EPON系统基于OSPF协议路由及三层接口设计

　　0 引言

　　以太网无源光网络（EPON）系统要达到电信级技术标准，提高局端设备光线路终端（OLT）运行的可靠性是其面临的长期挑战。随着网络扁平化概念的提出，具有"大容量、少局所、高交换"性能的汇聚型OLT经过一个MSTP网络就可以接入骨干网。

　　根据运营局方的需求，当MSTP传输网内部故障时，不需要维护人员的直接干预，OLT能参与链路倒换并帮助实现网络自愈。理论上接入网OLT、MSTP传输网以及骨干网可以采用分段保护方案，例如OLT上联双归属保护OLT-MSTP的链路，MSTP内部链路的保护由MSTP本身负责，MSTP到上游骨干路由器的链路保护可以通过路由协议实现（收敛时间较长）。

　　但是这种方法增加了网络维护的复杂度，而且现网业务已经部分开通，修改设备的配置存在一定风险。如果采用VRRP方案，由于只是MSTP网内部的链路状态发生改变，当VRRP发生主备切换时，原有主用接口状态并没有发生变化，接口还是处于UP状态，该路由还会继续宣告，从而导致下行流不通。基于OSPF协议的路由方案由于具有配置简单，风险可控，维护管理方便的特点，因而被本设计采用。

　　1 OLT上的三层接口设计

　　1.1 VLAN技术在OLT上的应用

　　作为交换式以太网设备的一种，EPON系统OLT对数据链路层技术有着强大的支持能力，例如二层VLAN技术的广泛应用。VLAN的划分方法有3种：802.1Q VLAN、基于端口的VLAN和基于MAC地址的VLAN。

　　OLT上的二层业务VLAN运用802.1Q实现VLAN标记（tag）从而将VLAN延伸到整个网络，而802.1Q VLAN的去标记（untagged）则使得OLT可以和所有合法的、无法识别VLAN标记的交换机一起工作；OLT还有一些内部保留VLAN是基于端口划分，加入同一个VLAN的端口形成一个广播域，可以实现二层互通，不在同一个VLAN内的端口之间在二层则不能直接通信。传统OLT上比较特殊的一个（或多个）VLAN是管理VLAN，这种VLAN可以配置IP地址来和网管服务器进行通信，方便网络管理员对OLT进行配置管理。

　　在传统意义的三层设备中，VLAN是指三层虚接口，它们可以配置IP地址形成路由接口。因此，在OLT上实现三层路由首先必须创建三层接口。本设计采用SUPER-VLAN技术来解决二层VLAN和三层接口的矛盾。

　　SUPER-VLAN也叫VLAN聚合，由SUB-VLAN和SUPER-VLAN组成，它的SUB-VLAN是二层实VLAN，不同VLAN之间在二层不能互通；SUPER-VLAN是三层虚VLAN，多个SUB-VLAN可以添加到同一个SUPER-VLAN，然后在SUPER-VLAN上配置IP地址形成三层接口。路由接口是OSPF方案设计进行的基础。

　　1.2 基于SUPER-VLAN技术的三层接口设计

　　OLT上的三层接口由SUPER-VLAN来提供，SU-PER-VLAN三层转发的基本原理如下：如图所示，PC1和PC3属于不同的SUPER-VLAN，即不同的网段。垮网段设备的通信需要通过三层接口交互。

图为 SU-PER-VLAN三层转发的基本原理图

　　PC1与PC3通信的过程如下：

　　① 通过比较IP地址和掩码PC1知道PC3与自己不在同一个网段，PC1向网关发送一个ARP报文请求网关的MAC；

　　② 网关SUPER-VLAN 100回应自己的MAC 00-00-00-00-00-01给PC1；

　　③ PC1收到应答后发送目的MAC为00-00-00-00-00-01、目的IP为3.3.3.1的报文；

　　④ SUPER-VLAN 100收到报文后发现目的MAC是自己的MAC，就知道是三层转发，从而去查三层转发表；

　　⑤ 查找到下一跳的出口是SUPER-VLAN 200，就把报文发给SUPER-VLAN 200；

　　⑥ SUPER-VLAN 200收到报文，将报文转发给PC3。

　　现在考虑PC1和PC2的通信流程。比较PC1和PC2的IP地址可以知道二者同属于一个子网，PC1就会广播ARP报文请求PC2的MAC。而由于PC1和PC2不在同一个SUB-VLAN中，ARP广播报文不能到达PC2。此时，SUPER-VLAN就需要发挥它的另一个重要作用--ARP PROXY。SUPER-VLAN的ARPPROXY功能工作流程如下：

　　① PC1广播一个ARP报文请求PC2的MAC；

　　② SUPER-VLAN 100发现PC2不在SUB-VLAN1内，就代理接受该ARP报文；

　　③ SUPER-VLAN100在SUB-VLAN 2内广播ARP报文请求PC2的MAC地址；

　　④ PC2应答ARP请求，将自己的MAC 00-00-00-00-00-03发送给SUPER-VLAN 100；

　　⑤ SUPER-VLAN 100作为网关应答PC1的ARP请求，将自己的MAC 00-00-00-00-00-01当作PC2的MAC发送给PC1。后续PC1发送给PC2的报文就会将带上目的MAC 00-00-00-00-00-01、目的IP 1.1.1.2的报文发送给SUPER-VLAN网关，网关收到该报文后将自己的MAC替换成PC2的MAC 00-00-00-00-00-03，并把报文按照学习到的路由发送给PC2。