区志广/民航中南空管局

NOVA场监网络中STP自愈功能的实现

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N O VA场监系统组网所使用的CSICO 3560型智能交换机，其本身自带光模块和网络堆叠功能，按网路实现构建成了一个多交换机的层叠环路结构，通过STP机制，实现网路冗余故障自愈。

N O VA；场面监视；STP；广播风暴

引言

Indra公司的NOVA场面雷达监视系统（以下简称场监系统）是目前国内大型机场中最为常见的场面监视雷达系统之一。机场塔台管制员负责机场内跑道、滑行道、停机坪上飞机和车辆的统一交通管制。场监系统为其管制工作提供了重要的自动化保障。由于现代管制工作对自动化设备的依赖性不断增加，一旦系统设备或网络出现突发重大故障，如果无法在极短时间排障恢复，将会造成航班流控，甚至极易引发空管安全事件。

1 .场监系统网络结构特点

NOVA9000场面监视雷达系统向地面管制员提供以场面运动雷达SMR为中心15000英尺为半径的范围内的全天时，全天候的目标定位和识别信息。系统能在雷达能扫描到的有效范围内探测和跟踪定位诸如飞机和汽车之类的目标并加以区分和引导。

整个系统的局域网结构的设计为双网总线型网络结构，配备冗余双服务器这一硬件设计使得任何单一节点的失效都不会导致系统出现致命故障情况。多个子系统服务器，如TECAMS、SDS、RPS、CWP，都配备了双网口，通过双绞线分别连接至双局域网交换机。为了确保某一单元数据不会在主网络结构中产生环路的情况，必要的时候交换机可以激活“生成树”机制运作。

2.STP生成树技术原理

STP，即Spanning Tree Protocol，网络生成树协议。该网络专用协议的基本原理是，在环路网络中通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免报文在环路网络中的增生和无限循环。STP通过在交换机之间传递一种特殊的协议报文来确定网络的拓扑结构。配置消息中包含了足够的信息来保证交换机完成生成树计算。该协议在IEEE802.1D文档中被定义为按照树的结构来构造网络拓扑，以消除网络中的环路，避免由以太网环路而引发的网络问题。

STP的基本思想就是生成“一棵树”，树的根是一个称为根桥的交换机，根据设置不同，不同的交换机会被选为根桥，但任意时刻只能有一个根桥。由根桥开始，逐级形成一棵树，根桥定时发送配置报文，非根桥接收配置报文并转发，如果某台交换机能够从两个以上的端口接收到配置报文，则说明从该交换机到根有不止一条路径，便构成了循环回路，此时交换机根据端口的配置选出一个端口并把其他的端口阻塞，以消除循环。当某个端口长时间不能接收到配置报文时，交换机认为端口的配置超时，网络拓扑可能已经改变，此时重新计算网络拓扑，重新生成一棵树。

图1　

在二层网络链路中，一台节点交换机出现故障有可能会影响整个网络的使用。为了避免存在单点故障，在实际的二层链路中会采用链路冗余，也就是采用交换设备之间多条联络连接，即多台交换机之间都有连接，这样即使一台故障了，也可以通过其他节点通信，这就是链路冗余。但是又会随之产生非常致命的网络问题。因为各个交换机设备之间都有链路连接，数据报到达目的主机的路线会增多，从而使数据报在交换机之间不断被转发，最终形成一个环路。多链路形成环路造成的致命危害有：

1. 形成广播风暴： 数据报在环路上不断地被广播转发形成广播风暴。

2. 多重复帧复制： 交换机在接受到不确定单播帧时，将执行泛洪操作，即在环路中一个单播帧在传输中被复制成为多个复本。

3. MAC地址表不稳定： 如果交换机在不同的端口收到同一个帧，MAC数据库会混乱。

以上三种情况不论是哪一种，都将会使二层网络链路发生崩溃。而STP生成树协议的作用就是可使以上问题迎刃而解。STP协议是二层链路上的协议，生成树机制可以使冗余链路中的环路循环转发得以自动终止。这种网络保护技术，可以消除由于失误或者意外带来的网路循环连接，有效避免了局域网中的单点故障和网络回环后所造成环危害。

生成树协议随着网络的不断发展而不断更新换代,发展到现在共有三代： 第一代 STP/RSTP ； 第二代PVST/PVST+（思科特有）； 第三代 MTSTP/MSTP。

3.STP生成树机制在场监系统中的运用

在白云机场塔台目前在用的NOVA场监系统上组网所使用的是CSICO（思科）3560型智能交换机，其本身自带光模块和网络堆叠功能，按网路实现构建成了一个多交换机的层叠结构，实现了一定程度上网路冗余。

堆叠后堆叠思科3560在同一个端口收发分别上行和下行，最终形成了一个环形结构，实现了环内缺失节点后的网络自愈。任何两台成员交换机之间的数据交换都需绕环一周，经过所有交换机的交换端口。使用两个高速光端口实施菊花链式堆叠，选择实现了环形的冗余。在正常情况下，任何时刻下菊花链式结构环路中的某一从交换机到达主交换机只能通过一个高速端口进行，即一个高速端口不能分担本交换机的上行数据压力，需要通过所有上游交换机来进行交换。

为克服该种链路冗余级联方案带来的网路环路的影响，在网络上必须依靠交换机的STP功能来进行抑制。在生成树协议生效后，假如出现端口之间的物理环路，则只有一个端口是指定端口，另一个端口被置于阻塞状态。处于阻塞状态的端口不能发送或接收数据帧，从而避免了自环所带来的问题。而当场监网络出现异常，环路被打破时，始终还有一个端口处于解除阻塞的状态，保持发送或接收数据帧，保证场监信号的正常传输。生成树协议令网络中一台交换机为节点生成一棵转发树，而树是没有环路的，这样所有的数据都只在这棵树所指示的路径上传输，就不会产生环路网络风险。

4.结束语

本文对STP技术原理和场监系统的冗余网络结构进行了详细技术分析。全面论述了STP协议在该系统中对保持冗余和控制环路起的重要作用。随着研究的深入，希望我们日后能这些网络技术更好地应用于国产新系统之上，大力对推动我国系统和网络的发展。

[1] PARK AIR SYSTEM TECHNICAL AND MAINTENANCE MANUAL- Project No:1002953.

[2] 快速生成树RSTP详解 IT技术之家 201208.