淺析MSTP技術(shù)在青海地震臺(tái)網(wǎng)互聯(lián)中的應(yīng)用*

馬曉蘭，胡 玉，白占孝，劉興盛

(青海省地震局，青海西寧810001)

0 引言

地震觀測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，以及各類地震觀測(cè)數(shù)據(jù)的迅速增長，對(duì)地震傳輸網(wǎng)絡(luò)的帶寬及網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性都提出了更高的要求 (許國亮，陸興旺，2011)。2010年，基于MSTP在網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)上的穩(wěn)定可靠的特性和其傳輸方式的優(yōu)越性，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)平臺(tái)上進(jìn)行了模擬測(cè)試，對(duì)MSTP組網(wǎng)的接入模式、VLAN劃分、L3和L2轉(zhuǎn)發(fā)等多種要素進(jìn)行配置及結(jié)果論證，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的相應(yīng)技術(shù)平臺(tái)做了考察，為在青海省建立MSTP傳輸網(wǎng)絡(luò)積累了較為完備的技術(shù)知識(shí)，總結(jié)出切合實(shí)際的操作方法。2011年在原有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，將青海省地震局網(wǎng)絡(luò)改造成為了穩(wěn)定高效的通訊網(wǎng)絡(luò)。

1 MSTP簡介

MSTP(Multi-Service Transport Platform)是基于SDH技術(shù)的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái) (李鐵，2006)，它融合和繼承了SDH技術(shù)對(duì)傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流提供保護(hù)恢復(fù)能力和較小的延遲性能 (謝偉，2006)，而且最關(guān)鍵的是，它能夠和原有已建設(shè)的SDH網(wǎng)絡(luò)保持很好的兼容，同時(shí)支持多協(xié)議傳輸業(yè)務(wù)。MSTP可作為骨干節(jié)點(diǎn)接入點(diǎn)與分支節(jié)點(diǎn)高效結(jié)合，支持混合型業(yè)務(wù)，同一端口對(duì)于不同實(shí)例對(duì)應(yīng)不同的內(nèi)部路徑，因此非常適用于多個(gè)獨(dú)立邊緣網(wǎng)絡(luò)的接入。

MSTP技術(shù)優(yōu)勢(shì):

(1)MSTP既有一定的技術(shù)前瞻性，又有良好的前向兼容性 (張喜云，2009)。

(2)MSTP設(shè)備集成了許多種傳送網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本功能，二、三層數(shù)據(jù)在同一設(shè)備中解析轉(zhuǎn)發(fā)，減少了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備，簡化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) (韓斐，2012)。

(3)上連支持多類型鏈路接入，并可實(shí)現(xiàn)鏈路的負(fù)載均衡。

(4)MSTP設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的VLAN可進(jìn)行靈活捆綁配置，因此系統(tǒng)擁有較好的擴(kuò)展性。

(5)采用MSTP組建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備減少，網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)和管理成本也會(huì)降低 (樓媛媛等，2008)。

(6)由于MSTP網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備在連接交換網(wǎng)絡(luò)時(shí)形成各自的單生成樹，所以可以徹底消除環(huán)路影響。

2 MSTP在青海地震臺(tái)網(wǎng)中的應(yīng)用

2.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰

由于MSTP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備各骨干節(jié)點(diǎn)設(shè)備匯聚各子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成精簡，網(wǎng)絡(luò)層次清晰，據(jù)此將我局網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化成為1個(gè)二級(jí)網(wǎng)絡(luò) (水榮生，王煜，2011)。即以局網(wǎng)絡(luò)中心為中心節(jié)點(diǎn)，下連7個(gè)二級(jí)節(jié)點(diǎn)，二級(jí)節(jié)點(diǎn)下又各連幾個(gè)二層接入節(jié)點(diǎn)。圖1為網(wǎng)絡(luò)總體拓?fù)鋱D。

在每個(gè)二級(jí)節(jié)點(diǎn)配備了MSTP設(shè)備，二級(jí)節(jié)點(diǎn)三層交換設(shè)備與MSTP設(shè)備相連，通過電信提供的傳輸鏈路，上連至網(wǎng)絡(luò)中心多功能光端機(jī) (此光端機(jī)可以解析從二級(jí)節(jié)點(diǎn)MSTP設(shè)備傳送來的VLAN標(biāo)簽，解析到端口)，通過多功能光端機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)中心三層核心設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)中心下連鏈路為專用通信鏈路。圖2為二級(jí)節(jié)點(diǎn)下連拓?fù)洹?/p>

三級(jí)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)上移至接入骨干層 (二級(jí)節(jié)點(diǎn)的三層交換設(shè)備)，簡化了三級(jí)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的上連模式，使其成為二級(jí)節(jié)點(diǎn)的1個(gè)局域網(wǎng)，由此構(gòu)成的廣域網(wǎng)從本質(zhì)上看只是1個(gè)二級(jí)網(wǎng)絡(luò)。三層節(jié)點(diǎn)通過二級(jí)節(jié)點(diǎn)三層交換設(shè)備的快速以太口連接到MSTP設(shè)備。在三層交換設(shè)備上完成了二層交換數(shù)據(jù)的VLAN標(biāo)簽拆封，打包成IP包數(shù)據(jù)后通過傳輸鏈路發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中心三層核心設(shè)備，反之亦然。圖3為二級(jí)節(jié)點(diǎn)下連拓?fù)洹?/p>

圖1 網(wǎng)絡(luò)總體拓?fù)銯ig.1 Overall topology of the network

圖2 二級(jí)節(jié)點(diǎn)上連拓?fù)銯ig.2 Even on the secondary node topology

由于西寧的6個(gè)二級(jí)節(jié)點(diǎn)是區(qū)內(nèi)鏈路，經(jīng)過與電信協(xié)商，決定由電信提供1個(gè)三層交換設(shè)備作為6個(gè)節(jié)點(diǎn)的匯聚，上連網(wǎng)絡(luò)中心三層核心設(shè)備，并通過電信傳輸層到達(dá)各個(gè)二級(jí)節(jié)點(diǎn)。

圖3 二級(jí)節(jié)點(diǎn)下連拓?fù)銯ig.3 Under the secondary node topology

2.2 網(wǎng)絡(luò)速率提高

二級(jí)節(jié)點(diǎn)使用三層交換設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)中心連接，上連為三層千兆端口 (共4個(gè)端口)，采用路由方式，利用線速轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)算公式，測(cè)算所得滿配吞吐量約為6 Mpps，下連端口為100 MB(24口)。交換機(jī)背板帶寬約為32 GB，所有端口總帶寬小于交換機(jī)背板帶寬，所以可實(shí)現(xiàn)全線速轉(zhuǎn)發(fā)，做到無阻塞包交換。

三級(jí)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)關(guān)配置在二級(jí)節(jié)點(diǎn)的三層交換設(shè)備上，使得udp協(xié)議和tcp協(xié)議在一個(gè)節(jié)點(diǎn)三層交換設(shè)備中解析，即L2和L3在一個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)融和。

上述特點(diǎn)使網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率比以前提高，在臺(tái)站測(cè)試時(shí)傳輸速率最少提高了5倍。

2.3 VLAN的應(yīng)用

VLAN(虛擬局域網(wǎng))是一種將局域網(wǎng)設(shè)備從邏輯上劃分為一個(gè)個(gè)網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的新型數(shù)據(jù)交換技術(shù)。在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上我們從實(shí)際出發(fā)，在三層交換設(shè)備上，運(yùn)用按端口劃分VLAN的方式將交換機(jī)中的某些端口定義為1個(gè)單獨(dú)的區(qū)域，從而形成1個(gè)VLAN。同一VLAN中的計(jì)算機(jī)屬于同一個(gè)網(wǎng)段，不同VLAN之間進(jìn)行通信需要通過路由器。通過測(cè)試和抓包，得到結(jié)果是各VLAN之間無相互干擾，VLAN數(shù)據(jù)整齊劃一，數(shù)據(jù)完整。

在實(shí)際應(yīng)用中，為了充分利用MSTP設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的高效性能，我們運(yùn)用了VLAN的劃分，進(jìn)行了子網(wǎng)隔離。以二級(jí)節(jié)點(diǎn)德令哈臺(tái)為例，德令哈臺(tái)下連6個(gè)三級(jí)節(jié)點(diǎn)，在三層交換設(shè)備上的6個(gè)快速以太口配置了不同的VLAN號(hào)，每個(gè)VLAN配置一個(gè)相應(yīng)的子網(wǎng)地址段，6個(gè)下連節(jié)點(diǎn)被劃分為6個(gè)VLAN。

劃分VLAN后，同一個(gè)VLAN內(nèi)的主機(jī)通過傳統(tǒng)的以太網(wǎng)通信方式進(jìn)行報(bào)文的交互，而不同VLAN內(nèi)的主機(jī)之間則需要通過網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備進(jìn)行通信。這樣廣播域被限制在1個(gè)VLAN內(nèi)，避免影響其它網(wǎng)段，也可減少主干網(wǎng)的流量，提高網(wǎng)絡(luò)速度。采用VLAN提供的安全機(jī)制，可以限制特定用戶的訪問，控制廣播域的大小和位置，甚至綁定網(wǎng)絡(luò)成員的MAC地址，這樣，就限制了未經(jīng)安全許可的用戶和網(wǎng)絡(luò)成員對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的安全性。

2.4 通訊開銷的降低

MSTP可實(shí)現(xiàn)多個(gè)VLAN捆綁到一個(gè)實(shí)例 (多個(gè)VLAN集合)中，簡化鏈路接入方式，提高了資源利用率。以二級(jí)節(jié)點(diǎn)德令哈臺(tái)為例，在MSTP設(shè)備上將3個(gè)2MSDH劃分為3個(gè)VLAN捆綁為一個(gè)實(shí)例，起到鏈路聚合作用，捆綁后的帶寬傳輸開銷小于單個(gè)鏈路開銷。下連6個(gè)三級(jí)節(jié)點(diǎn)通過此鏈路與網(wǎng)絡(luò)中心進(jìn)行通訊。6條與網(wǎng)絡(luò)中心的區(qū)間鏈路改為與德令哈臺(tái)的區(qū)內(nèi)鏈路，即一個(gè)區(qū)域內(nèi)遠(yuǎn)程鏈路大幅減少，在實(shí)際中大大降低了鏈路開銷，優(yōu)化改造后所有節(jié)點(diǎn)原有鏈路租用費(fèi)比原來節(jié)省約十八萬元。在青海這種地域廣，節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中心距離遠(yuǎn)的省份，這種通訊方式對(duì)通訊費(fèi)用的節(jié)省是非常有效的。

3 MSTP組網(wǎng)的不足及解決方案

利用MSTP技術(shù)有效提升了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效能，又對(duì)以后網(wǎng)絡(luò)向更前沿發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)了區(qū)域內(nèi)全交換網(wǎng)絡(luò)通訊，中心與二級(jí)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成層次明晰的骨干通訊網(wǎng)絡(luò)。

匯聚節(jié)點(diǎn)帶寬可隨時(shí)調(diào)整 (彈性帶寬)，在MSTP設(shè)備上增加或減少VLAN實(shí)例可以非常方便地調(diào)整帶寬。

MSTP傳輸方式在一個(gè)光纖通信單元上進(jìn)行多個(gè)鏈路的傳輸，節(jié)約了接入光纖，并且提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性和可用性。

但是MSTP設(shè)備也有其不足之處，如在建網(wǎng)時(shí)不做冗余設(shè)備的配置，在骨干節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)會(huì)引發(fā)相關(guān)邊緣子網(wǎng)的通訊中斷。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以在骨干節(jié)點(diǎn)增加二級(jí)設(shè)備，做為冗余配置。若有條件，還可接入一條鏈路，實(shí)現(xiàn)鏈路和設(shè)備的雙負(fù)載均衡。圖4為二級(jí)節(jié)點(diǎn)解決方案。

圖4 二級(jí)節(jié)點(diǎn)解決方案Fig.4 The solution of the secondary node

4 結(jié)語

MSTP適用于對(duì)復(fù)雜組網(wǎng)的簡化，配置也相對(duì)簡單。青海地震信息網(wǎng)絡(luò)在升級(jí)改造后已穩(wěn)定運(yùn)行了3年多，除運(yùn)營商故障外，該網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行效率一直穩(wěn)定在99.7%以上，大大優(yōu)于原先網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率。MSTP組網(wǎng)接入方便、速度理想、資費(fèi)低、維護(hù)簡單，并使得我局網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性及傳輸速率等都得以優(yōu)化。可以說，MSTP組網(wǎng)對(duì)青海地震信息網(wǎng)升級(jí)改造提供了非常理想的解決方案，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步發(fā)展開拓了思路。

本文得到了孫凱老師的大力支持，在此表示衷心的感謝!

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