VXLAN技术在通信接入网中的应用

张课 孙方楠 李桂元 梁后健

【摘要】 当前，用电信息采集网络主要采用传统二层网络技术，基本满足业务需求。但是由于用电信息采集业务的逐步深入，传统二层网络技术在通信接入网中的应用弊端逐渐凸显出来，危及用电信息采集业务正常运行，所以本文提出基于VXLAN技术构建用电信息网。本文首先探讨了传统二层网络技术在通信接入网中的应用问题；然后对VXLAN技术及其优点进行了分析；最后，基于VXLAN技术构建了用电信息网，详细论述了VXLAN技术在通信接入网中的应用。

【关键词】 通信接入网 VXLAN技术 问题 传统二层网络技术

通信接入网是电力系统骨干通信网络的伸延，要求能够满足智能电网配用电环节的通信需求。一般情况下，通信接入网覆盖配电网开关站、配电室、配电变压器、智能电表、配电新路等内容，负责配电自动化接入层、用电信息采集系统远程信道等业务。可见，通信通入网在电网运行中承担着重大责任，对电力系统运行影响巨大。为适应坚强智能电网建设和运行的工作需求，应当基于VXLAN技术建构有电通信接入网，不仅可以解决传统接入网矛盾，还能满足各方面的通信需要，支持电力系统可靠运行。为此，下面对基于VXLAN技术建构的有电通信接入网进行了分析。

一、传统二层网络技术在通信接入网中的应用问题

在过去很长一段时间内，通信接入网一直采用STP/ RRPP等协议进行二层组网，基本可以满足通信需求。但是“三集五大”体系建设以来，用电信息采集业务日益深入，基于传统二层网络技术建立的用电通信接入网已经难以满足通信需求，且问题越来越凸显，已经危及到用电通信业务的正常运转。这种情况下，迫切需要构建适合大规模通信网络的有电通信接入网。从实际情况看，目前基于传统二层网络技术的用电通信接入网问题主要体现在以下几个方面：

第一，组网拓扑受限，一般只能利用现有光纤通道组建单个或几个环网，无法充分利用本地区范围内所有通信网的光纤链路资源。

第二，二层交换网络通常通过环路实现链路的冗余，但是要通过STP/RRPP协议来阻断用电通信网中的二层环路，对STP/RRPP协议的依赖性较大。

第三，STP/RRPP协议的运行比较复杂，利用它们构建起来的二层网络，其规模是有限的。由于通信采集业务的深入，网络中的节点随之增多，传统通信网络架构已经难以满足规模越来越大的二层网络运行要求。

第四，STP/RRPP协议对运行维护人员的工作素质要求较高，一旦出现操作不当或规划失误，很容易造成网络环路。

对于以上问题，业界各主流厂商积极投入研究，纷纷提出一些解决二层网络问题的方案。其中，部分厂商提出用VXLAN技术替代传统的STP/RRPP协议，基于VXLAN技术构建用电通信接入网，这一解决方案得到大家普通关注。VXLAN技术在通信接入网中的应用属于一个比较新的问题，目前这方面的研究较少。下面对VXLAN技术及其特点进行了分析，以此来探讨VXLAN技术在用电通信接入网中应用的可行性。

二、VXLAN技术及其特点

VXLAN技术是一种基于IP网络，以“MAG in UDP”为封装形式的二层虚拟私有网络技术。在实际应用中，VXLAN技术可以充分利用已有的企业IP网络和网络供应商，在三层网络基础上建立二层网络随带，将分散的物理站点进行层关联，实现跨区域的二层网络联系，构建大二层网路，适应当前大规模的通信网络运行需求。这样的通信接入网能为不同租户提供业务隔离，保证通信顺畅，优势是比较明显的。除了这一点外，VXLAN技术还有其他优点，具体包括以下几个方面：

第一，支持大批的租户，适应大规模网络。本技术有24bits长的标识符，能够支持224个VXLAN，这样就表示该技术支持的租户数量规模是较大的，很好的解决了传统二层网络VLAN资源不足问题。

第二，便于维护，对运维人员工作素质要求不高。VXLAN技术是基于IP网络的大二层网络，同传统二层网络相比，网络部署和维护更为容易。同时，还可以充分利用现有的网络技术。比如，利用VXLAN技术建立通信介入网后，可以充分利用等效路由的负载分担。再如，只需要增加边缘设备的VXLAN处理功能。所以，VXLAN技术在通信接入网中的应用，可以降低网络部署难度和费用。

第三，高效转发，能提高通信效率。基于VXLAN技术建立起来的用电通信接入网，网络中每台设备都可以作为源节点，且所有节点路径都是最短的。若有多条等价链路，便可以实现流量负载分担。

第四，部署方便，便于管理。VXLAN网络部署有着较高的自动化程度，之所以这样，主要在于VXLAN协议配置简单，可以自动生成配置参数。

第五，快速收敛。VXLAN网络是通过路由协议生成转发表项的，一旦出现链路故障和网络节点，可以在较短时间内进行收敛，通常为50m/s。

第六，平滑演进。采用STP/RRPP协议组建的二层网络可以无缝接入VXLAN大二层网络，实现从传统二层网络到大二层网络的平滑演进。

通过以上分析可以明显看出VXLAN技术有着传统二层网络技术无法比拟的优势，能有效弥补传统二层网路技术的缺陷，解决以往通信接入网存在的问题。为此，在用电通信接入网中应用VXLAN技术的是可行的，能满足智能电网的通信需求。

三、基于VXLAN技术的用电通信接入网建设分析

3.1利用VXLAN技术建构用电通信接入网

在基于EPON构建的用电通信采集信息网中，一般采用“手拉手”保护模式，即双PON口的ONU设备与两个接入站节点的OLT设备分别互联。当ONU设备在线路中出现倒换后，为保证下连的集中器与用电采集业务网依然保持通信，需要通信接入网采用二层组网模式，在中心站节点集中布置部署业务网关。但是进而二层网络部署时，必须依靠STP/ RRPP协议来阻断网络环路。然而，STP/RRPP协议无论部署还是运行都是比较复杂的，且收敛速度慢，易出现链路资源利用率低等问题，不适合大规模组网。为解决传统二层网络技术的问题，使用大规模组网需求，在用电通信接入网中可以应用VXLAN技术。

通过VXLAN技术建立用电采集二层网络，优势是比较明显的，具体体现在这些方面：第一，支持多条路径的负载均衡；第二，有效解决传统二网络的环路问题，天然无环；第三，布置难度低，维护简单；第四，适合大规模二层网络组建；第五，收敛速度快；第六，组网拓扑没有限制，是任意的。针对上文提及的传统二层网路问题，基于VXLAN技术构建用电通信接入网，具体方案是：首先，在中心站的2台核心交换机上集中部署各接入站点用电采集业务网关，实现业务网关冗余。然后，利用VXLAN技术建立覆盖中心站和各接入点的大二层网络，为中心站和各接入点的机械设备建立一个可靠、稳定、快速的大二层介入环境，形成更为完善的“手拉手”网络保护环境。

与传统的二层网络相比，这种网络部署可以有效规避用电采集业务网络中的单链路故障和单节点的风险，为地区电网通信提供丰富的光纤资源，为大规模网络部署和今后的采集业务发展提供有力支持。

3.2方案概要

1、业务网关冗余

业务网关继续利用现有的2台华为S7703交换机，采用VRRP运行协议，从而实现业务网关冗余。

2、二层隧道建立

通过VXLAN技术建立覆盖用电采集中心站和接入站点的大二层网络，在用电采集业务网中的所有变电站上分别就设置接入交换机，作为VXLAN网络隧道端点，基于这些端点设备建立二层隧道。

3、组网拓扑

充分利用区域范围内现有的所有光纤资源进行网络拓扑规划，形式采用“环形+双星”，有效提高了通信接入网的健壮性，能实现业务流量的等价路径负载分担。

4、业务接入

中心站有2台VXLAN交换机，与核心交换机分别进行二层互联，切换是通过SmartLink技术实现的。VXLAN交换机下分别挂OLT设备，并将业务透传给OLT设备。

5、接入模式

VXLAN技术的接入模式有两种，分别是VXLAN接入模式和Ethernet接入模式。其中，本方案采用VXLAN接入模式。VXLAN接入模式中有几种不同的接入模式，具体包括：第一种，通过VTEP设备从AC侧收到本地报文后，之后将报文中的所有VLAN Tag删除，再将报文转发出去；第二种，通过VTEP设备从Tunnel侧收到报文后，在报文中添加属于本地站点的VLAN Tag，然后再将包报文转发到本地的VM中。在这种接入模式中，VTEP设备能接收VLAN Tag，但是不能传递VLAN Tag信息。虽然不同站点的不同VLAN是相互连通的，但是VXLAN网络中的VLAN的相互独立的，所以不需要统一进行网络规划，规划起来比较。综合考虑以上两种接入模式后，发现第二种接入模式在网络部署上具有一定优势，自动化程度高。基于这一点，本方案采用VXLAN接入模式中的第二种模式。

3.3方案优点

1、进一步丰富了系统业务接口，如语音、RS232、以太网等接口，不仅能满足通信业务需求，还能满足其他业务需求。

2、网络设备安全可靠，重要部件都可以实现冗余备份。

3、网络拓扑无要求，组网方式多样，采用“手拉手”网络安全保护模式，很好的提高了网络安全性。

4、精简网络结构，故障率低，自动化程度高，相应的降低了对运维人员工作素质要求，运维管理难度低。

5、便于进行全网设备的统一、集中管理，能明显提高网管工作质量和效率。

四、结语

综上所述，通过本文分析得到以下结论：

第一，依靠STP/RRPP协议建立起来的用电通信接入网存在着明显问题，主要有组网拓扑受限、网络部署难度大、环路问题、对运维人员工作素质要求比较高等，难以适应智能电网运行要求。

第二，VXLAN网络与传统二层网络相比优势明显，具体优势包括：支持大批的租户、便于维护、高效转发、部署方便、快速收敛、平滑演进。

第三，基于VXLAN技术建立起来的用电通信接入网能有效改善传统接入网的弊病，优化用电信息采集业务网，确保通信系统运行安全，为各项业务正常展开提供有力支持。

总之，VXLAN技术在用电通信接入网中的应用，不仅改善了传统用电通信接入网运行现状，还提高了故障定位和处理能力，很好的适应了智能电网建设与大规模网络通信需求。

虽然关于VXLAN网络研究已有很多，但是基于VXLAN技术建构用电通信接入网依然是一个比较棘手问题，行业内厂商应当在这方面投入更多的精力，加大研究力度，攻破技术难关，使VXLAN技术在用电通信接入网中得到更好应用。

参 考 文 献

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