周瑋

摘要：該文從某運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的大二層網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)及改造需求談起， 詳細(xì)論述了針對(duì)該網(wǎng)絡(luò)提出的改造方案以及涉及的技術(shù)難點(diǎn)。該方案把VRRP協(xié)議（Virtual Router Redundancy Protocol）和BFD協(xié)議（Bidirectional Forwarding Detection）有機(jī)地結(jié)合在一起，使它們協(xié)調(diào)工作，實(shí)現(xiàn)了把一個(gè)比較脆弱的大二層網(wǎng)絡(luò)改造成一個(gè)相對(duì)健壯的網(wǎng)絡(luò)的目的;并且實(shí)現(xiàn)了多鏈路的冗余備份，主鏈路故障后業(yè)務(wù)可以快速倒換到備份鏈路。該方案在現(xiàn)網(wǎng)的成功實(shí)施說(shuō)明了VRRP的BFD的結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)二層網(wǎng)絡(luò)毫秒級(jí)的業(yè)務(wù)倒換.

關(guān)鍵詞：虛擬路由器冗余協(xié)議;雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè);業(yè)務(wù)倒換

中圖分類號(hào)：TP393 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）14-0072-02

某電信運(yùn)營(yíng)商在LTE技術(shù)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(duì)移動(dòng)業(yè)務(wù)流量及帶寬日益增長(zhǎng)的需求。由于原有大二層承載網(wǎng)的限制，無(wú)法滿足LTE移動(dòng)業(yè)務(wù)對(duì)承載網(wǎng)快速倒換的需求。為了最低成本地對(duì)現(xiàn)有承載網(wǎng)進(jìn)行改造以滿足業(yè)務(wù)需求，經(jīng)過(guò)研究與測(cè)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(shí)現(xiàn)方案。

1 簡(jiǎn)要網(wǎng)絡(luò)分析

該運(yùn)營(yíng)商共有3000多個(gè)站點(diǎn)，每個(gè)站點(diǎn)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(gè)站點(diǎn)機(jī)房中，都有一臺(tái)和基站設(shè)備共站的三層接入交換機(jī)，該三層接入交換機(jī)通過(guò)本站點(diǎn)的波分（DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing）設(shè)備接入到了DWDM網(wǎng)絡(luò)。這臺(tái)三層交換機(jī)其實(shí)只起到了二層交換機(jī)的作用。

DWDM網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)具有主備鏈路倒換功能的光波復(fù)用網(wǎng)絡(luò)，會(huì)有從核心網(wǎng)到基站的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流，在業(yè)務(wù)穿越DWDM網(wǎng)絡(luò)時(shí)，會(huì)有主備兩條隧道供使用：當(dāng)主用隧道不可用時(shí)，業(yè)務(wù)可以通過(guò)備用隧道到達(dá)站點(diǎn)，保證手機(jī)業(yè)務(wù)不會(huì)中斷，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性。

2 運(yùn)營(yíng)商客戶的需求

雖然DWDM網(wǎng)絡(luò)具備自愈的功能， 可以在主用隧道不可用時(shí)快速將業(yè)務(wù)切換到備用隧道，但是核心路由器只有一臺(tái)，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(luò)的鏈路也只有一條。當(dāng)這兩臺(tái)鏈路中的任何一條不可用時(shí)，全網(wǎng)業(yè)務(wù)便會(huì)癱瘓，所以這里隱藏著單鏈路故障巨大的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，由于核心路由器只有一臺(tái)，當(dāng)核心路由器不可用時(shí)，全網(wǎng)也將處于癱瘓狀態(tài);即這里也有單點(diǎn)故障的巨大風(fēng)險(xiǎn)。

雖然可以通過(guò)在核心網(wǎng)與核心路由器之間以及核心路由與DWDM網(wǎng)絡(luò)之間增加備用的鏈路解決單鏈路故障帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，但是仍然無(wú)法解決潛在的單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)。

客戶希望能夠有一個(gè)解決方案，通過(guò)購(gòu)買最少的設(shè)備同時(shí)化解掉這兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)，并且要求在出現(xiàn)單鏈路故障（即某條鏈路不可用）或單點(diǎn)故障（即某臺(tái)核心路由器不可用）時(shí)，業(yè)務(wù)能夠快速切換到備用的設(shè)備或鏈路上，不會(huì)產(chǎn)生特別明顯的丟包或業(yè)務(wù)中斷。

3 方案分析

3.1 新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

解決單點(diǎn)故障風(fēng)險(xiǎn)的唯一辦法就是增加核心路由器，使兩臺(tái)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(luò)間新增鏈路，這樣單鏈路故障的問(wèn)題得以解決。為了進(jìn)一步增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的健壯性，我們也在兩臺(tái)核心路由器之間設(shè)計(jì)一條互聯(lián)鏈路。R2就是增加的一個(gè)路由器，改進(jìn)后的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如下：

核心路由器R2是新增加的一臺(tái)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(tái)核心路由器互聯(lián)的設(shè)備和兩臺(tái)核心路由器上運(yùn)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(huì)通過(guò)OSPF路由協(xié)議分別從核心路由器R1和核心路由器R2上學(xué)習(xí)到兩條到基站的同一個(gè)業(yè)務(wù)網(wǎng)段的路由，通過(guò)設(shè)置核心網(wǎng)設(shè)備不同端口的OSPF優(yōu)先級(jí)，使核心網(wǎng)從核心路由器R1學(xué)習(xí)到的路由條目?jī)?yōu)先于從核心路由器R2學(xué)習(xí)到相同基站的業(yè)務(wù)網(wǎng)段的路由條目。這樣，在正常情況下，核心網(wǎng)就會(huì)以核心路由器R1作為主用路由器，優(yōu)先把業(yè)務(wù)流量發(fā)送給核心路由器R1。

因?yàn)楹诵穆酚善鞯秸军c(diǎn)之間的網(wǎng)絡(luò)（包括DWDM部分）是純二層網(wǎng)絡(luò)，所以基站設(shè)備的網(wǎng)關(guān)只能配置在兩臺(tái)核心路由器上。兩臺(tái)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(shí)，通過(guò)VRRP實(shí)現(xiàn)基站與核心路由器之間的業(yè)務(wù)切換。

4 解決方案

約為3秒的主備倒換時(shí)間，對(duì)于承載網(wǎng)來(lái)說(shuō)太過(guò)漫長(zhǎng)，在這3秒的倒換時(shí)間內(nèi)會(huì)有很多的業(yè)務(wù)流量得不到及時(shí)的轉(zhuǎn)發(fā)，客戶體驗(yàn)會(huì)非常差。某廠商B的路由器設(shè)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(jī)上配置一個(gè)與基站的網(wǎng)關(guān)在同一網(wǎng)段的IP地址，比如10.0.1.14/28，分別在兩臺(tái)核心路由器和三層交換機(jī)上配置如下三對(duì)BFD會(huì)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(jī)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(jī)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(jí)要高于任何路由，所以BFD3會(huì)話的BFD報(bào)文其實(shí)是通過(guò)DWDM網(wǎng)絡(luò)和三層交換機(jī)的二層通道傳輸?shù)?，并沒(méi)有經(jīng)過(guò)兩臺(tái)核心路由器的互聯(lián)鏈路。

配置這三個(gè)BFD會(huì)話的目的就是為了在兩臺(tái)核心路由器上的三層接口上配置VRRP組時(shí)跟蹤這三個(gè)BFD會(huì)話， VRRP的狀態(tài)將會(huì)與這三個(gè)BFD的會(huì)話進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

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(shí)也配置了兩臺(tái)核心路由器三層接口的VRRP狀態(tài)與BFD狀態(tài)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，同時(shí)核心路由器R2也在150ms內(nèi)檢測(cè)到BFD3會(huì)話中斷，但是BFD2會(huì)話依然正常，說(shuō)明發(fā)生二層通道不可用的故障點(diǎn)在核心路由器R1與三層交換機(jī)之間，此時(shí)R2的三層接口便會(huì)迅速進(jìn)入Master狀態(tài)接替核心路由器R1的三層接口的作用，而不會(huì)等到3秒以后才會(huì)開始轉(zhuǎn)變?yōu)镸aster狀態(tài)。如此，業(yè)務(wù)得以快速切換。

當(dāng)原來(lái)的Master路由器因?yàn)楣收湘溌坊謴?fù)而VRRP狀態(tài)也恢復(fù)為Master狀態(tài)時(shí)， 基站的業(yè)務(wù)仍然可以及時(shí)快速地切換到核心路由器R1上。正常情況下，即沒(méi)有發(fā)生單點(diǎn)故障或任何鏈路故障時(shí)，核心網(wǎng)至基站的業(yè)務(wù)以核心路由器R1為主用路由器。

5 結(jié)語(yǔ)

大二層的承載網(wǎng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(lái)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。

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