VRRP與BFD在改造大二層承載網(wǎng)中的應用

周瑋

摘要：該文從某運營商現(xiàn)有的大二層網(wǎng)絡的架構及改造需求談起， 詳細論述了針對該網(wǎng)絡提出的改造方案以及涉及的技術難點。該方案把VRRP協(xié)議（Virtual Router Redundancy Protocol）和BFD協(xié)議（Bidirectional Forwarding Detection）有機地結合在一起，使它們協(xié)調工作，實現(xiàn)了把一個比較脆弱的大二層網(wǎng)絡改造成一個相對健壯的網(wǎng)絡的目的;并且實現(xiàn)了多鏈路的冗余備份，主鏈路故障后業(yè)務可以快速倒換到備份鏈路。該方案在現(xiàn)網(wǎng)的成功實施說明了VRRP的BFD的結合可以實現(xiàn)二層網(wǎng)絡毫秒級的業(yè)務倒換.

關鍵詞：虛擬路由器冗余協(xié)議;雙向轉發(fā)檢測;業(yè)務倒換

中圖分類號：TP393 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）14-0072-02

某電信運營商在LTE技術成熟之際決定更新原有GSM倒換WCDMA基站并大量新建LTE基站以滿足用戶對移動業(yè)務流量及帶寬日益增長的需求。由于原有大二層承載網(wǎng)的限制，無法滿足LTE移動業(yè)務對承載網(wǎng)快速倒換的需求。為了最低成本地對現(xiàn)有承載網(wǎng)進行改造以滿足業(yè)務需求，經(jīng)過研究與測試，最終引入了VRRP（ Virtual Router Redundancy Protocol） +BFD （Bidirectional Forwarding Detectio）的解決方案。本論文全面分析了引入此方案的原因及實現(xiàn)方案。

1 簡要網(wǎng)絡分析

該運營商共有3000多個站點，每個站點都有BTS（2G）基站、NodeB（3G）基站、eNodeB（4G-LTE）基站中的至少一種。

在每一個站點機房中，都有一臺和基站設備共站的三層接入交換機，該三層接入交換機通過本站點的波分（DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing）設備接入到了DWDM網(wǎng)絡。這臺三層交換機其實只起到了二層交換機的作用。

DWDM網(wǎng)絡是一個具有主備鏈路倒換功能的光波復用網(wǎng)絡，會有從核心網(wǎng)到基站的業(yè)務數(shù)據(jù)流，在業(yè)務穿越DWDM網(wǎng)絡時，會有主備兩條隧道供使用：當主用隧道不可用時，業(yè)務可以通過備用隧道到達站點，保證手機業(yè)務不會中斷，增強網(wǎng)絡的健壯性。

2 運營商客戶的需求

雖然DWDM網(wǎng)絡具備自愈的功能， 可以在主用隧道不可用時快速將業(yè)務切換到備用隧道，但是核心路由器只有一臺，這就意味著核心網(wǎng)與核心路由器之間的鏈路只有一條，核心路由器至DWDM網(wǎng)絡的鏈路也只有一條。當這兩臺鏈路中的任何一條不可用時，全網(wǎng)業(yè)務便會癱瘓，所以這里隱藏著單鏈路故障巨大的風險。

此外，由于核心路由器只有一臺，當核心路由器不可用時，全網(wǎng)也將處于癱瘓狀態(tài);即這里也有單點故障的巨大風險。

雖然可以通過在核心網(wǎng)與核心路由器之間以及核心路由與DWDM網(wǎng)絡之間增加備用的鏈路解決單鏈路故障帶來的風險，但是仍然無法解決潛在的單點故障的風險。

客戶希望能夠有一個解決方案，通過購買最少的設備同時化解掉這兩個風險，并且要求在出現(xiàn)單鏈路故障（即某條鏈路不可用）或單點故障（即某臺核心路由器不可用）時，業(yè)務能夠快速切換到備用的設備或鏈路上，不會產(chǎn)生特別明顯的丟包或業(yè)務中斷。

3 方案分析

3.1 新的網(wǎng)絡拓撲

解決單點故障風險的唯一辦法就是增加核心路由器，使兩臺核心路由器互為備份。

新增核心路由器后必然需要在新增的核心路由與核心網(wǎng)和DWDM網(wǎng)絡間新增鏈路，這樣單鏈路故障的問題得以解決。為了進一步增強網(wǎng)絡的健壯性，我們也在兩臺核心路由器之間設計一條互聯(lián)鏈路。R2就是增加的一個路由器，改進后的網(wǎng)絡拓撲圖如下：

核心路由器R2是新增加的一臺核心路由器。

3.2 核心網(wǎng)與核心路由器之間路由協(xié)議的部署

在核心網(wǎng)與兩臺核心路由器互聯(lián)的設備和兩臺核心路由器上運行OSPF（Open Shortest Path First）路由器協(xié)議，相互交換路由信息。

核心網(wǎng)會通過OSPF路由協(xié)議分別從核心路由器R1和核心路由器R2上學習到兩條到基站的同一個業(yè)務網(wǎng)段的路由，通過設置核心網(wǎng)設備不同端口的OSPF優(yōu)先級，使核心網(wǎng)從核心路由器R1學習到的路由條目優(yōu)先于從核心路由器R2學習到相同基站的業(yè)務網(wǎng)段的路由條目。這樣，在正常情況下，核心網(wǎng)就會以核心路由器R1作為主用路由器，優(yōu)先把業(yè)務流量發(fā)送給核心路由器R1。

因為核心路由器到站點之間的網(wǎng)絡（包括DWDM部分）是純二層網(wǎng)絡，所以基站設備的網(wǎng)關只能配置在兩臺核心路由器上。兩臺核心路由器與基站之間初步考慮部署VRRP（Virtual Router Redundancy Protocol，虛擬路由冗余協(xié)議）協(xié)議，核心路由器與基站之間有任何鏈路不可用時，通過VRRP實現(xiàn)基站與核心路由器之間的業(yè)務切換。

4 解決方案

約為3秒的主備倒換時間，對于承載網(wǎng)來說太過漫長，在這3秒的倒換時間內會有很多的業(yè)務流量得不到及時的轉發(fā)，客戶體驗會非常差。某廠商B的路由器設備具有某些特性，完全可以提出符合客戶要求的解決方案，下面提出解決方案。

4.1 VRRP的快速切換

如圖2，在基站的三層交換機上配置一個與基站的網(wǎng)關在同一網(wǎng)段的IP地址，比如10.0.1.14/28，分別在兩臺核心路由器和三層交換機上配置如下三對BFD會話：BFD1：基于核心路由器R1上的IP地址10.0.1.2/28和三層接入交換機上的IP地址10.0.1.14/28;BFD2： 基于核心路由器R2上的IP地址10.0.1.3/28和三層接入交換機上的IP地址10.0.1.14/28; ?BFD3： 基于核心路由器R1上的IP地址10.0.1.2/28和核心路由器R2上的IP地址10.0.1.3/28。由于直連路由的優(yōu)先級要高于任何路由，所以BFD3會話的BFD報文其實是通過DWDM網(wǎng)絡和三層交換機的二層通道傳輸?shù)模]有經(jīng)過兩臺核心路由器的互聯(lián)鏈路。

配置這三個BFD會話的目的就是為了在兩臺核心路由器上的三層接口上配置VRRP組時跟蹤這三個BFD會話， VRRP的狀態(tài)將會與這三個BFD的會話進行聯(lián)動。

核心路由器R1上的VRRP跟蹤BFD1和BFD3 核心路由器R2上的VRRP跟蹤BFD2和BFD3。

同時也配置了兩臺核心路由器三層接口的VRRP狀態(tài)與BFD狀態(tài)進行聯(lián)動，同時核心路由器R2也在150ms內檢測到BFD3會話中斷，但是BFD2會話依然正常，說明發(fā)生二層通道不可用的故障點在核心路由器R1與三層交換機之間，此時R2的三層接口便會迅速進入Master狀態(tài)接替核心路由器R1的三層接口的作用，而不會等到3秒以后才會開始轉變?yōu)镸aster狀態(tài)。如此，業(yè)務得以快速切換。

當原來的Master路由器因為故障鏈路恢復而VRRP狀態(tài)也恢復為Master狀態(tài)時， 基站的業(yè)務仍然可以及時快速地切換到核心路由器R1上。正常情況下，即沒有發(fā)生單點故障或任何鏈路故障時，核心網(wǎng)至基站的業(yè)務以核心路由器R1為主用路由器。

5 結語

大二層的承載網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡節(jié)點和鏈路的冗余備份，很有必要部署VRRP。為了解決VRRP切換慢的弊端，有必要利用BFD協(xié)議來協(xié)助VRRP得以快速切換，這種VRRP與BFD的協(xié)同解決方案并不是所有廠家的路由器都支持的，但是很有必要。

參考文獻：

[1] 許圳彬.IP網(wǎng)絡技術[M].人民郵電出版社，2018：103-135.

[2] 李昌.數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡技術[M].人民郵電出版社，2006：45-69.

[3] 張乃平.計算機網(wǎng)絡技術[M].華南理工大學出版社，2005：39-70.

[4] 周林.計算機網(wǎng)絡與應用[M].中國電力出版社，2007：98-123.

[5] 伯塞卡斯.數(shù)據(jù)網(wǎng)絡[M].人民郵電出版社，2004：54-60.

[6] [美]米勒.數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡[M].王涌，等，譯.清華大學出版社，2007：123-140.

[7] 威廉·斯托林斯.數(shù)據(jù)與計算機通信[M].周慧，等，譯.電子工業(yè)出版社，2015：230-250.

[8] 謝希仁.計算機網(wǎng)絡[M].電子工業(yè)出版社，2008：108-129.

[9] 伍振國.數(shù)據(jù)通信技術[M].中國鐵道出版社，2009：78-96.

[10] 楊彥彬.數(shù)據(jù)通信技術[M].北京郵電大學出版社，2009：105-121.

【通聯(lián)編輯：代影】