北京地铁十五号线
DCS主控系统
Hirschmann交换机配置指南
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百通赫斯曼网络系统国际贸易（上海）有限公司
本文件（包括附录）的知识产权归Belden公司所有。如无授权，请勿复制或传播。 本文件的使用范围仅局限于北京地铁15号线工程。本文件只能被上海百通公司（Belden）和北京交大微联公司用于北京地铁15号线工程DCS主控系统Hirschmann网络设备的配置指导。 2
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目录
1 项目概况 4
1.1 项目背景 4 1.2 DCS控制系统简介 4 1.3 网络管理系统简介 5
2 配置准备 6
2.1 硬件准备 6 2.2 软件准备 6
3 交换机Web配置界面简介 8
3.1 利用HiDiscovery软件为交换机分配IP地址 8 3.2 登陆配置界面 9 3.3 Web配置界面简介 11 3.3.1 整体结构 11 3.3.2 配置生效及刷新 11 3.3.3 配置保存及读取 11 3.3.4 帮助功能 12
4 交换机各项功能实现方式 13
4.1 环网配置方法 13 4.2 VLAN配置方法 13 4.3 路由功能配置方法 16 4.4 端口绑定配置方法 17
5 网络管理功能实现方式 19
5.1 网管服务器设置方法 19 5.2 网管客户端设置方法 21 5.3 针对网络故障定位及其应对方法 22
6 常见网络故障原因及应对方法 23
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1 项目概况
1.1 项目背景
北京地铁15号线是北京市2015年“三环、四横、五纵、七放射”地铁线网规划格局的重要组成部分之一。线路建成后，将极大的缓解北京北部地区交通压力。整条线路
总体呈东西走向，西起海淀区北沙滩站，东到顺义区俸伯站。线路全长37.058公里，共设
有18座车站。其中，设备集中站6座，非设备集中站12座；另设有1座车辆段，1座停车场，1座主用控制中心，1座备用控制中心，1处维修中心，全部要求实现有线网络覆盖。
1.2 DCS控制系统简介
接入DCS系统网络的信号业务有：ATS系统、CI系统和MSS系统。
如下图所示，根据系统需求将信号各系统组成5个环网，其中ATS独立占用2个环网（N网和R网），CI共同占用2个环网（N网和R网），MSS独立占用1个环网（N网）。
迂回通道CI-RATS-RCI-NATS-NMSS......设备集中站主用/备用控制中心非设备集中站车辆段/停车场串接通道
通信通道分为车站间串接通道和首尾站冗余通道。正常情况下信号各系统使用串接通道进行通信，在串接通道中断的情况下，系统中的网络交换机会自动打开迂回通道进行通信，从而保证信号系统通信的连续性。
设备集中站、车辆段/停车场均设有5台网络设备，分别负责ATS、CI系统N网，ATS、CI系统R网及MSS系统的数据交换。非设备集中站均设有2台网络设备，分别
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负责ATS系统N网、ATS系统R网的数据交换。主用/备用控制中心设有3台网络设备，分别负责ATS系统N网、ATS系统R网及MSS系统的数据交换。 1.3 网络管理系统简介
网管设备设置于车辆段的网络设备室，设置一台网管服务器，用于对DCS网络设备进行故障管理、配置管理、性能管理、安全管理，如下图所示。DCS网络设备要求支持SNMP标准协议。DCS网络设备支持VLAN划分功能，业务通信与网管通信应严格划分到不同的VLAN中。图中的黑线部分为段内网管VLAN，通过这种连接方式，网管服务器可以与五个环网中的任一网络设备进行管理。
网管服务器MSS服务器CI-RATS-RCI-NATS-NMSS车辆段
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2 配置准备
2.1 硬件准备
在对网络系统进行配置前，必须先对系统的硬件配置进行相应的检查：
必须保证所有的交换机均正常上电，并成功启动，所有交换机均可以正常通信； 在进行环网配置前，必须保证每个环网为线型链路； 具有一台配置电脑以及至少一台的测试电脑；
配置过程中可能用到的相关附件：如配置电缆、万用表和对讲机等。 2.2 软件准备
在对网络系统进行配置前，必须为配置电脑安装相应的软件以确保配置电脑能够登陆Hirschmann交换机的Web配置界面：
配置电脑上必须安装版本足够新的JAVA软件；
配置电脑上必须安装Hirschmann的HiDiscovery软件，用于交换机的IP地址
分配；
配置电脑必须保证与交换机的网管IP位于同一子网内； 网管服务器上必须安装Industrial HiVision软件的服务器程序； 测试电脑上需要安装用于系统性能测试的相关软件。
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3 交换机Web配置界面简介
3.1 利用HiDiscovery软件为交换机分配IP地址
Hirschmann交换机在出厂的默认配置中，交换机的默认IP地址为0.0.0.0，其子网掩码也为0.0.0.0。如果要对交换机进行配置，必须先为每台交换机分配一个不同的IP地址：
双击其中的一台设备，可以在弹出的窗口中为其分配IP地址、子网掩码和默认网关等参数。
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注意：左键选中一台设备后，再点击Signal按钮后，该交换机的所有LED灯会开始闪烁，可使用此方法用于区分每台设备。如果错误的将两台交换机设置为相同的IP地址，HiDiscovery软件会提示有冲突的地址。
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3.2 登陆配置界面
在为交换机分配完IP地址以后，就可以通过配置电脑的IE浏览器登陆交换机的配置界面。登陆时只需要在IE浏览器的地址栏中输入目的交换机的IP地址并进行连接，或通过HiDiscovery软件的“WWW”按钮直接跳转到交换机的Web界面。
首先出现的是交换机的登陆窗口，该窗口需要选择用户名并输入相应密码。“user”用户只具有“只读”权限，密码为“public”；“admin”用户具有“读/写”权限，密码为“private”。
注意：输入密码时请注意大小写之分，并确保JAVA软件的版本足够新。
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3.3 Web配置界面简介 3.3.1
整体结构
下图是Hirschmann交换机配置界面的截图，左侧为树型结构的菜单栏，右侧是对应菜单栏中选项的相应内容。
3.3.2
配置生效及刷新
在每一项的配置页面中，通常都会有“Set”和“Reload”两个按钮。其中“Set”按钮的作用是使所修改的配置即时生效；“Reload”按钮的作用是刷新该页的数据。因此，在对交换机进行配置修改后，都需要点击该页面中的“Set”按钮，以确保配置修改可以即时生效。
注意：点击“Set”按钮后，只是确保修改生效，并没有保存进交换机内部的配置文件。如果不进行配置保存，所做的修改会在交换机重启后丢失。
3.3.3
配置保存及读取
对交换机进行完配置后，需要将配置保存在交换机内部，以确保下次断电重启后，配置信息仍然有效。下图所示的就是交换机配置的读取、保存和删除页面：
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配置读取：可以从交换机内部以及利用不同的方式从PC端读取交换机的配
置信息；
配置保存：选中“to Device”指保存至交换机内部（通常选择本项）；选中“to
URL”指通过下面的URL地址利用TFTP服务器程序保存至配置电脑内部；选中“to PC”指通过弹出的窗口直接选择路径保存至配置电脑内部；binary和script是指两种保存的格式，分别是二进制代码和脚本文件。
配置删除：选中“current configuration”只删除目前的配置，并不改动交换
机内部所保存的配置文件；选中“current configuration and from Device”会删除目前所有配置和交换机内部的配置文件，恢复至出厂设置。
3.3.4
帮助功能
Hirschmann交换机的配置页面中，都有一个“Help”按钮，当用户不清楚该页配置的作用和使用方式时，可以点击该按钮，在弹出的窗口中，会显示出集成至交换机内部的产品配置手册信息。
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4 交换机各项功能实现方式
4.1 环网配置方法
由于交换机会将广播包转发至所有的端口上，因此，不经过配置的交换机如果连成环路，会出现广播包的死循环情况，发生严重的广播风暴，在很短的时间内占满所有带宽，导致网络全部瘫痪。如果交换机构成环网，必须采用相应的冗余管理机制，以确保交换机在物理上虽然是个环网，但是在逻辑上仍然是线型链路。
注意：在完成对所有交换机的环网配置前，必须保持线型的网络结构。同时，针对RS系列的一体化交换机，我们建议将交换机面板上的两个DIP开关“RM”和“Stand-by”同时拨到ON的位置，将交换机设置为软件配置优先。
Hirschmann的交换机的环网配置位于Web配置界面的“Redundancy→HIPER-Ring”选项中，如下图所示：
在该页中需要填写环端口（Ring Port）及冗余管理器（Redundancy Manager）两项：环端口就是环网连接时使用的两个主干端口；而针对冗余管理器，在每个环网中，必须有并且只能有一台交换机打开冗余管理器，其余设备的Redundancy Manager必须位于“Off”状态下。其余选项采用默认设置即可。
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注意：如果有多台交换机打开冗余管理器，会导致备用链路出现切换故障。同时，由于HIPER-Ring和RSTP属于不同的冗余机制，在主干链路上必须关闭RSTP功能，要关闭该功能，只需要在“Redundancy→RSTP Global”选项中选择Off即可。
在对所有交换机进行完环网配置以后，即可将网络结构连接成环型结构，连接成功后，作为冗余管理器的交换机上的RM指示灯会从黄色变为绿色。同时会有一个端口变为备用端口，该端口的LED指示灯与其余主干端口状态不同。 4.2 VLAN配置方法
出于网络安全的角度考虑，通常会将控制网络按照区域或者业务划分为不同的VLAN。VLAN（虚拟局域网）的主要作用在于隔绝广播域，同时对相应设备进行访问上的控制。
注意：在对交换机进行VLAN划分的过程，必须保证配置电脑所连接的端口位于网管VLAN中，通常，我们建议将网管VLAN独立出来，定义为VLAN1，其它的业务VLAN依次定义为VLAN2、VLAN3…
Hirschmann的交换机的VLAN配置位于Web配置界面的“Switching→VLAN”选项中，如下图所示：
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对应的四个选项分别是：Global（整体功能）、Current（现有的VLAN配置检查）、Static（VLAN输出端口属性配置）、Port（端口属性配置）。每台设备进行独立VLAN（非交叉）划分时需要依据以下的顺序进行：
首先在Static选项中新建一个VLAN，新建VLAN的原则是：只要需要通过该交换机的VLAN数据，均需要在配置中体现出来。
点击“Create entry”即可创建不同的VLAN，所创建的VLAN需要保证有统一的VLAN ID和名称。
创建完相关VLAN后，可依据端口连接的业务的VLAN规划，将每个端口划分到
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相应的VLAN中，同时，上联端口（包括环端口和其它用于交换机之间连接的端口）的定义如下图的1.1和1.2端口所示：
注意：上图显示的是交叉VLAN的划分属性，如果是采用独立VLAN，只需要将每个端口指认到相应的VLAN中即可，无需指认到多个VLAN中；同时，上图所显示的“M”属性是软件版本较早的设备的显示方式，对于软件版本较新的设备，其对应的是“T”属性；在划分VLAN的过程中，切勿将所有的端口都从网管VLAN中划分出去，至少要保证上联端口具有网管VLAN的属性，如果划分错误，将无法通过WEB界面对该交换机进行管理，需要使用Hirschmann专用的配置线（RS232－RJ11）对交换 机进行配置修改或清空。 ·
然后需要在Port选项中修改每个端口的PVID，修改的结果是要保证每个端口PVID与其相应的端口的VLAN ID相匹配。具体的配置方式如下图所示：
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完成以上步骤后，即完成了对该台交换机的VLAN划分。可以在“VLAN→Global”和“VLAN→Current”两个选项中检查相应的配置是否正确及完整。 4.3 路由功能配置方法
在对交换机进行完VLAN划分后，如果不开启路由功能，交换机的各个不同VLAN间是不能相互通信的。在实际的使用过程中，可以对三层交换机进行相关的路由功能配置，以实现不同VLAN间的通信要求。路由功能的配置位于Web界面的“Routing”选项中：
首先在“Routing→Global”选项中将设备的路由功能打开：
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然后在“Routing→Interfaces→Configuration”中，点击“Wizard”按钮，即可在弹出的窗口中根据现有的VLAN配置，为每个VLAN配置其路由接口。
在配置过程中，需要输入一个IP地址及其对应的子网掩码，该IP地址即是下端设备所对应的默认网关的地址，通常选择末位为1、100或者200的IP地址作为默认网关的地址。
注意：当为交换机的网管VLAN配置完路由接口后，该三层交换机的网管地址会发生变化。例如，交换机原来的IP为192.168.16.20/24，在为网管VLAN（VLAN1）设置完路由接口（192.168.16.1/24）后，该三层交换机的网管地址就会变为192.168.16.1/24，而不再是原来的192.168.16.20/24。所以，我们建议，先为业务VLAN设置虚拟的路由接口，最后为网管VLAN设置路由接口。同样的，在删除的过程中，也应先删除业务VLAN的路由接口，最后再删除网管VLAN的路由接口。 4.4 端口绑定的配置
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出于网络通信安全的角度考虑，需要针对每个端口进行相关的端口设备绑定。该绑定可以依据下端设备的MAC地址或IP地址均可，但同时生效的只能是MAC绑定或者IP绑定中的一种。该配置位于Web界面的“Security→Port Security”中，如下图所示：
在“Action”动作选项中，有三种可选的反应方式，该动作是指当端口连接的设备不符合绑定规则时，交换机所采取的动作：none（无动作）；trapOnly（只向网管服务器发送报警，但不关闭端口）；portDisable（端口关闭）。
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5 网络管理功能实现方式
5.1 网管服务器设置方法
网管服务器是整个网络系统管理的核心部件，该设备的设置和运行状况对网络管理功能起着决定性的作用。
首先，该网管服务器应该能对网络中所有的交换机进行配置，同时，网管服务器上应该安装有Hirschmann的HiVision 6.4及Industrial HiVision软件，用于设备的配置和监控。该网管服务器应保持24小时运行状态，以便能随时的收到下端设备的报警信息。
网管服务器所需要做的软件安装准备：1，设备配置所需的HiDiscovery、JAVA软件；2，用于设备配置的HiVision 6.4工程师版软件；3，用于网络拓扑生成和实时监控的Industrial HiVision操作员版软件，该软件有服务器和客户端之分，网管服务器端需要安装的是服务器组件；4，为网管服务器添加Windows的SNMP组件，该组件用于保证服务器能收到交换机发送的SNMP报警，该组件可以通过系统盘进行安装。
Hirschmann的两种网络管理软件均是需要License来实现完整功能的。针对HiVision 6.4工程师版软件，通过“开始菜单→所有程序→Hirschmann→HiVision 6.4 Tool Box→HiVision→Edit License”来导入License序列号；针对Industrial HiVision操作员版软件，可在软件运行后，在该软件的“选项”菜单里面输入License。
在完成以上准备步骤后，可以通过HiVision 6.4软件为所有连接的交换机划分VLAN，同时，也可以使用Industrial HiVision软件生成网络设备的拓扑结构图。以下是Industrial HiVision软件的配置步骤：
1， 在该软件的“选项”菜单里面输入软件的搜索范围：
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2， 点击扫描网络，软件会依据搜索范围，扫描所有网络设备，包括交换机及下端设备：
3， 搜索完成后，右键点击空白区域，选择“自动生成拓扑”，该软件即可生成相应的
网络拓扑结构图：
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4， 调整每个设备的位置及相关属性，并将网管服务器的IP地址设置为交换机的报警
发送方向，该设置可以通过Industrial HiVision软件或Web配置界面（Diagnostics→Alarms）来完成：
5.2 网管客户端设置方法
网管客户端可设置在任意的一台监控设备上，使用基于ActiveX控件的方式登陆到网管服务器上，以获取相应的网管数据。该方式不直接访问下端交换机，只在网管客户端和网管服务器之间进行相应的数据通信。该方式的使用方法在“Hirschmann网管软件
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客户端使用说明”文档中已经详细描述，在此不再赘述。
5.3 针对网络故障定位及应对方法
在完成对网络管理系统的架设之后，即可实现对网络系统的全面管理及监控功能。利用Industrial HiVision软件，可以方便的帮助用户定位网络故障，并分析故障原因。
当网络中出现故障时（设备连接中断、光纤链路中断等等），交换机会自动的向网管服务器发送SNMP报警数据包，随后，网管软件上的拓扑结构图会发生相应的变化，并在报警栏中记录报警信息。每一条报警信息里面都包括有报警的来源，精确的定位到每台交换机的每个端口。相应的，网管维护人员可以通过报警信息，查找和分析故障原因，最快的解决网络故障。同时，报警信息可以通过弹窗或者声音报警的方式更加醒目的显示出来，引起操作人员的重视。
常见的一些网络故障及其原因将在下一章中给出。
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6 常见网络故障原因及应对方法
1， 设备连接中断。
引起设备连接中断的原因可能有多种：设备重启、电缆被拔出、交换机断电、交换机相应端口被关闭等等。需要根据实际的故障现象进行分析，主要的工作是硬件的检查工作。
2， 某个设备通信状况不好。
最常见的现场情况是整体网络通信状况良好，但是其中某台或几台操作站响应很慢。发生这种情况，通常是由于操作站PC的网卡速率与交换机端口速率不匹配所造成的。例如，交换机端口是打开自动协商端口，而下端设备固定了速率及双工模式。由于这种设置，会导致该交换机端口自动变为半双工模式，正常的数据通信过程就会产生冲突。交换机的Web界面的端口统计栏会显示该端口有很多的错误数据包被丢弃，例如CRC校验错误、冲突、数据包过小等等。这种情况下会直接影响到下端设备的通信状况。
同时，还有一种可能，是由于线路的原因，比如线缆过长、线路干扰过大等多种可能。
3， 光纤功率过小。
在工业现场，由于光缆链路过长及工程需要，可能会出现多处熔接的情况，再加上施工人员水平参差不齐，可能造成物理光路上出现隐患及故障。因此，我们建议在光纤熔接完成后使用光功率计进行光路检查，以保证光路衰减符合相关要求。如果不具备检查条件，可以在交换机通电后，使用交换机自身的SFP功率来进行检查。具体的功率参数位置在Web界面的Diagnostics→Ports→SFP modules。该项目中，会列出交换机上所安装的SFP模块的接收及发送功率，对照网络结构图，可以查找出现有的衰减过大的链路。通过对光纤跳线、耦合器、熔接点及其它连接设备的调整，将收发功率调整到合适的范围内，以保证网络的正常运行。 4， 相同VLAN内部无法通信。
出现该情况，主要的可能是VLAN的配置出现了错误，需要挨个检查每台交换机的VLAN配置是否正确，其中包括下端端口以及相应的上联端口的属性。 5， 不同VLAN间无法通信。
首先需要检查三层交换机的路由配置是否正确，以及相应的VLAN路由是否已经
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打开。如果没有打开路由功能，不同VLAN间的通信肯定是无法实现的。针对故障的VLAN，可以使用下端设备分别Ping自己的默认网关及对方设备的默认网关，以检查路由的具体故障点。
6， 某个区域或环网上通信状况不好。
当出现某个区域或者环网上的多台设备通信状况不好的时候，需要从应用层面上进行分析。可以利用HiVision 6.4软件的端口分析器，检查重要端口的负载及数据包类型。当负载过大或广播包过多的时候，会影响到某个区域的多台设备的正常通信。必要的时候，可以利用交换机的端口镜像功能，配合Ethereal等抓包软件，将主干链路上的数据包抓取下来进行分析，尽量的清理网络中没有意义的广播数据包。同时，整个控制网络也要做好完善的防病毒工作。 7， 整个网络出现大面积报错。
这种情况是网管人员最不愿意看到的。下面，我们将由浅入深的进行分析。 最简单的原因是网管服务器和整个网络或者部分网络失去了连接，比如网卡的故障或线路的故障。这时，整个网络的运行状况是正常的，只是网管服务器失去了对网络的管理和监控能力。相对而言，这种故障比较好分析和解决。
比较复杂的情况是网络中出现了广播风暴，由于线缆连接的错误或者其它原因，交换机在逻辑上也构成了环型结构，这样所产生的广播风暴，会直接导致全网或部分网络的瘫痪。这时，需要从Industrial HiVision软件的报警日志入手，找到故障发生前最近的报警记录，分析其中哪些可能是错误的操作导致的，依据故障源快速的定位故障点，从而排除线路连接或其它错误。
更为复杂的情况是由于物理链路不稳定所造成的：如果主干环网光纤链路衰减很大，导致SFP模块的发送和接收功率均处在阀值附近时，这时会很危险。因为物理链路的不稳定会导致交换机无法判断正确的通信路径，伴随着交换机内部MAC地址表不停的刷新，会导致面向连接的通信的三次握手过程无法顺利完成，自然就会影响到下端设备及网管服务器的通信状况。所以说，良好的物理链路是整个网络正常运行的基本保证。 8， 关于备件的替换
我们建议针对网络中所有的或者重要的设备点进行配置的备份，该备份可以保存在一台电脑内。如果某台设备出现故障，可以最快速度将配置导入备件交换机中，并将故障设备替换下来。
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