DCS系統(tǒng)中赫斯曼交換機(jī)可替代性研究

馬小龍

摘要：城市軌交交通數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由成千上萬(wàn)臺(tái)交換機(jī)組成，在南京地鐵通信與信號(hào)專(zhuān)業(yè)中常用的交換機(jī)型號(hào)也不盡相同。例如S9號(hào)線(xiàn)信號(hào)DCS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸使用赫斯曼交換機(jī)，S1號(hào)線(xiàn)通信視頻監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸使用H3C交換機(jī)，S3號(hào)線(xiàn)通信PIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸使用阿郎交換機(jī)，S3號(hào)線(xiàn)通信視頻監(jiān)視系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸使用華為交換機(jī);使用場(chǎng)合不同即使相同品牌交換機(jī)型號(hào)也有所不同。考慮到，一是設(shè)備停產(chǎn)無(wú)法采購(gòu)?fù)耆吞?hào)備件，二是新的交換機(jī)功能日益強(qiáng)大、價(jià)格愈發(fā)低廉，三是應(yīng)急處理故障，因此需采購(gòu)大量品牌型號(hào)不一的交換機(jī)設(shè)備作為備件。結(jié)合交換機(jī)硬件外觀、安裝方式、端口需求和配置需求，深入研究采用不同品牌交換機(jī)進(jìn)行替代，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互功能，節(jié)約了必須采購(gòu)?fù)吞?hào)備件帶來(lái)的采購(gòu)成本、時(shí)間成本。

關(guān)鍵詞：地鐵;信號(hào)DCS系統(tǒng);交換機(jī);替換;控制成本

1 研究背景

S9號(hào)線(xiàn)信號(hào)DCS系統(tǒng)使用赫斯曼交換機(jī)進(jìn)行終端設(shè)備接入。

在維保過(guò)程中，維護(hù)單位申報(bào)預(yù)算采購(gòu)備件時(shí)，公司要求采購(gòu)?fù)吞?hào)設(shè)備需提供單一來(lái)源說(shuō)明，若不提供，則將采購(gòu)其他型號(hào)交換機(jī)，避免受制于一家單位。

交換機(jī)產(chǎn)品更新?lián)Q代快，為防止同品牌同型號(hào)交換機(jī)停產(chǎn)，提前進(jìn)行預(yù)防。

2 可替代性分析

交換機(jī)替代需滿(mǎn)足幾個(gè)原則：

1）無(wú)論任何型號(hào)交換機(jī)在局域網(wǎng)中的應(yīng)用，都要求以太網(wǎng)交換機(jī)具有極高的信息安全性、電信級(jí)的網(wǎng)絡(luò)可靠性以及強(qiáng)大的網(wǎng)管功能，并且能保證用戶(hù)的接入帶寬，支持 VLAN、組播、STP（生成樹(shù)協(xié)議）、QoS 保證、SNMP、OSPF等通用協(xié)議;

2）業(yè)務(wù)端口數(shù)量保證相同或不少于;

3）若互聯(lián)交換機(jī)使用光模塊，該光模塊的規(guī)格參數(shù)必須一致（也可成對(duì)更換），且不同品牌交換機(jī)需要插入相同兼容光模塊才能實(shí)現(xiàn)互連。如：速率、波長(zhǎng)、傳輸距離、單纖/雙纖需一致;

4）若互聯(lián)交換機(jī)使用電網(wǎng)口，鏈路兩端需要以太網(wǎng)協(xié)議相同（也可成對(duì)更換），端口速率、工作模式需一致。

5）如安裝位置較有限，交換機(jī)尺寸應(yīng)基本一致，方可進(jìn)行替換。

參考以上原則，以赫斯曼SPIDER 5TX為例進(jìn)行交換機(jī)可替代性分析。

2.1 赫斯曼SPIDER 5TX

1.3針電源接線(xiàn)端子;

2.5個(gè)端口，RJ45，10/100 Mbit/s，自動(dòng)交叉，自動(dòng)協(xié)商，自動(dòng)極性識(shí)別;

3.電源指示燈。

交換機(jī)特性：

卡軌式安裝;

支持RING環(huán)網(wǎng)，冗余技術(shù);

支持802.1q VLAN、LLDP、DHCP、ARP、組播、MSTP、QoS/ACL、SNMP這些常見(jiàn)的功能;

寬度×高度×厚度：25 mm × 114 mm × 79 mm;

24V DC，單路電源輸入;

重量：113 g;

工作溫度：-40℃至+70℃。

SPIDER交換機(jī)是特制用于工業(yè)環(huán)境，支持10MBit/s以太網(wǎng)和100MBit/s快速以太網(wǎng)，支持根據(jù)IEEE標(biāo)準(zhǔn)802.3，使用銅和光纖技術(shù)的交換式以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)以上參數(shù)，在華三、華為等主流交換機(jī)廠(chǎng)家官網(wǎng)上查找，發(fā)現(xiàn)相比它，H3C IE4300-12P-AC性能只高不低。

2.2 H3C IE4300-12P-AC

1.Diag診斷指示燈;

2.4個(gè)SFP口，自動(dòng)交叉，自動(dòng)協(xié)商，支持IEEE 802.3;

3.8個(gè)10/100/1000BASE-T自適應(yīng)以太網(wǎng)端口，自動(dòng)交叉，自動(dòng)協(xié)商，支持IEEE 802.3;

4.10/100/1000BASE-T自適應(yīng)以太網(wǎng)端口狀態(tài)指示燈;

5.SFP口狀態(tài)指示燈;

6.Alarm告警指示燈;

7.電源狀態(tài)指示燈（PWR）。

1.數(shù)字輸入接口（DI）;

2.數(shù)字輸出接口（DO）;

3.交流電源接口;

4.撥碼開(kāi)關(guān)（1：流量控制;2：廣播風(fēng)暴抑制;3：鏈路聚合;4：RRPP）;

5.CONSOLE口;

6.接地螺釘。

交換機(jī)特性：

卡軌式安裝;

支持RRPP 環(huán)網(wǎng)，冗余技術(shù);

支持802.1q VLAN、LLDP、DHCP、ARP、IPv4路由、RIP三層動(dòng)態(tài)路由、組播、MSTP、QoS/ACL、端口鏡像、SNMP、Telnet、FTP這些常見(jiàn)的功能;

24V DC，2路冗余電源輸入;

寬度×高度×厚度：63 mm×150 mm×127 mm;

工作溫度：-40℃至+85℃。

從以上參數(shù)可以看出，H3C IE4300-12P-AC交換機(jī)端口數(shù)滿(mǎn)足需求。

2.3 交換機(jī)數(shù)據(jù)配置

南京地鐵S9號(hào)線(xiàn)信號(hào)赫斯曼SPIDER 5TX如果想替換成H3C IE4300-12P-AC交換機(jī)，除了硬件連接外，還需進(jìn)行交換機(jī)配置，才能保證交換機(jī)接入信號(hào)DCS系統(tǒng)。

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Railswitch Release L2E-09.0.04

（Build date 2016-01-14 01：08）

System Name： ?RS-68076C

Mgmt-IP ? ?： ?0.0.0.0

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System Time： ?2016-03-22 00：22：53

（Hirschmann Railswitch） #show running-config ? ? ? ? ? ? ? ? //顯示當(dāng)前配置信息

！Current Configuration： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//當(dāng)前配置

vlan database ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //VLAN數(shù)據(jù)庫(kù)

exit

configure

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interface ?1/1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //進(jìn)入端口1/1

no auto-negotiate ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//關(guān)閉自動(dòng)協(xié)商

exit ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? //退出

interface ?1/2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//進(jìn)入端口1/2

no auto-negotiate ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//關(guān)閉自動(dòng)協(xié)商

exit ? ? ? //退出

interface ?1/3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//進(jìn)入端口1/3

exit ? ? ? //退出

interface ?1/4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//進(jìn)入端口1/4

exit ? ? ? //退出

interface ?1/5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//進(jìn)入端口1/5

exit ? ? ? //退出

！

users passwd admin ：v1：81449548fb49a99bb2011eac3288319c52469571368f57f6391d16fa8

874f598：

users snmpv3 authentication admin md5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//用戶(hù)名和密碼

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users snmpv3 authentication user md5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?//用戶(hù)名和密碼

lineconfig

exit

以上是S9號(hào)線(xiàn)信號(hào)赫斯曼SPIDER 5TX交換機(jī)的配置，關(guān)閉端口1和2自適應(yīng)功能，配置登錄用戶(hù)名和密碼，無(wú)其他配置，因此可以用H3C IE4300-12P-AC交換機(jī)直接替換使用，待線(xiàn)纜連接完畢后，配置相應(yīng)端口自適應(yīng)功能即可。

缺點(diǎn)是若替換為H3C IE4300-12P-AC交換機(jī)，則赫斯曼交換機(jī)網(wǎng)管SNMPc軟件無(wú)法對(duì)其進(jìn)行有效監(jiān)管，包括重啟、查看和備份配置等操作，因此只能作為應(yīng)急措施，不建議長(zhǎng)期實(shí)行，還應(yīng)等赫斯曼交換機(jī)送外維修完畢后替換回來(lái)。

3 不同品牌交換機(jī)通信測(cè)試

組網(wǎng)測(cè)試：為了更進(jìn)一步研究跨品牌交換機(jī)的可替代性，使用H3C 3600V2、赫斯曼MACH1030、華為S3700-52P-EI-AC三種品牌交換機(jī)搭建互聯(lián)平臺(tái)，配置三臺(tái)交換機(jī)互聯(lián)端口在相同的VLAN下，使用筆記本進(jìn)行PING測(cè)試，通信正常，反饋延時(shí)小于1ms。

經(jīng)驗(yàn)證，赫斯曼支持標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和路由等協(xié)議，且H3C、華為交換機(jī)均可采用通用的TCP/IP、路由等協(xié)議，替換使用不存在問(wèn)題。

除此之外，為有效地占有市場(chǎng)，各品牌交換機(jī)存在其私有協(xié)議，其網(wǎng)管軟件也無(wú)法互相監(jiān)控。如：

RRPP協(xié)議：為H3C開(kāi)發(fā)，專(zhuān)門(mén)應(yīng)用于環(huán)網(wǎng)保護(hù)。在實(shí)際組網(wǎng)應(yīng)用中，大多局域網(wǎng)會(huì)采用冗余環(huán)網(wǎng)來(lái)提供網(wǎng)絡(luò)高可靠性。環(huán)網(wǎng)技術(shù)簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過(guò)環(huán)的形式連接到一起，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)設(shè)備相互通信的一種技術(shù)。因交換機(jī)的工作特性，環(huán)網(wǎng)內(nèi)可能會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，為避免在環(huán)網(wǎng)中產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，最初各品牌交換機(jī)均采用了已被普遍應(yīng)用的STP協(xié)議環(huán)網(wǎng)保護(hù)機(jī)制。但實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)STP協(xié)議的收斂時(shí)間受網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞挠绊?，在網(wǎng)絡(luò)直徑較大時(shí)，STP收斂時(shí)間較長(zhǎng)，因而往往不能滿(mǎn)足傳輸質(zhì)量要求較高的數(shù)據(jù)的要求。為縮短環(huán)網(wǎng)的收斂時(shí)間并消除網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大帶來(lái)的影響，RRPP協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生。

HIPER-Ring協(xié)議：環(huán)網(wǎng)保護(hù)協(xié)議，由德國(guó)赫思曼自動(dòng)化和控制公司開(kāi)發(fā)，這個(gè)協(xié)議能夠確保環(huán)網(wǎng)在10毫秒內(nèi)完成自愈，避免形成網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴。環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)冗余網(wǎng)絡(luò)的成本優(yōu)化，也給日后運(yùn)行中的交換機(jī)維護(hù)和業(yè)務(wù)擴(kuò)展提供了便利。因此，F(xiàn)ast HIPER-Ring協(xié)議尤其適合應(yīng)用在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中，例如音頻、視頻和數(shù)據(jù)信號(hào)混合傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。赫思曼的網(wǎng)管型交換機(jī)均支持Fast HIPER-Ring協(xié)議。支持Fast HIPER-Ring協(xié)議的網(wǎng)管型交換機(jī)連接成一個(gè)環(huán)網(wǎng)，為避免網(wǎng)絡(luò)中形成回路，將一臺(tái)交換機(jī)設(shè)為冗余環(huán)網(wǎng)管理者，這臺(tái)管理交換機(jī)以1毫秒為間隔發(fā)出測(cè)試幀，如果有連續(xù)三個(gè)幀未返回，則在10毫秒內(nèi)啟動(dòng)備用鏈路。

HGMP協(xié)議：是Huawei Group Management Protocol的縮寫(xiě)，即華為組管理協(xié)議，它是華為的私有協(xié)議，對(duì)該協(xié)議有解釋權(quán)和修改權(quán)。它是一種實(shí)現(xiàn)管理進(jìn)程對(duì)代理進(jìn)程進(jìn)行集中管理和二層多播組控制的通信協(xié)議。其主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)管理進(jìn)程，同時(shí)管理其下的許多代理進(jìn)程，在管理進(jìn)程和代理進(jìn)程上同時(shí)都運(yùn)行HGMP協(xié)議。HGMP協(xié)議不支持存在環(huán)路的網(wǎng)絡(luò)。

HSRP：熱備份路由器，是cisco平臺(tái)一種特有的技術(shù)，是cisco的私有協(xié)議。支持特定情況下IP流量包轉(zhuǎn)移失敗不會(huì)引起混亂，并允許主機(jī)使用單路由器，以及即使在實(shí)際第一跳路由器工作失敗的情形下仍能維護(hù)路由器間的連通性。使用HSRP協(xié)議的條件是系統(tǒng)中有多臺(tái)路由器，它們共同組成一個(gè)“熱備份組”，這個(gè)組形成一個(gè)虛擬路由器。也就是說(shuō)，當(dāng)源主機(jī)不能動(dòng)態(tài)得知第一跳路由器的IP地址時(shí)，HSRP協(xié)議能夠保護(hù)第一跳路由器不出故障。

以上私有協(xié)議不影響交換機(jī)、路由器的基礎(chǔ)功能，即數(shù)據(jù)交換、路由尋址功能，在跨品牌替換交換機(jī)時(shí)，不開(kāi)啟私有協(xié)議即可。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)此研究，確認(rèn)華三工業(yè)交換機(jī)可以替代赫斯曼交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)跨品牌、跨型號(hào)備件通用。維護(hù)人員對(duì)赫斯曼交換機(jī)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)于今后的日常維護(hù)、故障處理更加有把握、更加系統(tǒng)和科學(xué)。

參考文獻(xiàn)

[1]Description and operating instructions SPIDER xTX（/xFX） Industrial Ethernet Rail Switch，Hirschmann Automation and Control GmbH。

[2] H3C IE4300-12P-AC & IE4300-12P-PWR 工業(yè)交換機(jī)安裝指導(dǎo)，新華三集團(tuán)。