提高传输以太网汇聚业务安全系数探讨

吴桂龙

(中国铁路北京局集团有限公司北京通信段，北京 100038)

1 线路介绍

以张唐线为例，2015年12月30日张唐铁路开通运营，全长528 km，途径张家口站、孔家庄站、张家口南站、赵川北站、龙门站、赤城站、杨木栅子站、丰宁站、塔黄旗东站、滦平东站、承德西站、李家营站、半壁山站、团飘庄站、丰润西站、唐山西站、丰南南站、唐海站、曹妃甸北站，后更名为唐包线。

2 系统介绍

2.1 传输网

唐包线传输网汇聚层速率为2.5 G，采用1+1线性复用段保护，接入层传输速率为622 M，采用两纤双向复用段保护，全线只有一条24芯光缆。传输设备主要采用华为OSN系列设备，以太网板支持物理层、链路层协议，类似二层交换机。

2.2 数据网

唐包线数据网张家口路由器华为NE20E-S8采用IP-Trunk模式双POS口接入客专数据网，丰润网监室路由器华为NE20E-S8采用ETH-Trunk模式双GE口接入客专数据网。

2.3 以太网汇聚业务局端接入

唐包线红外线局端接入方式：车辆5T机房两台路由器分别与客专数据网两台路由器对接，红外线网管主、备通道分别接入车辆5T机房两台路由器。

唐包线牵引运动局端接入方式：供电机房两台路由器分别与客专数据网两台路由器对接，牵引远动网管主、备通道分别接入供电机房两台路由器。

唐包线电力运动局端接入方式：供电机房两台路由器分别与客专数据网两台路由器对接，电力远动网管主、备通道分别接入供电机房两台路由器。

3 以太网汇聚业务介绍

3.1 红外线业务

唐包线红外线业务通过传输设备的以太网板共享汇聚，采用星形主、备方式进行组网，每个探测点主用汇聚接入张家口交换机华为S2700，每个探测点备用汇聚接入丰润网监室交换机华为S2700，两站的交换机分别上联本站路由器，业务网关设置在路由器上。共21个红外线站点，41个红外线探测点，主、备分别两个汇聚口，划分2个虚拟局域网。如图1所示。

图1 唐包线红外线组网示意Fig.1 Schematic diagram of infrared ray networking on Tang-Bao line

3.2 牵引远动业务

唐包线牵引远动业务通过传输设备的以太网板共享汇聚，采用环形串接方式进行组网，主用汇聚接入张家口交换机华为S2700，备用汇聚接入丰润网监室交换机华为S2700，两站的交换机分别上联本站路由器，业务网关设置在路由器上。牵引远动共分为5个主备环，46个站点，主、备分别一个汇聚口，划分5个虚拟局域网。如图2所示。

图2 唐包线牵引远动组网示意Fig.2 Schematic diagram oftraction tele-control networking on Tang-Bao line

3.3 电力远动业务

唐包线电力远动业务通过传输设备的以太网板共享汇聚，采用环形串接方式进行组网，主用汇聚接入张家口交换机华为S2700，备用汇聚接入丰润网监室交换机华为S2700，两站的交换机分别上联本站路由器，业务网关设置在路由器上。电力远动共分为13个主备环，137个站点，主、备分别一个汇聚口，划分13个虚拟局域网，牵引远动与电力远动组网方式一致。

4 故障案例

4.1 故障现象

以牵引远动为例，用户侧反映唐包线牵引远动业务主用通道全部中断。

4.2 判断过程

1）查看唐包线传输和数据网网管，确保各项性能、指标正常，没有与之相关联的异常告警，排除传输、数据网设备、光路、单板或端口等故障。

2）通过用户侧反映的故障现象，联系相关站段故障现象一致，PING测用户侧服务器和复式终端地址正常，排出用户侧服务器和复式终端故障造成主用通道全部中断，用户侧没有相应排查手段，需通信维护人员协助排查。

3）初步判断为牵引远动业务主用所带的站点发生了环路、广播风暴、ARP攻击等问题时，将汇聚端口阻塞，造成以太网汇聚业务主用通道全部中断。

4）查询传输、数据网网管数据配置，登录唐包数据网张家口路由器，关闭牵引主用通道对应的5个子接口，再分别开启牵引远动主用对应的5个子接口，逐一与用户侧进行确认，判断为子接口3问题。

5）对照图纸台账，登录唐包线传输网管，逐站关闭子接口3下挂的传输以太网业务口，分别与用户侧进行确认，最终判断为某个站点故障，关闭故障站点，通知用户侧安排人员进行排查、处理。

6）开启除故障站点外的所有子接口和业务端口，业务恢复，通知现场通信人员配合相关用户进行排查。

4.3 原因分析

针对此类故障，由于唐包线传输以太网汇聚业务某个站点业务侧有环路，产生广播风暴，使张家口交换机对路由器上行接口带宽被占满，将端口阻塞，造成唐包线牵引远动业务主用通道全部中断，需用户侧进行详细排查。

4.4 存在问题

通过以上故障案例、判断过程、原因分析，归纳出传输以太网汇聚业务存在以下几点问题。

1）唐包线数据网汇聚点只有张家口和丰润网监室，如发生环路，产生广播风暴或出现ARP攻击等问题，造成主用或备用业务全部中断，高铁及客专线等传输以太网汇聚业务也存在类似问题。

2）即使每个环都划分了VLAN，但是使用同一个汇聚口，其中一台设备发生了环路、广播风暴、ARP攻击等问题，也会造成汇聚口DOWN掉，从而影响相关业务。

3）定位故障点需通信人员通过传输网管进行复杂操作，分别只保留一个环，其他环全部甩掉，判断某个环的问题，然后逐站将环内业务端口DOWN掉，每一步需联系相应用户侧网管查看设备状态，故障定位时间较长，一般需要2～3 h，才能定位故障站点，再通知用户侧对故障站点进行处理，网管操作复杂，需依次进行排查。

4）用户侧只有业务中断时才进行反馈并组织处理，当通道1（主用）或通道2（备用）出现故障时，业务不受影响，没有第一时间反馈并组织排查、处理，或用户侧无法监控备用通道，判断不出备用通道好坏。当另外一条通道故障，造成业务中断时，才会联系通信人员配合处理。

5 优化措施

1）改变现有唐包线数据网单一组网结构，增设数据网汇聚及接入站点赵川北站、赤城站、丰宁站、滦平东站、李家营站和曹妃甸北等，将传输以太网汇聚业务进行“汇聚分担”，并将环形串接组网方式改为主备链组网方式，如图3所示。

图3 优化后传输以太网汇聚业务示意Fig.3 Schematic diagram of optimized transmitting Ethernet aggregation service

优点：彻底解决唐包线数据网单一组网缺陷；数据迁移简单，业务影响时间较短，不需用户侧各点进行数据修改；减小故障影响范围，压缩故障处理时间；便于日常维护，提高劳动生产率；有效保障传输以太网汇聚业务安全。

缺点：需要增加一部分资金投入；数据网需重新进行组网、调试、开通。

2）更换张家口和丰润网监室路由器下挂的交换机，具备三层交换和流量控制功能。

优点：资金投入较少；数据配置策略简单。

缺点：不能彻底解决唐包线数据网单一组网缺陷；张家口或丰润出现重大故障会造成主用或备用通道全部中断；后期业务扩容和新业务接入会造成资源不足的情况；数据迁移过程中，业务影响时间较长；配置流量控制功能，由于每个环业务站点数量不一致，可能会造成业务延时较大，实时性不高。

3）用户侧逐站更换各业务站点接入交换机为三层交换机，具备三层交换和流量控制功能，将网关设置在相关本地业务点，配置相关策略，增设数据网网管用于监控，逐站更改相关业务地址。

优点：通信专业维护PE设备，其他专业维护CE设备，与用户侧分清网络维护管理界面；故障排查更加简单。

缺点：资金投入较大；相关专业配置数据网网管，需专业人员进行维护；各业务地址需要重新分配，每个业务点需安排人员重新调试、开通；张家口、丰润更换配置更高的三层交换机，启用VRRP协议，开通张家口至丰润交换机互联电路。

6 结束语

综上所述，通过优化传输以太网汇聚业务组网结构，同时实现“汇聚分担”，并将环形串接组网改为主备链组网的方式，以较小的资金投入，解决了数据网单一组网缺陷，提升网络容灾能力，缩小了业务影响范围，压缩了故障定位时间，使组网结构更加简单、层次更加分明，故障判断更加迅捷，业务资源更加丰富，并能有效防止单站业务发生环路、广播风暴、ARP攻击等问题对汇聚端口的影响，大幅提高了铁路传输以太网汇聚业务的安全性和可靠性。