基于VRRP特性增強技術的氣象數據/視頻傳輸網絡通信系統

施蔚然 高 攀 楊志勇 朱添福

基于VRRP特性增強技術的氣象數據/視頻傳輸網絡通信系統

施蔚然 高 攀 楊志勇 朱添福

福建省氣象信息中心

通過分析全省氣象業務系統對骨干通信網絡的需求，針對存在的問題，于2011年底到2012年初實現省-地、地-縣骨干網的優化和升級。利用VRRP特性增強技術，實現鏈路的快速檢測和VRRP的快速切換，從而提高氣象骨干網數據/視頻傳輸及時性和可靠性。

VRRP 數據 視頻 網絡 通信

隨著各類氣象業務的迅速發展以及對氣象數據傳輸業務及時性和可靠性要求的不斷提高，優化升級省-地、地-縣的骨干通信網絡系統，實現雙鏈路雙路由架構，可以提高系統容錯能力和故障恢復速度，能夠較好地滿足客戶對網絡帶寬和連通性的需求，提高全省氣象通信骨干網的可靠性和可及時性，基本滿足未來一段時間對數據傳輸、資料共享、監測預警、高清視頻會商、遠程培訓、管理信息傳輸等多樣化的需求，為省、市、縣三級氣象信息共享應用、高清視頻天氣會商提供有力支撐。

1 骨干網系統現狀及存在的問題

福建省氣象寬帶骨干網系統包括一個省中心，九個地市及地市所轄的61個縣級氣象局、16個觀測場、4個雷達站，經過多年的建設和發展，在氣象業務傳輸中發揮著越來越重要的作用，但還需要不斷完善。2011年底全省（省到市、市到縣）氣象通信骨干通信網優化升級前，在省中心兩臺核心交換機間通過10GE端口互連，采用VRRP配置，實現核心交換機的冗余熱備。核心、匯聚路由器的下聯均采用點到點的鏈接模式，設備端口需求大，連線復雜；?。泄歉删W采用兩條4M SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數字體系），兩條8M基于MPLS（multi-protocollabelswitch，多協議鏈路交換）技術的VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網絡）線路和一臺匯聚路由器組網，每兩條鏈路分別連接到兩臺核心路由器；市－縣采用一條SDH 2M鏈路和一臺接入路由器組網。

骨干網中的地市/縣級采用單路由器接入，存在單點故障的隱患；SDH鏈路雖然穩定性較強，但擴展性較差；不同需求的業務沒有分類和進行QoS（Quality of Service，服務質量）配置，線路帶寬利用不均衡；市－縣標清會商系統承載在政務網或互聯網上，不便于管理和調度，市－縣2M線路帶寬成為高清視頻/預報業務發展的瓶頸；迫切要求提升市－縣線路帶寬，優化?。?、市-縣通信系統，實現網絡設備間、通信線路間的自動熱備切換，提高全省氣象通信骨干網的可靠性和可擴展性。

2 關鍵技術概述

2.1 虛擬路由器冗余協議（VRRP）

VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由器冗余協議）是一種冗余備份協議，為具有組播或廣播能力的局域網（如以太網）設計，保證當局域網內主機的下一跳路由器/交換機設備出現故障時，可以及時地由另一臺路由器/交換機來代替，從而保持網絡通信的連續性和可靠性。

2.2 雙向轉發檢測（BFD）

BFD（Bidirectional Forwarding Detection，雙向轉發檢測）是對傳統的VRRP協議進行優化和增強，實現快速切換的技術。應用BFD機制對VRRP與BFD進行綁定提升優先級等兩大關鍵技術，可用于快速檢測、監控網絡中鏈路或者IP路由的轉發連通狀況，保證鄰居之間能夠快速檢測到通信故障，減少故障收斂時間，從而快速建立起備用通道恢復通信，實現VRRP的快速切換。

2.3 MSTP

MSTP（Multi-Service Transfer Platform，基于SDH的多業務傳送平臺）技術是在傳統的SDH設備上增加了以太網和ATM業務的接入、處理、傳送能力，其技術定位在融合TDM和以太網二層交換，通過二層交換實現數據的智能控制和管理，優化數據在SDH通道中的傳輸，并有效解決ADM/DXC設備業務單一和帶寬固定、ATM設備價格昂貴以及IP設備組網能力有限和QoS問題。

該技術充分利用SDH技術對傳輸業務數據流提供保護恢復能力和較小的延時性能，其效率高于傳統的多鏈路捆綁，是基礎網絡建設的主流技術和性價比較高的組網模式。

2.4 最短路徑優先協議

OSPF（Open Shortest Path First，開放式最短路徑優先協議）是一種內部網關協議，通過路由器之間通告網絡接口的狀態來建立鏈路狀態數據庫，生成最短路徑樹，每個OSPF路由器使用這些最短路徑構造路由表。

2.5 服務質量

QoS是網絡的一種安全機制，是用來解決網絡延遲和阻塞等問題的一種技術。對關鍵應用和多媒體應用十分必要，當網絡過載或擁塞時，QoS 能確保重要業務量不受延遲或丟棄，同時保證網絡的高效運行。

4 數據/視頻網絡通信系統

鑒于MSTP線路具有SDH線路的優點，且擴展能力較好，將全省SDH線路替換為MSTP線路，省中心核心、地市匯聚路由器均采用點到多點的鏈接模式，簡化了設備接口。擴容優化后?。泄歉删W采用3條8M線路和2臺匯聚路由器組網，采用VRRP配置；核心/匯聚路由器1配置為：MSTP 8M和MPLS VPN 8M為主接入路由器，分別承載視頻和業務數據；核心/匯聚路由器2配置為：MPLS VPN 8M為主接入路由器，2臺核心/匯聚路由器間互連，視頻會商系統/數據業務傳輸系統通過交換機接入，實現冗余備份。

市－縣采用兩條4M鏈路、兩臺接入路由器、一臺交換機組網，采用VRRP配置，匯聚/接入路由器1配置為：MSTP 4M為主接入路由器，主要承載視頻業務，匯聚/接入路由器2配置為：MPLS VPN 4M為主接入路由器，主要承載數據業務，兩臺匯聚路由器間互連，視頻會商系統/數據業務傳輸系統通過交換機接入，實現冗余備份。

采用MSTP/MPLS VPN方式接入后，可能會出現網絡中間鏈路故障而兩側的以太接口可能還處于假UP的狀態，因此需要配置OSPF與BFD聯動，配置Track與策略路由、靜態路由聯動，實現鏈路檢測線路快速切換，同時保證數據傳輸的往返路徑一致。

為了有效利用線路帶寬資源，滿足高清會商的基本要求，實現線路互備，同時避免短時突發數據流影響，確?；緲I務正常運行，分別在MSTP線路和MPLS VPN線路上配置QoS策略。使用基于類的隊列（Class Based Queuing）排隊機制，來區別對待不同的通信類，使之得到一定比例的帶寬或可用帶寬權重比。

圖1 優化擴容后骨干網拓撲圖

4 技術路線

4.1 IP地址規劃

在使用VRRP協議時，需要在路由器上配置虛擬路由器號和虛擬IP地址，增加視頻業務網段，數據傳輸業務和視頻會商系統劃分在不同的網段，同時對各市、縣的局域網核心交換機與路由器、視頻終端的連接端口做了規范，便于系統的維護和管理。

各地市局32個C 類地址段中最后1個C類為市本地局域網地址；按各市局本網段范圍內從低到高的第3個C類前16個地址為視頻業務地址；各地市所轄縣8個C類地址段中從低到高最后1個為縣局局域網地址；從低到高的第2個C類地址段前16個地址為視頻業務地址。

4.2 路由規劃

除視頻會商系統采用靜態路由，全網采用OSPF動態路由協議和VRRP技術，每一地市局分屬于獨立的Area。利用MSTP線路低時延、低抖動的特點，保證視頻會商和雷達傳輸業務。當視頻會商業務開展時，采用MSTP鏈路優先承載視頻會商業務，MPLS VPN鏈路作為視頻會商業務的備用承載鏈路，業務數據傳輸主要由MPLS VPN線路承擔，當網內不存在視頻會商業務時，兩條鏈路均可用于承載數據業務；通過配置策略路由（Policy Routing）、Track功能及QoS等，實現多條鏈路負載均衡，提高網絡系統的可靠性。

地市級匯聚路由配置舉例如下：

#局域網交換機接口配置，OSPF與BFD聯動，啟用VRRP，配置策略路由

interface GigabitEthernet3/0/0

port link-mode route

ip address 10.141.*.2 255.255.255.0

ospf cost 20

ospf bfd enable

bfd min-transmit-interval 200

bfd min-receive-interval 200

bfd min-echo-receive-interval 200

vrrp vrid 1 virtual-ip 10.141.*.1

vrrp vrid 1 priority 120

ip policy-based-route PBR-FJ

#局域網視頻設備接口配置（視頻網段），OSPF與BFD聯動，啟用VRRP，配置策略路由

interface Ethernet3/1/6

port link-mode route

ip address 10.141.*.2 255.255.255.240

ospf cost 20

ospf bfd enable

bfd min-transmit-interval 200

bfd min-receive-interval 200

bfd min-echo-receive-interval 200

vrrp vrid 2 virtual-ip 10.141.*.1

vrrp vrid 2 priority 120

ip policy-based-route PBR-FJ

#兩臺匯聚路由器互聯配置，OSPF與BFD聯動

interface GigabitEthernet3/0/1.500

vlan-type dot1q vid 500

ip address 10.141.*.3 255.255.255.252

ospf cost 10

ospf network-type p2p

ospf bfd enable

bfd min-transmit-interval 200

bfd min-receive-interval 200

bfd min-echo-receive-interval 200

#

interface GigabitEthernet3/0/1.501

vlan-type dot1q vid 501

ip address 10.141.*.2 255.255.255.252

ospf cost 10

ospf network-type p2p

ospf bfd enable

bfd min-transmit-interval 200

bfd min-receive-interval 200

bfd min-echo-receive-interval 200

#上聯到省中心核心路由器，配置OSPF與BFD聯動，配置QoS

interface Ethernet3/1/0

port link-mode route

qos max-bandwidth 8192

ip address 10.*.*.* 255.255.255.252

ospf cost 12

ospf network-type p2p

ospf bfd enable

bfd min-transmit-interval 200

bfd min-receive-interval 200

bfd min-echo-receive-interval 200

qos reserved-bandwidth pct 90

qos lr outbound cir 8192 cbs 512000 ebs 0

qos apply policy Qos_FJ_VPN1 outbound

#

#下聯到縣級接入路由器，配置OSPF與BFD聯動，配置QoS

interface Ethernet3/1/4.861

vlan-type dot1q vid 861

qos max-bandwidth 4096

ip address 10.*.*.* 255.255.255.252

ospf cost 24

ospf network-type p2p

ospf bfd enable

bfd min-transmit-interval 200

bfd min-receive-interval 200

bfd min-echo-receive-interval 200

qos reserved-bandwidth pct 90

qos lr outbound cir 4096 cbs 256000 ebs 0

qos apply policy Qos_County_MSTP outbound

ip policy-based-route PBR-FJ

#

[1] 國家氣象信息中心. 全國氣象寬帶網絡主干系統整合實施方案，2011.

[2] Andrew S Tanenbaum.計算機網絡（第四版）[M]. 北京: 清華大學出版社，2004.

[3] 華為技術有限公司. VRRP特性增強技術白皮書，2007.