調度自動化主站局域網冗余可靠性風險研究

糜佳蓉

（江蘇省電力有限公司 宜興市供電分公司，江蘇 宜興 214200）

0 引 言

隨著能源互聯網的不斷發展，電網的規模也隨之擴大，對調度自動化系統提出了更高的要求。調度控制業務運作狀態受通信網絡的影響比較大，嚴重時還會導致電網的安全事件[1]。為了提高主站局的可靠性，人們在調度自動化系統中采用了從設備、鏈路、協議等層面發展起來的冗余技術。對于設備層面，一般將兩臺高性能的交換機連在一起，并且每臺交換機需要配置一個獨立的主板和電源，同時對應用主機配置兩個網卡，將交換機的核心與主機連接在一起；對于鏈路層面，可以采取多種方式來進行連接，例如設備之間可以采用交叉的方式來進行連接或者將鏈路合在一起進行連接；對于協議層面，利用虛擬路由器冗余協議（Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP）來實現對外路由器的冗余，這樣可以有效解決冗余鏈路中產生的問題。

1 局域網冗余可靠性測試方法

在對某調度自動化主站局域網（Local Area Network，LAN）進行分析后，開展了冗余可行性測試，如圖1所示。

圖1 無環路雙核心局域網典型組網結構

主機PC1與PC2都使用雙網卡的模式來進行綁定，兩者可以在模型中進行自由切換。此外，將主機PC1和兩臺直接接進的交換機進行連接，主機PC2和兩臺核心交換機進行連接，這樣的連接方式可以讓交換機和核心交換機之間的鏈路進行自由切換。此外，核心交換機之間的鏈路聚合可以通過光纖來實現。兩臺交換機分別通過兩臺防火墻進行連接，用這種方式來對其他安全區網絡內的交換機進行模擬。利用網絡測試儀向核心交換機發射地址解析協議（Address Resolution Protocol，ARP）廣播，測試網絡性能是否良好[2]。為了保證測試的結果與實際結果相符合，在測試前需要對所有的交換機進行升級處理。局域網冗余技術可靠性測試項如表1所示。

表1 局域網冗余可靠性測試項

2 局域網冗余可靠性問題及分析

對于底層網卡綁定的模式，要從兩個方面分別進行測試，即網卡主備、負載均衡。對于頂層的核心交換機來說，從VRRP、堆疊這兩個方面來分別進行測試。在對數據分析后發現，網絡冗余機制在多數的網絡狀態下都能夠發揮其相應的作用，自動調整網卡故障、交換機故障等[3]。無環路雙核心局域網的拓撲配置不僅簡單，而且功能相對獨立，不存在物理的環狀。在主備模式下，通常都是采用與其他網卡結合在一起的方式來有效提升網卡冗余。一旦主用網卡發生損壞，系統會將另一塊網卡自動補上。與此同時，使用過程中也會出現相應的問題。

（1）當ARP輪詢的時間較短時，交換機不能及時做出相應，這樣就會導致網卡切換比較頻繁。如果ARP輪詢時間較長，主機不能及時進行檢查，也會導致網絡處于長時間的中斷狀態。對于ARP輪詢時間來說，它應該設置在合理的范圍內，這樣才能有效解決網絡中斷的問題。

（2）如果沒有及時發現備用網卡的故障，網卡中的鏈路出現故障，就算系統能夠自動切換網卡，那也不能解決主要的問題，通信也不能正常使用，網絡的冗余可靠性與網卡息息相關。

（3）如果核心交換機之間的鏈路中斷，那么主機與交換機之間的網絡系統也會中斷。如果接入交換機至核心交換機的鏈路只有一條時，每一臺交換機只能與一臺主機進行連接。如果想要主機同時連接兩臺核心交換機，那么就必須通過兩臺核心交換機之間的互聯鏈路來相連。采用了交換機接入核心交換機的冗余鏈路，這種方法可以盡量避免核心交換機之間的鏈路受到中斷影響。

（4）當多生成樹協議（Multiple Spanning Tree Protocol，MSTP）網絡未開啟時，如果網絡中存在環路，那么主機之間的網絡會存在時而斷開、時而連接或者一直保持斷開的狀態。引起廣播風暴的主要原因之一就是網絡環路，這種問題不僅會讓ARP和MAC的地址錯亂，而且還會嚴重影響交換機之間的數據轉發[4]。

3 典型案例分析與解決方案

根據以上的測試方式對調度自動化主站局域網系統中的95臺服務器與工作站進行相應的測試后發現，其中4臺主機的冗余網卡處于缺陷狀態，包括備用網卡故障、冗余網卡連線方式錯誤、單網卡上聯[5]。一般情況下，當GW2服務器的備用網卡發生故障時，主網卡的運行不會受到備用網卡的影響，其業務還是會正常運行。測試過程中要將主網卡對應的鏈路進行中斷處理，ARP輪詢時，如果系統檢測到鏈路處于中斷狀態，此時就需要立即將備用網卡切換上來使用。在網卡故障后，所有的通信都不能正常使用，從而導致GW2服務器的部分業務處于中斷狀態。在發現這些問題后，要及時恢復主網卡的鏈路，待業務恢復至正常狀態后再對備用網卡故障的原因進行逐一排解。

通過對上述問題進行分析，提出了相應的推薦方案。在使用雙核心的交換機進行互聯時，核心交換機之間要配置相應的局域網地址，主機采用ARP輪詢的方式來進行相應檢測，將這些作為網卡故障的判定條件。ARP的輪詢時間應該設為20～5 000 ms，默認為100 ms。在一些交換機性能較差的情況下，可以盡量延遲輪詢的時間。兩臺核心交換機之間可以不啟用VRRP，通過防火墻實現局域網的對外通信，同時采用雙機熱備模式，開啟后及時保存配置，避免在一些情況下不能重建防火墻。含層間冗余鏈路的雙核心局域網典型組網結構如圖2所示，含堆疊交換機的雙核心局域網典型組網結構如圖3所示。每臺接入的交換機都連接兩臺核心的交換機，這樣可以保證主機只有一個網卡工作時有冗余鏈路，同時也可以避免核心交換機聯線全部中斷時出現異常現象。

圖2 含層間冗余鏈路的雙核心局域網典型組網結構

圖3 含堆疊交換機的雙核心局域網典型組網結構

4 結 論

文章提到的一系列解決方法對后續建立局域網冗余可靠性提供了參考依據，同時這種冗余技術還可以拓展在線網絡智能監控技術。另外，還可以快速地查找到故障的原因，在計算機網絡和調控系統中的應用比較廣泛。