張峰俊

（東北空管局通信網(wǎng)絡(luò)中心網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行部，沈陽(yáng) 110043）

1 引言

伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)以及它們?nèi)诤袭a(chǎn)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，民航系統(tǒng)內(nèi)的各類IT業(yè)務(wù)系統(tǒng)突飛猛進(jìn)，涉及到安全生產(chǎn)、運(yùn)行保障、辦公OA、電子政務(wù)等各個(gè)方面，覆蓋民航局、地區(qū)管理局、監(jiān)管局、空管、機(jī)場(chǎng)、航空公司等全民航的各個(gè)機(jī)構(gòu)。然而現(xiàn)有的民航通信網(wǎng)（ATM網(wǎng)）帶寬低，技術(shù)擴(kuò)展性差，在一定程度上滯后于主流網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。在這種背景下，全新的民航通信網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生。

民航通信網(wǎng)總體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架包括傳輸網(wǎng)、IP承載網(wǎng)以及TDM承載網(wǎng)。傳輸網(wǎng)是通信網(wǎng)底層物理網(wǎng)，提供傳輸通道。業(yè)務(wù)承載網(wǎng)構(gòu)建在傳輸網(wǎng)之上，分為IP承載網(wǎng)和TDM承載網(wǎng)：其中TDM承載網(wǎng)滿足甚高頻話音、雷達(dá)、自動(dòng)轉(zhuǎn)報(bào)、ADS-B、管制移交電話等業(yè)務(wù)的接入；IP承載網(wǎng)承載的業(yè)務(wù)包括民航電子政務(wù)、視頻會(huì)議、氣象會(huì)商和氣象數(shù)據(jù)庫(kù)、航行情報(bào)信息系統(tǒng)等。

2 民航通信網(wǎng)高可靠性技術(shù)

民航通信網(wǎng)采用了很多高可靠性的技術(shù)，保障所承載的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可以高效、可靠的傳輸。在物理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面上，重要節(jié)點(diǎn)全部配置雙設(shè)備、雙鏈路，以此保證整個(gè)骨干網(wǎng)形成完全冗余的架構(gòu)；在路由層面上，IP承載網(wǎng)采用BFD、FRR等鏈路快速切換技術(shù)，當(dāng)某條物理鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，可以保證快速檢測(cè)并快速切換至冗余鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有效保障業(yè)務(wù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和可靠性；TDM承載網(wǎng)采用設(shè)置冗余點(diǎn)到點(diǎn)隧道迂回路由的方式進(jìn)行可靠性保障；在設(shè)備性能層面上，重要節(jié)點(diǎn)配備高端設(shè)備，配置雙引擎，雙電源，重要業(yè)務(wù)配置雙板卡等冗余保障機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備自身的冗余保障。

下面主要分析BFD和FRR技術(shù)在民航通信網(wǎng)中的作用。

3 雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)BFD

常見(jiàn)的鏈路故障檢測(cè)方法主要有以下幾種：一是通過(guò)硬件檢測(cè)，它的優(yōu)點(diǎn)是可以很快地發(fā)現(xiàn)故障，但并不是所有介質(zhì)都能夠提供硬件檢測(cè)；二是通過(guò)路由協(xié)議中的Hello報(bào)文機(jī)制，但是這種機(jī)制檢測(cè)到故障所需時(shí)間為秒級(jí)，延時(shí)過(guò)大；再有就是不同的協(xié)議有時(shí)會(huì)提供專用的檢測(cè)機(jī)制，但在系統(tǒng)間互聯(lián)互通時(shí)，這樣的專用檢測(cè)機(jī)制通常難以部署。雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)BFD（Bidirectional Forwarding Detection）提供了一個(gè)通用的、標(biāo)準(zhǔn)化的、介質(zhì)無(wú)關(guān)、協(xié)議無(wú)關(guān)的快速故障檢測(cè)機(jī)制，可以為各上層協(xié)議如路由協(xié)議、MPLS等統(tǒng)一地快速檢測(cè)兩臺(tái)路由器間雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑的故障，這種故障檢測(cè)的時(shí)間可以縮短到毫秒級(jí)。

BFD本身并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)機(jī)制，而是靠被服務(wù)的上層協(xié)議通知其與誰(shuí)建立會(huì)話，會(huì)話建立后如果在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)沒(méi)有收到對(duì)端的BFD控制報(bào)文則認(rèn)為發(fā)生故障，通知被服務(wù)的上層協(xié)議，上層協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理。

BFD會(huì)話的建立過(guò)程如圖1所示：上層協(xié)議通過(guò)自己的Hello機(jī)制發(fā)現(xiàn)鄰居并建立連接。上層協(xié)議在建立了新的鄰居關(guān)系時(shí)，將鄰居的參數(shù)及檢測(cè)參數(shù)（包括目的地址和源地址等）都通告給BFD。

FD根據(jù)收到的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算并建立鄰居。

圖1 BFD會(huì)話建立過(guò)程

當(dāng)鏈路出現(xiàn)故障時(shí)，BFD技術(shù)的處理方式如圖2所示：BFD檢測(cè)到鏈路/網(wǎng)絡(luò)故障，BFD會(huì)話的狀態(tài)變?yōu)镈own；FD通知本地上層協(xié)議進(jìn)程BFD鄰居不可達(dá)；本地上層協(xié)議中止上層協(xié)議鄰居關(guān)系；如果網(wǎng)絡(luò)中存在備用路徑，路由器將選擇備用路徑。

圖2 BFD鏈路故障處理過(guò)程

在民航IP網(wǎng)中采用BFD技術(shù)主要有三種：

BFD for ISIS，BFD for LDP LSP 和 BFD for LDP Tunnel， 表1顯示了采用BFD技術(shù)與不采用BFD技術(shù)故障鏈路收斂的時(shí)間對(duì)比。從對(duì)比中可以看出，BFD技術(shù)的采用極大地提高了民航IP網(wǎng)的可靠性。

表1 不采用BFD技術(shù)和采用BFD技術(shù)對(duì)比

4 快速重路由FRR

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中鏈路或者節(jié)點(diǎn)失效后，經(jīng)過(guò)這些失效節(jié)點(diǎn)到達(dá)目的地的報(bào)文可能被丟棄或者形成回環(huán)，這樣網(wǎng)絡(luò)中就不可避免地會(huì)產(chǎn)生暫態(tài)的流量中斷或者流量回環(huán)現(xiàn)象，直到網(wǎng)絡(luò)重新收斂計(jì)算出新的拓?fù)浜吐酚?。通常，這樣的中斷會(huì)持續(xù)幾秒左右。因此，為了減小網(wǎng)絡(luò)中流量中斷時(shí)間，必須提供一種機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：快速地發(fā)現(xiàn)鏈路失效。當(dāng)鏈路失效后，迅速地提供一條恢復(fù)路徑。

在后繼網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)過(guò)程中，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)環(huán)路。這種機(jī)制就是FRR（Fast Reroute，快速重路由）。FRR的工作過(guò)程如下：一是故障快速檢測(cè)，常用技術(shù)包括BFD、物理信號(hào)檢測(cè)等。二是修改轉(zhuǎn)發(fā)平面，將流量切換到預(yù)先計(jì)算好的備份路徑上去。三是路由重收斂。四是重收斂結(jié)束后，將流量又重新切換至最優(yōu)路徑。

以IP FRR為例，如圖3所示，Router A到Router D之間建立IP FRR，流量按最優(yōu)路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，以經(jīng)過(guò)Router B的為主路徑，以經(jīng)過(guò)Router C的為備份路徑。當(dāng)主路徑上鏈路或節(jié)點(diǎn)Router B失效后，通過(guò)BFD等故障快速檢測(cè)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)鏈路失效，迅速將流量切換到備份路徑上；在路由重收斂結(jié)束后，流量將切換到重新計(jì)算出來(lái)的最優(yōu)路徑?？梢?jiàn)，備份路徑的作用是填補(bǔ)路由重收斂間隙，通過(guò)將流量快速切換至備份下一跳，保證業(yè)務(wù)不中斷。

圖3 FRR工作原理示意圖

FRR技術(shù)涵蓋的內(nèi)容非常豐富，除IP FRR，還包括LDP FRR、TE FRR、VPN FRR、PWE3 FRR等技術(shù)。在可靠性組網(wǎng)中，通常根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需求，在不同的組網(wǎng)環(huán)境中進(jìn)行部署一種或者多種FRR技術(shù)配合使用，從而提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。目前在民航IP網(wǎng)中采用FRR技術(shù)主要有三種：IP FRR，LDP FRR和VPN FRR。