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，接入層傳輸速率為622 M，采用兩纖雙向復(fù)用段保護，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。

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機房兩臺路由器分別與客專數(shù)據(jù)網(wǎng)兩臺路由器對接，紅外線網(wǎng)管主、備通道分別接入車輛5T機房兩臺路由器。

唐包線牽引運動局端接入方式：供電機房兩臺路由器分別與客專數(shù)據(jù)網(wǎng)兩臺路由器對接，牽引遠動網(wǎng)管主、備通道分別接入供電機房兩臺路由器。

唐包線電力運動局端接入方式：供電機房兩臺路由器分別與客專數(shù)據(jù)網(wǎng)兩臺路由器對接，電力遠動網(wǎng)管主、備通道分別接入供電機房兩臺路由器。

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、備方式進行組網(wǎng)，每個探測點主用匯聚接入張家口交換機華為S2700，每個探測點備用匯聚接入豐潤網(wǎng)監(jiān)室交換機華為S2700，兩站的交換機分別上聯(lián)本站路由器，業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)置在路由器上。共21個紅外線站點，41個紅外線探測點，主、備分別兩個匯聚口，劃分2個虛擬局域網(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 牽引遠動業(yè)務(wù)

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

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

3.3 電力遠動業(yè)務(wù)

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

4 故障案例

4.1 故障現(xiàn)象

以牽引遠動為例，用戶側(cè)反映唐包線牽引遠動業(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，需通信維護人員協(xié)助排查。

3）初步判斷為牽引遠動業(yè)務(wù)主用所帶的站點發(fā)生了環(huán)路、廣播風(fēng)暴、ARP攻擊等問題時，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)閉牽引主用通道對應(yīng)的5個子接口，再分別開啟牽引遠動主用對應(yīng)的5個子接口，逐一與用戶側(cè)進行確認，判斷為子接口3問題。

5）對照圖紙臺賬，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)進行確認，最終判斷為某個站點故障，關(guān)閉故障站點，通知用戶側(cè)安排人員進行排查、處理。

6）開啟除故障站點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)用戶進行排查。

4.3 原因分析

針對此類故障，由于唐包線傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)某個站點業(yè)務(wù)側(cè)有環(huán)路，產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，使張家口交換機對路由器上行接口帶寬被占滿，將端口阻塞，造成唐包線牽引遠動業(yè)務(wù)主用通道全部中斷，需用戶側(cè)進行詳細排查。

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)存在以下幾點問題。

1）唐包線數(shù)據(jù)網(wǎng)匯聚點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）即使每個環(huán)都劃分了VLAN，但是使用同一個匯聚口，其中一臺設(shè)備發(fā)生了環(huán)路、廣播風(fēng)暴、ARP攻擊等問題，也會造成匯聚口DOWN掉，從而影響相關(guān)業(yè)務(wù)。

3）定位故障點需通信人員通過傳輸網(wǎng)管進行復(fù)雜操作，分別只保留一個環(huán)，其他環(huán)全部甩掉，判斷某個環(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)，故障定位時間較長，一般需要2～3 h，才能定位故障站點，再通知用戶側(cè)對故障站點進行處理，網(wǎng)管操作復(fù)雜，需依次進行排查。

4）用戶側(cè)只有業(yè)務(wù)中斷時才進行反饋并組織處理，當(dāng)通道1（主用）或通道2（備用）出現(xiàn)故障時，業(yè)務(wù)不受影響，沒有第一時間反饋并組織排查、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，才會聯(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：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)影響時間較短，不需用戶側(cè)各點進行數(shù)據(jù)修改；減小故障影響范圍，壓縮故障處理時間；便于日常維護，提高勞動生產(chǎn)率；有效保障傳輸以太網(wǎng)匯聚業(yè)務(wù)安全。

缺點：需要增加一部分資金投入；數(shù)據(jù)網(wǎng)需重新進行組網(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，具備三層交換和流量控制功能。

優(yōu)點：資金投入較少；數(shù)據(jù)配置策略簡單。

缺點：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)重大故障會造成主用或備用通道全部中斷；后期業(yè)務(wù)擴容和新業(yè)務(wù)接入會造成資源不足的情況；數(shù)據(jù)遷移過程中，業(yè)務(wù)影響時間較長；配置流量控制功能，由于每個環(huán)業(yè)務(wù)站點數(shù)量不一致，可能會造成業(yè)務(wù)延時較大，實時性不高。

3）用戶側(cè)逐站更換各業(yè)務(wù)站點接入交換機為三層交換機，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，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：通信專業(yè)維護PE設(shè)備，其他專業(yè)維護CE設(shè)備，與用戶側(cè)分清網(wǎng)絡(luò)維護管理界面；故障排查更加簡單。

缺點：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)人員進行維護；各業(yè)務(wù)地址需要重新分配，每個業(yè)務(wù)點需安排人員重新調(diào)試、開通；張家口、豐潤更換配置更高的三層交換機，啟用VRRP協(xié)議，開通張家口至豐潤交換機互聯(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)，同時實現(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。