民航TDM 網(wǎng)網(wǎng)管鏈路檢測機制缺陷分析及應對方法

黃 河

（中國民用航空珠海進近管制中心，廣東珠海 519015）

0 引言

民航TDM 網(wǎng)是一張用于承載空中交通管制甚高頻語音、雷達和ADS-B 信號、管制專線電話、民航電報的全國性通信網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡于2018 年建成，經(jīng)過測試、優(yōu)化和業(yè)務遷移，于2020～2021 年投產(chǎn)運行。在運行過程中發(fā)現(xiàn)eSight 網(wǎng)管檢測機制存在缺陷，中間有光傳輸設備的中繼干線中斷時網(wǎng)管不告警。

1 鏈路狀態(tài)檢測機制

1.1 現(xiàn)象

民航TDM 網(wǎng)因帶寬需求較大，各運行現(xiàn)場核心機房至外臺大部分不再使用傳統(tǒng)2M 干線，而是使用運營商（或自有光傳輸設備）的MSTP 以太網(wǎng)干線，當承載MSTP 干線的光傳輸設備中間鏈路中斷時（例如：光纜被挖斷、光傳輸設備交叉板故障等），民航TDM 網(wǎng)eSight 網(wǎng)管監(jiān)控上故障的干線仍保持“綠色正常”，既干線中斷網(wǎng)管未能有效告警，且不僅不告警，還將故障的干線顯示為“正常狀態(tài)”。因此，該現(xiàn)象不僅無益于故障的及時發(fā)現(xiàn)，甚至會誤導技術人員的排障工作，是較為嚴重的安全隱患。

1.2 相關案例

案例1：某單位民航TDM 網(wǎng)在正式投產(chǎn)之前進行臺站干線切換測試，當手動將主用的聯(lián)通4M MSTP 干線中斷后，備用干線未能切換成功，造成臺站遠端節(jié)點掉線，相關承載業(yè)務如甚高頻等全部中斷。后經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)備用的電信4M 干線已至少中斷7 d 以上。

案例2：某單位民航TDM 網(wǎng)至外臺有電信和聯(lián)通2 條干線，主用為電信，備用為聯(lián)通。電信來電通知將進行割接，相關鏈路將中斷，因有2 路干線保障傳輸，因此同意電信實施割接。但割接實施過程中發(fā)現(xiàn)臺站遠端節(jié)點整體掉線，相關承載業(yè)務全部中斷。后經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)備用的聯(lián)通鏈路中斷，且未知已中斷多長時間。

案例3：某兩個單位之間進行民航TDM 網(wǎng)干線切換測試，測試時通過斷開民航光傳輸設備中間鏈路的方式（而不是拔網(wǎng)線的方式）中斷主用鏈路，發(fā)現(xiàn)雙方民航TDM 網(wǎng)eSight 網(wǎng)管均未產(chǎn)生干線中斷告警，且斷開的鏈路顯示“綠色正?！薄：蠼?jīng)人工ping 測試，判斷鏈路確已中斷。

1.3 排查思路

前文“案例3”為筆者首次發(fā)現(xiàn)該隱患的實際案例，發(fā)現(xiàn)該隱患后立即著手進行全面分析，并制定了科學的分析計劃，抽絲剝繭，最終找到問題根源，并使用技術手段加以解決，最后進行技術驗證和測試。故障排查的整體思路：①研究網(wǎng)管檢測機制；②得出網(wǎng)管判定干線故障的變量；③分析變量與實際狀態(tài)的差距；④使用技術手段解決變量與實際的差距問題；⑤技術驗證、實測、上線試運行；⑥推廣至其他運行現(xiàn)場進一步測試。

1.4 排查步驟

1.4.1 搭建純虛擬化模擬實驗平臺

技術人員使用華為eNSP 模擬配置實操軟件（該軟件一般用于華為網(wǎng)絡工程師培訓）搭建模擬測試平臺，并將實驗平臺的虛擬路由器連接eSight 網(wǎng)管軟件。在這一過程中，同時解決了如何在一臺電腦上搭建“eSight 網(wǎng)管+虛擬路由器”的純虛擬化民航通信網(wǎng)實驗平臺（圖1、圖2）。圖中使用了兩臺HUB 代替光傳輸設備（光傳輸設備可以理解為物理層透傳設備），兩臺HUB 中間的鏈路即為“中間鏈路”，接下來將模擬該中間鏈路中斷情況，以此模擬光傳輸設備中間光纖中斷的情況。

圖1 eNSP 模擬配置實操軟件上制作的實驗拓撲

圖2 虛擬化平臺的eSight 網(wǎng)管

在正常狀態(tài)下，eSight 網(wǎng)管通過“LLDP”協(xié)議來發(fā)現(xiàn)干線，“LLDP”協(xié)議是一種鏈路發(fā)現(xiàn)協(xié)議，當兩端網(wǎng)絡設備均開啟了該協(xié)議后，可以自動發(fā)現(xiàn)LLDP 鄰居，路由器即可知曉對端網(wǎng)絡設備的詳細信息，包括對端端口號、IP 地址、管理地址、設備型號、固件版本、MAC 地址等（圖3）。

圖3 正常情況下eSight 網(wǎng)管干線發(fā)現(xiàn)機制——LLDP 協(xié)議

1.4.2 將“中間鏈路”中斷，觀察網(wǎng)管告警情況

將“中間鏈路”中斷，網(wǎng)管未產(chǎn)生任何告警，且網(wǎng)管拓撲圖頁面干線狀態(tài)仍顯示“綠色正?！保▓D4）。雙擊“干線”，查看網(wǎng)管識別到的干線狀態(tài)正常，但人工測試干線狀態(tài)，確定干線確已中斷（圖5、圖6）。

圖4 中間鏈路中斷，網(wǎng)管無告警且顯示錯誤信息

圖5 網(wǎng)管“認為”干線正常但人工測試判斷干線確已中斷

圖6 將AR2 刪除后重新添加進網(wǎng)管，仍自動“識別”了一條干線

1.4.3 將設備從網(wǎng)管側(cè)刪除重新添加，觀察是否會產(chǎn)生告警

可以看出，網(wǎng)管仍可識別干線，且干線狀態(tài)正常。說明網(wǎng)管系統(tǒng)不僅可以通過LLDP自動發(fā)現(xiàn)鏈路，還可以通過其他手段“發(fā)現(xiàn)”鏈路。

進一步查找網(wǎng)管智能識別干線并顯示的機制，在eSight網(wǎng)管網(wǎng)頁→系統(tǒng)→網(wǎng)絡管理參數(shù)設置→啟用基于30 位掩碼IP（SBS）的鏈路發(fā)現(xiàn)，將其取消勾選，再次查看網(wǎng)管拓撲狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)無法發(fā)現(xiàn)干線（圖7、圖8）。

圖7 30 位掩碼IP（SBS）鏈路發(fā)現(xiàn)功能

圖8 取消圖7 功能勾選后干線消失

1.4.4 進一步測試eSight 網(wǎng)管干線中斷告警機制

將AR1 設備的干線端口shutdown，即關閉端口，模擬拔出網(wǎng)線，造成鏈路物理層中斷，此時網(wǎng)管產(chǎn)生告警。但是僅AR1 產(chǎn)生告警，并帶動干線鏈路的狀態(tài)也變?yōu)榧t色告警，但AR2仍然為“綠色”（圖9）。

圖9 關閉AR1 干線端口，網(wǎng)管產(chǎn)生告警（僅AR1 有告警）

1.5 小結(jié)

（1）默認設置下，eSight 網(wǎng)管可以通過多種手段智能發(fā)現(xiàn)干線，根據(jù)前文測試結(jié)果，手段包括：LLDP 協(xié)議自動發(fā)現(xiàn)和根據(jù)端口掩碼地址發(fā)現(xiàn)。

（2）eSight 網(wǎng)管產(chǎn)生干線中斷告警的機制是：必須端口物理狀態(tài)Down 才可告警。在實際中，端口物理狀態(tài)Down 只能通過拔網(wǎng)線或shutdown 端口才能實現(xiàn)。

綜上所述，民航TDM 網(wǎng)使用的eSight 網(wǎng)管軟件，其干線狀態(tài)的判斷機制存在缺陷，多數(shù)情況下無法準確判斷干線狀態(tài)，存在較大隱患。

2 應對方法

2.1 靜態(tài)BFD 綁定端口狀態(tài)方案測試

從前文中分析出民航TDM 網(wǎng)使用的eSight 網(wǎng)管軟件，其干線狀態(tài)的判斷機制是判斷端口狀態(tài)的Up 或Down，通過深入研究各類檢測機制和各種以太網(wǎng)協(xié)議，最終發(fā)現(xiàn)靜態(tài)BFD 技術可以判斷鏈路中斷，并將對應的干線端口狀態(tài)自動置為“Down”，在模擬配置實操軟件上進行測試，如圖10 所示。

圖10 靜態(tài)BFD 實驗

將“透傳設備”的G0/0/2 端口shutdown，模擬中間鏈路中斷的情況，登錄AR1 查看g0/0/0 端口狀態(tài)（圖11）。可以看到g0/0/0 端口的協(xié)議狀態(tài)變?yōu)椤癠P（BFD status down）”。繼續(xù)測試這一狀態(tài)是否會被eSight 網(wǎng)管軟件識別（圖12），即eSight 可以識別該狀態(tài)，并產(chǎn)生告警，標記鏈路為紅色告警狀態(tài)。

圖11 靜態(tài)BFD 檢測鏈路中斷后將對應端口狀態(tài)變?yōu)椤癇FD status Down”

圖12 eSight 可以識別“BFD status Down”狀態(tài)

2.2 搭建真機測試平臺進行測試

經(jīng)模擬實驗環(huán)境測試方案可行后，使用多臺AR3260 真機搭建測試平臺，包括網(wǎng)管及軟件、硬件配置均依據(jù)行業(yè)配置規(guī)范進行配置，在實驗平臺實際環(huán)境測試（圖13）。

圖13 真機實驗平臺網(wǎng)管監(jiān)控

經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，該方案能實現(xiàn)eSight 網(wǎng)管檢測到中間鏈路中斷從而產(chǎn)生告警，實測證明方案可行。

2.3 與廣州網(wǎng)絡中心聯(lián)合測試

珠海進近管制中心協(xié)調(diào)廣州網(wǎng)絡中心聯(lián)合進行“靜態(tài)BFD綁定端口狀態(tài)”方案測試，將我方民航TDM 網(wǎng)NE20-1 至廣州區(qū)管NE40 核心節(jié)點干線兩端配置靜態(tài)BFD 綁定端口狀態(tài)，配置示例見圖14。測試該干線中間鏈路（光傳輸設備）出現(xiàn)鏈路中斷，eSight 監(jiān)控可識別到鏈路中斷并實時產(chǎn)生相應告警，證實方案可行。

圖14 測試配置示例

2.4 小結(jié)

通過測試發(fā)現(xiàn)靜態(tài)BFD 綁定端口狀態(tài)可有效解決民航TDM 網(wǎng)eSight 網(wǎng)管鏈路監(jiān)控的隱患，目前珠海進近民航TDM網(wǎng)與廣州區(qū)管、珠海進近內(nèi)部所有至外臺干線均已使用靜態(tài)BFD 技術，已穩(wěn)定運行近一年時間，可以及時發(fā)現(xiàn)各種情況的干線中斷并實時告警。該方案已在民航中南空管局進行全系統(tǒng)推廣應用。

3 結(jié)束語

民航TDM 網(wǎng)是一套全新建成使用的覆蓋全國民航系統(tǒng)各單位的大型網(wǎng)絡，是未來較長一段時間內(nèi)，承載民航雷達、甚高頻、ADS-B、轉(zhuǎn)報和管制專線電話等核心業(yè)務信號的關鍵基礎設施，積極探索如何更好地對民航TDM 網(wǎng)開展運行維護，強化隱患排查治理，杜絕系統(tǒng)性風險是民航TDM 網(wǎng)一線運維部門和相關管理機構的努力方向。針對發(fā)現(xiàn)的問題，通過模擬驗證、實驗室環(huán)境驗證以及在實際生產(chǎn)網(wǎng)絡中上線試運行等方式，循序漸進，逐步推進，并經(jīng)過長期的功能性和穩(wěn)定性檢驗后投入全系統(tǒng)推廣。