鐵路通信工程設計中路由器、交換機的選擇

鄧世勇

【摘要】 本文從新建一條鐵路線的角度出發(fā)，對通信工程中涉及到的路由器、交換機設備的選擇提供了一些建議。

【關鍵詞】 鐵路 通信 路由器 交換機

一、業(yè)務概況

1.1 客票、辦公

鐵路客票系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)均采用客戶端、服務器模式，一般新建鐵路工程中各車站主要設置的是客戶端，服務器一般設于鐵路局。一般新建工程中車站隨規(guī)模不同，設置的客票、辦公系統(tǒng)終端數(shù)量不同。

1.2 視頻監(jiān)控

鐵路視頻監(jiān)控系統(tǒng)隨管理級別不同，最終用戶不同，其架構(gòu)也不同。綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)需將報警視頻、部分重要視頻上傳至鐵路局視頻區(qū)域節(jié)點；個別貨場設置的視頻監(jiān)控系統(tǒng)僅需將視頻信息傳至貨場機房服務器進行存儲，由貨運值班員進行查看即可。隨著視頻監(jiān)控技術發(fā)展，前端攝像機已從4cif升級到720p或1080p，整個視頻監(jiān)控網(wǎng)絡架構(gòu)已經(jīng)開始采用全IP架構(gòu)，攝像機僅通過1根網(wǎng)線連接至交換機，即可通過該交換機傳輸視頻信息、控制信息，還能通過該交換機供電。

二、系統(tǒng)通信過程分析

2.1 系統(tǒng)通信過程

客票、辦公系統(tǒng)對系統(tǒng)可靠性要求較高，一般上層均采用TCP協(xié)議；視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于其實時性，一般上層均采用UDP協(xié)議。

客戶端與服務器端進行通信時，一般是客戶端應用層的應用程序生成數(shù)據(jù)包，然后到傳輸層增加TCP包頭或UDP包頭，然后到網(wǎng)絡層增加IP包頭（IP包頭包含的主要是IP地址，包括客戶端IP地址（即源IP地址）、服務器端IP地址（即目的IP地址）），然后到數(shù)據(jù)鏈路層增加網(wǎng)卡的MAC包頭（MAC包頭包含的主要是MAC地址，包括客戶端MAC地址（即源MAC地址）、服務器端MAC地址（即目的MAC地址）），然后通過物理網(wǎng)絡到達服務器端。服務器端接收到該數(shù)據(jù)包后，先去掉數(shù)據(jù)鏈路層的MAC包頭進入網(wǎng)絡層，然后去掉網(wǎng)絡層的IP包頭進入傳輸層，然后去掉傳輸層的TCP或UDP包頭進入應用層，然后服務器端即能收到客戶端數(shù)據(jù)了。服務器端收到該數(shù)據(jù)后，若要應答客戶端，則應答客戶端的數(shù)據(jù)又經(jīng)過上述過程，就能傳到客戶端了，區(qū)別在于服務器發(fā)出來的數(shù)據(jù)包的IP源地址、IP目的地址，MAC源地址、MAC目的地址與客戶端發(fā)出來的數(shù)據(jù)包的這些地址正好對調(diào)一下。

2.2 系統(tǒng)通信時與交換機、路由器的交互過程

（1）源IP地址、源MAC地址的獲取。源IP地址即客戶端、服務器本機的IP地址，此地址可通過DHCP服務器獲取，亦可通過手動設置方式設置，手動設置時與本機連接的是交換機還是路由器關系不大。源MAC地址即客戶端、服務器本機的MAC地址，此地址即網(wǎng)卡的硬件地址，生產(chǎn)廠家生產(chǎn)網(wǎng)卡時該地址即已生成。因此對客戶端、服務器來說，源IP地址、源MAC地址不需與網(wǎng)絡發(fā)生關系即已明確。

（2）目的IP地址的獲取。對客戶端來說，其目的IP地址（即服務器的IP地址）一般有2種方式能獲取，一是通過DNS系統(tǒng)來獲?。ù藭r網(wǎng)絡連接TCP/IP屬性中所填的DNS服務器地址就有用了），二是在客戶端系統(tǒng)軟件中直接明確寫出服務器的IP地址，其中第二種方式適用于小型系統(tǒng)，第一種方式適用于大型系統(tǒng)。對服務器端來說，其目的IP地址（即客戶端的IP地址）一般包含于客戶端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包中。

（3）目的MAC地址的獲取。對客戶端來說，其目的MAC地址（即服務器的MAC地址）需通過ARP協(xié)議來獲取，其具體獲取過程如下：首次通信過程中客戶端會將本機的IP地址與服務器端的IP地址放到一起進行計算，以檢驗客戶端與服務器是否屬于同一個IP網(wǎng)段，如果是同一個IP網(wǎng)段，則直接對所有本機能抵達的物理網(wǎng)口廣播ARP請求，該請求中含有目的IP地址，該網(wǎng)段內(nèi)所有計算機收到該ARP請求后，只有其IP地址為ARP請求包中的IP地址的計算機會發(fā)送一個響應包，其余計算機則將該ARP請求丟棄。如果客戶端與服務器端不在同一個IP網(wǎng)段，則直接將默認網(wǎng)關（一般默認網(wǎng)關即是一臺有路由功能的三層交換機或直接即是一臺路由器）的MAC地址作為目的MAC地址。默認網(wǎng)關收到數(shù)據(jù)包后再根據(jù)數(shù)據(jù)包中服務器的IP地址查找服務器端的MAC地址，如果服務器IP地址所在網(wǎng)段與默認網(wǎng)關另外一個網(wǎng)段也不是同一網(wǎng)段，則繼續(xù)將默認網(wǎng)關路由表中下一跳路由器（即數(shù)據(jù)包應該發(fā)送到的下一個IP地址）端口的MAC地址作為目的MAC地址放到數(shù)據(jù)包中往下傳輸，直至找到服務器端的MAC地址。對服務器端來說，其目的MAC地址包含在客戶端發(fā)出來的數(shù)據(jù)包中。

三、結(jié)論

此處所指的交換機為二層交換機。新建鐵路工程中的客票系統(tǒng)、辦公系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)等可以通過二層交換機再通過MSTP傳輸系統(tǒng)提供的FE透傳接口接到既有路局路由器上，但需調(diào)查清楚既有路由器能容納的客戶端數(shù)量，調(diào)查不清楚時建議每個車站設置帶路由功能的三層交換機更佳。類似貨場視頻監(jiān)控系統(tǒng)一樣僅需小型計算機網(wǎng)絡的場合，則選擇二層交換機即滿足功能要求。endprint