MPLS VPN技術(shù)應(yīng)用于氣象廣域網(wǎng)

引言：省氣象廣域網(wǎng)是指覆蓋省內(nèi)各級氣象部門的地面寬帶網(wǎng)絡(luò),由各級氣象部門與相關(guān)運營商共同承建，主要承載著省內(nèi)各類探測數(shù)據(jù)的傳輸，以及氣象數(shù)據(jù)共享、視頻天氣會商等業(yè)務(wù)，是省內(nèi)各項氣象業(yè)務(wù)、科研等穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)平臺。

升級改造前的省級氣象廣域網(wǎng)

升級改造前湖北省級氣象廣域網(wǎng)網(wǎng)于2014年已建成了以MSTP、SDH混合方式（租用方式）的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。具體為省局與17個市(州)局通過MSTP建立兩條10M專線，68個縣局各1條2M SDH專線與2M MSTP專線聯(lián)接到所屬的市(州)局業(yè)務(wù)網(wǎng)，形成省-市-縣三級混合網(wǎng)絡(luò)方式，見下圖1。然而，隨著氣象信息現(xiàn)代化的快速發(fā)展，該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已不滿較好的滿足后期各項業(yè)務(wù)發(fā)展的需求。主要表現(xiàn)在：

1.星型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)擴展性不強，特別是市縣氣象臺站局站分離情況的增加，需要對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行擴充時，市縣兩級均需要重新建設(shè)，建設(shè)費用較高。

2.市(州)局承擔(dān)著市與所管轄區(qū)內(nèi)各縣局的數(shù)據(jù)傳輸與共享等業(yè)務(wù)，一旦市(州)局設(shè)備或線路故障將影響到全市業(yè)務(wù)正常運行。

3.根據(jù)氣象信息化發(fā)展規(guī)劃，氣象系統(tǒng)集約化與信息共享趨于扁平化；如：全省各市、縣局從省局調(diào)用大量指導(dǎo)產(chǎn)品與氣象數(shù)據(jù)(如CIPAS、MICAPS 系統(tǒng)等 )，省內(nèi)跨市與縣應(yīng)用系統(tǒng)聯(lián)動業(yè)務(wù)開展；使得省內(nèi)市局或縣局間任意兩點間、各縣至省級間直接進行數(shù)據(jù)通信的需求日益迫切。

圖1 升級改造前省級氣象廣域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

升級改造思路

1.設(shè)備優(yōu)化升級

省局廣域網(wǎng)匯聚端、市(州)局、縣 (市 )均部署兩臺路由器，通過IRF技術(shù)，將物理上兩臺設(shè)備虛擬化為一臺邏輯設(shè)備，在降低網(wǎng)絡(luò)運維成本的同時，提升設(shè)備與鏈路帶寬的利用率。省級兩臺路由器承載各市(州)MSTP專線接入，以及作為省級CE端接入至移動MPLS VPN網(wǎng)；市局兩臺設(shè)備承載管轄區(qū)內(nèi)各縣(市)MSTP專線接入，同時作為市級CE端接入MPLS VPN網(wǎng)；縣局設(shè)備MSTP專線接入至所屬市局，作為移動MPLS VPN網(wǎng)CE端接入。

2.線路優(yōu)化升級

對 省-市（州）-縣 三級廣域網(wǎng)垂直結(jié)構(gòu)的進行調(diào)整，全省氣象廣域網(wǎng)實現(xiàn)MSTP與MPLS VPN線路的熱備份，見圖2，其中MPLS VPN線路，省級接入速率總帶寬為300Mbps，市(州)局接入帶寬為50Mbps，縣 級 為 10Mbps；MSTP線路，省市間50Mbps專線連接，市縣間采用10Mbps專線互聯(lián)。

在MPLS VPN網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，新增局點只需要一個端口配合運營商完成本地網(wǎng)絡(luò)的接入，由運營商將相關(guān)網(wǎng)段信息在MPLS VPN網(wǎng)中發(fā)布即可，不僅解決網(wǎng)絡(luò)節(jié)點擴充時的建設(shè)成本，而且降低市、縣兩級氣象網(wǎng)絡(luò)運維人員的工作量。省、市、縣各級氣象部門作為CE端接入至運營商PE設(shè)備，實現(xiàn)各級任意兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的直接通信，符合氣象信息化發(fā)展規(guī)劃。升級后的省級氣象廣域網(wǎng)真正實現(xiàn)了省、市、縣三級設(shè)備、鏈路、路由的雙冗余，使氣象系統(tǒng)基礎(chǔ)業(yè)務(wù)有雙重保障。

3.業(yè)務(wù)流量分擔(dān)

業(yè)務(wù)分流是指氣象業(yè)務(wù)流與視頻流由不同的鏈路進行傳輸。我省根據(jù)MSTP與MPLS VPN兩種線路的不同特點，確定由MPLS VPN線路主要承載全省實時氣象觀測數(shù)據(jù)傳輸、氣象數(shù)據(jù)共享、政務(wù)辦公等業(yè)務(wù)；MSTP專線則承擔(dān)著全省各級氣象部門間的高清視頻會商、遠程培訓(xùn)等業(yè)務(wù)。

圖2 升級改造后省級氣象廣域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

實際部署

1.全省廣域網(wǎng)接入路由器IRF配置

在省市縣各級均部署有兩臺帶IRF模塊的路由器，兩臺路由器之間通過堆疊線纜進行互連，完成IRF端口與IRF物理端口的綁定。啟用IRF后，在簡化各地網(wǎng)絡(luò)配置的同時，有效解決核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備單點故障隱患。具體配置如下：

irf member 1--配置IRF邏輯接口，IRF-Port1與IRF-Port2

irf-port 1

port group interface g 0/0

chassis convert mode irf

irf member 2

...--配 置 同irf member 1

interface Route-Aggregation1

description IRF-BFD

mad bfd enable--IRF建立完成后配置BFD MAD檢測

mad ip address 192.168.254.253 255.255.255.252 member 1

mad ip address 192.168.254.254 255.255.255.252 member 2

#

port link-mode route

description IRF-BFD--與物理端口綁定后生效

port link-aggregation group 1

interface GigabitEthernet2/0/26

...--配 置 同 上Gi1/0/26

2.路由規(guī)劃

省市縣三級廣域網(wǎng)路由器作為CE端接入移動MPLS VPN網(wǎng)，各地以MPLS VPN線路作為主用線路，采用OSPF多進程進行路由規(guī)劃。全網(wǎng)規(guī)劃三個OSPF進程，其中，MPLS VPN 網(wǎng)絡(luò)的PE與CE間運行OSPF 10，省局與市局互聯(lián)鏈路(MSTP)運行OSPF 20，省局局域網(wǎng)運行OSPF 1，市局其所管轄縣局域網(wǎng)運行OSPF 1。見下圖3。

以市局端為例：將OSPF 10和OSPF 20的路由引入至OSPF 1；將OSPF 1的路由引入至OSPF 10和OSPF 20，在引入市局局域網(wǎng)路由同時，將市局所管轄縣局局局域網(wǎng)路由聚合后配置為下一跳為NULL 0，引入至OSPF 10和20。具體配置如下：

ospf 1

import-route ospf 10---引入從OSPF 10 中學(xué)習(xí)到的OSPF路由

依據(jù)裝置整體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，為保證裝置調(diào)節(jié)角度及位移距離精度，實現(xiàn)裝置自動控制，選取PLC作為控制核心。通過激光測距傳感器進行風(fēng)筒出風(fēng)口距掘進端頭的距離測定，根據(jù)距離信號反饋，驅(qū)動步進電動機實現(xiàn)距離前后調(diào)節(jié)，使其保證在5～10 m范圍內(nèi)，且在5～10 m范圍內(nèi)時，PLC控制器執(zhí)行設(shè)定程序，驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)向機構(gòu)和葉片開合機構(gòu)的步進電動機工作，實現(xiàn)不同工況下其角度和口徑的變化。利用增量式編碼器進行角度偏轉(zhuǎn)的反饋，確保最佳風(fēng)場調(diào)控規(guī)則在智能調(diào)控裝置上角度偏轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確性。智能調(diào)控方案如圖8所示。

import-route ospf 20---引入從OSPF 20 中學(xué)習(xí)到的OSPF路由

preference 180--OSPF 1 內(nèi)部路由優(yōu)先級180

preference ase 190--OSPF1 外部路由優(yōu)先級190

area 0.0.7.215--在區(qū)域2007中宣告相應(yīng)路由

network 10.107.*.*0.0.0.255--市局路由器至核心交換機接口地址

network 192.168.*.*0.0.0.3--縣-市MSTP專線互聯(lián)接口地址

ospf 10--OSPF10外部路由優(yōu)先級分別為150

import-route direct route-policy Direct_to_OSPF10/20--引入匹配route-policy Direct_to_OSPF10/20直連路由(市局路由器直連網(wǎng)段信息)

import-route static route-policy S-TOOSPF--引入匹配S-TOOSPF的靜態(tài)路由(市局及所管轄縣局局域網(wǎng)業(yè)務(wù)地址)

圖3 全省氣象廣域網(wǎng)路由規(guī)劃

area 0.0.0.0

network 172.31.101.*0.0.0.3 --宣告市局CE端與運營商PE互聯(lián)接口地址

ospf 20

import-route direct route-policy Direct_to_OSPF10/20 ---同 上OSPF10進程中相關(guān)配置

import-route static route-policy S-TO-OSPF

preference ase 170---OSPF20外部路由優(yōu)先級分別為170

area 0.0.0.0

network 172.31.72.*0.0.0.3 --宣告市局至省局MSTP專線兩端互聯(lián)接口地址

省級氣象廣域網(wǎng)采用MPLS VPN+MSTP鏈路作為冗余，保證氣象廣域網(wǎng)故障時，能在不影響業(yè)務(wù)情況下完成鏈路的自動切換，做到無縫網(wǎng)絡(luò)備份。

3. 業(yè)務(wù)分流

根據(jù)路由規(guī)劃，正常情況下，我省以MPLS VPN作為主要線路來承載氣象數(shù)據(jù)傳輸與共享等業(yè)務(wù)。為充分利用備份線路(MSTP)，同時避免視頻業(yè)務(wù)過多消耗主用鏈路的帶寬資源，將視頻會商業(yè)務(wù)流分配至MSTP專線上，即在各局點廣域網(wǎng)路由器上配置視頻業(yè)務(wù)的靜態(tài)路由；然而當(dāng)MSTP專線兩端中任一端鏈路故障，對端設(shè)備無法感知，這樣會導(dǎo)致配置靜態(tài)路由的視頻業(yè)務(wù)流量無法進行自動切換，因此本次采用靜態(tài)路由與BFD聯(lián)動來完成。具體配置如下：

(1)市局端

ip route-static 10.104.3.0 24 172.31.72.25 bfd control-packet bfdsource 172.31.72.26--在MSTP專線故障時(檢測172.31.72.*兩端接口地址 )，往省局 10.104.3.0 視頻地址段，路由自動切換至MPLS VPN線路；

(2)省局端

ip route-static 10.107.0.0 24 172.31.72.26 bfd control-packet bfd-source 172.31.72.25-- 10.107.0.0為市局視頻地址段信息。

結(jié)束語

升級改造后的省級廣域網(wǎng)，實現(xiàn)了以MPLS VPN和 MSTP線路熱備份組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主要性能指標(biāo)包括：線路自動切換與備份、業(yè)務(wù)分流等功能；降低各級氣象部門對單一運營商的依賴；縮短故障處置時間，提高全網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?。此次廣域網(wǎng)升級，符合省氣象信息化發(fā)展的規(guī)劃，在不斷提高全省氣象通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃降耐瑫r，加快全省各級氣象部門間信息共享，也可為其他省級信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)提供參考與借鑒。