铁路通信工程设计中路由器、交换机的选择

邓世勇

【摘要】 本文从新建一条铁路线的角度出发，对通信工程中涉及到的路由器、交换机设备的选择提供了一些建议。

【关键词】 铁路 通信 路由器 交换机

一、业务概况

1.1 客票、办公

铁路客票系统、办公系统均采用客户端、服务器模式，一般新建铁路工程中各车站主要设置的是客户端，服务器一般设于铁路局。一般新建工程中车站随规模不同，设置的客票、办公系统终端数量不同。

1.2 视频监控

铁路视频监控系统随管理级别不同，最终用户不同，其架构也不同。综合视频监控系统需将报警视频、部分重要视频上传至铁路局视频区域节点；个别货场设置的视频监控系统仅需将视频信息传至货场机房服务器进行存储，由货运值班员进行查看即可。随着视频监控技术发展，前端摄像机已从4cif升级到720p或1080p，整个视频监控网络架构已经开始采用全IP架构，摄像机仅通过1根网线连接至交换机，即可通过该交换机传输视频信息、控制信息，还能通过该交换机供电。

二、系统通信过程分析

2.1 系统通信过程

客票、办公系统对系统可靠性要求较高，一般上层均采用TCP协议；视频监控系统由于其实时性，一般上层均采用UDP协议。

客户端与服务器端进行通信时，一般是客户端应用层的应用程序生成数据包，然后到传输层增加TCP包头或UDP包头，然后到网络层增加IP包头（IP包头包含的主要是IP地址，包括客户端IP地址（即源IP地址）、服务器端IP地址（即目的IP地址）），然后到数据链路层增加网卡的MAC包头（MAC包头包含的主要是MAC地址，包括客户端MAC地址（即源MAC地址）、服务器端MAC地址（即目的MAC地址）），然后通过物理网络到达服务器端。服务器端接收到该数据包后，先去掉数据链路层的MAC包头进入网络层，然后去掉网络层的IP包头进入传输层，然后去掉传输层的TCP或UDP包头进入应用层，然后服务器端即能收到客户端数据了。服务器端收到该数据后，若要应答客户端，则应答客户端的数据又经过上述过程，就能传到客户端了，区别在于服务器发出来的数据包的IP源地址、IP目的地址，MAC源地址、MAC目的地址与客户端发出来的数据包的这些地址正好对调一下。

2.2 系统通信时与交换机、路由器的交互过程

（1）源IP地址、源MAC地址的获取。源IP地址即客户端、服务器本机的IP地址，此地址可通过DHCP服务器获取，亦可通过手动设置方式设置，手动设置时与本机连接的是交换机还是路由器关系不大。源MAC地址即客户端、服务器本机的MAC地址，此地址即网卡的硬件地址，生产厂家生产网卡时该地址即已生成。因此对客户端、服务器来说，源IP地址、源MAC地址不需与网络发生关系即已明确。

（2）目的IP地址的获取。对客户端来说，其目的IP地址（即服务器的IP地址）一般有2种方式能获取，一是通过DNS系统来获取（此时网络连接TCP/IP属性中所填的DNS服务器地址就有用了），二是在客户端系统软件中直接明确写出服务器的IP地址，其中第二种方式适用于小型系统，第一种方式适用于大型系统。对服务器端来说，其目的IP地址（即客户端的IP地址）一般包含于客户端发送过来的数据包中。

（3）目的MAC地址的获取。对客户端来说，其目的MAC地址（即服务器的MAC地址）需通过ARP协议来获取，其具体获取过程如下：首次通信过程中客户端会将本机的IP地址与服务器端的IP地址放到一起进行计算，以检验客户端与服务器是否属于同一个IP网段，如果是同一个IP网段，则直接对所有本机能抵达的物理网口广播ARP请求，该请求中含有目的IP地址，该网段内所有计算机收到该ARP请求后，只有其IP地址为ARP请求包中的IP地址的计算机会发送一个响应包，其余计算机则将该ARP请求丢弃。如果客户端与服务器端不在同一个IP网段，则直接将默认网关（一般默认网关即是一台有路由功能的三层交换机或直接即是一台路由器）的MAC地址作为目的MAC地址。默认网关收到数据包后再根据数据包中服务器的IP地址查找服务器端的MAC地址，如果服务器IP地址所在网段与默认网关另外一个网段也不是同一网段，则继续将默认网关路由表中下一跳路由器（即数据包应该发送到的下一个IP地址）端口的MAC地址作为目的MAC地址放到数据包中往下传输，直至找到服务器端的MAC地址。对服务器端来说，其目的MAC地址包含在客户端发出来的数据包中。

三、结论

此处所指的交换机为二层交换机。新建铁路工程中的客票系统、办公系统、综合监控系统等可以通过二层交换机再通过MSTP传输系统提供的FE透传接口接到既有路局路由器上，但需调查清楚既有路由器能容纳的客户端数量，调查不清楚时建议每个车站设置带路由功能的三层交换机更佳。类似货场视频监控系统一样仅需小型计算机网络的场合，则选择二层交换机即满足功能要求。endprint