陳 濤，謝 文，顧 陽(yáng)

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0 引言

衛(wèi)星通信具有不受地形條件限制、投資與距離無(wú)關(guān)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)勢(shì)。目前，衛(wèi)星系統(tǒng)資費(fèi)在進(jìn)一步下降，衛(wèi)星通信技術(shù)仍在不斷更新，衛(wèi)星通信IP網(wǎng)絡(luò)化程度越來(lái)越普及，人們?cè)谶M(jìn)行通信過(guò)程中也越來(lái)越依賴(lài)衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)。在進(jìn)行某些特殊任務(wù)的保障時(shí)，對(duì)整個(gè)衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性要求更高。在日常網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)比較重要的服務(wù)器系統(tǒng)，比如，應(yīng)用管理服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，都會(huì)進(jìn)行軟件、硬件的雙重?zé)醾浞荨Ｔ谥饔梅?wù)器發(fā)生故障時(shí)，備份服務(wù)器無(wú)縫接替上，無(wú)須人為干預(yù)，不會(huì)中斷通信業(yè)務(wù)。衛(wèi)星IP鏈路是整個(gè)衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，如果衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生致命故障，將導(dǎo)致整個(gè)IP網(wǎng)絡(luò)癱瘓，在特殊任務(wù)的保障中會(huì)造成難以估計(jì)的損失。因此，為提高衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性，對(duì)衛(wèi)星IP鏈路進(jìn)行熱備份是十分必要的。在主用衛(wèi)星IP鏈路完全不能工作的情況下，它的角色便被系統(tǒng)中的另一個(gè)備份衛(wèi)星IP鏈路完全替代，直至出現(xiàn)問(wèn)題的衛(wèi)星IP鏈路恢復(fù)正常。

本文針對(duì)這種需求，詳細(xì)說(shuō)明應(yīng)用熱備份HSRP和動(dòng)態(tài)RIP路由技術(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信網(wǎng)中IP鏈路冗余熱備份的應(yīng)用，在無(wú)須人為干預(yù)的情況下，自動(dòng)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星IP鏈路通信情況，在認(rèn)定主用衛(wèi)星IP鏈路故障情況下，自動(dòng)切換到熱備份衛(wèi)星IP鏈路，待主用衛(wèi)星IP鏈路修復(fù)后，自動(dòng)恢復(fù)到用主衛(wèi)星IP鏈路正常工作。

1 IP業(yè)務(wù)模型和HSRP熱備、RIP技術(shù)簡(jiǎn)述

1.1 IP業(yè)務(wù)模型

采用衛(wèi)星通信網(wǎng)提供IP業(yè)務(wù)通信時(shí)，其IP業(yè)務(wù)模型如圖1所示。在兩個(gè)衛(wèi)星地球站間建立寬帶IP鏈路，通過(guò)Ka、Ku、C頻段多種頻段衛(wèi)星天線(xiàn)及相應(yīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成一條衛(wèi)星寬帶IP鏈路?？紤]到衛(wèi)星IP鏈路的熱備份功能，這里在兩個(gè)衛(wèi)星地球站間選用兩組寬帶IP信道組成兩條互為熱備份的衛(wèi)星IP鏈路。一條為主備IP鏈路，另一條在主用衛(wèi)星IP鏈路出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)自動(dòng)支持衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的備份衛(wèi)星IP鏈路。衛(wèi)星IP業(yè)務(wù)網(wǎng)通常傳遞語(yǔ)音、視頻和IP數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)，IP業(yè)務(wù)終端通過(guò)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)向網(wǎng)絡(luò)外部發(fā)送數(shù)據(jù)。為衛(wèi)星IP業(yè)務(wù)終端配置一個(gè)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，不允許中途改變數(shù)據(jù)的傳輸路徑。當(dāng)使用的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的其他部分將重新會(huì)聚，但衛(wèi)星IP業(yè)務(wù)終端無(wú)法獲取新的拓?fù)湫畔?。HSRP熱備路由器協(xié)議恰恰能解決此種問(wèn)題。

圖1 IP業(yè)務(wù)模型

為衛(wèi)星業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)分配的衛(wèi)星網(wǎng)通信網(wǎng)段I P地址段為192.168.1.0/24、地面網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)段IP地址段為30.1.1.0/24。兩個(gè)寬帶信道通過(guò)衛(wèi)星天線(xiàn)及衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成兩條互為備份的衛(wèi)星IP鏈路。地面站A將兩條衛(wèi)星IP鏈路接入虛擬路由器組，通過(guò)HSRP路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)兩條衛(wèi)星IP鏈路的熱備份。

1.2 HSRP熱備技術(shù)

采用HSRP技術(shù)可將2臺(tái)路由器對(duì)應(yīng)為一個(gè)HSRP組，執(zhí)行特定的功能。該組主要分為三個(gè)角色，分別是虛擬路由器、主用路由器和備用路由器。虛擬路由器并非為實(shí)物，它是一個(gè)虛擬角色，有Well-Known-MAC地址標(biāo)識(shí)和獨(dú)立的IP地址，衛(wèi)星IP業(yè)務(wù)終端的IP數(shù)據(jù)將被發(fā)送到這個(gè)虛擬地址。主用路由器即活動(dòng)路由器，它真正來(lái)接收發(fā)送給虛擬路由器的IP數(shù)據(jù)并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，可由它來(lái)對(duì)發(fā)送給虛擬路由器IP地址的所有ARP請(qǐng)求進(jìn)行回應(yīng)。備用路由器即起熱備份作用，負(fù)責(zé)監(jiān)視HSRP組狀態(tài)，在主用路由器出問(wèn)題時(shí)，接替主用路由器的工作[1]。

主、備用路由器開(kāi)通接口跟蹤，可與主、備用衛(wèi)星IP鏈路進(jìn)行關(guān)系映射。啟用HSRP協(xié)議的路由器可跟蹤外部接口的狀態(tài)，在需要時(shí)更換主用路由器，從而在主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障，衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)中斷時(shí)自動(dòng)轉(zhuǎn)到備用路由器及備用衛(wèi)星IP鏈路上。HSRP協(xié)議信息類(lèi)型及其作用如表1所示。

表1 HSRP協(xié)議信息類(lèi)型及其作用

路由器通過(guò)HSRP協(xié)議進(jìn)行熱備信息交換。路由器會(huì)主動(dòng)通過(guò)Hello信息告知HSRP組內(nèi)其他路由器自己的優(yōu)先級(jí)和狀態(tài)信息，默認(rèn)3秒定時(shí)更新一次Hello信息；當(dāng)備用路由器接替主用路由器時(shí)推送一個(gè)Coup狀態(tài)更新信息；當(dāng)主用路由器或主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障時(shí)發(fā)送一個(gè)Resign信息[2]。HSRP狀態(tài)及其意義如表2所示。

表2 HSRP狀態(tài)及其意義

HSRP組內(nèi)路由器對(duì)應(yīng)有6種狀態(tài)：Initial（初始化狀態(tài)）；Learn（學(xué)習(xí)狀態(tài)，等待得知虛擬IP地址及組內(nèi)路由器的Hello信息）；Listen（監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，已知虛擬IP地址，監(jiān)聽(tīng)路由器的Hello信息）；Speak（發(fā)言狀態(tài)，主動(dòng)發(fā)起Hello信息告知自己狀態(tài)）；Standby（等待狀態(tài)，當(dāng)主用服務(wù)器發(fā)生故障或超時(shí)未告知狀態(tài)時(shí)，等待由備用變?yōu)橹饔寐酚善鳎?；Active（活動(dòng)狀態(tài)，實(shí)時(shí)傳輸衛(wèi)星IP業(yè)務(wù)）。

1.3 RIP技術(shù)

RIP是基于距離矢量算法得出最佳路徑的動(dòng)態(tài)理由協(xié)議。大部分廠(chǎng)商路由器都支持RIP動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，其具有配置簡(jiǎn)單、適用于小型網(wǎng)絡(luò)（小于15跳）等特點(diǎn)。RIP有兩個(gè)版本：RIPv1和RIPv2，RIPv1不支持變長(zhǎng)子網(wǎng)掩碼和無(wú)分類(lèi)域間路由，RIPv2則都支持[3]。本文采用RIPv2來(lái)配置路由器的路由信息。

2 模型規(guī)劃和HSRP熱備份的應(yīng)用

2.1 模型規(guī)劃

簡(jiǎn)化IP業(yè)務(wù)模型，模型如圖2所示。衛(wèi)星地面站B衛(wèi)星端IP業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，圖中使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端IP地址為192.168.1.100，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0來(lái)模擬，接一臺(tái)二層交換機(jī)，通過(guò)主用IP衛(wèi)星鏈路及路由器A或備用IP衛(wèi)星鏈路及路由器B進(jìn)行IP數(shù)據(jù)包的傳輸并匯聚到接入路由器，在接入路由器上配置RIP動(dòng)態(tài)路由協(xié)議進(jìn)行IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，最終與地面端IP業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通，圖中使用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端IP地址為30.1.1.100，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0來(lái)模擬。具體的各個(gè)設(shè)備的IP地址規(guī)劃如表3所示。

表3 設(shè)備的IP地址規(guī)劃

圖2 簡(jiǎn)化IP業(yè)務(wù)模型

2.2 HSRP熱備份的應(yīng)用

IP網(wǎng)絡(luò)終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）的網(wǎng)關(guān)地址為路由器A與路由器B組成的虛擬路由器組對(duì)應(yīng)的虛擬IP地址192.168.1.254，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。IP網(wǎng)絡(luò)終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）交換機(jī)為普通二層交換，在此只用于數(shù)據(jù)交換，未劃分VLAN及配置路由。網(wǎng)關(guān)地址即接入路由器G0/2的IP地址為30.1.1.1。

首先，配置動(dòng)態(tài)路由RIPv2（見(jiàn)表4）。

表4 配置動(dòng)態(tài)路由RIPv2

其次，配置熱備份HSRP（見(jiàn)表5）。

表5 配置熱備份HSRP

表6 路由器A狀態(tài)

表7 路由器B狀態(tài)

表8 路由器A狀態(tài)

表9 路由器B狀態(tài)

主用路由器A與主用衛(wèi)星IP鏈路正常工作時(shí)，查看HSRP組路由器A、路由器B狀態(tài)，并用IP網(wǎng)絡(luò)終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）通過(guò)ping命令持續(xù)對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)終端（地面網(wǎng)端）進(jìn)行ping操作，查看物理鏈路是否可達(dá)。

IP網(wǎng)絡(luò)終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）持續(xù)ping通IP網(wǎng)絡(luò)終端（地面網(wǎng)端），代表衛(wèi)星通信IP業(yè)務(wù)正常。查詢(xún)結(jié)果顯示路由器A的F0/0口工作在HSRP組1中，優(yōu)先級(jí)為200，開(kāi)啟搶占模式，當(dāng)前處于主用狀態(tài)，當(dāng)前主用的是本地路由器A，備用路由器IP地址為192.168.1.253，HSRP組虛擬IP地址為192.168.1.254。顯示路由器B的F0/0口工作在HSRP組1中，優(yōu)先級(jí)為192，開(kāi)啟搶占模式，當(dāng)前處于備用狀態(tài)，當(dāng)前主用的路由器IP地址為192.168.1.253，備用路由器為本地路由器B，HSRP組虛擬IP地址為192.168.1.254。

當(dāng)主用路由器A或主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障時(shí)（主用路由器A故障不在此談?wù)摲秶鷥?nèi)），查看HSRP組路由器A、路由器B狀態(tài)，并在IP網(wǎng)絡(luò)終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）上持續(xù)采用ping命令對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)終端（地面網(wǎng)端）進(jìn)行ping操作，查看物理鏈路是否可達(dá)。

當(dāng)主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障時(shí)，主用路由器A的F0/0接口會(huì)進(jìn)入Down狀態(tài)，此時(shí)路由器B主要狀態(tài)變換如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 進(jìn)入等待狀態(tài)

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Standby -> Active進(jìn)入主用活動(dòng)狀態(tài)

IP網(wǎng)絡(luò)終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）持續(xù)ping通IP網(wǎng)絡(luò)終端（地面網(wǎng)端）無(wú)中斷，衛(wèi)星通信IP業(yè)務(wù)正常。查詢(xún)結(jié)果顯示路由器A的F0/0口工作在HSRP組1中，優(yōu)先級(jí)主動(dòng)降低為190（原來(lái)為200），開(kāi)啟搶占模式，當(dāng)前處于初始狀態(tài)，當(dāng)前主用的是未知設(shè)備，備用設(shè)備未知，HSRP組虛擬IP地址為192.168.1.254。顯示路由器B的F0/0口工作在HSRP組1中，優(yōu)先級(jí)為192，開(kāi)啟搶占模式，當(dāng)前處于主用狀態(tài)，當(dāng)前主用的路由器為本地路由器B，備用設(shè)備未知，HSRP組虛擬IP地址為192.168.1.254。

主用衛(wèi)星IP鏈路恢復(fù)，查看HSRP組路由器A、路由器B狀態(tài)，并在IP網(wǎng)絡(luò)終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）上采用持續(xù)ping命令對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)終端（地面網(wǎng)端）進(jìn)行ping操作，查看物理鏈路是否可達(dá)。

當(dāng)主用衛(wèi)星IP鏈路恢復(fù)時(shí)，主用路由器A的F0/0接口會(huì)進(jìn)入U(xiǎn)p狀態(tài)，此時(shí)路由器A主要狀態(tài)變換如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 進(jìn)入等待狀態(tài)

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Standby -> Active 進(jìn)入主用活動(dòng)狀態(tài)

此時(shí)路由器B主要狀態(tài)變換如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 進(jìn)入備用等待狀態(tài)

IP網(wǎng)絡(luò)終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）持續(xù)ping通IP網(wǎng)絡(luò)終端（地面網(wǎng)端）無(wú)中斷，衛(wèi)星通信IP業(yè)務(wù)正常。路由器A與路由器B又恢復(fù)到最初主用路由器A與主用衛(wèi)星IP鏈路正常工作時(shí)的狀態(tài)。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)以上測(cè)試可知，采用熱備份HSRP和動(dòng)態(tài)RIP路由技術(shù)可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信網(wǎng)中IP鏈路冗余熱備份的應(yīng)用，在無(wú)須人為干預(yù)的情況下，自動(dòng)監(jiān)測(cè)衛(wèi)星IP鏈路通信情況，在認(rèn)定主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障情況下，自動(dòng)切換到熱備份衛(wèi)星IP鏈路，待主用衛(wèi)星IP鏈路修復(fù)后，自動(dòng)恢復(fù)用主衛(wèi)星IP鏈路正常工作，從而保障衛(wèi)星通信IP業(yè)務(wù)運(yùn)行的穩(wěn)定?！?/p>