MPLS VPN技術應用于氣象廣域網

引言：省氣象廣域網是指覆蓋省內各級氣象部門的地面寬帶網絡,由各級氣象部門與相關運營商共同承建，主要承載著省內各類探測數據的傳輸，以及氣象數據共享、視頻天氣會商等業務，是省內各項氣象業務、科研等穩定運行的基礎平臺。

升級改造前的省級氣象廣域網

升級改造前湖北省級氣象廣域網網于2014年已建成了以MSTP、SDH混合方式（租用方式）的業務網絡系統。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專線聯接到所屬的市(州)局業務網，形成省-市-縣三級混合網絡方式，見下圖1。然而，隨著氣象信息現代化的快速發展，該網絡架構已不滿較好的滿足后期各項業務發展的需求。主要表現在：

1.星型結構網絡擴展性不強，特別是市縣氣象臺站局站分離情況的增加，需要對網絡節點進行擴充時，市縣兩級均需要重新建設，建設費用較高。

2.市(州)局承擔著市與所管轄區內各縣局的數據傳輸與共享等業務，一旦市(州)局設備或線路故障將影響到全市業務正常運行。

3.根據氣象信息化發展規劃，氣象系統集約化與信息共享趨于扁平化；如：全省各市、縣局從省局調用大量指導產品與氣象數據(如CIPAS、MICAPS 系統等 )，省內跨市與縣應用系統聯動業務開展；使得省內市局或縣局間任意兩點間、各縣至省級間直接進行數據通信的需求日益迫切。

圖1 升級改造前省級氣象廣域網拓撲結構圖

升級改造思路

1.設備優化升級

省局廣域網匯聚端、市(州)局、縣 (市 )均部署兩臺路由器，通過IRF技術，將物理上兩臺設備虛擬化為一臺邏輯設備，在降低網絡運維成本的同時，提升設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；市局兩臺設備承載管轄區內各縣(市)MSTP專線接入，同時作為市級CE端接入MPLS VPN網；縣局設備MSTP專線接入至所屬市局，作為移動MPLS VPN網CE端接入。

2.線路優化升級

對 省-市（州）-縣 三級廣域網垂直結構的進行調整，全省氣象廣域網實現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。

在MPLS VPN網狀網絡架構中，新增局點只需要一個端口配合運營商完成本地網絡的接入，由運營商將相關網段信息在MPLS VPN網中發布即可，不僅解決網絡節點擴充時的建設成本，而且降低市、縣兩級氣象網絡運維人員的工作量。省、市、縣各級氣象部門作為CE端接入至運營商PE設備，實現各級任意兩個網絡節點之間的直接通信，符合氣象信息化發展規劃。升級后的省級氣象廣域網真正實現了省、市、縣三級設備、鏈路、路由的雙冗余，使氣象系統基礎業務有雙重保障。

3.業務流量分擔

業務分流是指氣象業務流與視頻流由不同的鏈路進行傳輸。我省根據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據傳輸、氣象數據共享、政務辦公等業務；MSTP專線則承擔著全省各級氣象部門間的高清視頻會商、遠程培訓等業務。

圖2 升級改造后省級氣象廣域網拓撲結構圖

實際部署

1.全省廣域網接入路由器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，在簡化各地網絡配置的同時，有效解決核心網絡設備單點故障隱患。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.路由規劃

省市縣三級廣域網路由器作為CE端接入移動MPLS VPN網，各地以MPLS VPN線路作為主用線路，采用OSPF多進程進行路由規劃。全網規劃三個OSPF進程，其中，MPLS VPN 網絡的PE與CE間運行OSPF 10，省局與市局互聯鏈路(MSTP)運行OSPF 20，省局局域網運行OSPF 1，市局其所管轄縣局域網運行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，在引入市局局域網路由同時，將市局所管轄縣局局局域網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 中學習到的OSPF路由

依據裝置整體結構方案設計，為保證裝置調節角度及位移距離精度，實現裝置自動控制，選取PLC作為控制核心。通過激光測距傳感器進行風筒出風口距掘進端頭的距離測定，根據距離信號反饋，驅動步進電動機實現距離前后調節，使其保證在5～10 m范圍內，且在5～10 m范圍內時，PLC控制器執行設定程序，驅動齒輪轉向機構和葉片開合機構的步進電動機工作，實現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的反饋，確保最佳風場調控規則在智能調控裝置上角度偏轉的準確性。智能調控方案如圖8所示。

import-route ospf 20---引入從OSPF 20 中學習到的OSPF路由

preference 180--OSPF 1 內部路由優先級180

preference ase 190--OSPF1 外部路由優先級190

area 0.0.7.215--在區域2007中宣告相應路由

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專線互聯接口地址

ospf 10--OSPF10外部路由優先級分別為150

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

import-route static route-policy S-TOOSPF--引入匹配S-TOOSPF的靜態路由(市局及所管轄縣局局域網業務地址)

圖3 全省氣象廣域網路由規劃

area 0.0.0.0

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

ospf 20

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

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

preference ase 170---OSPF20外部路由優先級分別為170

area 0.0.0.0

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

省級氣象廣域網采用MPLS VPN+MSTP鏈路作為冗余，保證氣象廣域網故障時，能在不影響業務情況下完成鏈路的自動切換，做到無縫網絡備份。

3. 業務分流

根據路由規劃，正常情況下，我省以MPLS VPN作為主要線路來承載氣象數據傳輸與共享等業務。為充分利用備份線路(MSTP)，同時避免視頻業務過多消耗主用鏈路的帶寬資源，將視頻會商業務流分配至MSTP專線上，即在各局點廣域網路由器上配置視頻業務的靜態路由；然而當MSTP專線兩端中任一端鏈路故障，對端設備無法感知，這樣會導致配置靜態路由的視頻業務流量無法進行自動切換，因此本次采用靜態路由與BFD聯動來完成。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。

結束語

升級改造后的省級廣域網，實現了以MPLS VPN和 MSTP線路熱備份組網的網絡架構，主要性能指標包括：線路自動切換與備份、業務分流等功能；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，提高全網數據傳輸的可靠性。此次廣域網升級，符合省氣象信息化發展的規劃，在不斷提高全省氣象通信網絡傳輸的水平的同時，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絡系統的建設提供參考與借鑒。