鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

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摘要：鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)用戶側(cè)設(shè)備采用雙上行靜態(tài)路由協(xié)議方式接入時(shí)，由于接入路由器與用戶側(cè)設(shè)備間可能存在非直連鏈路，兩側(cè)端口無(wú)法準(zhǔn)確感知鏈路變化情況，會(huì)導(dǎo)致鏈路切換無(wú)法生效。為此，應(yīng)用雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)（BFD）技術(shù)，可解決非直連鏈路倒換端口無(wú)法感知鏈路變化問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：鐵路；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)；雙上行靜態(tài)路由協(xié)議；雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)

鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)各站點(diǎn)采用雙套接入路由器承載系統(tǒng)業(yè)務(wù)時(shí)，用戶側(cè)設(shè)備通常采用雙上行靜態(tài)路由協(xié)議方式接入數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。由于接入路由器與用戶側(cè)設(shè)備間可能存在非直連鏈路，兩側(cè)端口無(wú)法準(zhǔn)確感知鏈路變化情況，導(dǎo)致鏈路切換不生效，存在安全隱患。而通過(guò)雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)（BFD）技術(shù)可有效解決非直連鏈路倒換端口無(wú)法感知鏈路變化的問(wèn)題，為此將BFD技術(shù)應(yīng)用于鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。

1網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)介

上海局鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)車站節(jié)點(diǎn)設(shè)置2臺(tái)接入路由器，自治域內(nèi)采用IGP（內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）承載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渎酚尚畔ⅲ珺GP（邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議）承載用戶路由信息，MP-BGP（多協(xié)議外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議）承載VPN（虛擬專用網(wǎng)絡(luò)）用戶路由信息。業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如綜合視頻（IVMS）、動(dòng)環(huán)監(jiān)控（PESS）、會(huì)議電視（VCS）、電力遠(yuǎn)動(dòng)（SCADA）等，采用靜態(tài)路由協(xié)議接入。為保證重要業(yè)務(wù)的安全運(yùn)行，以防端口故障，將業(yè)務(wù)接入設(shè)備（CE）與2臺(tái)接入節(jié)點(diǎn)路由器（PE）互聯(lián)。雙上行靜態(tài)路由組網(wǎng)方式見(jiàn)圖1。CE與PE互聯(lián)協(xié)議采用靜態(tài)路由協(xié)議，主用設(shè)置在PE01，備用設(shè)置在PE02。在PE路由器上配置CE側(cè)業(yè)務(wù)地址靜態(tài)路由，指向CE互聯(lián)下一跳，同時(shí)在BGP里引入靜態(tài)路由進(jìn)行業(yè)務(wù)地址。在CE三層交換機(jī)上配置2條靜態(tài)缺省路由，分別指向PE01和PE02，并將指向PE02的優(yōu)先級(jí)修改為備用保護(hù)通道級(jí)別。工作正常時(shí)，PE01方向?yàn)橹饔面溌?；?dāng)CE與PE01間互聯(lián)鏈路中斷后，CE設(shè)備主用靜態(tài)缺省路由失效，備用靜態(tài)缺省路由生效，從而將流量切換至備用鏈路。

2問(wèn)題分析

實(shí)際組網(wǎng)中，各業(yè)務(wù)系統(tǒng)CE交換機(jī)與PE路由器連接，距離近的，使用尾纖網(wǎng)線直連；距離遠(yuǎn)的，需經(jīng)傳輸SDH以太網(wǎng)接口連接。在鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，一般通過(guò)硬件檢測(cè)信號(hào)（如SDH告警）檢測(cè)鏈路硬件故障；無(wú)法通過(guò)硬件信號(hào)檢測(cè)故障的，通常采用動(dòng)態(tài)路由協(xié)議的Hello報(bào)文機(jī)制來(lái)探測(cè)鄰居關(guān)系。但上述方法存在如下問(wèn)題：①并不是所有的介質(zhì)都能夠提供硬件檢測(cè)；②路由協(xié)議的Hello報(bào)文機(jī)制檢測(cè)到故障所需時(shí)間比較長(zhǎng)（超過(guò)1s），當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到吉比特速率級(jí)時(shí)，在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)大量數(shù)據(jù)將會(huì)丟失；③在小型三層網(wǎng)絡(luò)中，如果沒(méi)有部署路由協(xié)議，則無(wú)法使用路由協(xié)議的Hello報(bào)文機(jī)制來(lái)檢測(cè)故障。這對(duì)路由器間互聯(lián)互通定位故障造成困難。相對(duì)于動(dòng)態(tài)路由，靜態(tài)路由比較簡(jiǎn)單，僅僅是依靠檢測(cè)下一跳鏈路層協(xié)議是否使能（UP）來(lái)進(jìn)行判斷，判斷其是否生效的標(biāo)志是下一跳出接口鏈路層協(xié)議是否處于使能狀態(tài)，但無(wú)法準(zhǔn)確判斷鏈路的真實(shí)情況。對(duì)于POS/E1等ppp（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）鏈路，需要ppp協(xié)議正常，鏈路層協(xié)議才能使能；對(duì)于以太網(wǎng)、Vlan-if等廣播型網(wǎng)絡(luò)接口，只要端口物理狀態(tài)使能（UP），則鏈路層協(xié)議自然使能（UP）。傳輸通道中斷業(yè)務(wù)流量無(wú)法正常切換如圖2所示。當(dāng)PE01側(cè)鏈路斷開時(shí)，CE側(cè)物理連接正常，物理接口使能，Vlan-if接口使能，鏈路檢測(cè)路由不會(huì)發(fā)生變化，數(shù)據(jù)流量繼續(xù)從互聯(lián)接口發(fā)送數(shù)據(jù)，導(dǎo)致業(yè)務(wù)故障。因此需要使用BFD技術(shù)作為鏈路檢測(cè)的輔助手段，以提高靜態(tài)路由對(duì)鏈路質(zhì)量的判斷。

3BFD技術(shù)

BFD用于快速檢測(cè)系統(tǒng)之間的通信故障，并在出現(xiàn)故障時(shí)通知上層應(yīng)用。在鐵路通信數(shù)據(jù)網(wǎng)中，通常與ISIS（鏈路狀態(tài)路由協(xié)議）進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，監(jiān)控路由器設(shè)備間互聯(lián)鏈路，以保證在路由器設(shè)備互聯(lián)鏈路中斷后，ISIS路由能快速收斂，減少故障時(shí)間內(nèi)的數(shù)據(jù)丟包。在日常維護(hù)過(guò)程中，當(dāng)有互聯(lián)鏈路斷開時(shí)，網(wǎng)管會(huì)先看到BFD斷開告警，隨后立即出現(xiàn)ISIS鄰居中斷的告警。這就是BFD檢測(cè)快速、聯(lián)動(dòng)的體現(xiàn)。BFD既可以與ISIS、OSPF（開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議）、BGP等動(dòng)態(tài)路由協(xié)議聯(lián)動(dòng)，主動(dòng)建立會(huì)話；也可以手動(dòng)建立靜態(tài)BFD會(huì)話后，與靜態(tài)路由進(jìn)行綁定，達(dá)到聯(lián)動(dòng)的效果。

3.1檢測(cè)原理

BFD快速檢測(cè)有會(huì)話報(bào)文、聯(lián)動(dòng)物理接口狀態(tài)2種檢測(cè)模式。1）BFD會(huì)話報(bào)文檢測(cè)模式。BFD會(huì)話建立后，會(huì)周期性地快速發(fā)送BFD控制報(bào)文，該報(bào)文是UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）報(bào)文，端口號(hào)3784。如果某個(gè)系統(tǒng)連續(xù)3個(gè)報(bào)文都沒(méi)有接收到，就認(rèn)為此BFD會(huì)話的狀態(tài)是關(guān)閉（down）。認(rèn)為該雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)生了故障，將通知被服務(wù)的相關(guān)層應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的處理。BFD檢測(cè)建立會(huì)話機(jī)制見(jiàn)圖3。2）BFD聯(lián)動(dòng)物理接口狀態(tài)檢測(cè)模式。BFD會(huì)話在配置綁定相應(yīng)端口后，會(huì)主動(dòng)檢測(cè)物理端口物理層告警，如R_LOS等。當(dāng)監(jiān)控到物理端口物理層告警異常導(dǎo)致接口down時(shí)，BFD則會(huì)立即關(guān)閉會(huì)話，不再等待3次報(bào)文的響應(yīng)，使鏈路檢測(cè)更加快速高效。

3.2檢測(cè)方法

在PE至CE間傳輸鏈路中斷情況下，為解決靜態(tài)雙上行路由無(wú)法自動(dòng)切換的問(wèn)題，將BFD檢測(cè)技術(shù)與靜態(tài)路由進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，為每條靜態(tài)路由綁定一個(gè)BFD會(huì)話。當(dāng)BFD會(huì)話檢測(cè)到鏈路及端口異常時(shí)，將BFD會(huì)話狀態(tài)變?yōu)閐own，并通知靜態(tài)路由管理模塊此靜態(tài)路由失效，從而避免流量的引入，實(shí)現(xiàn)路由的快速切換。

3.3配置舉例

BFD會(huì)話可進(jìn)行參數(shù)自動(dòng)協(xié)商和手動(dòng)指定。1）手動(dòng)參數(shù)指定方式用于不同廠家設(shè)備對(duì)接。bfdbfdbindpeer-ip10.0.12.2source-ip10.0.12.1*創(chuàng)建一個(gè)名為bfd的靜態(tài)bfd會(huì)話，鄰居地址為10.0.12.2源地址為10.0.12.1*discriminatorlocal200*創(chuàng)建本端標(biāo)識(shí)符，對(duì)端要配置與此標(biāo)識(shí)符一致*discriminatorremote100*創(chuàng)建對(duì)端標(biāo)識(shí)符，與對(duì)端設(shè)備配置標(biāo)識(shí)符一致*min-tx-interval100*配置探測(cè)報(bào)文發(fā)送時(shí)間間隔，單位ms*min-rx-interval100*配置探測(cè)報(bào)文接收時(shí)間間隔，單位ms*detect-multiplier3*配置會(huì)話檢測(cè)倍數(shù)，默認(rèn)是3*commit*提交配置，使配置生效*2）參數(shù)自動(dòng)協(xié)商方式用于同廠家設(shè)備對(duì)接。bfdbfdbindpeer-ip10.0.12.2source-ip10.0.12.1auto*配置自動(dòng)BFD參數(shù)協(xié)商：用于同廠家設(shè)備對(duì)接*commitiproute-static0.0.0.00.0.0.010.0.12.2trackbfd-sessionbfd*配置BFD與靜態(tài)路由聯(lián)動(dòng)*通過(guò)抓包軟件對(duì)報(bào)文進(jìn)行分析，可以看到設(shè)備兩端實(shí)時(shí)發(fā)送BFD探測(cè)報(bào)文，以對(duì)鏈路進(jìn)行探測(cè)。

3.4單臂回聲檢測(cè)

BFD需要PE和CE兩側(cè)相互配合工作，需要CE側(cè)設(shè)備支持且進(jìn)行對(duì)應(yīng)的參數(shù)配置。在鐵路通信數(shù)據(jù)網(wǎng)中，CE設(shè)備類型多樣，存在無(wú)法進(jìn)行BFD配置的情況，這時(shí)需要使用BFD的單臂回聲檢測(cè)。當(dāng)對(duì)端CE設(shè)備不支持BFD檢測(cè)功能時(shí)，為了能夠快速檢測(cè)這2臺(tái)設(shè)備之間的故障，可以在支持BFD功能的設(shè)備上，創(chuàng)建單臂回聲（Echo）功能的BFD會(huì)話；不支持BFD功能的設(shè)備接收到BFDEcho報(bào)文后，則直接將其環(huán)回，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)鏈路的連通性檢測(cè)功能。BFD單臂回聲檢測(cè)見(jiàn)圖4。配置方式：bfdbindpeer-ip10.1.1.1interfacegigabitethernet1/0/0one-arm-echo

4總結(jié)

上海局管轄范圍廣，路由器與客戶側(cè)CE設(shè)備間使用傳輸通道承載的情況較多，針對(duì)現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)以三層靜態(tài)路由雙上行接入時(shí)的應(yīng)用情況，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行分析研究，當(dāng)采用三層靜態(tài)路由雙上行接入業(yè)務(wù)時(shí)，需在路由器與客戶側(cè)CE設(shè)備兩端開啟BFD檢測(cè)功能，以便快速檢測(cè)鏈路質(zhì)量，達(dá)到冗余保護(hù)目的。

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作者：于華 單位：中國(guó)鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海通信段