一、概述

　　眾所周知電力調(diào)度、通信數(shù)據(jù)網(wǎng)是承載電力生產(chǎn)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，重要性不言而喻，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)要確保關(guān)鍵的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)以及非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的順暢轉(zhuǎn)發(fā);調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)由于承載重要生產(chǎn)業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)的可靠性要高，這樣才能避免對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，同時(shí)要確保調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中承載的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的邏輯隔離，滿足電力二次安全防護(hù)的規(guī)定，以上這幾點(diǎn)要求都要依托于組建電力調(diào)度、通信數(shù)據(jù)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。

　　SR系列路由器采用先進(jìn)的分布式體系架構(gòu)，提供強(qiáng)大的處理性能，分布式的體系架構(gòu)又實(shí)現(xiàn)了路由引擎和業(yè)務(wù)引擎硬件分離，確保系統(tǒng)全速運(yùn)行時(shí)業(yè)務(wù)和控制互不干擾，可以保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的順暢轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)SR系列路由器又可以提供先進(jìn)的隊(duì)列調(diào)度、擁塞避免、擁塞管理、流量監(jiān)管、流量整形、優(yōu)先級(jí)標(biāo)記等功能，可精確保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)和丟包率，滿足實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)不同業(yè)務(wù)等級(jí)的“區(qū)分服務(wù)”的要求.

　　SR系列路由器采用電信級(jí)可靠性設(shè)計(jì)，各關(guān)鍵部件如主控板、電源、管理總線全部為冗余熱備分，實(shí)現(xiàn)基于狀態(tài)的熱切換。所有組件支持熱插拔;提供熱補(bǔ)丁技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軟件完全平滑升級(jí);SR系列路由器通過自身高可靠的設(shè)計(jì)可以保證調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行;同時(shí)SR系列路由器還支持BFD和GR技術(shù)，特別是SR88的業(yè)務(wù)接口板上具有一個(gè)專用的OAM鏈路檢測(cè)引擎，可以實(shí)現(xiàn)真正意義上30ms鏈路檢測(cè)機(jī)制，通過與各種協(xié)議如OSPF/IS-IS/BGP/MPLS LDP/MPLS RSVP-TE等配合，實(shí)現(xiàn)20ms鏈路切換機(jī)制，從而保證調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)不中斷。

　　通過SR系列自身具有的先進(jìn)技術(shù)，可以確保電力行業(yè)各種關(guān)鍵業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，可以構(gòu)建安全、可靠、穩(wěn)定的電力調(diào)度、通信數(shù)據(jù)網(wǎng)。

　　二、GR技術(shù)應(yīng)用分析

　　2.1 GR技術(shù)簡(jiǎn)介

　　Graceful Restart簡(jiǎn)稱GR，字面意義是平滑重起，主要實(shí)現(xiàn)的能力是在路由協(xié)議重起的時(shí)候保證數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的正常，以保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)不中斷。GR技術(shù)是屬于高可靠性(HA, High Availability)技術(shù)的一種。HA是一整套綜合技術(shù)，主要包括冗余容錯(cuò)、鏈路保證、節(jié)點(diǎn)故障修復(fù)及流量工程。

　　通過部署SR系列路由器具有的GR功能，可以確保電力行業(yè)關(guān)鍵的業(yè)務(wù)在主備引擎倒換時(shí)，實(shí)現(xiàn)不間斷的轉(zhuǎn)發(fā)。

　　2.2 GR的實(shí)現(xiàn)前提

　　隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備普遍采用了控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離的技術(shù)，GR技術(shù)就成為了可能。在傳統(tǒng)的路由器中控制和轉(zhuǎn)發(fā)是由同一個(gè)處理器(RP：Route Processor)完成的，這個(gè)處理器既通過路由協(xié)議發(fā)現(xiàn)并維護(hù)路由，同時(shí)也維護(hù)著路由表和轉(zhuǎn)發(fā)表。為了提高設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)性能和可靠性，中高端設(shè)備普遍采用了多RP的結(jié)構(gòu)。負(fù)責(zé)路由協(xié)議等控制模塊的處理器一般位于主控板，而負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的處理器則位于線卡上。這樣在主處理器重起的時(shí)候才有可能不影響線卡上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

　　基于上面的原因，目前實(shí)現(xiàn)GR的設(shè)備都需要有以下特征：雙主控結(jié)構(gòu)，并且線卡具有自己獨(dú)立的處理器和內(nèi)存即設(shè)備為分布式轉(zhuǎn)發(fā)體系架構(gòu)。

　　2.3應(yīng)用GR帶來的好處

　　在沒有使用GR的時(shí)候，因?yàn)楦鞣N原因出現(xiàn)的主備切換，都會(huì)造成短時(shí)間的轉(zhuǎn)發(fā)中斷，并且在全網(wǎng)造成路由振蕩。通過圖1可以看到問題所在。

　　如果R1是自治系統(tǒng)的ASBR，那么會(huì)通過BGP引入大量外部路由，當(dāng)R1發(fā)生主備切換時(shí)，會(huì)造成下面的影響：

　　所有外部路由丟失，當(dāng)R1恢復(fù)時(shí)，再次學(xué)到路由，造成網(wǎng)絡(luò)路由振蕩。

　　在R1的備份主控單元完成路由計(jì)算和發(fā)布之前，所有通過R1的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)中斷。

　　R1的所有鄰居需要重新進(jìn)行路由計(jì)算，并改寫轉(zhuǎn)發(fā)表。

　　當(dāng)R1恢復(fù)正常時(shí)，R1的所有鄰居需要重新進(jìn)行鄰居協(xié)商和交互，并計(jì)算路由，改寫轉(zhuǎn)發(fā)表。

　　對(duì)于一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò)，尤其是電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于這些路由振蕩和業(yè)務(wù)中斷是不可容忍的。

　　圖1 傳統(tǒng)主備切換時(shí)造成的網(wǎng)絡(luò)問題

　　而使用GR技術(shù)則可以解決全部的問題。在R1與其它鄰居建立鄰接關(guān)系的時(shí)候，就會(huì)進(jìn)行能力的協(xié)商。這樣在R1進(jìn)行切換的時(shí)候，它的鄰居會(huì)維護(hù)鄰接關(guān)系不變，并保持路由的穩(wěn)定和正常的轉(zhuǎn)發(fā)。除了R1的鄰居，網(wǎng)絡(luò)中的其它設(shè)備并不知道R1進(jìn)行了協(xié)議的重起。

　　圖2 采用GR技術(shù)解決了主備切換時(shí)造成的網(wǎng)絡(luò)問題

　　2.4 GR的具體部署

　　SR系列路由器都是采用分布式轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)備，同時(shí)都具有GR對(duì)OSPF、BGP等多種協(xié)議的支持能力，通過部署GR可以確保業(yè)務(wù)在設(shè)備進(jìn)行主備倒換的實(shí)時(shí)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)不中斷進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，確保電力行業(yè)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定的運(yùn)行。

　　下面就介紹一下GR與各種協(xié)議的配合部署方法。

　　2.4.1 GR與OSPF 配合

　　在OSPF協(xié)議重啟前，GR Restarter與GR Helper協(xié)商GR能力。在重啟過程中，GR Helper繼續(xù)宣告與GR Restarter的鄰接狀態(tài)不變。

　　OSPF協(xié)議重啟完畢后，GR Restarter會(huì)立即向其鄰接的GR Helper發(fā)送一個(gè)OSPF GR信號(hào)。這樣，OSPF鄰居就不會(huì)復(fù)位與其的鄰居關(guān)系。在收到其OSPF鄰居的響應(yīng)后，GR Restarter會(huì)重新恢復(fù)與其的鄰居關(guān)系列表。

　　鄰居關(guān)系重新建立后，GR Restarter與其所有具備GR感知能力的OSPF鄰居之間同步數(shù)據(jù)庫(kù)，并交換路由信息。交換完成后，GR Restarter根據(jù)新的路由轉(zhuǎn)發(fā)信息更新路由表和轉(zhuǎn)發(fā)表，刪除失效的路由，完成OSPF協(xié)議收斂。

　　2.4.2 GR與BGP 配合

　　基于BGP的GR Restarter為了與BGP對(duì)等體建立一個(gè)BGP會(huì)話連接，首先要發(fā)送一個(gè)包含了GR能力的OPEN消息到對(duì)端，BGP對(duì)等體收到該消息后，得知發(fā)送方已具有GR能力。這樣，通過OPEN消息交互GR能力，GR Restarter與其BGP對(duì)等體之間協(xié)商建立起GR Session連接。如果雙方都沒有交換GR能力的信息，建立起的會(huì)話也就不具備GR能力。

　　BGP協(xié)議重啟時(shí)，會(huì)話項(xiàng)將丟失，此時(shí)具備GR感知能力的BGP對(duì)等體會(huì)將所有與該GR Restarter有關(guān)的路由進(jìn)行失效標(biāo)記。但在GR Time內(nèi)仍按照這些路由進(jìn)行報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，這樣確保了在從BGP對(duì)等體重新收集路由信息的過程中沒有報(bào)文丟失。

　　BGP協(xié)議重啟完畢后，GR Restarter會(huì)重新與BGP對(duì)等體建立GR Session連接，同時(shí)發(fā)送新的GR消息以宣告其重啟完畢。此時(shí)兩個(gè)BGP對(duì)等體間進(jìn)行路由信息交換。交換完成后，GR Restarter根據(jù)新的路由轉(zhuǎn)發(fā)信息更新路由表和轉(zhuǎn)發(fā)表，刪除失效的路由，完成BGP協(xié)議收斂。

　　三、BFD技術(shù)應(yīng)用分析

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一個(gè)越來越重要的特征是，要求對(duì)相鄰系統(tǒng)之間通信故障進(jìn)行快速檢測(cè)，這樣在出現(xiàn)故障時(shí)可以更快的建立起替代通道或倒換到其他鏈路。目前，一些硬件如SDH等可以提供這個(gè)功能，但是對(duì)于很多硬件或者軟件無法提供這個(gè)功能，比如以太網(wǎng)。還有一些無法實(shí)現(xiàn)路徑檢測(cè)，比如轉(zhuǎn)發(fā)引擎或者接口等，無法實(shí)現(xiàn)端到端的檢測(cè)，在目前的網(wǎng)絡(luò)一般采用慢Hello機(jī)制，尤其在路由協(xié)議中，在沒有硬件幫助下，檢測(cè)時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)(例如：OSPF需要2秒的檢測(cè)時(shí)間，ISIS需要1秒的檢測(cè)時(shí)間)，這對(duì)某些應(yīng)用來說時(shí)間太長(zhǎng)了，當(dāng)數(shù)據(jù)速率到吉比特時(shí)，缺陷感應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)代表著大量數(shù)據(jù)的丟失。

　　雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)BFD(Bidirectional Forwarding Detection)就是為了解決現(xiàn)有檢測(cè)機(jī)制不足而產(chǎn)生的，BFD是一套用來實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，提供一種輕負(fù)荷、持續(xù)時(shí)間短的檢測(cè)。在很多方面，BFD與那些著名的路由協(xié)議的鄰居檢測(cè)部分相似。一對(duì)系統(tǒng)在它們之間的所建立會(huì)話的通道上周期性的發(fā)送檢測(cè)報(bào)文，如果某個(gè)系統(tǒng)在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)沒有收到對(duì)端的檢測(cè)報(bào)文，則認(rèn)為在這條到相鄰系統(tǒng)的雙向通道的某個(gè)部分發(fā)生了故障。BFD的主要功能是提供一種通用的方式來檢測(cè)兩臺(tái)設(shè)備之間的鏈路狀態(tài)，通過配置BFD可以設(shè)置毫秒級(jí)的時(shí)間檢測(cè)間隔，從而可以在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)快速檢測(cè)到鄰居故障，應(yīng)用可以依靠BFD的快速檢測(cè)來提供快速的流量切換。

　　通過部署SR系列路由器具有的BFD技術(shù)，可以在電力行業(yè)的調(diào)度、通信數(shù)據(jù)網(wǎng)中大大提高各類故障的檢測(cè)時(shí)間，從而提高網(wǎng)絡(luò)的收斂時(shí)間，確保各項(xiàng)關(guān)鍵業(yè)務(wù)正常運(yùn)行，滿足電力行業(yè)生產(chǎn)業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠要求。

　　3.1 BFD實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)介

　　BFD在兩臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上建立會(huì)話，用來檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑，為上層應(yīng)用服務(wù)。BFD本身并沒有鄰居發(fā)現(xiàn)機(jī)制，而是靠被服務(wù)的上層應(yīng)用通知其鄰居信息以建立會(huì)話。會(huì)話建立后會(huì)周期性地快速發(fā)送BFD報(bào)文，如果在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)沒有收到BFD報(bào)文則認(rèn)為該雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)生了故障，通知被服務(wù)的上層應(yīng)用進(jìn)行相應(yīng)的處理。下面以O(shè)SPF與BFD聯(lián)動(dòng)為例，簡(jiǎn)單介紹會(huì)話工作流程。

　　3.1.1 BFD會(huì)話建立流程

　　圖1 BFD會(huì)話建立流程圖

　　(1) OSPF通過自己的Hello機(jī)制發(fā)現(xiàn)鄰居并建立連接;

　　(2) OSPF在建立了新的鄰居關(guān)系后，將鄰居信息(包括目的地址和源地址等)通告給BFD;

　　(3) BFD根據(jù)收到的鄰居信息建立會(huì)話。

　　3.1.2 BFD故障發(fā)現(xiàn)處理流程

　　圖2 BFD故障發(fā)現(xiàn)處理流程圖

　　(1) 被檢測(cè)鏈路出現(xiàn)故障;

　　(2) BFD檢測(cè)到鏈路故障，拆除BFD鄰居會(huì)話;

　　(3) BFD通知本地OSPF進(jìn)程BFD鄰居不可達(dá);

　　(4) 本地OSPF進(jìn)程中斷OSPF鄰居關(guān)系

　　BFD有兩種操作模式：異步模式和查詢模式。目前Comware只支持異步模式。在此模式下，會(huì)話兩端周期性地發(fā)送BFD控制報(bào)文，根據(jù)是否能收到對(duì)端的BFD控制報(bào)文來檢測(cè)會(huì)話狀態(tài)。

　　另外，Comware還支持回聲功能。回聲功能啟動(dòng)后，會(huì)話的一端周期性地發(fā)送BFD Echo報(bào)文，對(duì)端不對(duì)此報(bào)文進(jìn)行處理，而只將此報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)回發(fā)送端。根據(jù)發(fā)送端是否能收到BFD Echo報(bào)文來檢測(cè)會(huì)話狀態(tài)。

　　BFD會(huì)話的兩端可能是在直連網(wǎng)段(即IP報(bào)文的一跳)，也可能是在不同網(wǎng)段?；芈暪δ苤豢梢詸z測(cè)直連網(wǎng)段故障，即BFD Echo報(bào)文是單跳發(fā)送;而BFD控制報(bào)文可以檢測(cè)直連網(wǎng)段和非直連網(wǎng)段的故障，即BFD控制報(bào)文可以是單跳或多跳發(fā)送。

　　3.2 BFD的具體部署

　　一般的路由器采用主控板CPU集中式處理BFD鏈路故障檢測(cè)功能，BFD協(xié)議報(bào)文由主控板CPU產(chǎn)生、發(fā)送和處理。由于BFD需要在路由器之間建立會(huì)話，當(dāng)會(huì)話數(shù)量較多或者路由器業(yè)務(wù)量較大時(shí)，主控CPU占用率高，BFD協(xié)議報(bào)文可能沒有被及時(shí)產(chǎn)生或發(fā)送，將較終導(dǎo)致對(duì)端設(shè)備檢測(cè)錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)無故振蕩。因此，集中時(shí)BFD無法在全業(yè)務(wù)的情況下實(shí)現(xiàn)真正的30ms故障檢測(cè)。

　　SR系列路由器采用分布式OAM體系構(gòu)架，各業(yè)務(wù)板均提供專門的引擎專用于實(shí)現(xiàn)鏈路故障檢測(cè)相關(guān)功能，使鏈路故障檢測(cè)業(yè)務(wù)從主控CPU分離出來，既減輕主控CPU的負(fù)荷、保障主控CPU的安全性，同時(shí)提高鏈路故障檢測(cè)業(yè)務(wù)的處理性能，在全業(yè)務(wù)環(huán)境下真正實(shí)現(xiàn)30ms故障檢測(cè)，提供電信級(jí)的可靠性。

　　SR系列路由器是業(yè)界支持BFD關(guān)聯(lián)協(xié)議較豐富的設(shè)備之一，關(guān)聯(lián)的協(xié)議包括：BFD for OSPF / IS-IS / BGP / RIP / Static Route / RSVP / VPLS PW / VRRP。下面介紹一下BFD與電力行業(yè)調(diào)度、通信數(shù)據(jù)網(wǎng)中常用的協(xié)議如何進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

　　3.2.1 OSPF與BFD聯(lián)動(dòng)

　　OSPF使用BFD來進(jìn)行快速故障檢測(cè)時(shí)，OSPF可以通過HELLO報(bào)文動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)鄰居，OSPF將鄰居地址通知BFD就開始建立會(huì)話。BFD會(huì)話建立前處于DOWN狀態(tài)，此時(shí)BFD控制報(bào)文以不小于1秒的時(shí)間間隔周期發(fā)送以減少控制報(bào)文流量，直到會(huì)話建立以后才會(huì)以協(xié)商的時(shí)間間隔發(fā)送以實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)。進(jìn)行配置 BFD之前，需要配置OSPF功能。

　　3.2.2 BGP與BFD聯(lián)動(dòng)

　　BGP協(xié)議的keepalive時(shí)間間隔缺省為60秒，較小可以配置為1秒，這樣holdtime缺省為180秒，較小為3秒，鄰居關(guān)系的檢測(cè)比較慢，對(duì)于報(bào)文收發(fā)速度快的接口會(huì)導(dǎo)致大量報(bào)文丟失。通過BFD進(jìn)行快速故障檢測(cè)，可以實(shí)現(xiàn)鄰居關(guān)系的快速檢測(cè)，加快協(xié)議收斂。配置BFD之前，需要使能BGP功能。

　　3.2.3 MPLS 與BFD聯(lián)動(dòng)

　　MPLS運(yùn)行BFD用于鄰居快速檢測(cè)，檢測(cè)到的故障一般用于主備轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的切換：即MPLS將業(yè)務(wù)從主路徑切換到備份路徑上。在使能BFD提供的鏈路檢測(cè)功能之前，需要配置MPLS相關(guān)功能。

　　總之，SR系列路由器無從性能、組網(wǎng)能力、可靠性，還是安全防護(hù)以擴(kuò)展能力都可以滿足調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)對(duì)設(shè)備的要求，可以構(gòu)建安全、可靠、穩(wěn)定的電力調(diào)度、通信數(shù)據(jù)網(wǎng)。

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