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面向列车以太网的FAST-TSN实验情形 (3)SD-ETB网络原理
宣布时间 :2019-02-22
     SDN基本 特点是转发控制疏散和可编程的集中控制。因为 列车网络相对 封锁 ,规模有限,是以 十分 适宜 SDN手艺 的运用 。因为 列车网络在网络毗邻 、拓扑结构 和冗余控制方面具有特殊要求,是以 无法将现有SDN处置 方案(交流机、控制器、协议等)直接运用 于ETB的组网,必需 针对ETB的特点提出新的处置赏罚 机制和协议。本文将基于SDN的ETB网络简称为SD-ETB。
一、SD-ETB网络设计准绳
   (1)ETB和SDN的主要 分别
      SDN机制无法直接用于ETB组网,主要 缘故原由 是两种网络在拓扑依赖、控制方式和交流装备 模子 方面具有较大分别 ,如下表所示。
表1 ETB和SDN的完成 机制竞赛
ETB SDN
网络拓扑 线性或环形拓扑 网状或树状拓扑
控制通道 无自力 控制通道 依赖公用 控制通道
拓扑发现 基于广播 (Topology旧事 )发现拓扑,经过 比对拓扑目录校验和来维护漫衍盘算效果 的分歧 性 SDN控制器经过 发送和吸收 单播的LLDP旧事 盘算网络拓扑
接口设置 毗邻 ETB子网的多个接口共享一个IP地址 每个网络接口具有自力 的IP地址
装备 IP地址分配 初运转 时经过 漫衍协议盘算出ETBN的IP地址,以及毗邻 和CN子网的前缀 在SDN网络初始化之前,管理 员需预先 设置 交流机的IP地址
转揭晓 天生 经过 漫衍协议在初运转 时盘算取得 由控制器一致 下发
   (2)SD-ETB设计准绳
     因为 ETB和尺度SDN网络具有较大分别 ,是以 SD-ETB的设计必需 思量 ETB组网的基本 特点,知足 列车网络对静态 重构、冗余控制等特殊要求。五月天app官网无限观看以为 SD-ETB的的设计准绳 征求 以下几点。
     一是兼容ETB物理层规范 。ETB物理层规范 除了界说以太网链路的物理层规范 外(全双工100M以太网),还征求 车厢 之间的物理毗邻 方式 。若是 每个ETBN接纳SDN交流的方式完成 ,那么ETB界说的车厢 间走线方式 无法支持每个交流装备 经过 公用 的控制接口与SDN控制器毗邻 ,是以 尺度的SDN基于LLDP协议的拓扑发现机制无法事情,必需 提出新的拓扑发现机制。
     二是接纳静态 的IP地址分配方式 。ETB规范 的特点就是支持具有分别 泉源 的车辆(consist)可以 凭证 需求编组构成 新的列车,是以 每个车辆中网络装备 的IP地址不行 预先 设置 ,以防止 IP地址抵触 。是以 ETB在初运转 时为每个ETBN和车辆子网(CN)一致 分配ID,由这些ID来组成运转 时的IP地址。尺度SDN网络在树立 南向接口通道(如openflow通道)时首先要求每个交流机都有自己 的IP地址,而这个假定 在ETB中无法树立 。因为 SDN网络中最大限制 减小漫衍式协议的运用 ,是以 尺度ETB网络中基于TTDP协议的全漫衍式ID分配和IP地址天生 机制需求 被SD-ETB中新的集中控制的IP地址分配机制取代。
     三是SD-ETB布置 对端系统 和运用 维持 透明 。列车网络上具有少量 的网络端节点,这些端节点或直接接在ETB子网上,或接在经过 ETB子网互联的各CN子网上。这些端节点上布置 种种形状 检测、车辆运转 控制和多媒体运用 。用SD-ETB取代现有ETB只能定位在列车网络基础 设备 晋级 ,必需 对端节点及其运用 透明 ,是以 SD-ETB在IP地址编码规则,ARP地址剖析 、组播通讯 ,传输层协议等方面必需 维持 与ETB分歧 。
     四是SD-ETB具有增强 的冗余控制才干 。面向环形拓扑,支持拓扑发现及环网事情形状 的自动监测。当链路和交流节点发作 缺点 后,可以 完成 ms级的转发途径 倒换,保险 关键 买卖 的不中止 传输。特殊 是SDN控制器应具有 冗余成效 ,阻止 SDN集中控制带来的单点缺点 。
     五是简化的交流装备 (ETBN)完成 。SDN将交流装备 的可控制成效 (智能)提取到控制器上完成 ,每个ETBN只需支持南向接口协议(如openflow)的设置 。是以 SD-ETB网络中的ETBN完成 与现有ETBN完成 有两点区别。一是树立 明白 的Match-action转发层笼统 ,为控制器的编程提供基础 ;二是只支持简朴 的有形 状 的网络协议,
二、SD-ETB网络的完成 原理
   (1)SD-ETB的组成
     SD-ETB主要 由N个环形毗邻 的软件界说ETBN节点(SD-ETBN)以及两个以上的SD-ETB控制器组成,如图1所示。每个车辆中征求 1个或多个SD-ETBN,每个ETBN能够 毗邻 1个或多个车辆网络(CN)。ETB网络酿成SD-ETB对CN透明 。

图1 SD-ETB子网结构 图
     多个SD-ETB网络控制器经过 协商发作 一个主SD-ETB控制器,其他 作为从SD-ETB控制器。主SD-ETB控制器仔细 网络拓扑发现,IP地址分配,转揭晓 下载和ETB环检测等成效 。每个SD-ETBN装备 支持openflow1.3协议,支持SD-ETB控制器对其举行 流表的设置 。
   (2)SD-ETB的焦点机制
     SD-ETB处置 方案的主要 机制征求 4项关键 的处置赏罚 机制,即环网控制器选举RCE(RingController Election)、环网拓扑发现RTD(Ring Topology Discovery),环网形状 遥测RST(Ring StatusTelemetry)以及环网弹性转发RRF(Ring Resilient Forwarding),如下表所示。
机制 成效 事情原理说明
RCE 在漫衍在多个车辆中的SD-ETB控制器中选举主控制器 (1)初始化时多个控制器间的毗邻 是不存在的(环网还分别 ),这些控制器首先经过 RTD的拓扑发现举行 相互 发现;
(2)每个车辆只能由一个控制器,选择具有最小CSTUUID的车辆征求 的控制器作为主控制器,次小的作为从控制器;
(3)从控制器检测主控制器的形状 ,需要 时倡议 切换。
(4)控制器切换不浸染 ETB环的事情
RTD 发现环网中的SD-ETBN装备 和拓扑毗邻 关系 (1)控制器经过 收回 RTD旧事 倡议 迭代拓扑发现历程;
(2)只要 SD-ETBN装备 照应 RTD旧事 (征求 自己 接口数,MAC地址,所在车辆CSTUUID等),CN装备 和ED装备 不照应 RTD旧事 ;
(3)控制器首先经过 packet-out分组向直连的SD-ETBN发送RTD旧事 ,然后凭证 前往 的接口信息,再依次 向该装备 其他接口相连的装备 发送RTD旧事 ;
(4)多个控制器能够 同时基于RTD倡议 拓扑探测,在拓扑探测历程中相互 发现;
(5)SD-ETBN接受 具有最小CSTUUID的控制器对自己 的地址设置 ;
RST 控制器经过 RST分组,获取整个环网上的装备 形状 ; (1)主控制器周期性的向环网发送RST分组;
(2)每个SD-ETBN将自己 的形状 (吸收 发送时间 戳、输入 行列长度等)填写到RST中;
(3)RST依次 经过 环上的每个SD-ETBN,最终前往 控制器;
(4)若是 控制器发现RST分组超时未前往 ,则启动RTD机制重新检测环拓扑形状 ;
RRF 环路缺点 时不需控制器干预 的冗余途径 自动切换 (1)每个SD-ETBN可以 感知环的上下行接口,这两个接口共用IP地址,毗邻 ED或CN的其他每个接口有一个IP地址;
(2)转揭晓 中同时记号 转发途径 和冗余途径 ;
(3)SD-ETBN经过 检测接口形状 (Up/down)转变 和双向RST分组抵达 情形 自主判别 确定冗余途径 切换的机遇
     五月天app官网无限观看将基于开源的Floodlight控制器和openbox-S4平台完成 SD-ETB的基本 成效 ,并经过 扩展openbox-S4中的FAST流水线将TSN成效 集成到环形ETB中。