EPON系統三層路由及接口設計

隨著網絡扁平化概念的提出，具有“大容量、少局所、高交換”性能的匯聚型OLT經過一個MSTP網絡就可以接入骨干網[1]。根據運營局方的需求，當MSTP傳輸網內部故障時，不需要維護人員的直接干預，OLT能參與鏈路倒換并幫助實現網絡自愈。理論上接入網OLT、MSTP傳輸網以及骨干網可以采用分段保護方案，例如OLT上聯雙歸屬保護OLT-MSTP的鏈路，MSTP內部鏈路的保護由MSTP本身負責，MSTP到上游骨干路由器的鏈路保護可以通過路由協議實現(收斂時間較長)。但是這種方法增加了網絡維護的復雜度，而且現網業務已經部分開通，修改設備的配置存在一定風險。如果采用VRRP方案，由于只是MSTP網內部的鏈路狀態發生改變，當VRRP發生主備切換時，原有主用接口狀態并沒有發生變化，接口還是處于UP狀態，該路由還會繼續宣告，從而導致下行流不通。基于OSPF協議的路由方案由于具有配置簡單，風險可控，維護管理方便的特點，因而被本設計采用。

　　1 OLT上的三層接口設計

　　1.1 VLAN技術在OLT上的應用

　　作為交換式以太網設備的一種，EPON系統OLT對數據鏈路層技術有著強大的支持能力，例如二層VLAN技術的廣泛應用。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上的二層業務VLAN運用802.1Q實現VLAN標記(tag)從而將VLAN延伸到整個網絡，而802.1Q VLAN的去標記(untagged)則使得OLT可以和所有合法的、無法識別VLAN標記的交換機一起工作;OLT還有一些內部保留VLAN是基于端口劃分，加入同一個VLAN的端口形成一個廣播域，可以實現二層互通，不在同一個VLAN內的端口之間在二層則不能直接通信。傳統OLT上比較特殊的一個(或多個)VLAN是管理VLAN，這種VLAN可以配置IP地址來和網管服務器進行通信，方便網絡管理員對OLT進行配置管理。

　　在傳統意義的三層設備中，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上實現三層路由首先必須創建三層接口。本設計采用SUPER-VLAN技術來解決二層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VLAN，不同VLAN之間在二層不能互通;SUPER-VLAN是三層虛VLAN，多個SUB-VLAN可以添加到同一個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方案設計進行的基礎。

　　1.2基于SUPER-VLAN技術的三層接口設計

　　OLT上的三層接口由SUPER-VLAN來提供，SU-PER-VLAN三層轉發的基本原理如下[3]：如圖1所示，PC1和PC3屬于不同的SUPER-VLAN，即不同的網段。垮網段設備的通信需要通過三層接口交互。PC1與PC3通信的過程如下：

　　① 通過比較IP地址和掩碼PC1知道PC3與自己不在同一個網段，PC1向網關發送一個ARP報文請求網關的MAC;

　　② 網關SUPER-VLAN 100回應自己的MAC 00-00-00-00-00-01給PC1;

　　③ PC1收到應答后發送目的MAC為00-00-00-00-00-01、目的IP為3.3.3.1的報文;

　　④ SUPER-VLAN 100收到報文后發現目的MAC是自己的MAC，就知道是三層轉發，從而去查三層轉發表;

　　⑤ 查找到下一跳的出口是SUPER-VLAN 200，就把報文發給SUPER-VLAN 200;

　　⑥ SUPER-VLAN 200收到報文，將報文轉發給PC3。

　　現在考慮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子網，PC1就會廣播ARP報文請求PC2的MAC。而由于PC1和PC2不在同一個SUB-VLAN中，ARP廣播報文不能到達PC2。此時，SUPER-VLAN就需要發揮它的另一個重要作用--ARP PROXY。SUPER-VLAN的ARPPROXY功能工作流程如下：

　　① PC1廣播一個ARP報文請求PC2的MAC;

　　② SUPER-VLAN 100發現PC2不在SUB-VLAN1內，就代理接受該ARP報文;

　　③ SUPER-VLAN100在SUB-VLAN 2內廣播ARP報文請求PC2的MAC地址;

　　④ PC2應答ARP請求，將自己的MAC 00-00-00-00-00-03發送給SUPER-VLAN 100;

　　⑤ SUPER-VLAN 100作為網關應答PC1的ARP請求，將自己的MAC 00-00-00-00-00-01當作PC2的MAC發送給PC1。后續PC1發送給PC2的報文就會將帶上目的MAC 00-00-00-00-00-01、目的IP 1.1.1.2的報文發送給SUPER-VLAN網關，網關收到該報文后將自己的MAC替換成PC2的MAC 00-00-00-00-00-03，并把報文按照學習到的路由發送給PC2。