雙向轉發檢測技術在海洋環境觀測數據傳輸網多鏈路冗余中的應用實踐

張宇，魏海

（國家海洋技術中心天津 300112）

雙向轉發檢測技術在海洋環境觀測數據傳輸網多鏈路冗余中的應用實踐

張宇，魏海

（國家海洋技術中心天津 300112）

在我國海洋環境觀測數據傳輸網業務化運行體系當中，觀測數據的實時不間斷傳輸是保障數據傳輸網業務化運行的重要基礎，而多鏈路冗余技術是保證觀測數據實時不間斷傳輸的重要技術手段。要實現多鏈路冗余，必須要通過雙向轉發檢測技術結合策略路由配置等技術手段，達到主鏈路及備用鏈路無縫切換的目的。所以，需要研究雙向轉發檢測技術和策略路由及浮動路由的配置技術，并通過上述兩種技術手段的結合，最終實現多鏈路冗余，為海洋環境觀測數據傳輸網業務化運行提供強有力的技術支撐。

海洋環境觀測數據傳輸網；雙向轉發檢測技術；多鏈路冗余；無縫切換

我國的海洋環境觀測站點主要分布在地理位置偏僻、自然環境惡劣的海邊和海島上，為保證海洋環境觀測數據能夠實時、穩定地傳輸，多條數據傳輸鏈路的冗余就成為海洋環境觀測數據業務化傳輸的重要保障手段。通過采用網絡設備上的雙向轉發檢測技術，結合相關策略路由及多種數據傳輸鏈路優先級的配置，就能夠實現多條數據傳輸鏈路的冗余。通過在海洋環境觀測站點的相關實驗，多條數據傳輸鏈路（包括有線通信鏈路及無線通信鏈路）能夠穩定地實現無縫切換，即在一條通信鏈路出現故障的情況下，觀測數據能夠自動通過另外的通信鏈路進行傳輸。

國際上關于海洋環境觀測數據傳輸網的鏈路冗余早已開展了深入的研究及實踐，例如美國的21世紀綜合海洋觀測系統（IOOS）早已實現了相關通信鏈路冗余備份的建設。我國關于海洋環境觀測數據傳輸網通信鏈路冗余的應用研究及系統集成還處于剛剛起步的階段，所以迫切需要進行深入研究和實踐來保障我國的海洋環境觀測數據傳輸網穩定可靠的運行。綜上所述，通過對雙向轉發檢測技術的研究能夠為海洋環境觀測數據傳輸網的業務化運行提供有益幫助。

1 多鏈路冗余系統總體設計

多鏈路冗余系統的設計首先要求對業務透明，其次根據業務的實時性要求能夠調整多鏈路冗余切換時間，最后是能夠對網絡設備間任意類型的雙向轉發路徑進行故障檢測，包括直連物理鏈路、虛電路、隧道、MPLS LSP、多跳路由路徑以及單向鏈路等。

1.1 系統的組成

我國目前的海洋業務化觀測站點主要采用數據實時傳輸的方式。所以，僅需研究兩個站點之間的多種通信鏈路的冗余，就可以充分對多種通信鏈路的無縫切換進行驗證。兩個站點的多鏈路冗余系統主要由路由器A、路由器B、通信鏈路A、通信鏈路B、交換機A、交換機B及相應的計算機終端設備組成。節點A和節點B有兩條通信鏈路進行數據交互。系統組成示意圖如下所示：

圖1 系統組成拓撲圖

1.2 系統工作流程

圖2 系統工作流程圖

系統以雙向轉發檢測技術為基礎，通過發送測試報文，對網絡性能或服務質量進行分析，并根據實時監控到的網絡狀態變化，結合業務的實際需求及時進行相應的處理，從而避免通信的中斷或服務質量的降低。

在應用該技術實現兩個站點之間的多種通信鏈路的冗余的情況下，則根據發送的HELLO測試報文探測主通信鏈路（如通信鏈路A）的狀態，如果狀態正常則繼續探測，如狀態異常則啟用備用通信鏈路（如通信鏈路B）。

1.3 系統的主要功能

多鏈路冗余系統提高了數據傳輸的實時性和穩定性，為我國海洋環境觀測提供了業務化運行的技術支持，減少了目前我國海洋環境觀測系統中的觀測站點地理位置分布廣、環境條件差等客觀因素對系統業務化運行帶來的影響。

該系統主要設計功能為多鏈路在無人值守條件下的自動切換，同時配合路由策略、Qos和ACL等技術還可以實現多鏈路負載均衡、多鏈路負載分擔以及針對業務或訪問需求的鏈路選擇等。

2 多鏈路冗余系統關鍵技術的研究

2.1 雙向轉發檢測（BFD）

雙向轉發檢測是一種高速的獨立HELLO協議（類似于那些在路由協議中使用的協議，如開放最短路徑優先協議（OSPF），或可以與鏈路、接口、隧道、路由或其他網絡轉發部件建立聯系的中間系統到中間系統協議）。它是多鏈路冗余系統的基礎，工作原理是能夠與相鄰系統建立對等關系，然后，每個系統以協商的速率監測來自其他系統的BFD速率。監測速率能夠以毫秒級增量設定。當對等系統沒有接到預先設定數量的數據包時，它推斷BFD保護的軟件或硬件基礎設施發生故障，不管基礎設施是標記交換路徑、其他類型的隧道，還是交換以太網絡。BFD部署在路由器和其他系統的控制平面上。BFD檢測到的網絡故障可以由轉發平面恢復或由控制平面恢復。

2.2 與業務需求結合

多鏈路冗余系統在實際應用中必須與業務需求緊密結合，根據不同的業務需求，制定不同的技術方案。在多鏈路冗余系統中，探測頻率、觸發條件等諸多參數是可以在很大范圍內調整的，所以在配置多鏈路冗余時，必須綜合考慮網絡中所有業務的需求。

多鏈路冗余系統的探測頻率、觸發條件、鏈路切換等待時間等關鍵參數的設置會在很大程度上影響網絡的運行質量。探測頻率高會占用更多的帶寬，但會更快更及時地發現網絡服務質量的變化；探測頻率低會減少所占的帶寬，但發現網絡服務質量變化的實效性會降低。在得到了網絡服務質量分析結果后，多鏈路冗余系統會自動判斷所得到的分析結果是否滿足觸發條件，如果不滿足觸發條件則繼續監測網絡服務質量，如滿足則進行下一步操作。所以觸發條件的設置需要綜合網絡正常運行時的網絡服務質量和實際業務需求，設置過于靈敏則會導致誤操作，反之則會降低網絡中數據傳輸的實時性。

例如在包含視頻或語音業務的網絡中，探測頻率、觸發條件就要求很高，但這樣就會帶來帶寬消耗的增加和誤操作風險的增加；在只包含數據的網絡中，對探測頻率、觸發條件的要求就不是很高。

2.3 策略調整

策略調整是指檢測到網絡服務質量不滿足業務需求后的處理機制，是多鏈路冗余系統的核心。沒有策略的調整，對網絡服務質量的監測分析就沒有意義，也就更無從談起多鏈路冗余系統的建立。目前主流路由器廠商都支持雙向轉發檢測技術與路由備份、接口備份、靜態路由、策略路由等策略的聯動。在實際應用中，

圖3 策略調整功能實現

應該根據業務需求選擇相應的策略調整方式。

3 觀測站點實驗與相關配置

3.1 實驗系統組成

實驗系統設備組成如圖4所示，包含A、B兩個節點，兩節點之間有兩條通信鏈路，其中主通信鏈路為地面專線，備用通信鏈路為VSAT衛星線路。業務需求為A節點的終端每分鐘向B節點終端發送一個海洋環境監測數據，傳輸實效性要求低于1 s。

圖4 實驗系統拓撲圖

3.2 多鏈路冗余配置

3.2.1 配置思路

正常情況下路由器A通過地面鏈路訪問路由器B，路由為靜態。當路由器A和路由器B之間的地面鏈路出現故障后，能和BFD聯動，實現毫秒級切換到衛星鏈路，保證業務不中斷。

3.2.2 詳細配置

1.配置ROUTER-A。

Sys

Int s0/2/1

Ip add 10.1.1.1 24

Int loo0

Ip add 172.16.1.1 32

Int s0/2/0

Ip add 12.1.1.1 24

bfd min-transmit-interval 500表示接口發送BFD echo報文的最小時間間隔為500 ms

bfd min-receive-interval 500表示接口接收BFD echo報文的最小時間間隔為500 ms

bfd detect-multiplier 9

Quit

ip route-static 192.168.1.1 32 s0/2/0 12.1.1.2 bfd control-packet表示配置靜態路由與BFD聯動

ip route-static 192.168.1.1 32 s0/2/1 10.1.1.10 preference 65

2.配置ROUTER-B。Sys

Int s0/2/1

Ip add 20.1.1.2 24 Int loo0

Ip add 192.168.1.1 32 Int s0/2/0

Ip add 12.1.1.2 24

bfd min-transmit-interval 500表示接口發送BFD echo報文的最小時間間隔為500 ms

bfd min-receive-interval 500表示接口接收BFD echo報文的最小時間間隔為500 ms bfd detect-multiplier 9 Quit

ip route-static 172.16.1.1 32 s0/2/0 12.1.1.1 bfd controlpacket表示配置靜態路由與BFD聯動

ip route-static 172.16.1.1 32 s0/2/1 20.1.1.10 preference 65

驗證配置結果

配置完成后，在Router-A和Router-B上執行display bfd session命令，可以看到建立了一個單跳檢測的BFD會話，且會話狀態為Up。以Router-A上的顯示為例。當地面專線出現故障時，能在500 ms內快速切換到衛星鏈路。

display bfd session all verbose

Session MIndex：4097（One Hop）State：Up Name：atob

Local Discriminator：1 Remote Discriminator：2

Session Detect Mode：Asynchronous Mode Without Echo Function

BFD Bind Type：Interface（GigabitEthernet1/0/1）Bind Session Type：Static

Bind Peer IP Address：224.0.0.184

NextHop Ip Address：224.0.0.184

Bind Interface：GigabitEthernet1/0/2

FSM Board Id：0 TOS-EXP：6

Min Tx Interval（ms）：1000 Min Rx Interval（ms）：1000

Actual Tx Interval（ms）：1000 Actual Rx Interval（ms）：1000

Local Detect Multi：3 Detect Interval（ms）：3000

Echo Passive：Disable Acl Number：-

Proc Interface Status：Disable Process PST：Disable

WTR Interval（ms）：-WTR Timer State：Stop

Active Multi：3

Last Local Diagnostic：No Diagnostic

Bind Application：No Application Bind

SessionTXTmrID：-SessionDetectTmrID：-

SessionInitTmrID：-SessionWTRTmrID：-

Session Echo Tx TmrID：-

PDT Index：FSM-0|RCV-0|IF-0|TOKEN-0

Session Description：-

Total UP/DOWN Session Number：1/0

4 結論

隨著IP網絡承載業務的豐富，人們對IP網絡的要求也越來越高。可靠性是承載網絡最重要的特性之一。通過上述配置，在南海區相關海洋環境觀測站點實現了地面專線與VSAT通信鏈路的實時冗余，保證了數據傳輸系統的穩定可靠運行。

實踐證明，雙向轉發檢測技術能夠實現站點間的多鏈路冗余，能夠為我國海洋環境觀測數據傳輸網業務化運行提供強有力的技術支撐。

[1]徐俊，秦藝力.通信IP網BFD應用的研究[J].《電子設計工程》，2012，3：26-28．

[2]D Katz，D Ward.BFD for IPv4 and IPv6（Single Hop）.draft-ietfbfd-v4v6-1hop-02.txt[S]．2005，（3）：21-22．

[3]D Katz，D Ward.Bidirectional Forwarding Detection．draft-ietfbfd-base-02.txt[S]．2005，（3）：16-19.

[4]龔鐵柱．一種基于BFD檢測的IP快速重路由解決方案[J].中國高新技術企業，2009（10）：11-14．

2012-08-13