EPON系統(tǒng)的三層路由及其接口設(shè)計(jì)

0引言

　　以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）系統(tǒng)要達(dá)到電信級(jí)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高局端設(shè)備光線路終端（OLT）運(yùn)行的可靠性是其面臨的長期挑戰(zhàn)。隨著網(wǎng)絡(luò)扁平化概念的提出，具有“大容量、少局所、高交換”性能的匯聚型OLT經(jīng)過一個(gè)MSTP網(wǎng)絡(luò)就可以接入骨干網(wǎng)。根據(jù)運(yùn)營局方的需求，當(dāng)MSTP傳輸網(wǎng)內(nèi)部故障時(shí)，不需要維護(hù)人員的直接干預(yù)，OLT能參與鏈路倒換并幫助實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自愈。理論上接入網(wǎng)OLT、MSTP傳輸網(wǎng)以及骨干網(wǎng)可以采用分段保護(hù)方案，例如OLT上聯(lián)雙歸屬保護(hù)OLT-MSTP的鏈路，MSTP內(nèi)部鏈路的保護(hù)由MSTP本身負(fù)責(zé)，MSTP到上游骨干路由器的鏈路保護(hù)可以通過路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)（收斂時(shí)間較長）。但是這種方法增加了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的復(fù)雜度，而且現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)已經(jīng)部分開通，修改設(shè)備的配置存在一定風(fēng)險(xiǎn)。如果采用VRRP方案，由于只是MSTP網(wǎng)內(nèi)部的鏈路狀態(tài)發(fā)生改變，當(dāng)VRRP發(fā)生主備切換時(shí)，原有主用接口狀態(tài)并沒有發(fā)生變化，接口還是處于UP狀態(tài)，該路由還會(huì)繼續(xù)宣告，從而導(dǎo)致下行流不通。基于OSPF協(xié)議的路由方案由于具有配置簡單，風(fēng)險(xiǎn)可控，維護(hù)管理方便的特點(diǎn)，因而被本設(shè)計(jì)采用。

　　1 OLT上的三層接口設(shè)計(jì)

　　1.1 VLAN技術(shù)在OLT上的應(yīng)用

　　作為交換式以太網(wǎng)設(shè)備的一種，EPON系統(tǒng)OLT對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)有著強(qiáng)大的支持能力，例如二層VLAN技術(shù)的廣泛應(yīng)用。VLAN的劃分方法有3種：802.1Q VLAN、基于端口的VLAN和基于MAC地址的VLAN[2]。OLT上的二層業(yè)務(wù)VLAN運(yùn)用802.1Q實(shí)現(xiàn)VLAN標(biāo)記（tag）從而將VLAN延伸到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而802.1Q VLAN的去標(biāo)記（untagged）則使得OLT可以和所有合法的、無法識(shí)別VLAN標(biāo)記的交換機(jī)一起工作；OLT還有一些內(nèi)部保留VLAN是基于端口劃分，加入同一個(gè)VLAN的端口形成一個(gè)廣播域，可以實(shí)現(xiàn)二層互通，不在同一個(gè)VLAN內(nèi)的端口之間在二層則不能直接通信。傳統(tǒng)OLT上比較特殊的一個(gè)（或多個(gè)）VLAN是管理VLAN，這種VLAN可以配置IP地址來和網(wǎng)管服務(wù)器進(jìn)行通信，方便網(wǎng)絡(luò)管理員對(duì)OLT進(jìn)行配置管理。

　　在傳統(tǒng)意義的三層設(shè)備中，VLAN是指三層虛接口，它們可以配置IP地址形成路由接口。因此，在OLT上實(shí)現(xiàn)三層路由首先必須創(chuàng)建三層接口。本設(shè)計(jì)采用SUPER-VLAN技術(shù)來解決二層VLAN和三層接口的矛盾。SUPER-VLAN也叫VLAN聚合，由SUB-VLAN和SUPER-VLAN組成，它的SUB-VLAN是二層實(shí)VLAN，不同VLAN之間在二層不能互通；SUPER-VLAN是三層虛VLAN，多個(gè)SUB-VLAN可以添加到同一個(gè)SUPER-VLAN，然后在SUPER-VLAN上配置IP地址形成三層接口。路由接口是OSPF方案設(shè)計(jì)進(jìn)行的基礎(chǔ)。

　　1.2基于SUPER-VLAN技術(shù)的三層接口設(shè)計(jì) 
                                          
OLT上的三層接口由SUPER-VLAN來提供，SU-PER-VLAN三層轉(zhuǎn)發(fā)的基本原理：如圖所示，PC1和PC3屬于不同的SUPER-VLAN，即不同的網(wǎng)段。垮網(wǎng)段設(shè)備的通信需要通過三層接口交互。PC1與PC3通信的過程如下：

　?、?通過比較IP地址和掩碼PC1知道PC3與自己不在同一個(gè)網(wǎng)段，PC1向網(wǎng)關(guān)發(fā)送一個(gè)ARP報(bào)文請(qǐng)求網(wǎng)關(guān)的MAC；

　?、?網(wǎng)關(guān)SUPER-VLAN 100回應(yīng)自己的MAC 00-00-00-00-00-01給PC1；

　?、?PC1收到應(yīng)答后發(fā)送目的MAC為00-00-00-00-00-01、目的IP為3.3.3.1的報(bào)文；

　?、?SUPER-VLAN 100收到報(bào)文后發(fā)現(xiàn)目的MAC是自己的MAC，就知道是三層轉(zhuǎn)發(fā)，從而去查三層轉(zhuǎn)發(fā)表;

　　⑤ 查找到下一跳的出口是SUPER-VLAN 200，就把報(bào)文發(fā)給SUPER-VLAN 200；

　?、?SUPER-VLAN 200收到報(bào)文，將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給PC3。

　　現(xiàn)在考慮PC1和PC2的通信流程。比較PC1和PC2的IP地址可以知道二者同屬于一個(gè)子網(wǎng)，PC1就會(huì)廣播ARP報(bào)文請(qǐng)求PC2的MAC。而由于PC1和PC2不在同一個(gè)SUB-VLAN中，ARP廣播報(bào)文不能到達(dá)PC2。此時(shí)，SUPER-VLAN就需要發(fā)揮它的另一個(gè)重要作用--ARP PROXY。SUPER-VLAN的ARPPROXY功能工作流程如下：

　　① PC1廣播一個(gè)ARP報(bào)文請(qǐng)求PC2的MAC；

　　② SUPER-VLAN 100發(fā)現(xiàn)PC2不在SUB-VLAN1內(nèi)，就代理接受該ARP報(bào)文；

　　③ SUPER-VLAN100在SUB-VLAN 2內(nèi)廣播ARP報(bào)文請(qǐng)求PC2的MAC地址；

　　④ PC2應(yīng)答ARP請(qǐng)求，將自己的MAC 00-00-00-00-00-03發(fā)送給SUPER-VLAN 100;