張宇，魏海

（國家海洋技術(shù)中心天津 300112）

雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測技術(shù)在海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)多鏈路冗余中的應(yīng)用實(shí)踐

張宇，魏海

（國家海洋技術(shù)中心天津 300112）

在我國海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行體系當(dāng)中，觀測數(shù)據(jù)的實(shí)時不間斷傳輸是保障數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，而多鏈路冗余技術(shù)是保證觀測數(shù)據(jù)實(shí)時不間斷傳輸?shù)闹匾夹g(shù)手段。要實(shí)現(xiàn)多鏈路冗余，必須要通過雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測技術(shù)結(jié)合策略路由配置等技術(shù)手段，達(dá)到主鏈路及備用鏈路無縫切換的目的。所以，需要研究雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測技術(shù)和策略路由及浮動路由的配置技術(shù)，并通過上述兩種技術(shù)手段的結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)多鏈路冗余，為海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)；雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測技術(shù)；多鏈路冗余；無縫切換

我國的海洋環(huán)境觀測站點(diǎn)主要分布在地理位置偏僻、自然環(huán)境惡劣的海邊和海島上，為保證海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r、穩(wěn)定地傳輸，多條數(shù)據(jù)傳輸鏈路的冗余就成為海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)化傳輸?shù)闹匾Ｕ鲜侄?。通過采用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測技術(shù)，結(jié)合相關(guān)策略路由及多種數(shù)據(jù)傳輸鏈路優(yōu)先級的配置，就能夠?qū)崿F(xiàn)多條數(shù)據(jù)傳輸鏈路的冗余。通過在海洋環(huán)境觀測站點(diǎn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，多條數(shù)據(jù)傳輸鏈路（包括有線通信鏈路及無線通信鏈路）能夠穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)無縫切換，即在一條通信鏈路出現(xiàn)故障的情況下，觀測數(shù)據(jù)能夠自動通過另外的通信鏈路進(jìn)行傳輸。

國際上關(guān)于海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的鏈路冗余早已開展了深入的研究及實(shí)踐，例如美國的21世紀(jì)綜合海洋觀測系統(tǒng)（IOOS）早已實(shí)現(xiàn)了相關(guān)通信鏈路冗余備份的建設(shè)。我國關(guān)于海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)通信鏈路冗余的應(yīng)用研究及系統(tǒng)集成還處于剛剛起步的階段，所以迫切需要進(jìn)行深入研究和實(shí)踐來保障我國的海洋環(huán)境觀測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)穩(wěn)定可靠的運(yùn)行。綜上所述，通過對雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測技術(shù)的研究能夠?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境觀測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供有益幫助。

1 多鏈路冗余系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

多鏈路冗余系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先要求對業(yè)務(wù)透明，其次根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時性要求能夠調(diào)整多鏈路冗余切換時間，最后是能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)設(shè)備間任意類型的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑進(jìn)行故障檢測，包括直連物理鏈路、虛電路、隧道、MPLS LSP、多跳路由路徑以及單向鏈路等。

1.1 系統(tǒng)的組成

我國目前的海洋業(yè)務(wù)化觀測站點(diǎn)主要采用數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)姆绞健Ｋ?，僅需研究兩個站點(diǎn)之間的多種通信鏈路的冗余，就可以充分對多種通信鏈路的無縫切換進(jìn)行驗(yàn)證。兩個站點(diǎn)的多鏈路冗余系統(tǒng)主要由路由器A、路由器B、通信鏈路A、通信鏈路B、交換機(jī)A、交換機(jī)B及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)終端設(shè)備組成。節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B有兩條通信鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。系統(tǒng)組成示意圖如下所示：

圖1 系統(tǒng)組成拓?fù)鋱D

1.2 系統(tǒng)工作流程

圖2 系統(tǒng)工作流程圖

系統(tǒng)以雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，通過發(fā)送測試報文，對網(wǎng)絡(luò)性能或服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行分析，并根據(jù)實(shí)時監(jiān)控到的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化，結(jié)合業(yè)務(wù)的實(shí)際需求及時進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而避免通信的中斷或服務(wù)質(zhì)量的降低。

在應(yīng)用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)兩個站點(diǎn)之間的多種通信鏈路的冗余的情況下，則根據(jù)發(fā)送的HELLO測試報文探測主通信鏈路（如通信鏈路A）的狀態(tài)，如果狀態(tài)正常則繼續(xù)探測，如狀態(tài)異常則啟用備用通信鏈路（如通信鏈路B）。

1.3 系統(tǒng)的主要功能

多鏈路冗余系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性和穩(wěn)定性，為我國海洋環(huán)境觀測提供了業(yè)務(wù)化運(yùn)行的技術(shù)支持，減少了目前我國海洋環(huán)境觀測系統(tǒng)中的觀測站點(diǎn)地理位置分布廣、環(huán)境條件差等客觀因素對系統(tǒng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行帶來的影響。

該系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)功能為多鏈路在無人值守條件下的自動切換，同時配合路由策略、Qos和ACL等技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)多鏈路負(fù)載均衡、多鏈路負(fù)載分擔(dān)以及針對業(yè)務(wù)或訪問需求的鏈路選擇等。

2 多鏈路冗余系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究

2.1 雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）

雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測是一種高速的獨(dú)立HELLO協(xié)議（類似于那些在路由協(xié)議中使用的協(xié)議，如開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議（OSPF），或可以與鏈路、接口、隧道、路由或其他網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)部件建立聯(lián)系的中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)協(xié)議）。它是多鏈路冗余系統(tǒng)的基礎(chǔ)，工作原理是能夠與相鄰系統(tǒng)建立對等關(guān)系，然后，每個系統(tǒng)以協(xié)商的速率監(jiān)測來自其他系統(tǒng)的BFD速率。監(jiān)測速率能夠以毫秒級增量設(shè)定。當(dāng)對等系統(tǒng)沒有接到預(yù)先設(shè)定數(shù)量的數(shù)據(jù)包時，它推斷BFD保護(hù)的軟件或硬件基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生故障，不管基礎(chǔ)設(shè)施是標(biāo)記交換路徑、其他類型的隧道，還是交換以太網(wǎng)絡(luò)。BFD部署在路由器和其他系統(tǒng)的控制平面上。BFD檢測到的網(wǎng)絡(luò)故障可以由轉(zhuǎn)發(fā)平面恢復(fù)或由控制平面恢復(fù)。

2.2 與業(yè)務(wù)需求結(jié)合

多鏈路冗余系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中必須與業(yè)務(wù)需求緊密結(jié)合，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，制定不同的技術(shù)方案。在多鏈路冗余系統(tǒng)中，探測頻率、觸發(fā)條件等諸多參數(shù)是可以在很大范圍內(nèi)調(diào)整的，所以在配置多鏈路冗余時，必須綜合考慮網(wǎng)絡(luò)中所有業(yè)務(wù)的需求。

多鏈路冗余系統(tǒng)的探測頻率、觸發(fā)條件、鏈路切換等待時間等關(guān)鍵參數(shù)的設(shè)置會在很大程度上影響網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行質(zhì)量。探測頻率高會占用更多的帶寬，但會更快更及時地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的變化；探測頻率低會減少所占的帶寬，但發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量變化的實(shí)效性會降低。在得到了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量分析結(jié)果后，多鏈路冗余系統(tǒng)會自動判斷所得到的分析結(jié)果是否滿足觸發(fā)條件，如果不滿足觸發(fā)條件則繼續(xù)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，如滿足則進(jìn)行下一步操作。所以觸發(fā)條件的設(shè)置需要綜合網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行時的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和實(shí)際業(yè)務(wù)需求，設(shè)置過于靈敏則會導(dǎo)致誤操作，反之則會降低網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時性。

例如在包含視頻或語音業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)中，探測頻率、觸發(fā)條件就要求很高，但這樣就會帶來帶寬消耗的增加和誤操作風(fēng)險的增加；在只包含數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)中，對探測頻率、觸發(fā)條件的要求就不是很高。

2.3 策略調(diào)整

策略調(diào)整是指檢測到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量不滿足業(yè)務(wù)需求后的處理機(jī)制，是多鏈路冗余系統(tǒng)的核心。沒有策略的調(diào)整，對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的監(jiān)測分析就沒有意義，也就更無從談起多鏈路冗余系統(tǒng)的建立。目前主流路由器廠商都支持雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測技術(shù)與路由備份、接口備份、靜態(tài)路由、策略路由等策略的聯(lián)動。在實(shí)際應(yīng)用中，

圖3 策略調(diào)整功能實(shí)現(xiàn)

應(yīng)該根據(jù)業(yè)務(wù)需求選擇相應(yīng)的策略調(diào)整方式。

3 觀測站點(diǎn)實(shí)驗(yàn)與相關(guān)配置

3.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)備組成如圖4所示，包含A、B兩個節(jié)點(diǎn)，兩節(jié)點(diǎn)之間有兩條通信鏈路，其中主通信鏈路為地面專線，備用通信鏈路為VSAT衛(wèi)星線路。業(yè)務(wù)需求為A節(jié)點(diǎn)的終端每分鐘向B節(jié)點(diǎn)終端發(fā)送一個海洋環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，傳輸實(shí)效性要求低于1 s。

圖4 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

3.2 多鏈路冗余配置

3.2.1 配置思路

正常情況下路由器A通過地面鏈路訪問路由器B，路由為靜態(tài)。當(dāng)路由器A和路由器B之間的地面鏈路出現(xiàn)故障后，能和BFD聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)毫秒級切換到衛(wèi)星鏈路，保證業(yè)務(wù)不中斷。

3.2.2 詳細(xì)配置

1.配置ROUTER-A。

Sys

Int s0/2/1

Ip add 10.1.1.1 24

Int loo0

Ip add 172.16.1.1 32

Int s0/2/0

Ip add 12.1.1.1 24

bfd min-transmit-interval 500表示接口發(fā)送BFD echo報文的最小時間間隔為500 ms

bfd min-receive-interval 500表示接口接收BFD echo報文的最小時間間隔為500 ms

bfd detect-multiplier 9

Quit

ip route-static 192.168.1.1 32 s0/2/0 12.1.1.2 bfd control-packet表示配置靜態(tài)路由與BFD聯(lián)動

ip route-static 192.168.1.1 32 s0/2/1 10.1.1.10 preference 65

2.配置ROUTER-B。Sys

Int s0/2/1

Ip add 20.1.1.2 24 Int loo0

Ip add 192.168.1.1 32 Int s0/2/0

Ip add 12.1.1.2 24

bfd min-transmit-interval 500表示接口發(fā)送BFD echo報文的最小時間間隔為500 ms

bfd min-receive-interval 500表示接口接收BFD echo報文的最小時間間隔為500 ms bfd detect-multiplier 9 Quit

ip route-static 172.16.1.1 32 s0/2/0 12.1.1.1 bfd controlpacket表示配置靜態(tài)路由與BFD聯(lián)動

ip route-static 172.16.1.1 32 s0/2/1 20.1.1.10 preference 65

驗(yàn)證配置結(jié)果

配置完成后，在Router-A和Router-B上執(zhí)行display bfd session命令，可以看到建立了一個單跳檢測的BFD會話，且會話狀態(tài)為Up。以Router-A上的顯示為例。當(dāng)?shù)孛鎸＞€出現(xiàn)故障時，能在500 ms內(nèi)快速切換到衛(wèi)星鏈路。

display bfd session all verbose

Session MIndex：4097（One Hop）State：Up Name：atob

Local Discriminator：1 Remote Discriminator：2

Session Detect Mode：Asynchronous Mode Without Echo Function

BFD Bind Type：Interface（GigabitEthernet1/0/1）Bind Session Type：Static

Bind Peer IP Address：224.0.0.184

NextHop Ip Address：224.0.0.184

Bind Interface：GigabitEthernet1/0/2

FSM Board Id：0 TOS-EXP：6

Min Tx Interval（ms）：1000 Min Rx Interval（ms）：1000

Actual Tx Interval（ms）：1000 Actual Rx Interval（ms）：1000

Local Detect Multi：3 Detect Interval（ms）：3000

Echo Passive：Disable Acl Number：-

Proc Interface Status：Disable Process PST：Disable

WTR Interval（ms）：-WTR Timer State：Stop

Active Multi：3

Last Local Diagnostic：No Diagnostic

Bind Application：No Application Bind

SessionTXTmrID：-SessionDetectTmrID：-

SessionInitTmrID：-SessionWTRTmrID：-

Session Echo Tx TmrID：-

PDT Index：FSM-0|RCV-0|IF-0|TOKEN-0

Session Description：-

Total UP/DOWN Session Number：1/0

4 結(jié)論

隨著IP網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)的豐富，人們對IP網(wǎng)絡(luò)的要求也越來越高?？煽啃允浅休d網(wǎng)絡(luò)最重要的特性之一。通過上述配置，在南海區(qū)相關(guān)海洋環(huán)境觀測站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了地面專線與VSAT通信鏈路的實(shí)時冗余，保證了數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

實(shí)踐證明，雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)站點(diǎn)間的多鏈路冗余，能夠?yàn)槲覈Ｑ蟓h(huán)境觀測數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

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[4]龔鐵柱．一種基于BFD檢測的IP快速重路由解決方案[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009（10）：11-14．

2012-08-13