基于HSRP技術實現衛星通信IP鏈路冗余熱備份

陳 濤，謝 文，顧 陽

（1.南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210004；2.江蘇捷誠車載電子信息工程有限公司，江蘇 鎮江 212028）

0 引言

衛星通信具有不受地形條件限制、投資與距離無關、組網靈活等優勢。目前，衛星系統資費在進一步下降，衛星通信技術仍在不斷更新，衛星通信IP網絡化程度越來越普及，人們在進行通信過程中也越來越依賴衛星IP網絡。在進行某些特殊任務的保障時，對整個衛星IP網絡穩定性要求更高。在日常網絡中，對比較重要的服務器系統，比如，應用管理服務器、數據庫服務器等重要的網絡節點，都會進行軟件、硬件的雙重熱備份。在主用服務器發生故障時，備份服務器無縫接替上，無須人為干預，不會中斷通信業務。衛星IP鏈路是整個衛星IP網絡的關鍵環節，如果衛星IP鏈路發生致命故障，將導致整個IP網絡癱瘓，在特殊任務的保障中會造成難以估計的損失。因此，為提高衛星IP網絡的可靠性，對衛星IP鏈路進行熱備份是十分必要的。在主用衛星IP鏈路完全不能工作的情況下，它的角色便被系統中的另一個備份衛星IP鏈路完全替代，直至出現問題的衛星IP鏈路恢復正常。

本文針對這種需求，詳細說明應用熱備份HSRP和動態RIP路由技術實現衛星通信網中IP鏈路冗余熱備份的應用，在無須人為干預的情況下，自動監測衛星IP鏈路通信情況，在認定主用衛星IP鏈路故障情況下，自動切換到熱備份衛星IP鏈路，待主用衛星IP鏈路修復后，自動恢復到用主衛星IP鏈路正常工作。

1 IP業務模型和HSRP熱備、RIP技術簡述

1.1 IP業務模型

采用衛星通信網提供IP業務通信時，其IP業務模型如圖1所示。在兩個衛星地球站間建立寬帶IP鏈路，通過Ka、Ku、C頻段多種頻段衛星天線及相應衛星轉發器組成一條衛星寬帶IP鏈路。考慮到衛星IP鏈路的熱備份功能，這里在兩個衛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星IP鏈路。一條為主備IP鏈路，另一條在主用衛星IP鏈路出現問題時自動支持衛星通信業務的備份衛星IP鏈路。衛星IP業務網通常傳遞語音、視頻和IP數據等業務，IP業務終端通過默認網關向網絡外部發送數據。為衛星IP業務終端配置一個默認網關，不允許中途改變數據的傳輸路徑。當使用的默認網關出現故障時，網絡的其他部分將重新會聚，但衛星IP業務終端無法獲取新的拓撲信息。HSRP熱備路由器協議恰恰能解決此種問題。

圖1 IP業務模型

為衛星業務網絡分配的衛星網通信網段I P地址段為192.168.1.0/24、地面網絡網段IP地址段為30.1.1.0/24。兩個寬帶信道通過衛星天線及衛星轉發器組成兩條互為備份的衛星IP鏈路。地面站A將兩條衛星IP鏈路接入虛擬路由器組，通過HSRP路由協議實現兩條衛星IP鏈路的熱備份。

1.2 HSRP熱備技術

采用HSRP技術可將2臺路由器對應為一個HSRP組，執行特定的功能。該組主要分為三個角色，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物，它是一個虛擬角色，有Well-Known-MAC地址標識和獨立的IP地址，衛星IP業務終端的IP數據將被發送到這個虛擬地址。主用路由器即活動路由器，它真正來接收發送給虛擬路由器的IP數據并進行轉發，可由它來對發送給虛擬路由器IP地址的所有ARP請求進行回應。備用路由器即起熱備份作用，負責監視HSRP組狀態，在主用路由器出問題時，接替主用路由器的工作[1]。

主、備用路由器開通接口跟蹤，可與主、備用衛星IP鏈路進行關系映射。啟用HSRP協議的路由器可跟蹤外部接口的狀態，在需要時更換主用路由器，從而在主用衛星IP鏈路發生故障，衛星通信業務中斷時自動轉到備用路由器及備用衛星IP鏈路上。HSRP協議信息類型及其作用如表1所示。

表1 HSRP協議信息類型及其作用

路由器通過HSRP協議進行熱備信息交換。路由器會主動通過Hello信息告知HSRP組內其他路由器自己的優先級和狀態信息，默認3秒定時更新一次Hello信息；當備用路由器接替主用路由器時推送一個Coup狀態更新信息；當主用路由器或主用衛星IP鏈路發生故障時發送一個Resign信息[2]。HSRP狀態及其意義如表2所示。

表2 HSRP狀態及其意義

HSRP組內路由器對應有6種狀態：Initial（初始化狀態）；Learn（學習狀態，等待得知虛擬IP地址及組內路由器的Hello信息）；Listen（監聽狀態，已知虛擬IP地址，監聽路由器的Hello信息）；Speak（發言狀態，主動發起Hello信息告知自己狀態）；Standby（等待狀態，當主用服務器發生故障或超時未告知狀態時，等待由備用變為主用路由器）；Active（活動狀態，實時傳輸衛星IP業務）。

1.3 RIP技術

RIP是基于距離矢量算法得出最佳路徑的動態理由協議。大部分廠商路由器都支持RIP動態路由協議，其具有配置簡單、適用于小型網絡（小于15跳）等特點。RIP有兩個版本：RIPv1和RIPv2，RIPv1不支持變長子網掩碼和無分類域間路由，RIPv2則都支持[3]。本文采用RIPv2來配置路由器的路由信息。

2 模型規劃和HSRP熱備份的應用

2.1 模型規劃

簡化IP業務模型，模型如圖2所示。衛星地面站B衛星端IP業務網絡，圖中使用一個網絡終端IP地址為192.168.1.100，子網掩碼為255.255.255.0來模擬，接一臺二層交換機，通過主用IP衛星鏈路及路由器A或備用IP衛星鏈路及路由器B進行IP數據包的傳輸并匯聚到接入路由器，在接入路由器上配置RIP動態路由協議進行IP數據包轉發，最終與地面端IP業務網絡互聯互通，圖中使用一個網絡終端IP地址為30.1.1.100，子網掩碼為255.255.255.0來模擬。具體的各個設備的IP地址規劃如表3所示。

表3 設備的IP地址規劃

圖2 簡化IP業務模型

2.2 HSRP熱備份的應用

IP網絡終端（衛星網端）的網關地址為路由器A與路由器B組成的虛擬路由器組對應的虛擬IP地址192.168.1.254，子網掩碼為255.255.255.0。IP網絡終端（衛星網端）交換機為普通二層交換，在此只用于數據交換，未劃分VLAN及配置路由。網關地址即接入路由器G0/2的IP地址為30.1.1.1。

首先，配置動態路由RIPv2（見表4）。

表4 配置動態路由RIPv2

其次，配置熱備份HSRP（見表5）。

表5 配置熱備份HSRP

表6 路由器A狀態

表7 路由器B狀態

表8 路由器A狀態

表9 路由器B狀態

主用路由器A與主用衛星IP鏈路正常工作時，查看HSRP組路由器A、路由器B狀態，并用IP網絡終端（衛星網端）通過ping命令持續對IP網絡終端（地面網端）進行ping操作，查看物理鏈路是否可達。

IP網絡終端（衛星網端）持續ping通IP網絡終端（地面網端），代表衛星通信IP業務正常。查詢結果顯示路由器A的F0/0口工作在HSRP組1中，優先級為200，開啟搶占模式，當前處于主用狀態，當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，優先級為192，開啟搶占模式，當前處于備用狀態，當前主用的路由器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。

當主用路由器A或主用衛星IP鏈路發生故障時（主用路由器A故障不在此談論范圍內），查看HSRP組路由器A、路由器B狀態，并在IP網絡終端（衛星網端）上持續采用ping命令對IP網絡終端（地面網端）進行ping操作，查看物理鏈路是否可達。

當主用衛星IP鏈路發生故障時，主用路由器A的F0/0接口會進入Down狀態，此時路由器B主要狀態變換如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 進入等待狀態

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Standby -> Active進入主用活動狀態

IP網絡終端（衛星網端）持續ping通IP網絡終端（地面網端）無中斷，衛星通信IP業務正常。查詢結果顯示路由器A的F0/0口工作在HSRP組1中，優先級主動降低為190（原來為200），開啟搶占模式，當前處于初始狀態，當前主用的是未知設備，備用設備未知，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，優先級為192，開啟搶占模式，當前處于主用狀態，當前主用的路由器為本地路由器B，備用設備未知，HSRP組虛擬IP地址為192.168.1.254。

主用衛星IP鏈路恢復，查看HSRP組路由器A、路由器B狀態，并在IP網絡終端（衛星網端）上采用持續ping命令對IP網絡終端（地面網端）進行ping操作，查看物理鏈路是否可達。

當主用衛星IP鏈路恢復時，主用路由器A的F0/0接口會進入Up狀態，此時路由器A主要狀態變換如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 進入等待狀態

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Standby -> Active 進入主用活動狀態

此時路由器B主要狀態變換如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 進入備用等待狀態

IP網絡終端（衛星網端）持續ping通IP網絡終端（地面網端）無中斷，衛星通信IP業務正常。路由器A與路由器B又恢復到最初主用路由器A與主用衛星IP鏈路正常工作時的狀態。

3 結束語

經以上測試可知，采用熱備份HSRP和動態RIP路由技術可實現衛星通信網中IP鏈路冗余熱備份的應用，在無須人為干預的情況下，自動監測衛星IP鏈路通信情況，在認定主用衛星IP鏈路發生故障情況下，自動切換到熱備份衛星IP鏈路，待主用衛星IP鏈路修復后，自動恢復用主衛星IP鏈路正常工作，從而保障衛星通信IP業務運行的穩定。■