广州地铁集团有限公司运营四中心 广东省广州市 510000
摘要：本文简要介绍广州地铁十四号线传输系统生成树协议模型，讨论在现有网络配置的基础上，如何通过优化配置降低生成树协议收敛的计算量，从而减少故障发生的概率。
关键侧：生成树协议；环网；阻断；广播风暴
一、生成树协议应用背景
为了提高网络的稳定性，网络设计者在进行网络设计的时候，都倾向于在设备之间部署多条物理链路，其中一条作主链路，其他链路作为备份。这样必然会导致网络中环路的产生。环路会产生广播风暴，最终导致整个网络资源被耗尽，网络瘫痪不可用。环路还会引起MAC地址表震荡导致MAC地址表项被破坏。为了破除环路，采用数据链路层协议生成树协议。
生成树协议的工作原理
生成树协议实质就是从逻辑上把环网中其中一个端阻塞掉，从而把环路破除。确保网络不会成环，从而避免广播风暴的产生。生成树算法可以归纳以下三个步骤：
1.选择根节点
每个传输节点都有唯一的MAC地址，最小MAC地址值的节点为根节点。生成树协议首先根据环网中各节点的MAC地址计算出根节点。
2.选择根端口
选择根节点后，其他的非根节点选择一个距离根节点最近的端口为根端口。
选择根端口依据如下：
非根节点中到根节点总路径成本最低的端口
如果到达根节点的开销相同，在比较上级发送者的MAC地址，选择发送者节点MACA地址最小对应的端口。
如果发送者节点ID也相同，再比较发送者端口ID。端口ID由端口优先级（8位）和端口编号（8位）组成。若端口优先级相同，选择端口号最小的。
3.选择指定端口
每个网段选择一个指定端口，根节点的所有端口均为指定端口。
选择非根节点指定端口的依据如下：
到根节点的路径成本最低
端口所在的节点的ID最小
端口值较小
经过以上三个步骤的选择，把根节点、根端口和指定端口都选择出来了，剩下的就是非指定端口，也是将被生成树协议在逻辑上阻塞的端口。
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图1—传输业务拓扑图
二、地铁传输系统介绍
地铁作为城市重要的公共交通工具，加上其独特的运行环境，对设备运行质量和网络质量都有极高的要求。为确保业务数据传输的稳定性，地铁专用传输网络多采用环形组网，以广州地铁十四号线专用通信传输MSTP系统为例，网络结构如下图1所示。各站点通过配置的两个EOS端口的收与发连接成两个方向相反的环网，业务可以双向传输，确保单节点设备故障或单向光路故障不会对其他节点数据传输造成影响。
为避免网络成环导致广播风暴，MSTP传输设备启用生成树协议，协议计算确定环网断点位置，系统通过阻断EOS端口数据收发来制造断点。如下图所示，假设生成树协议计算根节点为站点A，断点在站点A与站点E之间，则系统阻断站点A与站点E互联的EOS端口来制造断点。阻断后业务视图如下图2所示：
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图2—业务报文流向图
三、优化原因和优化方案
十四号线新线建设初期，由于传输系统存在生成树协议软件缺陷，出现多次生成树协议收敛过程中端口的物理状态与协议中的状态不一致的情况，导致生成树协议计算错误，该板卡所承载的以太网业务出现全线或部分站点中断的情况，故障影响范围极大。再此背景下需探寻网络优化方案以降低生成树协议计算错误发生的几率，提升网络质量。
通过对生成树协议收敛过程进行分析，协议计算过程中存在以下问题：
1、生成树协议协议收敛过程中需对所有协议节点进行计算以确定断点位置，随着网络规模增加，收敛计算量也会同步增加。
2、网络中任意站点端口状态不一致时都会导致生成树协议结果出错。
在生成树协议存在缺陷的前提下，网络规模越大，协议收敛涉及到站点越多，则生成树协议计算错误的概率越大，传输网络规模越小，发生生成树协议错误的概率就越小，如想提升设备运行质量，需尽量减少生成树协议收敛涉及到的站点。
对生成树协议协议工作原理进行分析，实际传输环网中只要有任一站点启用生成树协议即可达到阻断业务成环的目的，结合网络优化需求，可以采用只在个别站点启用生成树协议的方法来降低生成树协议收敛所涉及到的车站，从而降低生成树协议收敛出错的概率，提升设备运行质量。理论上来说环网中只启用1个生成树协议站点的话协议计算量最小，协议出错概率最小，但考虑到网络启用了复用段保护，当协议启用站点下电时会导致网络成环引发广播风暴，故建议在2个站点启用生成树协议。