TDCS/CTC系 統(tǒng)內(nèi)OSPF與EIGRP路由協(xié)議共存方案

周學(xué)兵 冷俊 費(fèi)振豪

列車調(diào)度指揮系統(tǒng)（TDCS）/調(diào)度集中系統(tǒng)（CTC）早已在全路裝備并運(yùn)營，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模很大，站點(diǎn)已達(dá)數(shù)千個(gè)。由于TDCS/CTC系統(tǒng)開發(fā)較早，路由是采用EIGRP協(xié)議（增強(qiáng)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議），而國內(nèi)廠商一直沒有開發(fā)與EIGRP協(xié)議兼容或運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備；通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一般采用OSPF路由協(xié)議（開放式最短路徑優(yōu)先），具備規(guī)模應(yīng)用前提條件。因此，在不影響TDCS/CTC系統(tǒng)正常、穩(wěn)定工作的前提下，開展TDCS/CTC系統(tǒng)內(nèi)EIGRP與OSPF路由協(xié)議共存方案的研究十分必要。

1 現(xiàn)網(wǎng)情況

1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

EIGRP是一種無類、高級(jí)距離矢量協(xié)議，兼?zhèn)滏溌窢顟B(tài)和距離矢量路由協(xié)議，使用彌散修正算法（DUAL）實(shí)現(xiàn)路由收斂，具有收斂速度快、無環(huán)路、端到端時(shí)延短等特點(diǎn)［1］。EIGRP使用觸發(fā)式路由更新方法，占用帶寬少，只有在發(fā)生路由變化時(shí)才會(huì)產(chǎn)生路由更新，其使用后繼路由的特征決定了在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生異常情況下，對(duì)應(yīng)用層數(shù)據(jù)的影響要 明 顯 小 于OSPF［2］。2013年2月RFC7868（至2020年1月已更新至第6個(gè)版本）公布了EIGRP算法、設(shè)計(jì)架構(gòu)、數(shù)據(jù)包格式和使用到的TVL字段含義。但EIGRP協(xié)議開發(fā)定位只適合中小型企業(yè)路由，屬于平面網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不適合大型網(wǎng)絡(luò)。

OSPF是一種基于鏈路狀態(tài)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，基于區(qū)域理念，使用Dijkstar算法實(shí)現(xiàn)路由收斂，具有路由變化收斂速度快、層次區(qū)域劃分清晰等優(yōu)點(diǎn)。OSPF使用周期性廣播實(shí)現(xiàn)路由更新，占用帶寬較EIGRP更高。OSPF基于區(qū)域?qū)崿F(xiàn)路由收斂，完成路由信息擴(kuò)散，各節(jié)點(diǎn)在本地進(jìn)行路由計(jì)算，不依賴相鄰路由信息。OSPF協(xié)議與BFD聯(lián)動(dòng)、Smart-Hello機(jī) 制、支 持iSPF和PRC等 特 性［3-4］，使OSPF在路由收斂和故障情況下的路由切換與EIGRP是一個(gè)量級(jí)。同時(shí)，OSPF開發(fā)初期就定位于中大型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具備豐富的區(qū)域特性，如Stub/Nssa/Totally Stub/Totally Nssa等，適合站點(diǎn)超過300～400個(gè)的中大型網(wǎng)絡(luò)。層次架構(gòu)及區(qū)域劃分，使OSPF能更好實(shí)現(xiàn)分級(jí)管理、控制網(wǎng)絡(luò)，縮小故障后的影響范圍，以及限制各個(gè)區(qū)域內(nèi)的LSDB數(shù)據(jù)庫大小。

1.2 典型場(chǎng)景

TDCS/CTC系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)見圖1。

圖1 TDCS/CTC系統(tǒng)典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖1描述了以EIGRP自治系統(tǒng)為邊界的連接關(guān)系。為了滿足大型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)EIGRP進(jìn)行人工層次化設(shè)計(jì)。EIGRP 125可類似為OSPF協(xié)議中的骨干傳輸區(qū)域，其他EIGRP區(qū)域模擬為OSPF子區(qū)域，形成一個(gè)邏輯樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。EIGRP 125承載調(diào)度中心路由及各個(gè)車站不同區(qū)域之間交互的傳輸域。底層車站路由條目通過重分發(fā)進(jìn)入EIGRP 125骨干區(qū)域內(nèi)，并通過EGIRP 125與其他EIGRP區(qū)域再次相互重分發(fā)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域之間的交互。

2 共存方案

由于TDCS/CTC系統(tǒng)大規(guī)模建設(shè)已基本完成，在新建或改建車站時(shí)，如何使用通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備就成為不可回避的問題。下面根據(jù)國內(nèi)鐵路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，在新建/改造車站或者新建線路時(shí)，結(jié)合調(diào)度中心是否新設(shè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，將對(duì)2種場(chǎng)景分別進(jìn)行分析和討論。

場(chǎng)景1：假設(shè)新建或改造單一或幾個(gè)車站時(shí)，車站使用國產(chǎn)化路由器，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、中心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不發(fā)生變化。

單站新建或改建時(shí)，將通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入原EIGRP網(wǎng)絡(luò)，見圖2，將原運(yùn)行EIGRP協(xié)議的路由器更換為通用路由器。

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不發(fā)生改變的情況下，更換后的通用路由器R3A只能運(yùn)行OSPF協(xié)議，相鄰車站及核心路由器仍然運(yùn)行EIGRP協(xié)議。為了實(shí)現(xiàn)OSPF協(xié)議路由設(shè)備與EIGRP協(xié)議設(shè)備的互聯(lián)互通，需要在R2/4A路由器控制層同時(shí)運(yùn)行EIGRP協(xié)議和OSPF協(xié)議，EIGRP協(xié)議用于維持既有網(wǎng)絡(luò)互通，OSPF協(xié)議用于通用路由器互聯(lián)互通，并進(jìn)行雙向重分發(fā)，相互引入對(duì)方路由。如果是A/B網(wǎng)同時(shí)更換，將產(chǎn)生四點(diǎn)雙向重分布的場(chǎng)景。由于該場(chǎng)景調(diào)度中心核心部分不做任何改變，但需要在車站R2A和R4A配置雙點(diǎn)雙向重分發(fā)，因此出現(xiàn)以下問題。

1）R2A和R4A與其他車站網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置不一致，存在特殊性，對(duì)車站路由器配置、管理、維護(hù)有一定的困難。

2）雙網(wǎng)平面下存在四點(diǎn)雙向重分發(fā)問題，結(jié)合圖1的中心重分發(fā)，整體路由管控困難，存在路由回灌、次優(yōu)路徑、路由環(huán)路等問題［5-6］。

3）CTC2.0或TDCS2.0是 雙 網(wǎng) 交 叉 冗 余 運(yùn)行，若單網(wǎng)數(shù)據(jù)承載平面出現(xiàn)路由問題，就會(huì)影響系統(tǒng)正常工作。

以上問題和風(fēng)險(xiǎn)較難規(guī)避，因此不建議使用通用路由器設(shè)備替代原有運(yùn)行EIGRP協(xié)議設(shè)備。

圖2 單站新建或改建時(shí)將通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接入原EIGRP網(wǎng)絡(luò)

場(chǎng)景2：新建或改造單一或整線項(xiàng)目，車站使用通用路由器，中心增加通用路由器作為運(yùn)行OSPF協(xié)議核心路由器，將計(jì)劃改造車站剝離原環(huán)網(wǎng)，與新設(shè)通用核心路由組成新的通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

既有部分車站改造使用國產(chǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，見圖3。本場(chǎng)景前提是在中心已完成新設(shè)2臺(tái)通用核心路由器、2臺(tái)協(xié)議轉(zhuǎn)換路由器。EIGRP/OSPF區(qū)域之間通過協(xié)議轉(zhuǎn)換路由器雙點(diǎn)雙向引入路由，實(shí)現(xiàn)2種不同路由協(xié)議之間的互聯(lián)互通。

圖3 既有部分車站改造使用國產(chǎn)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

新建或改造線路接入通用核心路由器，由通用核心路由器實(shí)現(xiàn)OSPF區(qū)域之間、車站與調(diào)度中心路由條目過濾、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及OSPF區(qū)域內(nèi)互聯(lián)互通功能。該網(wǎng)絡(luò)模型主要優(yōu)點(diǎn)如下。

1）EIGRP/OSPF路由協(xié)議交互邊界明確，設(shè)置2臺(tái)路由協(xié)議轉(zhuǎn)換路由器，即可實(shí)現(xiàn)后續(xù)新建或改建線路的接入與交互。

2）設(shè)置專用協(xié)議轉(zhuǎn)換路由器設(shè)備，對(duì)既有EIGRP網(wǎng)絡(luò)無影響，最大限度保證網(wǎng)絡(luò)正常平穩(wěn)工作，還避免了既有核心路由器存在多個(gè)EIGRP協(xié)議相互重分發(fā)帶來的路由交互問題，使得運(yùn)維簡(jiǎn)化［7］。

3）路由架構(gòu)清晰，不涉及原有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變動(dòng)，底層車站網(wǎng)絡(luò)按EIGRP區(qū)域，或者按線路切換至OSPF區(qū)域，均能滿足要求。

4）成熟的路由交互理論支撐，確保路由重分發(fā)時(shí)發(fā)生的路由回灌、路由環(huán)路、次優(yōu)路徑等問題可控。

5）原運(yùn)行EIGPR協(xié)議路由器切換為OSPF后，同樣可以接入OSPF區(qū)域，規(guī)避了項(xiàng)目重復(fù)投資，降低了建設(shè)成本。

本場(chǎng)景通過新設(shè)協(xié)議轉(zhuǎn)化路由器，解決了現(xiàn)有EIGRP網(wǎng)絡(luò)接入通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備較難處理的問題。協(xié)議轉(zhuǎn)換路由器也在EIGRP和OSPF之間進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)隔離，使得任意一個(gè)區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)振蕩不會(huì)影響到對(duì)方區(qū)域［8］。協(xié)議轉(zhuǎn)換路由器通過路由過濾功能也可將必要的網(wǎng)絡(luò)條目傳送到對(duì)端，多了一道數(shù)據(jù)管控“閘口”。單個(gè)或幾個(gè)車站改造會(huì)使得EIGRP改OSPF實(shí)施周期變長(zhǎng)，頻度變高。而新建線路或整線改造則使得EIGRP改OSPF進(jìn)程加快。建議按新建線路或整線制推進(jìn)EIGRP改OSPF進(jìn)程。

3 實(shí)驗(yàn)室模擬

在實(shí)驗(yàn)室搭建場(chǎng)景2的模擬環(huán)境，測(cè)試時(shí)間2周（14天），經(jīng)過協(xié)議統(tǒng)計(jì)信息對(duì)比，EIGPR協(xié)議的Update/Query/Reply/Ack數(shù)據(jù)包沒有增加［9］。OSPF協(xié)議統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包中，計(jì)算次數(shù)也沒有增加［10］。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)說明測(cè)試周期內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)行穩(wěn)定，EIGPR網(wǎng)絡(luò)與OSPF網(wǎng)絡(luò)較好地實(shí)現(xiàn)了三層路由兼容。

4 結(jié)論

對(duì)TDCS/CTC系統(tǒng)單站或整線改擴(kuò)建、新建時(shí)采用方案對(duì)比分析，總結(jié)如下。

1）單站改造時(shí)，不建議使用通用路由設(shè)備替代運(yùn)行EIGRP協(xié)議路由設(shè)備。

2）整線制新建或改建時(shí)，建議使用場(chǎng)景2接入OSPF網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置路由協(xié)議轉(zhuǎn)換路由器，實(shí)現(xiàn)EIGRP/OSPF區(qū)域交互。

3）整線中數(shù)個(gè)車站改建時(shí)，可將改建車站路由器更改為運(yùn)行OSFP協(xié)議后，套用場(chǎng)景2接入OSPF網(wǎng)絡(luò)。

車站改建場(chǎng)景可利用原有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為業(yè)主資產(chǎn)最大程度保值。