提高傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)安全系數(shù)探討

吳桂龍

(中國鐵路北京局集團(tuán)有限公司北京通信段，北京 100038)

1 線路介紹

以張?zhí)凭€為例，2015年12月30日張?zhí)畦F路開通運(yùn)營，全長528 km，途徑張家口站、孔家莊站、張家口南站、趙川北站、龍門站、赤城站、楊木柵子站、豐寧站、塔黃旗東站、灤平東站、承德西站、李家營站、半壁山站、團(tuán)飄莊站、豐潤西站、唐山西站、豐南南站、唐海站、曹妃甸北站，后更名為唐包線。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 傳輸網(wǎng)

唐包線傳輸網(wǎng)匯聚層速率為2.5 G，采用1+1線性復(fù)用段保護(hù)，接入層傳輸速率為622 M，采用兩纖雙向復(fù)用段保護(hù)，全線只有一條24芯光纜。傳輸設(shè)備主要采用華為OSN系列設(shè)備，以太網(wǎng)板支持物理層、鏈路層協(xié)議，類似二層交換機(jī)。

2.2 數(shù)據(jù)網(wǎng)

唐包線數(shù)據(jù)網(wǎng)張家口路由器華為NE20E-S8采用IP-Trunk模式雙POS口接入客專數(shù)據(jù)網(wǎng)，豐潤網(wǎng)監(jiān)室路由器華為NE20E-S8采用ETH-Trunk模式雙GE口接入客專數(shù)據(jù)網(wǎng)。

2.3 以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)局端接入

唐包線紅外線局端接入方式：車輛5T機(jī)房兩臺(tái)路由器分別與客專數(shù)據(jù)網(wǎng)兩臺(tái)路由器對(duì)接，紅外線網(wǎng)管主、備通道分別接入車輛5T機(jī)房兩臺(tái)路由器。

唐包線牽引運(yùn)動(dòng)局端接入方式：供電機(jī)房兩臺(tái)路由器分別與客專數(shù)據(jù)網(wǎng)兩臺(tái)路由器對(duì)接，牽引遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)管主、備通道分別接入供電機(jī)房兩臺(tái)路由器。

唐包線電力運(yùn)動(dòng)局端接入方式：供電機(jī)房兩臺(tái)路由器分別與客專數(shù)據(jù)網(wǎng)兩臺(tái)路由器對(duì)接，電力遠(yuǎn)動(dòng)網(wǎng)管主、備通道分別接入供電機(jī)房兩臺(tái)路由器。

3 以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)介紹

3.1 紅外線業(yè)務(wù)

唐包線紅外線業(yè)務(wù)通過傳輸設(shè)備的以太網(wǎng)板共享匯聚，采用星形主、備方式進(jìn)行組網(wǎng)，每個(gè)探測點(diǎn)主用匯聚接入張家口交換機(jī)華為S2700，每個(gè)探測點(diǎn)備用匯聚接入豐潤網(wǎng)監(jiān)室交換機(jī)華為S2700，兩站的交換機(jī)分別上聯(lián)本站路由器，業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置在路由器上。共21個(gè)紅外線站點(diǎn)，41個(gè)紅外線探測點(diǎn)，主、備分別兩個(gè)匯聚口，劃分2個(gè)虛擬局域網(wǎng)。如圖1所示。

圖1 唐包線紅外線組網(wǎng)示意Fig.1 Schematic diagram of infrared ray networking on Tang-Bao line

3.2 牽引遠(yuǎn)動(dòng)業(yè)務(wù)

唐包線牽引遠(yuǎn)動(dòng)業(yè)務(wù)通過傳輸設(shè)備的以太網(wǎng)板共享匯聚，采用環(huán)形串接方式進(jìn)行組網(wǎng)，主用匯聚接入張家口交換機(jī)華為S2700，備用匯聚接入豐潤網(wǎng)監(jiān)室交換機(jī)華為S2700，兩站的交換機(jī)分別上聯(lián)本站路由器，業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置在路由器上。牽引遠(yuǎn)動(dòng)共分為5個(gè)主備環(huán)，46個(gè)站點(diǎn)，主、備分別一個(gè)匯聚口，劃分5個(gè)虛擬局域網(wǎng)。如圖2所示。

圖2 唐包線牽引遠(yuǎn)動(dòng)組網(wǎng)示意Fig.2 Schematic diagram oftraction tele-control networking on Tang-Bao line

3.3 電力遠(yuǎn)動(dòng)業(yè)務(wù)

唐包線電力遠(yuǎn)動(dòng)業(yè)務(wù)通過傳輸設(shè)備的以太網(wǎng)板共享匯聚，采用環(huán)形串接方式進(jìn)行組網(wǎng)，主用匯聚接入張家口交換機(jī)華為S2700，備用匯聚接入豐潤網(wǎng)監(jiān)室交換機(jī)華為S2700，兩站的交換機(jī)分別上聯(lián)本站路由器，業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置在路由器上。電力遠(yuǎn)動(dòng)共分為13個(gè)主備環(huán)，137個(gè)站點(diǎn)，主、備分別一個(gè)匯聚口，劃分13個(gè)虛擬局域網(wǎng)，牽引遠(yuǎn)動(dòng)與電力遠(yuǎn)動(dòng)組網(wǎng)方式一致。

4 故障案例

4.1 故障現(xiàn)象

以牽引遠(yuǎn)動(dòng)為例，用戶側(cè)反映唐包線牽引遠(yuǎn)動(dòng)業(yè)務(wù)主用通道全部中斷。

4.2 判斷過程

1）查看唐包線傳輸和數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)管，確保各項(xiàng)性能、指標(biāo)正常，沒有與之相關(guān)聯(lián)的異常告警，排除傳輸、數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備、光路、單板或端口等故障。

2）通過用戶側(cè)反映的故障現(xiàn)象，聯(lián)系相關(guān)站段故障現(xiàn)象一致，PING測用戶側(cè)服務(wù)器和復(fù)式終端地址正常，排出用戶側(cè)服務(wù)器和復(fù)式終端故障造成主用通道全部中斷，用戶側(cè)沒有相應(yīng)排查手段，需通信維護(hù)人員協(xié)助排查。

3）初步判斷為牽引遠(yuǎn)動(dòng)業(yè)務(wù)主用所帶的站點(diǎn)發(fā)生了環(huán)路、廣播風(fēng)暴、ARP攻擊等問題時(shí)，將匯聚端口阻塞，造成以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)主用通道全部中斷。

4）查詢傳輸、數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)管數(shù)據(jù)配置，登錄唐包數(shù)據(jù)網(wǎng)張家口路由器，關(guān)閉牽引主用通道對(duì)應(yīng)的5個(gè)子接口，再分別開啟牽引遠(yuǎn)動(dòng)主用對(duì)應(yīng)的5個(gè)子接口，逐一與用戶側(cè)進(jìn)行確認(rèn)，判斷為子接口3問題。

5）對(duì)照?qǐng)D紙臺(tái)賬，登錄唐包線傳輸網(wǎng)管，逐站關(guān)閉子接口3下掛的傳輸以太網(wǎng)業(yè)務(wù)口，分別與用戶側(cè)進(jìn)行確認(rèn)，最終判斷為某個(gè)站點(diǎn)故障，關(guān)閉故障站點(diǎn)，通知用戶側(cè)安排人員進(jìn)行排查、處理。

6）開啟除故障站點(diǎn)外的所有子接口和業(yè)務(wù)端口，業(yè)務(wù)恢復(fù)，通知現(xiàn)場通信人員配合相關(guān)用戶進(jìn)行排查。

4.3 原因分析

針對(duì)此類故障，由于唐包線傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)某個(gè)站點(diǎn)業(yè)務(wù)側(cè)有環(huán)路，產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，使張家口交換機(jī)對(duì)路由器上行接口帶寬被占滿，將端口阻塞，造成唐包線牽引遠(yuǎn)動(dòng)業(yè)務(wù)主用通道全部中斷，需用戶側(cè)進(jìn)行詳細(xì)排查。

4.4 存在問題

通過以上故障案例、判斷過程、原因分析，歸納出傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)存在以下幾點(diǎn)問題。

1）唐包線數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚點(diǎn)只有張家口和豐潤網(wǎng)監(jiān)室，如發(fā)生環(huán)路，產(chǎn)生廣播風(fēng)暴或出現(xiàn)ARP攻擊等問題，造成主用或備用業(yè)務(wù)全部中斷，高鐵及客專線等傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)也存在類似問題。

2）即使每個(gè)環(huán)都劃分了VLAN，但是使用同一個(gè)匯聚口，其中一臺(tái)設(shè)備發(fā)生了環(huán)路、廣播風(fēng)暴、ARP攻擊等問題，也會(huì)造成匯聚口DOWN掉，從而影響相關(guān)業(yè)務(wù)。

3）定位故障點(diǎn)需通信人員通過傳輸網(wǎng)管進(jìn)行復(fù)雜操作，分別只保留一個(gè)環(huán)，其他環(huán)全部甩掉，判斷某個(gè)環(huán)的問題，然后逐站將環(huán)內(nèi)業(yè)務(wù)端口DOWN掉，每一步需聯(lián)系相應(yīng)用戶側(cè)網(wǎng)管查看設(shè)備狀態(tài)，故障定位時(shí)間較長，一般需要2～3 h，才能定位故障站點(diǎn)，再通知用戶側(cè)對(duì)故障站點(diǎn)進(jìn)行處理，網(wǎng)管操作復(fù)雜，需依次進(jìn)行排查。

4）用戶側(cè)只有業(yè)務(wù)中斷時(shí)才進(jìn)行反饋并組織處理，當(dāng)通道1（主用）或通道2（備用）出現(xiàn)故障時(shí)，業(yè)務(wù)不受影響，沒有第一時(shí)間反饋并組織排查、處理，或用戶側(cè)無法監(jiān)控備用通道，判斷不出備用通道好壞。當(dāng)另外一條通道故障，造成業(yè)務(wù)中斷時(shí)，才會(huì)聯(lián)系通信人員配合處理。

5 優(yōu)化措施

1）改變現(xiàn)有唐包線數(shù)據(jù)網(wǎng)單一組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增設(shè)數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚及接入站點(diǎn)趙川北站、赤城站、豐寧站、灤平東站、李家營站和曹妃甸北等，將傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)進(jìn)行“匯聚分擔(dān)”，并將環(huán)形串接組網(wǎng)方式改為主備鏈組網(wǎng)方式，如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)示意Fig.3 Schematic diagram of optimized transmitting Ethernet aggregation service

優(yōu)點(diǎn)：徹底解決唐包線數(shù)據(jù)網(wǎng)單一組網(wǎng)缺陷；數(shù)據(jù)遷移簡單，業(yè)務(wù)影響時(shí)間較短，不需用戶側(cè)各點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)修改；減小故障影響范圍，壓縮故障處理時(shí)間；便于日常維護(hù)，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；有效保障傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)安全。

缺點(diǎn)：需要增加一部分資金投入；數(shù)據(jù)網(wǎng)需重新進(jìn)行組網(wǎng)、調(diào)試、開通。

2）更換張家口和豐潤網(wǎng)監(jiān)室路由器下掛的交換機(jī)，具備三層交換和流量控制功能。

優(yōu)點(diǎn)：資金投入較少；數(shù)據(jù)配置策略簡單。

缺點(diǎn)：不能徹底解決唐包線數(shù)據(jù)網(wǎng)單一組網(wǎng)缺陷；張家口或豐潤出現(xiàn)重大故障會(huì)造成主用或備用通道全部中斷；后期業(yè)務(wù)擴(kuò)容和新業(yè)務(wù)接入會(huì)造成資源不足的情況；數(shù)據(jù)遷移過程中，業(yè)務(wù)影響時(shí)間較長；配置流量控制功能，由于每個(gè)環(huán)業(yè)務(wù)站點(diǎn)數(shù)量不一致，可能會(huì)造成業(yè)務(wù)延時(shí)較大，實(shí)時(shí)性不高。

3）用戶側(cè)逐站更換各業(yè)務(wù)站點(diǎn)接入交換機(jī)為三層交換機(jī)，具備三層交換和流量控制功能，將網(wǎng)關(guān)設(shè)置在相關(guān)本地業(yè)務(wù)點(diǎn)，配置相關(guān)策略，增設(shè)數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)管用于監(jiān)控，逐站更改相關(guān)業(yè)務(wù)地址。

優(yōu)點(diǎn)：通信專業(yè)維護(hù)PE設(shè)備，其他專業(yè)維護(hù)CE設(shè)備，與用戶側(cè)分清網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理界面；故障排查更加簡單。

缺點(diǎn)：資金投入較大；相關(guān)專業(yè)配置數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)管，需專業(yè)人員進(jìn)行維護(hù)；各業(yè)務(wù)地址需要重新分配，每個(gè)業(yè)務(wù)點(diǎn)需安排人員重新調(diào)試、開通；張家口、豐潤更換配置更高的三層交換機(jī)，啟用VRRP協(xié)議，開通張家口至豐潤交換機(jī)互聯(lián)電路。

6 結(jié)束語

綜上所述，通過優(yōu)化傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)“匯聚分擔(dān)”，并將環(huán)形串接組網(wǎng)改為主備鏈組網(wǎng)的方式，以較小的資金投入，解決了數(shù)據(jù)網(wǎng)單一組網(wǎng)缺陷，提升網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)能力，縮小了業(yè)務(wù)影響范圍，壓縮了故障定位時(shí)間，使組網(wǎng)結(jié)構(gòu)更加簡單、層次更加分明，故障判斷更加迅捷，業(yè)務(wù)資源更加豐富，并能有效防止單站業(yè)務(wù)發(fā)生環(huán)路、廣播風(fēng)暴、ARP攻擊等問題對(duì)匯聚端口的影響，大幅提高了鐵路傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)的安全性和可靠性。