基于路由模擬的網絡推演分析系統的設計和實現

王民昆，徐 曉，鄧志森，張大偉，熊志杰

（國網西南分部調控中心 四川 成都610041）

基于路由模擬的網絡推演分析系統的設計和實現

王民昆，徐 曉，鄧志森，張大偉，熊志杰

（國網西南分部調控中心 四川 成都610041）

通過對現網中指導流量穿越網絡路徑的路由協議配置進行監測，同步配置到支持同樣標準路由協議的Agent模擬器中，通過算法自動匹配現網物理鏈路關系，構建由Agent模擬器為載體的虛擬1:1網絡。在不影響現網的前提下，對模擬網進行設備、端口、配置的增刪變化，實現對實際網絡變更付諸實施前的故障排除和網絡推演，以防止由于簡單的配置錯誤或網絡構架問題引起網絡故障導致的高昂代價。

Agent模擬器；同步算法；路由推演；設計

電力的網絡架構和配置都比較復雜，目前通過管理系統可以簡便的監控網絡拓撲、接口流量、業務質量，但是當網絡管理員需要對網絡進行設備升級、配置變更時牽一發而動全身；電力的網絡災備要求很高，基本所有業務都要有冗余備份鏈路，管理員的組網經驗決定了冗余鏈路的健壯程度，但是還是無法預知如果出現了設備或端口故障時，路由走向會怎樣，當前的組網是否能滿足需求。文中通過一種Agent模擬器來實現路由協議，同步現網的設備配置和連接關系，讓模擬器之間的路由通信與現網保持一致，實現對現網的核心設備網絡的1:1模擬。配置變更或災備預演前，只需在模擬網上進行設備、端口和配置變更，模擬網就會推演出實際的變更后的網絡路由變化，減少了可能發生的錯誤導致的維護成本。

1 設備路由模擬

通過Agent模擬器來模擬現網的設備，對于路由推演系統來講需要Agent實現現網使用的路由協議，以電力調度網為例，最核心的就是 OSPF（RFC2328）和BGP（RFC4271）協議。Agent實現路由協議在軟件編碼上實際與設備相同，與設備最大的差別是性能，Agent包裝在一個512 M內存的虛擬機內，用于實現路由計算，不用考慮實際網絡帶來的業務壓力，所以成本比實際設備也少很多。Agent支持telnet/SNMP操作，可以在上面預先測試現網將要實施的配置變更。

設備端口最終通過綁定操作系統的物理網卡實現與外界通信，可以模擬多種端口類型，由于都是虛擬網卡，所以物理端口的帶寬無法通過Agent設備直接體現，但是可以通過配置端口的配置速率來調整端口的實際帶寬速率。由于路由協議的選路與帶寬有關，例如OSPF可以直接在接口視圖下直接配置開銷值；或者配置接口的帶寬參考值，OSPF根據帶寬參考值自動計算接口的開銷值，計算公式為：接口開銷＝帶寬參考值÷接口期望帶寬。如果沒有在接口視圖下配置此接口的開銷值，OSPF會根據該接口的帶寬自動計算其開銷值。接口開銷是路由選路的關鍵，將直接影響鏈路的流量走向。

2 物理鏈路同步

為了很方便的將現網的設備物理連接關系模擬出來，開發了一款界面圖形化的全真網絡模擬軟件，可以選中兩端設備和端口構建和現網物理鏈路完全一致的組網，Agent設備啟動后，根據鏈路連接和實現的路由協議完成路由表的構建。

圖1 全真網絡模擬軟件界面

3 網絡配置翻譯

1:1模擬的要求就是配置要一致，Agent具備網絡設備一樣的路由計算能力，但是需要一個自動化的同步算法將實際網絡設備的路由相關配置備份到Agent上，這樣Agent啟動之后之間的路由學習結果才會與現網保持一致。配置備份最好的方式就是配置文件下發，原理其實和手工輸入命令行下發到設備上一樣，這就需要一個翻譯器，將各個廠商的網絡設備不同的命令行實現方式轉化成Agent能夠理解的配置格式并下發到Agent上。系統通過進行配置片段模板比較的方式，在本地儲存一份配置模板庫，這個庫中保存了各個廠商不同的業務命令行配置片段模板與Agent自身的配置模板的比較對應關系。系統可以很方便的將現網設備中的配置解析成一個個業務配置片段，并在配置模板庫中進行對應匹配，最后將各個業務按照Agent自身的配置格式下發到Agent上，完成業務的1:1復制。

圖2 樣例

4 路由拓撲

推演的基礎是路由拓撲，區別于二層拓撲的通過LLDP協議和MAC學習來繪制連接關系，三層拓撲連接關系需要通過路由表RFC1157/4292學習來計算。在網絡設備的三層拓撲圖中，3層設備之間通過IP地址計算在同一個子網，且兩端接口都是PPP接口，則可認為兩個設備間是PPP直連鏈路；如果不是PPP接口，那么則根據子網進行連接。但這還并不能真實的展示三層設備間的鏈路關系。通過設備的 IP路由表信息，判斷，如果一個設備的路由表中存在另一個設備的非直連 （indirect）下一跳地址，那么我們就認為兩個設備間存在直連鏈路關系。以A設備為例，去往10.1.1.0和10.3.1.0的下一跳都是10.2.1.1，證明A到B的GE0/2方向有連線，以此類推。

5 推演展現

推演主要針對兩種場景，一種是災備考驗，通過在模擬系統上手動關閉某些端口，系統實時計算出現問題之后的路由變化展現給管理員；一種是實施預測，管理員要對網絡配置進行修改或擴容，在實施之前，直接在模擬系統上把預先需要實施的配置變更或新增Agent模擬器和連線關系進行配置，系統實時的計算當前網絡的變化，并給出變化后的效果，如果實施的內容有問題，在模擬網絡就會第一時間體現出來。如圖：現網遂寧到廣元的流量會經過備調的設備進行傳輸，在模擬系統上將遂寧連接備調的端口shutdown，兩者之間的鏈路變為紅色（Down）。這時系統會模擬OSPF的最短路徑開銷在剩余的幾個備選鏈路中選擇一條新的路由（圖中選中的路徑）。

圖3 鏈路關系圖

圖4 鏈路推演圖

6 結束語

網絡推演是一項很深入長遠的系統工程，對于網絡的性能優化和管理至關重要，也任重道遠。從拓撲可視化-＞流量實時監控-＞業務質量細分-＞Troubleshooting-＞路由變更模擬-＞故障預測-＞容量管理，實現對現在到未來的全面掌控。本系統實現了對路由的模擬，在網絡推演的路上邁了很關鍵的一歩，為后續的流量模擬和容量管理打下了理論和技術基礎。

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The system design and implementation of network routing simulation analysis based on deduction

WANG Min-kun，XU Xiao，DENG Zhi-sen，ZHANG Da-wei，XIONG Zhi-jie
（State Grid Southwest Division Regulation and Control Center，Chengdu 610041，China）

The network flow monitoring through network path routing protocol configuration，synchronous configuration to support the same standard routing protocol agent simulator.By the algorithm automatically match the existing network link physical relationship，constructed by agent simulator for networks with virtual carriers 1:1.Under the premise of not affecting the current network and of network simulation of equipment，interface，configuration of the additions and deletions to change，realize the actual network change into before the implementation of the troubleshooting and network inference，to prevent due to simple configuration errors or network architecture problems caused by network failure causes of costly.

Agent simulator；synchronization algorithm；routing inference；design

TN99

：A

：1674－6236（2017）03-0065-03

2016-02-26稿件編號：201602155

王民昆（1973—），男，重慶人，碩士，高級工程師。研究方向：電網調度自動化。