GBT 28029.12-2020 轨道交通电子设备 列车通信网络(TCN) 第3-4部分：以太网编组网(ECN)

Electronicrailwayequipment—Traincommuni(IEC61375-3-4:2014,MOD) 布发60-03-2020国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会IGB/T28029.12—2020 Ⅲ V 1 1 2 23.2缩略语 3 6 74.1概述 7 74.3数据类型 4.4功能与服务 4.6服务质量 4.7IP地址及相关定义 4.8IP地址与网络配置管理 4.9网络设备接口 4.10终端设备接口 254.11网关功能 295一致性测试 29附录A(资料性附录)ECN架构可靠性和可用性比较 附录B(资料性附录)轨道交通用网络地址转换(R-NAT) 附录C(规范性附录)带信号放大的收发器协议定义 44 Ⅲ ●用修改采用国际标准的GB/T●用修改采用国际标准的GB/T●用修改采用国际标准的GB/T ——调整了部分列项编号(见D.1、D.3.2.3.VTCN通用架构(见GB/T28029.1)定义了两层网络结构：列车骨干网和编组网。该分层结构规定GB/T28029的本部分通用部分，即第1章~第4章，定义了所有ECN实现、终端设备和网关公用——ECN性能。性的对绞或星绞对称电缆工作区布线电缆分规范(GB/T18015.6—2007,IEC61156-6:2002,GB/T18233信息技术用户建筑群GB/T28029.2轨道交通电子设备列车通信网络(TC(GB/T28029.2—2020,IEC61375-2-1GB/T28029.6轨道交通电子设备列车通信网络(TCN)第2-5部分：以太网列车骨干网(ETB)(GB/T28029.6—202IEC61076-2-101电子设备用连接器产品要求第2-101部分：圆形连接器带螺纹锁紧的M12连接器的详细规范(Connectorsforelectronicequipment—Productrequirements—Part2-101:IEC61076-3-104电气和电子设备用连接器产品要求第3-104部分：频率在2000MHz及以IEC62439(所有部分)工业通信网络高可用自动化网络(Industrialcommunicationnetworks—HighavailabilitANSIX3.263:1995信息技术光纤分布式数据接口令牌环双绞线物理层依赖媒体[EN-Infor-mationTechnology—FibreDistributedDataInterface(FDDI)—TokenRingTwistedPairPhysicalLayerMediumDependent(TP-PMD)(ordernumberANSIINCITSropolitanareanetworks—MediaIEEE802.1QIEEE局域网和城域网标准虚拟桥接局域网(IEEEStandardforLocalandmet-ropolitanareanetworks—VirtualB2IEEE802.3信息技术系统之间的通信和信息交换局域网和城域网专门要求第3部分：nology—Telecommunicationsandinformationexchangebetweensystems—Localandmetropeanetworks—Specificrequirements—Part3:Carriersensemultipleaccesswithcollisi(CSMA/CD)accessmethodandphysicallayerspecifications]TIA/EIA-568-B商业建筑布线标准第1部分：基本需求[CommercialBuildingTelecommuni-cationsCablingStaRFCRFCRFC互联网控制消息协议(InternetControlMessagePr传输控制协议(TransmissionCon以太网地址解析协议：或将网络协议地址转换为48位以太网地址(AnEthernetAddressResolutionProtocol:OrConvertingNetworkProtocoIETFRFC2236互联网组管理协议IETFRFC3022传统IP网络地址转换器[TraditionalIPNetworkAddressTranslator(Tradi-IETFRFC3203DHCP重配置扩展(DHCPreconfigureextension)IETFRFC3376互联网组管理协议，版本IETFRFC4541支持互联网组管理协议(IGMP)和多播监听器发现(MLD)侦听的交换机的注意事项[ConsiderationsforInternetGrGB/T28029.2界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3ACK:确认(Acknowledgement)ARP:地址解析协议(AddressResolutionProtocol)ASN.1:抽象语法表示1(AbstractSyntaxNotationNumber1)AWG:美国线规(AmericanWireGauge)bps:比特每秒(bitspersecond)CNN:编组网节点(ConsistNetworkNode)CS:编组交换机(ConsistSwitch)4ECN:以太网编组网(EthernetConsEMC:电磁兼容(Electro-MagneticCompatibility)5RD:接收数据(ReceiveData)RX:接收(Receive)6TX:发送(Transmit)UDP:用户数据报协议(UserDatagramProtocol)UTP:非屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPaVTLT:限时定时器设定值(ValuetoTimerforLimitTime)VTREQ:发送请求定时器设定值(ValuetoTimerforTransmitRequest)布尔类型应编码为1位，值1表示TRUE,值0表示FALSE。一种其特定值为全部正数和零的简单类型。后缀井定义其以位计数7UnsignedType::=UNSIGNED#,(井={8,16,32})三种类型应分别编码为由8、16或32位组成的二进制数。4.2架构ECN逻辑视图如图1所示。ECN互连位于同一编组中的终端设备。ECN应通过列车骨干网上一个列车骨干网节点(TBN)或一组冗余的TBN连接到列车骨干网。通常要求仅一个TBN能在ECN和端设备之间、终端设备与TBN之间传输数据帧。ECN内可具有子网，这些子网可通过路由器进行备上不同的接口连接到不同的编组网，但是该终端设备被视作具有多个逻机之间的以太网端口宜遵循IEEE802.3,但是为满足轨道交通专属要求不强制要求其遵循ECN接入的TBN应提供网关功能，负责ECN与列车骨干网之间的数据传送。ECN接入的列车8o——一个ECN可包含一个或多个子网。有不同物理拓扑和终端设备链路冗余的ECN示例见图2。注：冗余视图下的拓扑参见4.5和附录A。a)线形拓扑b)具有双归属的线形拓扑(并行网络)9EDED从安装角度，终端设备分类见表1。表1终端设备类型(1)终端设备类型临时终端设备临时终端设备指不是固定安装在列车上，而是出于维护等目的临时连接到ECN的终端设备。标准终端设备指固定安装在列车上的的终端设备。标准终端设备是从通信要求角度，标准终端设备进一步分类见表2。表2终端设备类型(2)终端设备类型编组本地终端设备指仅与同一ECN内设备通信的终端设备。该类终端设备并非总是需要知列车通信终端设备指使用列车骨干网、并与其他编组内设备或TBN直连设备通信的终端设备。该类终端设备应能知道列车拓扑已发生变化以避免初运行后与错误终端设备不需要通过自身知道列车拓扑，即其不发起列车骨干网上的通信。列车骨干网拓扑表2(续)终端设备类型列车拓扑感知终端设备指发起列车骨干网上的通信、且需要知道上列车网络地址的终端设备。车通信终端设备)连接。此时，控制设备需要通过使用列车拓扑数据库知道远端I/O设备的地址，而远端I/O设备不需要知道控制设备地中继器对链路层及以上各层所有协议透明该类网络设备是具有至少两个IP接口、且确保网络层上多个IP子网ETB和ECN之间的TBN包含专用于列车车载通信的路由器。TBN路由器可实现诸如DHCP服务器、DNS服务器、NTP服务器等一些常见的物理应用注：ETB和ECN之间的TBN也可以是应用网关。DHCP服务器、DNS器也可驻留在其他网络设备或终端设备上。ETB与ECN之间报编组交换机类型非管理型编组交换机是仅具有有限功能的编组交换机。此类交换机应至少支持4.9中定义的IEEE802.1DMAC桥，但不需要支持诸如在线管理和IP通信等其他功能管理型编组交换机是具有诸如MAC桥、在线管理、IP通信等功能的编组交换机。GB/T28029.1定义了下列五种主要的数据类型：表5给出了针对每种数据类型的典型服务参数，表6给出了针对每种数据类型的典型服务参数值。两个连续的周期传输帧之间的时间S传输起始时间不应迟于向通信协议栈链路层服务发送数据的起始时间。传输结束时间不应早于在通信协议栈链路层接收到完成数据帧时间s抖动各帧传输时间的差异s数据类型值最小周期1500个八位位组最大抖动消息数据最小周期不适用1500个八位位组最大抖动不适用最小周期不适用1500个八位位组最大抖动最小周期不适用1500个八位位组不适用最大抖动不适用表6(续)数据类型值最小周期1500个八位位组最大抖动——帧中继。ECN应从终端设备接收IEEE802.3中定义的MAC帧，并向该MAC帧目的地址字交换机规范。编组交换机应能中继基本(无标记)MAC帧和带标记MAC帧。能在4.9中定义。——服务质量。当应用强制要求时，ECN应能通量在4.6中定义。的网关功能。网关功能在4.11中定义。——列车网络管理。当ECN接入列车骨干网时，TBN应根据列车骨干网网络管理要求网络管理服务。列车网络管理在4.12中定义。——动态IP地址分配。ECN宜为设备提供动态IP地址分配功能。设备也可使用静态IP地址分配。IP地址分配和管理要求在4.7和4.8中定义。——名称解析。ECN宜提供IP地址与诸如主机名、功能名等名称之间的名称解析功能。名称解析要求在4.7中定义。本条描述了网络级冗余和终端设备级冗余。ECN特定实现宜选择一种或多种冗余方式以满足应设备接口用链路。网络部件示例如图3所示。各终端设备备备当ECN网络冗余机制生效时，ECN网络功能恢复用时的预期应小于维持编组以不影响列车应用络接口，且不应产生ECN上的环。非管理型交换机不应用于模拟双归属机制。双归属示例如图4路之间的切换可视作冗余设备与其他设备之间的切换。如果使用这种方法，在失效时可能发生通信EDFDEDFDEDEDEDEDEDED根据IEEE802.1D,计有8个优先级，最高优先级是7,最低优先级是0。默认优先级应是0。4～5和优先级6～7分属这四个优先级队列。将优先级映射到数据类型应根据ECN中使用的应用要求确定，因为拟使用的数据类型及其性能参数依赖于应用。四个优先级队列时优先级到每一种数据类型的默认映射关系见表7。(X:不关注)(M:强制，R:推荐)MR消息数据和流数据RM当终端设备分配发送数据包优先级时，终端设备宜使用RFC2474中定义的IP数据报DSCP字段。终端设备可在带标记MAC帧中使用优先级代码点(PriorityCodePoint)字段。照IEEE802.1D定义的队列号排队数据入口速率限制是编组交换机的一个可选功能。编组交换机可限制从终端设备或TBN输入的帧出口速率整形是编组交换机的一个可选功能。编组交换机可限制向终端设备或TBN输出的帧每一个支持IP通信并连接到ECN的通信设备应具有一个或多个IP地址作为编组网地址。编组当使用A类私有地址、ECN连接到ETB且编组网地址与列车网地址不同时，应使用~00001010.0ddddddd.dddddddd.d该字段自由用于ECN中主机标识。该字段可进一步分解如下：————将ECN划分为子网；————在前三个最高有效位使用与列车网地址相同的值以标识多个ECN;——仅使用低14位以保证NAT可行(附录B中的R-NAT是一个示例)。注：当使用R-NAT时，设备仅在14位内具有有效IP地址。对于固定组成EMU于无歧义地统一地址分配。该方法也适用于终端设备预置IP地址分低14位：r.ccccc.eeeeeeee,其中：---r:冗余/子网标识符0/1;——-c:车厢编号1～31(足以编号固定组成EMU);———e;终端设备标识符1～255(足以编号车厢内设备)该应用于ECN的子网(10.0/9)称作本地ECN子网。如果ECN连接到ETB,则应允许使用列车中唯一的列车网地址实现通信设备列车范围内的寻址。设备本地ECN地址已足够。ETB上通信的源地址和目的地址应是列车网地址。列车网地址和编组网如果列车网地址与编组网地址不同，则ECN应支持将列车网地址映射到编组网地址的服务。不遵循列车网地址规范的地址不应用作GB/T28029.6所定义的ETB中的源地址或目的地址。列车网地址应使用IETFRFC1918中定义的IPv4私有地址，并符合G00001010.1bbxssss.sshhhhhh.hh表9(续)根据初运行结果分配的编组网标识符。0值保留给ETB骨干网子网此时，(ECN侧的)地址掩码宜考虑该解构形式(应扩展)通信设备可在编组级或列车级分组。通信设备可属于多个组。在编组级，所有成员属于一个或多个编组网。分配给列车级组的组地址应使用IETFRFC2365中定义的IP多播地址。列车级的IP多播地址是GB/T28029.6中定义的/14(IETFRFC2365中定义的组织如果目的地址是ECN级的IP多播地址，则TBN不应向ETB转发IP多播报文。ECN宜提供DNS服务器功能。服务器的位置取决于实现，服务器可在ECN中的任意终端设备/网络设备或ECN连挂的TBN上实现。当ECN连挂到TBN时，服务器宜在TBN上实现。DNS服务“localhost”所有主机默认在每个ECN本地的“lcst”域声明。中的任意终端设备/网络设备或ECN联挂的TBN上实现。当ECN联挂到TBN时，宜在TBN上实作为路由器的TBN应支持NAT,为未在自身以太网接口配置列车网地址的设备实现，将其列车网地址映射到编组网地址。附录B中定义的R-NAT可用于简化TBN的地址转换算法。扩展的NAT以解决此问题。否则，可由列车网地址寻址的终端设备宜具有IP别名功能，即可将两个不同的IP地址配置给一个以太网接口。本地ECN地址用于ECN内本地通信，列车网地址用于ETB如果列车网地址由终端设备使用DHCP客户端管理，则终端设备和DHCP服务器应支持IETFRFC3203中定义的DHCP强制更新(FORCERENEW)消息。DHCP服务器应在初运行之后使用列车网地址向DHCP客户端发送FORCERENEW消息，DHCP客户端应在接收到FORCERENEW消息使用静态网络地址配置时终端设备网络配置参表10终端设备静态网络配置参数主机名M主机名应在ECN内唯一默认域名CIPv4地址MIPv4地址掩码MIPv4DNS服务器地址CIPv4默认路由OIPv4静态路由O可用于访问特定设备或子网注：类型列中：M——强制；C——条件；O-可4.8.4DHCP配置参数表11显示了使用DHCP时拟支持的DHCP选项要求。表11DHCP选项1MIPv4地址掩码3M路由器选项6C域名服务器选项DNS服务器地址列表。0主机名选项0C网络时间协议服务器选项0供应商专属信息用于在服务器与客户端之间交换供应商专属信息可支持该选项MIP地址租赁时间已分配的IP地址的允许租赁时间MMM0消息DHCP客户端可使用该选项指示拒绝服务的原因0可用于DHCP客户端保持相同的IP地址，见注10中继代理信息选项注1:为了从DHCP服务器获取同一个IP地址，依据位置或终端设备类型，终端设备发送DH端设备接入的编组交换机插入IETFRFC3046中定义的DHCP选项82。注2:要求列中：M——强制；C——条件；O——4.8.5用于TBN冗余的IP地址管理TBN冗余管理与WTB或ETB一致。当实现了冗余TBN组且TBN是ECN与列车骨干网之间的路由器时，该冗余TBN组应为ECN侧的路由服务输出一个公共的编组网地址。当新一个TBN推选为激活路由器时，该TBN应向ECN发送ARP以更新终端设备中的ARP表。表12网络设备接口总结层引用和注中继器型CS管理型的物理层MM00MM自协商CCO0以太网供电(PoE)0000O0M12D型连接器(插座)O0IEC61076-3-104连接器(插座)O0RJ45连接器(插座)00的物理层IEEE802.3物理层CCCC如果未使用带信号放大的收发器则带信号放大的收发器O0O0附录C见注1MMM自协商O00OOO00OO0OO0OM12D型连接器(插座)CCCC表12(续)层引用和注中继器型CS管理型MMM流量控制O0帧中继MM帧过滤MMVLAN服务MM帧排队MMMMM入口速率限制O0出口速率整形O0O0网络层MMIPv4转发MMMMMMMMMIGMPv2/v3(路由器)OIGMPv2(主机)MOIGMPv3(主机)0OIGMP侦听MDHCP(客户端)CCODHCP(服务器)0ODNS(客户端)CCDNS(服务器)0OSNTP(客户端)0ONTPv3(客户端)0ONTPv3(服务器)0OSNMPv2(代理)0O注1:如果使用附录C中定义的带信号放大的收发器，则不强制要求使用IEEE802.3物理层。注2:用于附录D中定义的梯型拓扑的网络设备接口存在不符合IEEE802.3或IEEE802.1D的特用于连接终端设备的网络设备接口应支持100BASE-TX,且可额外支持10BASE-T以增强电气鲁●IEEE802.3中定义的100BASE-X类型PCS和PMA子层；●IEEE802.3中定义的100BASE-TX类型PMD子层和基带介质。 ●IEEE802.3中定义的10BASE-T类型双绞线MAU和基带介质。应支持IEEE802.3中定义的全双工模式以避免冲突。应能支持IEEE802.3中定义的自协商功能以连接临时终端设备。自协商功能不宜用于连接标准可支持自动配置MDI或MDI-X的MDI/MDI-X自动交叉功能。可支持IEEE802.3中定义的PoE供电设备(PSE)。优先使用100BASE-TX,但可额外支持10BASE-T以增强电气鲁棒性和EMC抗扰度。为增强噪声抗扰度，可将带信号放大的收发器连挂到100BASE-TXPMD或10BASE-TMAU,见附录C。可使用1000BASE或更高速率接口以支持更高带宽。应支持IEEE802.3中定义的全双工模式以避免冲突。不宜使用IEEE802.3中定义的自协商功能以避免建立非预期速率或双工模式的连接。可支持自动配置MDI或MDI-X的MDI/MDI-X自动交叉可使用非屏蔽双绞线(UTP)。mm²(AWG20)或更大。本条定义了用于连接终端设备的连接器要求。当使宜在网络设备侧支持IEC61076-2-101中定义的M12D型连接器(插座)。此时，线缆侧应使用网络设备侧可使用IEC61076-3-104中定义TIA/EIA-568-B中定义的RJ45插座可用于在网络设备侧连接临时终端设备。此时，线缆侧应使用RJ45插头连接器。M12D型连接器示例见图5,其引脚定义见表13。表13M12D型连接器引脚定义引脚1234本条定义了用于连接网络设备的连接器要求。当使用100BASE-TX与10BASE-T时应在网络设备侧支持IEC61076-2-101中定义的M12D型连接器(插座)。应在线缆侧使用M12D——支持IEEE——支持IEEE802.3中定义的使用基本(无标记)帧和带标记802.1D中定义的帧排队。帧排队可在帧中继期间处理多个数据类型以实现QoS;——支持IEEE802.1Q中定义的帧打标/去标。帧打标可为入口端口在基本(无标记)帧中插入标管理型编组交换机应支持IEEE802.1D中定义的管理和远程管理。——支持IEEE802.3中作为MAC控制PAUSE操作定义的流量控制。流量控制提供禁止帧传送——支持4.6.5和4.6.6中定义的入口速率限制和出口速率整形；路由器应额外支持IPv4转发。路由器宜支持IETFRFC2236中定义的IGMPv2路由器要求，且可支持IETFRFC3376中定义管理型编组交换机应支持IETFRFC4541中定义的IGMP侦听(IGMPsnooping)。IGMP侦听过管理型编组交换机可支持IETFRFC3046中定义的DHCP中继代理信息选项。编组交换机可充表14ED接口总结层引用和注临时ED列车拓扑MMMMO0OOMMMM自协商MOO00OOO表14(续)层引用和注临时ED列车拓扑以太网供电(PoE)O00000000O00M12D型连接器(插座)OOO0IEC61076-3-104连接器(插座)0O0ORJ45连接器(插座)OOO0MMMM使用带标记MAC帧的0O00网络层MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMIGMPv2/v3(主机)OOO0DHCP(客户端)OOCCDHCP(服务器)OOO0DNS(客户端)0OOMDNS(服务器)OOOOSNTP(客户端)OOOONTPy3(客户端)OO0ONTPv3(服务器)0O00SNMPv2(代理)00OO0OO0注：状态列中：M——强制；C——条件；O——物理层应符合IEEE802.3。应支持100BASE-TX,且可使用10BASE-T以增强电气鲁棒性和——100BASE-X类型PCS和PMA子层；10BASE-T物理层应符合10BASE-T类型双绞线MAU和基带介质。应能支持IEEE802.3中定义的自协商功能以连接临时终端设备。自协商功能不宜用于连接标准可支持IEEE802.3中定义的PoE受电设备。线缆应符合GB/T18233和IEC61156。应支持D型(5对于标准终端设备，宜在终端设备侧支持IEC61076-2-101中定义的M12D型连接器(插座)。此TIA/EIA-568-B中定义的RJ45插座可用于在终端设备侧连接临时终端设备。此时，线缆侧应使M12D型连接器见图5,其引脚定义应如表13所示。链路层MAC应符合IEEE802.3。应支持IEEE802.3中定义的使用基本(无标记)帧的MAC服务。可支持IEEE802.1Q中定义的带标记帧的MAC服务。应支持IETFRFC791中定义的IPv4。应支持IETFRFC792中定义的ICMP。应支持IETFRFC826中定义的ARP。应支持IETFRFC768中定义的UDP。应支持IETFRFC793中定义的TCP。可支持IETFRFC2131中定义的DHCP客户端功能。当列车通信终端设备和列车拓扑感知终端可为IP地址与名称(诸如以FQDN表示的主机名和功能名)之间映射支持IETFRFC1034中定义的DNS客户端功能。列车拓扑感知终端设备应支持DNS客户端功能，以从主机名或功能名中解析可为时间同步支持IETFRFC1361中定义的SNTP客户端功能或IETFRFC1305中定义的NT-Pv3客户端功能。当使用NTP时，ECN应提供NTP服务器功能。服务器位置依赖于实现，但宜在定义的TFTP等其他协议。可实现Telnet服务器(IETFRFC854)或SSH服务器(IETFRFC4251或其他),以管理终端如果TBN连接到GB/T28029.1中定义的WTB,则ECN与WTB之间的网关功能应在该TBN上ECN与WTB之间的TBN实现为应用层网关。该TBN的逻辑结构见图6。应用如果TBN连接到GB/T28029.6中定义的ETB,则ECN与ETB之间的网关功能应在该TBN上ECN与WTB之间的TBN实现为路由器和/如果分配给ECN中通信设备的列车网地址不同于编组网地址，则TBN应支持4.7中定义的将列车网地址映射到编组网地址的服务。不符合列车网地址规范的地址不应用作该ECN之外的源地址或互为冗余的TBN对在ECN侧共用一个IP地址，该地址作为ECN与ETB之间网关地址，见ECN中的通信设备宜支持SNMP代理功能用于网络管理。IETFRFC1901、IETFRFC1905和IETFRFC1906中定义的SNMPv2是最宜支持IETFRFC1213中定义的标准MIB。4.12.2WTB网络管理如果TBN连接到GB/T28029.2中定义的WTB,则WTBTNM功能应在该TBN上实现。SNMP用于管理GB/T28029.6中定义的ETB通信设备。TBN也应符合GB/T28029.2或GB/T28029.6相关要求。本附录比较了不同ECN架构可靠性和可用性，以辅助选择适合的E术语“双网络部件失效”指两个网络部件同时停止工作的情况，参见图A.2。注：网络部件在中定义；其包括网络设备有源部件、有源部件间链路和终端设备用链路。机机机X——失效部件；粗框和粗线——网络部件。↓↓X——失效部件；粗框和粗线——网络部件。GB/T28029.12—20在网络部件失效时，网络可从无失效发生的正常状态转移到下列状态之一：——故障状态。该状态下网络被分割成若干部分。——部分功能状态。该状态下，网络未分割但不能提供与正常状态相同的服务。——完全功能状态。该状态下，网络能提供与正常状态相同的服务。A.2.2线形拓扑失效场景示例线形拓扑不能容忍单网络部件失效，如图A.3所示。如图A.4所示，如果旁路功能已适用于每一个有源部件，则有源部件失效时网络处于部分功能状态，即网络未分割但联挂到失效部件的终端设备不能继续通信。链路上单部件失效链路上单部件失效EDEDED网络部分#2编组交换机网络部分#1故障状态图A.3线形拓扑链路单网络部件失效示例编组交换机上的单点失效编组交换机上的单点失效编组交换机部分工作的网络(旁路状态)图A.4线形拓扑有源部件单网络部件失效示例A.2.3并行网络失效场景示例有源部件间链路单网络部件失效不会导致网络故障，参见图A.5。在单一有源部件失效时，具有冗余链路到多个有源设备(编组交换机)的双归属终端设备能继续通GB/T280图A.5并行网络链路单网络部件失效示例图A.6并行网络有源部件单网络部件失效示例A.2.4环形网络失效场景示例有源部件间链路单网络部件失效不会导致网络故障，参见图A.7。有源部件单网络部件失效可导致网络功能减少，参见图A.8。但是，具有冗余链路到多个有源设备(编组交换机)的双归属终端设备能继续通信；具有冗余链路的场景参见图A.9。注：带旁路功能的环形拓扑可容忍大多数双网络部件失效。EDED图A.7环形拓扑链路单网络部件失效示例编组交换机编组交换机上的单点失效ED部分工作网络GB/T28029.12—20图A.8环形拓扑有源部件单网络部件失效示例编组交换机单点失效编组交换机编组交换机正常工作网络图A.9环形拓扑有源部件单网络部件失效示例(双归属终端设备)A.2.5梯形网络失效场景示例链路上的单个网络部件失效不会导致网络整体功能故障，如图A.10所示。在单一有源部件失效时，具有冗余链路到多个有源设备(编组交换机)的双归属终端设备能继续通当在不同位置的链路上发生双网络部件失效时，如果失效不是在互为冗余的部件上同时发生，则网络维持完全功能，参见图A.12。当有源部件发生双网络部件失效时，网络是否维持完全功能取决于失效位置。在图A.13所示失效场景中，网络处于故障状态，但是如果具有旁路功能则网络可保持部分功能。↓图A.10梯形拓扑链路单网络部件失效示例#la#2a图A.11梯形拓扑有源部件单网络部件失效示例图A.12梯形拓扑链路双网络部件失效示例如表A.1所示，存在三级冗余。支持指定冗余等级的ECN架构示例参见图A.14。冗余级别失效影响1级2级网络中无单点失效，但失效时一些功能不工作网络可恢复，但连接到失效编组交换机的终端设备不能与其他终端设备通信网络可恢复与失效线路连接的终端设备不能与其他终端设备通信3级无单点失效，且所有功能都可工作。尽可能多地网络可恢复，连接到失效编组交换机的终端设备仍可继续通信网络可恢复与失效链路连接的终端设备可继续通信注1:终端设备失效和终端设备自身冗余不属于本部分范畴。注2:链路失效包括线缆失效、连接器失效和链路两端以太网接口(端口)失效。注3:编组交换机失效是交换机内核失效，不含端口失效。失效率取决于编组交换机软/硬件复杂度。GB/T28029.12—20图A.14根据冗余等级分类的ECN架构示例A.4冗余等级的可靠性分析本条分析了具有指定冗余等级的ECN的可靠性。本条分析了以下三类可靠性，参见表A.2:a)总失效率；b)网络自身MTBF(失效时网络被分割),该分析中不包含编组交换机与终端设备间链路失效；c)终端设备间通信MTBF(失效时终端设备间不能通信),该分析中包含编组交换机与终端设备间链路失效。b)为计算终端设备间通信的MTBF,每一个编组交换机仅对一个终端设备。终端设备间通信MTBF1级~N(λs十λ十λg)~1/N(λs十λr)~1/N(λs+λt十λs)~N(λs十λt十λp)~μ/[N²(λs+λr)²]~1/N(λs十λp)3a级、3b级~2N(λs十λt十λg)~μ/[2N²(λs+λr)²]~μ/[2N²(λs+λr十λg)²]3c级~2N(λs+3λt/2+λs)~μ/2N(3λs²+4λsλr十λr²)~μ/2N(3λs²+4λsλr+2λsλs+λr²十λg²)N——编组交换机数或冗余用编组交换机对数；λs——编组交换机(内核)失效率；λT——编组交换机间链路失效率；λB——编组交换机与终端设备间链路失效率；3级冗余的可靠性高于1级冗余和2级冗余，但是当存在共因失效(CCF)时可靠性会降低。有多种方法建模共因失效。表A.3显示了当使用β因子方法时3级冗余的可靠性。根据IEC61508,β因子典型值为0.5%～10%。终端设备间通信MTBF3a级、3b级~μ/[μNβ(λs+λr)+2N²(As+~μ/[μNβ(λs+λt十λe)+2N²(λs+λt十λg)²]3c级~μ/LμNβ(λs+λr)+2N(3λs²+4λsλr十λT²)]~μ/[μNβ(λs+λr+λp)+2N(3λs²+4λsλr+2λsλe+λr²十λg²)]表A.5显示了使用表A.4中给定参数计算时ECN架构的可靠性和可用性示例。表A.5中值显示了ECN架构3级冗余的可靠性和可用性高于1级冗余和2级冗余。考虑共因失效，3a、3b和3c级冗余3c级冗余的可靠性和可用性略高于3a级冗余和3b级冗余。λs:编组交换机(内核)失效率5.00×10-⁶h-¹MTTF:200000hλj:编组交换机间链路失效率MTTF:3000000hλB:编组交换机与终端设备间链路失效率3.33×10-7h-¹MTTF:3000000h表A.4(续)μ:恢复速率β:β因子失效的1%是冗余部件共有的总失效率/h一终端设备间通信(不可用性)1级在不考虑ED可靠性时ECN本身是一个可靠的网络。尽管与编组交换机相比，ED具有同阶的局可靠性/可用性会减低。本条显示了ED和冗余ED对全局可靠性的影响。表A.6显示了ED冗余对所有级别架构的影响。表A.7显示了ED冗余对使用比率的MTBF的影响，其中比率1对应于9404h的MTBF。表A.6和表A.7中的值是使用表A.4中的值计算得冗余终端设备的双归属架构(表A.6中3级)的MTBF比无ED冗余的MTBF大40倍，这超过了无ED冗余从1级到3级提升的MTBF。冗余等级1级3a/3b级3c级表A.7有无ED冗余的MTBF比率比较(比率1对应表A.6中9404h)冗余等级1级1123a/3b级3c级R-NAT是一种用于ETB与ECN之间网络地址转换的算法。该算法使用列车网地址和编组网地B.2本地编组子网IP地址当使用R-NAT时，每一个终端设备应关联一个本地ECN子网IP地址。该本地ECN子网(以下保留如果终端设备仅拥有一个静态IP源地址，则终端设备间列车级通信需要在ECN/ETBIP路由器2)源编组网的编组网标识符应插入到IP源地址中。轨道交通用网络地址转换示例参见图B.2。图中三个TBN在列车初运行后分别获得05、06和07的TBN地址。连接到TBN05的终端设备53向连接到TBN07的终端设备21发送一个IP包。由于支持R-NAT的TBN与不支持NAT/R-NAT的TBN都符合通用IP映射定义，因此它们可图B.3从支持R-NAT的TBN到不支持NAT/R-NAT的TBNSA:10.129.图B.4从不支持NAT/R-NAT的TBN到支持R-NAT的TBN上述两种场景中，在ETB上IP地址总是在列车IP映射中。本地IP地址(如已定义)不会用作离开该ECN(访问邻ECN中终端设备)的目的地址。本附录定义了可选的带信号放大的收发器，该收发器可联挂在10BASE-TMAU或100BASE-TX为增强在车辆内和使用联挂器连接车辆的介质上传输的信号的噪声抗C.2基于IEEE802.310BASE-T的带信号放大本章定义了基于IEEE802.310BASE-T的带信号放大的收发器。未在本章定义的项应与IEEE802.310BASE-T兼容。收发器单元框图见图C.1。IEEE802.310BASE-TMAU输出的差分传输数据信号TD+和TD-在放大器中提高电平。电平调节器是将接收到的信号RDA+和RDA一降低到可接收信号电平范围的TDA-a)对于发送差分波形，如果图C.2所示电路使用带100Ω阻性负载的图C.3所示双绞线模型，则其定义的输出电压信号Vo应满足容差±10%的图C.4和表C.1所示模板。双绞线等效电路规范应符合IEEE802.3的(10BASE-T)。c)当使用链路脉冲时，应满足图C.7所示条件。当不使用链路脉冲可确认连接状态时，该项可忽略，其中BT与上述描述相同。注：图C.2～图C.9的模板参见IEEE802.3第14章(10BASE-T)。放大器平衡-不平衡转换器负载双绞线模型负载图C.2差分输出电压测试W图C.3双绞线模型归一化输出幅值归一化输出幅值时间/ns图C.4放大电压模板表C.1输出电压模板表参考点时间/nsA00BCDEF0GHI0KLM0参考点时间/nsNOPQR0STUVW注：输出幅值已归一化，值1.0对应3.636V。VV图C.5TP_IDL起始用放大的发送器波形GB/T28029.12注：所有参数在250kHz～6MHz频率范围上定义。C.6TP_IDL起始测试负载0.25BT≤/≤0C.7链路测试脉冲用放大发送器波形C.2.4接收信号特性接收波形应满足图C.8和图C.9所示模板条件。0PW——观测到的脉冲宽度；2.13Vsin[2π(-PWPW/40PW——观测到的脉冲宽度；C.3基于IEEE802.3100BASE本章定义了基于IEEE802.3100BASE-TX的带信号放大的收发器。未在本章定义的项应与IEEE802.3100BASE-TX兼容。C.3.2收发器单元收发器单元框图如图C.10所示。IEEE802.3100BASE-TXPMD输出的差分传输数据信号放大器O发送信号特性除以下情况外，应符合ANSIX3.263:1995第9章要求：a)不应使用ANSIX3.263:1995的9.1.1中双绞线有源输出接口；注：在ANSIX3.263:1995的9.1.1中定义了特性阻抗为150Ω的STP有源输出接口。b)测试负载应符合ANSIX3.263:1995的9.1.2中非屏蔽双绞线有源输出接口的描述；c)差分输出电压Vou应满足：3800mV≤Vou≤4200mV,以替代UTP差分输出电压。和差分信号STP零峰值特性。未使用未使用未使用未使用这些要求的示例见图C.11。放大接收器的差分输入本附录定义了在列车应用通信中提供更高鲁棒性和可用性以最小化妨碍c)依据应用数据同时在两个子网或其中一个子网上传输数据帧；梯形拓扑概念如图D.1所示，其中在每个子网(图中标识为子网1和子网2)上CNN串行连接到主→CNNCNN对3>→注：物理层用指示数据帧方向的箭头代替。注1:实时MAC协议在D.3.2.5中定义。实时MAC功能不符合IEEE802.1D。失效检测和恢复的命令帧执行冗余控制和实时MAC。注2:CNN管理协议在D.4中定义。图D.4中的TPU和TPD确定令牌流方向。TPU应与前一CNN的TPD相连，TDP应与后一CNN的TPU相连，这样CNN中当某个CNN发起数据帧时，其在主干链路上经由TPU向前一C如果接收到的帧不是专属命令帧，则该帧经由与接收主干端口相对的主干端口传递给下一CNN,并经由交换机向外部终端设备和经由内部接口向CNN管理同时发布。PHYMACMAC图D.4编组网节点功能结构D.2.5PD用通信存储器梯形拓扑中通信存储器的概念与GB/T28029.2中定义的WTB通信存储器相似，但过程数据集地址和长度随应用变化。通信存储器概念参见图D.5具有3个CNN的网络中的通信存储器示例。CNN1中通信存储器的数据集A在网络上发布，该数据集被其他CNN(即CNN2和CNN3)订阅。同样，CNN2中通信存储器通信存储器地址空间长度应在网络中相同，默认值宜为64kB。应在CNN和终端设备上为子网1和子网2实现两套通信存储器。ab→bc000注：状态机正式描述参见D.4.9。梯形拓扑配置示例参见图D.6。CNN通过主干链路与其邻接CNN连接，并通过本地链路与另一侧子网的结对CNN连接以形成CNN对。图中举例说明了旁路中继器，尽管旁路中继器可选联挂到注：两个末端CNN的旁路中继器不必实现，但出于一致目的在图中画出。a)源自终端设备的所有过程数据帧向两个子网或同时通过CNN对向两个子网的主干链路发b)当在链路或一个子网CNN上发生导致数据帧丢失的失效时，另一CNN通过本地链路“在替代传输机制中，为避免CNN不能从失效发布者CNN接收PD,由于失效发布者CNN的结对b)当CNN检测到上游一个或多个CNN被旁路时；c)当CNN从另一CNN接收到包含在CNN管理信息中的请求时。到子网1和子网2的单独子网CNN。表D.1显示了用于梯形拓扑子网1CNN的配置参数，表D.2显示了用于梯形拓扑子网2CNN的用于子网2CNN中另一子网用本地端口的独立IP地址应在子网所有CNN中相同。Type_Configuration_SubsType_Configuration_SubsType_Configuration_Subs…数据结构Type_Configuration_Substitute应包含表D.4所列元素。附录C中定义的收发器单元采用单一双绞线时的框图参见图D.7。来自IEEE802.310BASE-TMAU的差分传输数据信号TD+和TD一在放大器中提高电平，变换成TDRD+和TDRD一再输入到变压器。发送信号和接收信号在放大器的输出点处复用，其也是电平调节器的输入。变压器(连接器/介质)RD一TD一图D.7用于单一双绞线连接的收发器框图两个收发器之间的单一双绞线信号连接如表D.5所示。单一屏蔽双绞线连接参见图D.8。表D.5收发器间信号连接(单一双绞线)信号名符号信号方向符号信号名图D.8用于单一双绞线的线缆连接D.2.9本地链路连接对于梯形拓扑本地链路端口，应使用M12D型连接器。该连接器及引脚定义符合。范畴。本章定义了用于梯形拓扑的CNN链路层。为实现梯形拓扑，CNN间专用主干链路和本部分定义的编组交换机MAC功能采用实时MAC(除本部分定义的编组交换机MAC功能外，CNN间专用主干链路采用实时MAC)。注：实时MAC协议不符合IEEE802.1D。用于实时MAC的命令帧也用于梯形拓扑失效检测和恢复。得某一时刻仅一个CNN能在子网上发送帧。应在实时MACInP和Exp接口处支持按IEEE802.3MAC控制PAUSE操作定义的流量控制，如图D.4所示。未在本条定义的项应与IEEE802.3第2章(介质访问控制服务规范)一致。类型分配以最小编号的末端CNN命名为最上游CNN,另一末端CNN命名为最下游CNN。从最上游在图D.9的梯形拓扑中，子网1编号从一个末端CNN处的最小编号1开始，按下行方向逐个递增到另一末端CNN;子网2编号应分配以结对CNN相同的编号。子网1子网1CNN1本条定义了五类应适用于数据链路协议的实时MAC专用命令帧。这些命令帧每次仅在两个相邻CNN间适用。即这些命令帧不立即传递到下一CNN,而是接收、解析，然后在需要时重新发送到下一a)复位(Reset)命令：从最上游CNN向下游CNN发布，以同步周期发送的起始。当下一CNNc)返回(Return)命令：CNN从其下游CNN接收到返回命令时，该CNNd)链路(Link)命令：适用于在最下游CNN处加入一个新的CNN到子网中。如果新的CNN请以16进制数表示的八位位组目的地址以16进制数表示的八位位组以16进制数表示的八位位组组用于使命令可信。校验码算法为从目的地址字段第一个八位位以16进制数表示的八位位组复位命令nn默认值为“00”h,其他值保留见注1见注1见注1e)填充字段：应以表D.11中给定的特定值设置填充字段43个八位位组。以16进制数表示的八位位组填充00……00(43个八位位组全00)f)FCS字段：FCS字段的四个八位位组应基于IEEE802.3第3章(介质访问控D.初始配置b)相邻两个CNN使用一个CNN下行链路端口和另一个CNN上行链路端口之间的主干链路c)在网络中分配以最小CNN编号的末端CNN上，上行链路端口应设置为强制链路断开模式，d)在网络中分配以最大CNN编号的末端CNN上，下行链路端口应设置为强制链路断开模式，另一方面，下游CNN(CNNK)在上行链路端口下行链路端上行链路端口下行链路端子网中每条两个相邻CNN间主干链路分别执行上述过程。最终在子网所有主干端口处建立已确梯形拓扑中，在两个子网上独立执行已确认链路建立过程，参见图D.12。在每个子网建立所有子网1CNNJ上行链路端口下行链路端口上行链路端口上行链路端口下行链路端口上行链路端口结对的冗余CNN彼此以两条全双工链路连接，参见图D.13。应在这两条本地链路上分别建立正在其上行链路端口和下行链路端口处均已建立已确认链路的CNN进入中间CNN模式。当CNN在梯形拓扑两个子网上，CNN模式以相同方式决定。该决定由各CNN分别做出，参见表D.12。子网CNN模式在上行链路端口处建立的已确认链路在下行链路端口处建立的已确认链路子网1最上游CNN(主)否(强制链路断开)是最下游CNN是否(强制链路断开)中间CNN是是否否子网在上行链路端口处建立的已确认链路在下行链路端口处建立的已确认链路最上游CNN(主)否(强制链路断开)是最下游CNN是否(强制链路断开)是是否否上游CNN模式变成中间CNN模式。最后，实际最上游CNN成为在子网上以令牌传递启动周期传送D.3.2.5实时MAC协议介质控制机(ACM)负责网络介质访问控制。在建立已确认链路后，ACM控制令牌传递和将在一主干端口控制机(TPCM)控制主干端口已确认链路。TPCM向其下行链路端口发送链路命令帧，在接收到链路确认命令帧后在与下游CNN间建立已确认链路。当在上行链路端口处接收到链路命令发送、接收和重发控制(TRRC)在适当的主干端口处以从ACM到TRRCk(Transmission,ReceptionandRepeatCont>>><ph_data_exp_rec(本地链路)(上行链路)(下行链路)(外部终端)(CNN管理)D..2原语IEEE802.3第6章中定义的物理原语名去往TPU端口的请求原语，对应于PLS_DA来自TPU端口的指示原语，对应于PLS_DATA.in去往TPD端口的请求原语，对应于PLS_DA来自TPD端口的指示原语，对应于PLS_DATA.in去往InP端口的请求原语，对应于PLS_DA来自InP端口的指示原语，对应于PLS_DATA.in去往ExP端口的请求原语，对应于PLS_DA来自ExP端口的指示原语，对应于PLS_DATA.in去往LPT端口的请求原语，对应于PLS_DAD..3变量和参数实时MAC协议描述中使用的变量和参数参见表D.14,帧名参见表D.15。表D.14用于实时MAC协议的变量和参数当上行链路主干端口处于强制链路断开状态时为True,否则为False(见注)当下行链路主干端口处于强制链路断开状态时为True,否则为False(见注)当CNN持有令牌且TTRT2未期满时，来自内部端口的可接受帧数当CNN持有令牌且TTRT2未期满时，来自外部端口的可接受帧数当在与上游CNN间使用链路命令和链路确认命令对建立主干端口链路时为True,否则当在与下游CNN间使用链路命令和链路确认命令对建立主干端口链路时为True,否则当linkTPU为True且接收到复位命令或令牌命令时为True,当linkTPU变为True后启动的当linkTPD为True且接收到返回命令时为True,当linkTPD变为True后启动的TNORD定时器期满时为False周期定时器设置值：最下游CNN模式和孤立模用于在接收到链路命令帧后延时发送链路确认命令用于监视重配置的TLT定时器设置值；默认值15ms用于监视上行链路主干端口处接收状态的TNORU定时器设置值。默用于监视下行链路主干端口处接收状态的TNORD定时器设置值。默对应原语trc_data_tpu_req和trc_data_在强制链路断开状态中，在主干端口接收到的数据帧不准许传递到下一CNN或终端设备。帧名暂停时间为0的PAUSE帧(见注)表D.15(续)帧名暂停时间为x的PAUSE帧；默认为2倍TLT(见注)复位命令帧注：PAUSE0和PAUSEX帧操作与IEEE802.3中MAC控制PAUSE操作一致。D..4定时器实时MAC协议描述中使用的定时器参见表D.16。表D.16用于实时MAC协议的定时器目标令牌寻回定时器1:在发送/接收复位命令帧时启动，当期满时，持有令牌的CNN向下一CNN重发令牌，如果是最下游CNN则发送返回命令帧，允许为内部端口发送数据帧而禁止帧。(Trrrri≤TTTRT2)目标令牌寻回定时器2:在发送/接收复位命令帧时启动，当期满时，持有令牌的CNN应立即向下一CNN发送令牌，如果是最下游CNN则发送返回命令帧，允许为内部端口和外部端口发送数据帧。未检测到在发送PAUSE0帧后允许发送的端实时MAC协议公用的过程参见表D.17。表D.17用于实时MAC协议的过程以(timer)中指定的定时器延时根据预置CNN模式确定主干端口的初始状态。对于最上游CNN模式开、下行链路端口打开。对于最下游CNN模式，上行链路端口打开、下行链路端口断表D.17(续)a)设置linkTPD为False;b)向内部端口和外部端口发送暂停时间为TpAuse的PAUSE帧。TpAusE应大于Tc启动(timer)中指定的定时器。如果指定的定时器正在工作实时MAC协议公用的事件参见表D.18。表D.18用于实时MAC协议的事件已发布请求startTimer过程启动的定时器期满D.TRRC操作为TRRC操作定义的原语参见表D.19。TRRC原语TRRC原语原语名D..2TRRC请求原语和操作接受请求原语时TRRC操作定义参见表D.20。在TRRC接受ACM或TPCM发布的请求原语后，TRRC将接收到的数据打包入帧中、按IEEETRRC操作将接收到的数据打包入帧中、序列化数据、并发布ph_data_tp将接收到的数据打包入帧中、序列化数据、并发布ph_data_tp将接收到的数据打包入帧中、序列化数据、并发布ph_data_in将接收到的数据打包入帧中、序列化数据、并发布ph_data_exD..3物理层指示原语和TTRC操作TRRC使用物理层指示原语将在IEEE802.3帧格式的数据帧从TPU、TPD、InP或ExP等端口处TRRC操作IF目的地址(DA)与实时MAC控制帧目的地址不匹配向LPT、TPD、InP、ExP所有其他端口转发该目的地址和其后的信号；从接收信号中分离帧，并发布tre_data_tpu_ind和tre_data_tpud_ind原语：IF目的地址(DA)与实时MAC控制帧目的地址不匹配向LPT、TPD、InP、ExP所有其他端口转发该目的地址和其后的信号；从接收信号中分离帧，并发布tre_data_tpd_ind和trc_data_tpud_ind原语；IF目的地址(DA)与实时MAC控制帧目的地址不匹配向LPT、TPD、InP、ExP所有其他端口转发该目的地址和其后的信号；从接收信号中分离帧，并发布tre_data_inp_ind原语；IF目的地址(DA)与实时MAC控制帧目的地址不匹配向LPT、TPD、InP、ExP所有其他端口转发该目的地址和其后的信号；从接收信号中分离帧，并发布trc_data_exp_ind原语；图D.16显示了TPCM协议状态机。表D.22显示了TPCM状态转换表。TPCM状态机中的过程列于表D.23。tpc_start_req()/receivingTPU-False,receivingTPD-√Vtre_data_tpd_reg(LIVtro_data_tpu_ind(frame);[frame=delay(TL2);trc_data_tpu_req(LINKACK);receivingTPU=True;updateTPUD();startTitrc_data_tpd_ind(frame)[rame==receivingTPU=True;updateTPUD();startTimer(TNORD);startTimetrc_data_tpu_ind(frame)[(frame==RESETframe==TOKEN)&&linkTPU==True&&forceOfTPU==FalreceivingTPU=True;updateTPUD();startTimer(Ttro_data_tpd_ind(frame[frame==RETURN)&&linkTPD==True&&forceOffTPDreceivingTPD=True,updateTPUD();startTimer(TNreceivingTPU=False;updateTPUreceivingTPD=F