基于MNSS的醫(yī)院多出口備份方案研究與仿真

王輝 黃怡鶴 吳響 胡俊峰

摘要：隨著數(shù)字化醫(yī)院信息系統(tǒng)越來越多，高可靠性在整個網(wǎng)絡(luò)中起到了重要的作用。針對這一問題，該文采用浮動靜態(tài)路由技術(shù)，提出多出口備份方案以提高醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)的可靠性。為驗證其可靠性，使用MNSS（Medical Network System simulator）仿真軟件搭建實驗平臺，以醫(yī)院多出口備份使用的浮動靜態(tài)路由技術(shù)為實例，仿真實驗過程。

關(guān)鍵詞：MNSS；醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)；多出口；浮動路由；仿真實驗

中圖分類號：TN711 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）14-0014-03

Abstract： with the increasing number of information systems in digital hospitals， high reliability plays an important role in the whole network. In order to solve this problem， this paper uses floating static routing technology to propose multiple export backup schemes to improve the reliability of the hospital network. In order to verify its reliability， we use MNSS （Medical Network System simulator） simulation software to build the experimental platform， and take the floating static routing technology of multi outlet backup in hospital as an example to simulate the experimental process.

Key words：MNSS； hospital network；multi export；floating route；simulation experiment

1 引言

網(wǎng)絡(luò)的高可靠性在現(xiàn)代醫(yī)院中起到至關(guān)重要的作用。隨著醫(yī)院信息化的不斷發(fā)展，醫(yī)院的診療流程都需要信息系統(tǒng)的支持，一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，將導(dǎo)致整個醫(yī)院信息系統(tǒng)陷入癱瘓，這不僅給醫(yī)院帶來經(jīng)濟(jì)損失，也造成了負(fù)面的影響。因此，構(gòu)建高可靠性網(wǎng)絡(luò)是整個醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建至關(guān)重要的部分?，F(xiàn)代醫(yī)院信息化程度非常高，需要投入大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來提高醫(yī)院內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，而整個醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)的瓶頸在于外網(wǎng)出口的單一性。對此，我們提出多出口備份網(wǎng)絡(luò)方案：當(dāng)某一出口鏈路發(fā)生故障，備份鏈路能夠及時切換，網(wǎng)絡(luò)仍然聯(lián)通[1]。

對此，我們采用MNSS模擬器來模擬醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)多出口的備份方案[2]。MNSS虛擬仿真軟件是徐州醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)信息學(xué)院自主研發(fā)的，整合了開源的思科網(wǎng)絡(luò)模擬軟件和醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)，構(gòu)建，設(shè)計和測試醫(yī)院信息網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境。將MNSS引入到課程的教學(xué)中，通過計算機(jī)仿真模擬真實醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)，可以很大程度的降低投資成本，將理論與實踐相結(jié)合。本文將詳細(xì)講述在醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計中常使用的浮動靜態(tài)路由技術(shù)[3]。

2 浮動路由（floating static route）

2.1 浮動路由的介紹

浮動靜態(tài)路由是一種特殊的靜態(tài)路由。指對同一目的網(wǎng)絡(luò)，通過配置一個管理距離大于主路由的靜態(tài)路由，以保證在主路由失效的情況下，提供備份路由。一般情況下，只有優(yōu)先級最高的靜態(tài)路由起作用，當(dāng)優(yōu)先級最高的靜態(tài)路由失效時，次優(yōu)靜態(tài)路由才開始啟用，來保障目的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)，提高網(wǎng)絡(luò)可用性。它與其他的靜態(tài)路由不同，路由表中的其他路由總是優(yōu)于浮動靜態(tài)路由，僅在一種特殊的情況下，即在一條首選路由發(fā)生故障的時候，浮動路由在收到路徑故障信息后，設(shè)備首先刪除出錯的軟硬件轉(zhuǎn)發(fā)表項，然后啟用次級優(yōu)先路由，并重設(shè)軟硬件轉(zhuǎn)發(fā)表項。時間大約在10ms到100ms量級。

2.2 浮動路由的配置

浮動靜態(tài)路由的配置與靜態(tài)路由的配置方法完全一樣，指定備用的浮動靜態(tài)路由與默認(rèn)的靜態(tài)路由有不同的優(yōu)先級，或者說有不同的管理距離。實際上，它不僅會與靜態(tài)路由的優(yōu)先級進(jìn)行比較，還會與動態(tài)路由的優(yōu)先級進(jìn)行比較。當(dāng)接口同時配置了靜態(tài)路由、浮動靜態(tài)路由和動態(tài)路由，且靜態(tài)路由無效時，浮動靜態(tài)路由并不一定會生效，這還要看它所配置的優(yōu)先級是否高于所配置的對應(yīng)類型的動態(tài)路由優(yōu)先級。要注意的是，默認(rèn)靜態(tài)路由也可以配置為浮動的，只要在后面加上管理距離即可。如默認(rèn)靜態(tài)路由為ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 s0，對應(yīng)的浮動靜態(tài)路由可以為ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 s1 250（其中管理距離為250）。

2.3 浮動靜態(tài)路由優(yōu)先級

靜態(tài)路由的優(yōu)先級是通過其管理距離（Administrative Distance，AD）來指定的，所以在此先要了解各種路由的管理距離。具體如下表所示（值越小優(yōu)先級越高）：

3 浮動靜態(tài)路由仿真實驗設(shè)計

3.1 實驗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計

仿真工具：MNSS模擬器，版本為V1.0.0。

拓?fù)浯罱ǎ涸贛NSS的工作區(qū)域中搭建一個仿真的醫(yī)院業(yè)務(wù)部門到外網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖[4]。如圖1所示， ISP1、ISP2為中國聯(lián)通與中國移動互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商，與醫(yī)院出口路由器Border相連。如果其中一條互聯(lián)網(wǎng)出口鏈路出現(xiàn)故障時，用戶可以從另一條出口鏈路正常方位。由于實驗研究的是醫(yī)院內(nèi)外網(wǎng)的多出口備份問題，核心層通過SW1-L3與SW2-L3兩臺三層交換機(jī)模擬[5]，接入層的醫(yī)院業(yè)務(wù)部門通過二層交換機(jī)SW1連接兩臺PC模擬，服務(wù)器區(qū)域的HIS、LIS、PACS等服務(wù)器通過二層交換機(jī)SW2連接，并不考慮過多的VLAN劃分與區(qū)域劃分。其中，所有設(shè)備都是通過c7200系列路由器模擬的，全網(wǎng)通過OSPF路由協(xié)議實現(xiàn)連通。

3.2 仿真設(shè)備IP地址分配

實驗關(guān)鍵設(shè)備及其接口地址配置如表2。

醫(yī)院內(nèi)網(wǎng)設(shè)備及其接口地址配置如表3。

3.3 命令配置

以下是關(guān)鍵設(shè)備上的命令配置以及簡要解釋

（1）ISP1上的配置

IPS1#debug ip icmp ！ 打開ICMP報文調(diào)試

IPS1#conf t ！ 進(jìn)入全局配置模式

IPS1（config）#int f0/0 ！ 進(jìn)入F0/0接口配置模式

IPS1（config-if）#ip add 200.1.1.1 255.255.255.0 ！ 配置IP地址

IPS1（config-if）#no sh ！ 開啟接口

IPS1（config-if）#int lo 0 ！ 進(jìn)入環(huán)回接口0配置模式

IPS1（config-if）#ip add 8.8.8.8 255.255.255.255 ！ 配置IP地址

（2）ISP2上的配置

IPS2#debug ip icmp

IPS2#conf t

IPS2（config）#int f0/0

IPS2（config-if）#ip add 201.1.1.1 255.255.255.0

IPS2（config-if）#no sh

IPS2（config-if）#int lo 0

IPS2（config-if）#ip add 8.8.8.8 255.255.255.255

（3）Border上的配置

Border#conf t

Border（config）#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 200.1.1.1 ！ 配置主鏈路靜態(tài)路由

Border（config）#ip route 0.0.0.0 0.0.0.0 201.1.1.1 100 ！ 配置備用鏈路浮動路由

Border（config）#int f0/0

Border（config-if）#ip add 200.1.1.2 255.255.255.0

Border（config-if）#no sh

Border（config-if）#int f0/1

Border（config-if）#ip add 201.1.1.2 255.255.255.0 ！

Border（config-if）#no sh

3.4 驗證與分析

為了達(dá)到中國聯(lián)通專線主鏈路失效的目的，執(zhí)行接口模式命令shutdown將Border上的F0/0手動關(guān)閉，模擬實際網(wǎng)絡(luò)中主鏈路出現(xiàn)故障。

手動關(guān)閉F0/0前，Border路由器的默認(rèn)路由條目如圖2所示，表明在默認(rèn)情況下，所有訪問外網(wǎng)的數(shù)據(jù)包發(fā)往200.1.1.1，即所有數(shù)據(jù)流往主鏈路走。

此時在Border路由器上進(jìn)行連通性測試，使用“ping 8.8.8.8”命令模擬與外網(wǎng)通信，此時在IPS1可看見ICMP的調(diào)試信息，如圖3所示。

當(dāng)Border路由器上的F0/0被手動關(guān)閉后，通往中國聯(lián)通的主鏈路不能正常工作，Border路由器的路由表會自動刪除主鏈路的路由條目，添加備用鏈路的路由條目，以保證鏈路的正常通信。此時Border路由器的默認(rèn)路由條目如圖4所示，表明在默認(rèn)情況下，所有訪問外網(wǎng)的數(shù)據(jù)包發(fā)往201.1.1.1，即所有數(shù)據(jù)流往備用鏈路走。

此時在Border路由器上進(jìn)行連通性測試，使用“ping 8.8.8.8”命令模擬與外網(wǎng)通信，此時在IPS2可看見ICMP的調(diào)試信息，如圖5所示。

綜上所述：主鏈路出現(xiàn)故障后，浮動路由自動更新路由表，切換到備用鏈路，維持了網(wǎng)絡(luò)的可用性。

4 結(jié)語

為提高網(wǎng)絡(luò)可靠性與冗余性，浮動靜態(tài)路由是部署醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)出口鏈路所必須考慮的一個重要環(huán)節(jié)。通過在MNSS虛擬仿真軟件中模擬醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)多出口備份的仿真實驗，我們驗證了浮動路由技術(shù)可以有效地保證醫(yī)院出口的冗余備份，從而達(dá)到了提高醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)可靠性與可用性的目的。

參考文獻(xiàn)：

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[3] 李宗陽.論醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與設(shè)計[J].信息與電腦，2016，（10）：135-136，144.

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