺設備都可以作為源節點，且所有節點路徑都是最短的。若有多條等價鏈路，便可以實現流量負載分擔。

第四，部署方便，便于管理。VXLAN網絡部署有著較高的自動化程度，之所以這樣，主要在于VXLAN協議配置簡單，可以自動生成配置參數。

第五，快速收斂。VXLAN網絡是通過路由協議生成轉發表項的，一旦出現鏈路故障和網絡節點，可以在較短時間內進行收斂，通常為50m/s。

第六，平滑演進。采用STP/RRPP協議組建的二層網絡可以無縫接入VXLAN大二層網絡，實現從傳統二層網絡到大二層網絡的平滑演進。

通過以上分析可以明顯看出VXLAN技術有著傳統二層網絡技術無法比擬的優勢，能有效彌補傳統二層網路技術的缺陷，解決以往通信接入網存在的問題。為此，在用電通信接入網中應用VXLAN技術的是可行的，能滿足智能電網的通信需求。

三、基于VXLAN技術的用電通信接入網建設分析

3.1利用VXLAN技術建構用電通信接入網

在基于EPON構建的用電通信采集信息網中，一般采用“手拉手”保護模式，即雙PON口的ONU設備與兩個接入站節點的OLT設備分別互聯。當ONU設備在線路中出現倒換后，為保證下連的集中器與用電采集業務網依然保持通信，需要通信接入網采用二層組網模式，在中心站節點集中布置部署業務網關。但是進而二層網絡部署時，必須依靠STP/ RRPP協議來阻斷網絡環路。然而，STP/RRPP協議無論部署還是運行都是比較復雜的，且收斂速度慢，易出現鏈路資源利用率低等問題，不適合大規模組網。為解決傳統二層網絡技術的問題，使用大規模組網需求，在用電通信接入網中可以應用VXLAN技術。

通過VXLAN技術建立用電采集二層網絡，優勢是比較明顯的，具體體現在這些方面：第一，支持多條路徑的負載均衡；第二，有效解決傳統二網絡的環路問題，天然無環；第三，布置難度低，維護簡單；第四，適合大規模二層網絡組建；第五，收斂速度快；第六，組網拓撲沒有限制，是任意的。針對上文提及的傳統二層網路問題，基于VXLAN技術構建用電通信接入網，具體方案是：首先，在中心站的2臺核心交換機上集中部署各接入站點用電采集業務網關，實現業務網關冗余。然后，利用VXLAN技術建立覆蓋中心站和各接入點的大二層網絡，為中心站和各接入點的機械設備建立一個可靠、穩定、快速的大二層介入環境，形成更為完善的“手拉手”網絡保護環境。

與傳統的二層網絡相比，這種網絡部署可以有效規避用電采集業務網絡中的單鏈路故障和單節點的風險，為地區電網通信提供豐富的光纖資源，為大規模網絡部署和今后的采集業務發展提供有力支持。

3.2方案概要

1、業務網關冗余

業務網關繼續利用現有的2臺華為S7703交換機，采用VRRP運行協議，從而實現業務網關冗余。

2、二層隧道建立

通過VXLAN技術建立覆蓋用電采集中心站和接入站點的大二層網絡，在用電采集業務網中的所有變電站上分別就設置接入交換機，作為VXLAN網絡隧道端點，基于這些端點設備建立二層隧道。

3、組網拓撲

充分利用區域范圍內現有的所有光纖資源進行網絡拓撲規劃，形式采用“環形+雙星”，有效提高了通信接入網的健壯性，能實現業務流量的等價路徑負載分擔。

4、業務接入

中心站有2臺VXLAN交換機，與核心交換機分別進行二層互聯，切換是通過SmartLink技術實現的。VXLAN交換機下分別掛OLT設備，并將業務透傳給OLT設備。

5、接入模式

VXLAN技術的接入模式有兩種，分別是VXLAN接入模式和Ethernet接入模式。其中，本方案采用VXLAN接入模式。VXLAN接入模式中有幾種不同的接入模式，具體包括：第一種，通過VTEP設備從AC側收到本地報文后，之后將報文中的所有VLAN Tag刪除，再將報文轉發出去；第二種，通過VTEP設備從Tunnel側收到報文后，在報文中添加屬于本地站點的VLAN Tag，然后再將包報文轉發到本地的VM中。在這種接入模式中，VTEP設備能接收VLAN Tag，但是不能傳遞VLAN Tag信息。雖然不同站點的不同VLAN是相互連通的，但是VXLAN網絡中的VLAN的相互獨立的，所以不需要統一進行網絡規劃，規劃起來比較。綜合考慮以上兩種接入模式后，發現第二種接入模式在網絡部署上具有一定優勢，自動化程度高。基于這一點，本方案采用VXLAN接入模式中的第二種模式。

3.3方案優點

1、進一步豐富了系統業務接口，如語音、RS232、以太網等接口，不僅能滿足通信業務需求，還能滿足其他業務需求。

2、網絡設備安全可靠，重要部件都可以實現冗余備份。

3、網絡拓撲無要求，組網方式多樣，采用“手拉手”網絡安全保護模式，很好的提高了網絡安全性。

4、精簡網絡結構，故障率低，自動化程度高，相應的降低了對運維人員工作素質要求，運維管理難度低。

5、便于進行全網設備的統一、集中管理，能明顯提高網管工作質量和效率。

四、結語

綜上所述，通過本文分析得到以下結論：

第一，依靠STP/RRPP協議建立起來的用電通信接入網存在著明顯問題，主要有組網拓撲受限、網絡部署難度大、環路問題、對運維人員工作素質要求比較高等，難以適應智能電網運行要求。

第二，VXLAN網絡與傳統二層網絡相比優勢明顯，具體優勢包括：支持大批的租戶、便于維護、高效轉發、部署方便、快速收斂、平滑演進。

第三，基于VXLAN技術建立起來的用電通信接入網能有效改善傳統接入網的弊病，優化用電信息采集業務網，確保通信系統運行安全，為各項業務正常展開提供有力支持。

總之，VXLAN技術在用電通信接入網中的應用，不僅改善了傳統用電通信接入網運行現狀，還提高了故障定位和處理能力，很好的適應了智能電網建設與大規模網絡通信需求。

雖然關于VXLAN網絡研究已有很多，但是基于VXLAN技術建構用電通信接入網依然是一個比較棘手問題，行業內廠商應當在這方面投入更多的精力，加大研究力度，攻破技術難關，使VXLAN技術在用電通信接入網中得到更好應用。

參 考 文 獻

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