序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了一篇?dú)庀髢?nèi)網(wǎng)設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

1引言

傳統(tǒng)的氣象網(wǎng)絡(luò)核心架構(gòu)由路由器與數(shù)據(jù)傳輸線路組成，配置協(xié)議采用靜態(tài)路由協(xié)議（StaticRouting），受組網(wǎng)設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議限制，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)呈現(xiàn)出數(shù)據(jù)傳輸延遲大、氣象路由線路無法自動(dòng)檢測(cè)等特性。采取了“多線路+多路由設(shè)備”、配置協(xié)議為OSPF與BFD的網(wǎng)絡(luò)方案對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化[1]，以甘肅省各市氣象部門升級(jí)后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為例，改造后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為氣象內(nèi)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)，其中內(nèi)網(wǎng)線路由電信MSTP主線路、移動(dòng)PSTN備份線路、同城光纖、VPN專線和聯(lián)通3G備份線路組成。外網(wǎng)線路由電子政務(wù)外網(wǎng)和電信Inter線路組成。整個(gè)架構(gòu)采用的路由協(xié)議為OSPF與Staticrout-ing，檢測(cè)轉(zhuǎn)發(fā)引擎之間通信故障的機(jī)制為BFD[2]。本文對(duì)優(yōu)化升級(jí)后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研究新網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)路由收斂速度，以及BFD對(duì)鏈路故障快速檢測(cè)并告知OS-PF協(xié)議時(shí)，所發(fā)生整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓捻憫?yīng)。本文提出的設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)方案適合各市氣象信息網(wǎng)絡(luò)推廣。

2原網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

如圖1從上往下所示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)頂層為縣、省級(jí)氣象設(shè)備邊界層，市級(jí)核心層由一臺(tái)MSR5660路由器構(gòu)成，其GE2/1/0端口接入電信MSTP專線,Serial口接入移動(dòng)SDH專線,路由協(xié)議配置通過指定靜態(tài)路由優(yōu)先級(jí)方式，形成電信、移動(dòng)數(shù)據(jù)專線主備模式?？h局路由器端口接線方式與配置同市局路由器配置類似?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)不合理存在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較脆弱,易發(fā)生單點(diǎn)故障的情況，總體網(wǎng)絡(luò)性能與可靠性較低，已不能滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求。主要表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：(1)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議采用Staticrouting(靜態(tài)路由協(xié)議)[3]，主備鏈路切換速度慢，氣象數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)和延遲高，路由表只能由網(wǎng)絡(luò)管理員手動(dòng)更新，IP路由更新慢，管理麻煩。(2)市-縣級(jí)機(jī)房都只有一臺(tái)路由器作為核心設(shè)備，無BR(BackRouter備份路由器)。當(dāng)路由器設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，可能導(dǎo)致整個(gè)信息網(wǎng)絡(luò)癱瘓，不能保證數(shù)據(jù)傳輸。目前也無三層核心交換機(jī)，對(duì)氣象業(yè)務(wù)進(jìn)行VLAN劃分管理。(3)隨著氣象部門與地方政府合作業(yè)務(wù)增加，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)專線帶寬無法滿足業(yè)務(wù)需求，對(duì)業(yè)務(wù)和管理工作影響很大。市-縣終端設(shè)備增多，交換機(jī)以太網(wǎng)端口空余接口較少，無法滿足擴(kuò)容需求。

3網(wǎng)絡(luò)總體改造設(shè)計(jì)

市-縣兩級(jí)機(jī)房新增物理設(shè)備H3C三層核心交換機(jī)作為匯聚層，其中縣級(jí)核心交換機(jī)型號(hào)為H3C-S5500,市級(jí)核心交換機(jī)型號(hào)為H3C-S7500E。市級(jí)兩臺(tái)H3C路由器MSR-5660分別作為Master路由器與BackRouter路由器,縣局兩臺(tái)H3C路由器MSR-3620分別作為Mas-ter路由器與BackRouter路由器，該系列設(shè)備均支持VLAN劃分與OSPF協(xié)議，核心交換機(jī)中VLAN劃分以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，視頻業(yè)務(wù)，其他業(yè)務(wù)為原則，圖2為新規(guī)劃的市-縣氣象局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。如圖2從以下幾個(gè)方面進(jìn)行:(1)市-縣機(jī)房的主、備路由器的以太網(wǎng)端口GE2/0/1加入心跳網(wǎng)線，以便設(shè)備之間BFD檢測(cè)。(2)市-縣主設(shè)備CoreA與CoreD之間接入電信MSTP專線，其帶寬為100M，備用路由器CoreB與CoreE之間接入移動(dòng)PSTN專線，帶寬為30M，實(shí)現(xiàn)市-縣網(wǎng)絡(luò)鏈路的硬件備份以及帶寬擴(kuò)容。(3)路由協(xié)議從StaticRouting改為StaticRouting與OSPF協(xié)議[4]混合，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)路徑穩(wěn)定性。(4)在廣域網(wǎng)鏈路上增加Qos協(xié)議,按照業(yè)務(wù)的重要性和數(shù)據(jù)傳輸量進(jìn)行帶寬控制，保證各項(xiàng)業(yè)務(wù)能得到合理的帶寬，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖顑?yōu)方式。

3.1市-縣級(jí)OSPF網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作流程(1)鄰居發(fā)現(xiàn)階段：將市級(jí)設(shè)備A、B、C，縣級(jí)設(shè)備D、E、F，省級(jí)設(shè)備H、I的物理端口通過物理連接，形成OSPF系統(tǒng)。各直連設(shè)備端口相互發(fā)送HELLO報(bào)文，形成two-way狀態(tài)。(2)主從關(guān)系確立階段：市、縣Router設(shè)備相鄰端口進(jìn)入two-way狀態(tài)之后，Router對(duì)每個(gè)鄰居發(fā)來的Hello包字段報(bào)文進(jìn)行檢查對(duì)比，確定以太網(wǎng)端口的DR與BDR，在本系統(tǒng)中，我們將市級(jí)設(shè)備CoreA路由器的以太網(wǎng)端口GE2/1/1的cost（開銷）值設(shè)置為10作為DR[5]。CoreB路由器的端口MP-group2/0/0的cost值設(shè)置為20端口設(shè)置為BDR?？h級(jí)路由設(shè)備CoreD的以太網(wǎng)端口GE0/1cost值設(shè)置為10作為DR,CoreE設(shè)備的以太網(wǎng)端口GE0/1cost值設(shè)置為30作為BDR。(3)數(shù)據(jù)庫(kù)同步階段：將市-縣路由設(shè)備DR與BDR交互LSA（鏈路狀態(tài)通告），區(qū)間內(nèi)與各區(qū)間發(fā)送LSR/LSU/LSack來獲取未知的LSA信息，其中LSA-1與LSA-2在本區(qū)域內(nèi)傳遞，LSA-3通過骨干區(qū)域Area0跨區(qū)間傳遞給Area6與Area60,當(dāng)OSPF系統(tǒng)中路由設(shè)備收集完網(wǎng)絡(luò)中所有的LSA后，生成LSDB（鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù))[6]。(4)完全鄰接階段：市-縣路由器的LSDB建立完成后，基于OSPF協(xié)議路徑選擇規(guī)則，路由器將計(jì)算出的最優(yōu)路徑加載到路由表中,此時(shí)系統(tǒng)中的路由設(shè)備完成收斂,路由設(shè)備中的OS-PF接口變?yōu)镕ull狀態(tài)。

3.2BFD檢測(cè)過程BFD檢測(cè)過程如圖3所示。(1)分別在市級(jí)路由設(shè)備CoreA與CoreB的以太網(wǎng)端口GE2/0/1之間建立一個(gè)BFD會(huì)話（依靠上層協(xié)議建立，例如OSPF的鄰居建立時(shí)，會(huì)將鄰居信息告知BFD，BFD根據(jù)這個(gè)信息再建立BFD鄰居）[7]。(2)開啟BFD回聲功能，路由設(shè)備CoreA每隔400ms發(fā)送BFD控制報(bào)文給路由設(shè)備CoreB。BFD在建立會(huì)話的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行BFD檢測(cè)。如果發(fā)現(xiàn)鏈路故障就拆除BFD鄰居，并立刻通知上層協(xié)議OSPF，則上層協(xié)議會(huì)立刻進(jìn)行相應(yīng)的路由切換。(3)縣級(jí)路由設(shè)備中BFD設(shè)置與此一致。BFD技術(shù)應(yīng)用在此網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)鏈路中，結(jié)合路由、MPLS、VPN、QOS工程等技術(shù)[8]，可以對(duì)重點(diǎn)服務(wù)流量提供高可靠性，從而保證服務(wù)質(zhì)量。

4系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

4.1模型建立本次仿真模型是通過Ensp軟件建立，利用Wireshark軟件對(duì)路由器的以太網(wǎng)端口進(jìn)行數(shù)據(jù)抓包、分析、比對(duì)，新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)仿真圖如圖4所示：在仿真圖中將路由設(shè)備CoreA與CoreB,CoreC模擬市級(jí)路由實(shí)物設(shè)備，路由設(shè)備CoreE，CoreD，CoreF模擬縣級(jí)路由實(shí)物設(shè)備，以太網(wǎng)端口按照實(shí)物連線方式相接，根據(jù)路由設(shè)備傳輸功能，我們將CoreA劃分為骨干區(qū)域Area0作為ABR（區(qū)域邊界路由器），模擬省-市通信。縣級(jí)設(shè)備與CoreC劃分為子區(qū)域Area60，模擬市-縣通信，CoreB因作為BDB（核心備份），故與CoreA劃分為子區(qū)域Area6,模擬主-備路由通信。

4.2功能測(cè)試驗(yàn)證本文提出的路由設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，OSPF協(xié)議啟動(dòng)流程、以及所劃分區(qū)域的功能是否實(shí)現(xiàn)，以及當(dāng)市縣主備路由設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，通過BFD檢測(cè)機(jī)制，自動(dòng)將主備路由切換時(shí)延數(shù)據(jù)。(1)所有設(shè)備啟動(dòng)，并對(duì)設(shè)備路由配置完成，此時(shí)路由器之間相互發(fā)送Hello報(bào)文，對(duì)路由設(shè)備CoreA以太網(wǎng)端口GE0/0/1抓取數(shù)據(jù)報(bào)文（如圖5所示),從報(bào)文中可以發(fā)現(xiàn)，OSPF系統(tǒng)已經(jīng)形成，端口之間的鏈路狀態(tài)通告相互發(fā)送，路由器端口之間主備關(guān)系確立，其中CoreA以太網(wǎng)端口GE0/0/1為主路由器，CoreB以太網(wǎng)端口GE0/0/1為備份路由器。(2)對(duì)CoreA以太網(wǎng)端口GE0/0/1執(zhí)行指令shutdown，此時(shí)抓取數(shù)據(jù)報(bào)文如圖6所示，對(duì)BFD報(bào)文中關(guān)鍵位碼分析，此時(shí)報(bào)文字段State值為0X03,狀態(tài)為UP，表明端口已啟動(dòng)，MyDiscriminator與YourDiscriminator字段均有數(shù)值，顯示連接本地與遠(yuǎn)端連接建立，最小BFD報(bào)文發(fā)送與接送間隔均為400ms，通過對(duì)BFD報(bào)文字段分析，表明BFD檢測(cè)機(jī)制已正常工作。
4.3性能測(cè)試網(wǎng)絡(luò)上的鏈路故障或拓?fù)渥兓紩?huì)導(dǎo)致設(shè)備重新進(jìn)行路由計(jì)算，所以縮短路由協(xié)議的收斂時(shí)間對(duì)于提高網(wǎng)絡(luò)的性能是非常重要的。由于鏈路故障是無法完全避免的，因此，加快故障感知速度并將故障快速通告給路由協(xié)議是一種可行的方案。BFD和OSPF相關(guān)聯(lián)，一旦與鄰居之間的鏈路出現(xiàn)故障，BFD的故障快速檢測(cè)機(jī)制能夠加快OSPF的收斂速度。主要測(cè)試系統(tǒng)中某臺(tái)設(shè)備或者鏈路出現(xiàn)故障，系統(tǒng)自動(dòng)切換時(shí)間。實(shí)驗(yàn)通過多次測(cè)試取平均值的方式，測(cè)試結(jié)果如表1所示。

4.4結(jié)果分析實(shí)驗(yàn)截取不同端口的報(bào)文進(jìn)行分析:在OSPF系統(tǒng)形成時(shí)，各區(qū)域中的路由器端口相互發(fā)送Hello報(bào)文，最后路由器根據(jù)SPF算法計(jì)算出了各自的路由表，BFD報(bào)文中Sessionstate字段的比特編碼為0x3,端口狀態(tài)為UP，表明路由端口BFD檢測(cè)啟動(dòng)成功。此后，Wiershark在CoreA的GE0/0/1和CoreB的GE0/0/1口抓取到BFD報(bào)文，從而驗(yàn)證了本系統(tǒng)提出的BFD檢測(cè)機(jī)制。主設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，主備系統(tǒng)切換時(shí)延在150ms之內(nèi)，相比現(xiàn)有的靜態(tài)路由拓?fù)滏溌返木W(wǎng)絡(luò)路由收斂與切換時(shí)延速度，性能得到了很大的提升。對(duì)氣象數(shù)據(jù)傳輸時(shí)效的影響基本可以忽略不計(jì)。

5結(jié)束語

通過新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃思路，設(shè)計(jì)出的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具有以下特性：(1)可靠性穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)鏈路與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均為雙備份方式，通過BFD檢測(cè)機(jī)制，當(dāng)主設(shè)備或主線路故障時(shí)，備份系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)切換。這種短時(shí)間的切換對(duì)當(dāng)前氣象數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懟究梢院雎圆挥?jì)。(2)本方案采用了動(dòng)態(tài)與靜態(tài)路由協(xié)議相結(jié)合的方式，其中對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采取了Area劃分，這樣可以使區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)改變對(duì)全局網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響變得最低，邊界路由器ABR相互交換路由信息，不僅能夠自動(dòng)獲知新增加的網(wǎng)絡(luò)，還可以在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)連接失敗時(shí)找出備用路徑，相比于傳統(tǒng)的Stat-icrouting協(xié)議,網(wǎng)絡(luò)人員更便于維護(hù)與管理。(3)系統(tǒng)資源利用合理化，本系統(tǒng)中所有設(shè)備的端口、光模塊、CPU等資源都能最大化利用，極大提升系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包能力[9]。并且該方案設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)已在部分市、縣氣象部門實(shí)施完成并穩(wěn)定運(yùn)行。下一步將在氣象數(shù)據(jù)、氣象部門對(duì)外業(yè)務(wù)擴(kuò)展進(jìn)一步開展研究。

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作者:葉曉文 倪文亮 武方舒 汪鴻濱 單位:甘肅省天水市氣象局天水天氣雷達(dá)站 甘肅省蘭州市中國(guó)人民解放軍32269部隊(duì)