【文章內容簡介】 可配置多業(yè)務板卡，如防火墻、入侵防御、流量負載均衡、網絡流量分析等業(yè)務板卡，以滿足未來網絡的發(fā)展需求 支持2臺至4臺內的虛擬化架構組網，能提供統(tǒng)一的控制平面與轉發(fā)平面、跨機柜的鏈路聚合 支持完善的、基于IPv4/IPv6的靜態(tài)路由協(xié)議與動態(tài)路由協(xié)議 設備成熟穩(wěn)定，產品在工信部登記入網時間2年以上，并在貴州省市場內有5份以上用戶使用案例第四章 網絡可靠冗余性設計貴州省公安視頻監(jiān)控承載網各業(yè)務系統(tǒng)的安全運行，對貴州省公安視頻監(jiān)控承載網網絡系統(tǒng)的可靠性提出了很高的要求。因此在網絡的設計實施中必須對網絡的可靠性進行詳盡的考慮和設計。網絡系統(tǒng)的可靠性由兩個大部分組成，即承載網絡的可靠性和應用系統(tǒng)的可靠性。應用系統(tǒng)的可靠性主要由服務器、存儲設備、應用程序、數據庫等的可靠性構成；承載網絡的可靠性則包括網絡拓撲組網結構的可靠性及組網設備可靠性，下面對本次貴州省公安視頻監(jiān)控承載網大集中網絡的可靠性設計進行說明。4 組網結構可靠冗余性設計貴州省公安視頻監(jiān)控承載網大集中網絡設計首先從網絡結構上保證了高可靠性和高冗余性：1)省到地市二級骨干網絡采用雙星形冗余架構設計，通過路由協(xié)議、BFD、不間斷路由等技術配合實現廣域傳輸的可靠性；2）地市城域網各節(jié)點采用RPR環(huán)組架構設計，通過RPR支持的鏈路/節(jié)點故障50ms的故障自愈時間能力保障數據不丟失、業(yè)務永續(xù)；3)地市到區(qū)縣采用雙核心、單接入架構設計，通過虛擬化架構的統(tǒng)一控制、轉發(fā)、管理及跨設備鏈路聚合等技術完善區(qū)縣接入網絡的可靠性與傳輸性能。 設備級可靠冗余性設計網絡核心節(jié)點設備的可靠是確保整個網絡的有效運轉的關鍵所在。要保證貴州省公安視頻監(jiān)控承載網網絡平臺的可靠性，必須要選用具備電信級可靠性的網絡設備進行組網，才能使網絡具有自動恢復能力、降低人工維護工作，達到電信級的可靠運行。 網絡關鍵設備必須具有電信級可靠性網絡中的關鍵設備，如核心交換機等，應該具備電信級可靠性：l %。l 網絡核心設備采用全分布式體系結構，路由與轉發(fā)分離。l 網絡核心設備采用CLOS多級多平面架構，交換與控制物理分離，能支持獨立的控制引擎、獨立的交換網板及獨立的業(yè)務板l 所有關鍵器件，如主控板、電源等都采用冗余設計，業(yè)務模塊支持熱插拔。l 網絡核心設備支持不間斷轉發(fā)，主控板熱備份。主備倒換過程不影響業(yè)務轉發(fā)，不丟包。l 網絡核心設備支持軟件在線升級，升級過程中業(yè)務不中斷。l 網絡核心設備支持軟件熱補丁，打補丁過程中主控板和接口板都不需要重啟動，業(yè)務不中斷。下面對備份技術，補丁技術及不簡單轉發(fā)技術進行介紹：1）備份技術對高可靠性的支持必須是完備的，系統(tǒng)的。既要對硬件部件(如電源，主控板、交換網及存儲設備等)的備份，也需要對數據和系統(tǒng)的中間狀態(tài)信息備份。硬件的備份技術是由硬件邏輯或者底層軟件控制的，系統(tǒng)需要實時檢測硬件的狀態(tài)，如果發(fā)現異常，則啟動倒換過程，將備用硬件升級為主用，而原主用部件相應的轉換為備用，同時嘗試對硬件部件復位，并給系統(tǒng)發(fā)出告警。對數據和系統(tǒng)狀態(tài)的備份也需要相應的硬件配合，通過部件冗余備份實現來增強設備的可靠性，如對交換機的主控板進行冗余備份，備用板與主用板之間并不進行運行狀態(tài)和與運行數據的同步。交換機啟動時，主用板和備用板都要進行程序加載，并且開始相關模塊的初始化，主用板正常執(zhí)行啟動過程，開始軟件運行，備用板并不完成所有的初始化（包括配置文件的執(zhí)行），而是在完成之前的最后一步暫時阻塞，保持等待運行的狀態(tài)；一旦主用板出現故障，備用板重新啟動所有的業(yè)務板并完成最后的初始化，接替主用板工作。這種備份方式稱為冷備份。冷備份節(jié)省了加載以及啟動的時間、備用板配置恢復時間，減少了故障恢復時間，從而增加系統(tǒng)可靠性。不過在這種備份方式下，由于主備之間不進行任何數據的備份，需要進行數據的搜集或恢復處理，需要花費一定的時間。 一些協(xié)議連接需要重新協(xié)商處理，如路由協(xié)議建立鄰居、路由聚合需要花費一定的時間?？赡軙е聵I(yè)務板的重新啟動，需要花費一定的時間。所有這些，都可能導致業(yè)務的短時間中斷，但是，即使是瞬間的網絡中斷，也可能給用戶造成巨大的損失，對一些政務關鍵部門的業(yè)務用戶尤其如此。為了將網絡中斷時間減少至最短時間，甚至做到業(yè)務不中斷，需要對系統(tǒng)運行時的動態(tài)數據或進程狀態(tài)進行備份，這時備用板處于一個特殊的運行態(tài)，只接收和儲存由主用板發(fā)送來的數據和狀態(tài)，當主用板發(fā)生故障時，系統(tǒng)平滑的切換到備用板，切換過程對網絡用戶透明，業(yè)務不會因為網絡的切換而中斷。我們稱這種備份方式為熱備份。當系統(tǒng)的備用板啟動之后，主用板和備用板之間的狀態(tài)差異可以非常大，這時需要將主用系統(tǒng)的數據批量的備份到備用板上，這個過程就是批量備份。當批量備份結束后，隨著系統(tǒng)的運行，主用系統(tǒng)的數據會發(fā)生變化，這些變化需要定時的備份到備用系統(tǒng)中，這個過程稱作定時備份。一旦主用系統(tǒng)出現故障，備用系統(tǒng)和主用系統(tǒng)的角色需要交換，將備用系統(tǒng)升格為主用系統(tǒng)的過程稱作主備倒換。備用系統(tǒng)升級為主用系統(tǒng)后，一些狀態(tài)信息沒有從原主用系統(tǒng)得到，或數據失效，新的主用系統(tǒng)需要與接口板對硬件狀態(tài)、鏈路層狀態(tài)和配置數據上確認這些數據，這個確認過程是數據平滑。熱備份保證主備系統(tǒng)板之間的數據和狀態(tài)始終一致，因而，業(yè)務板也感覺不到系統(tǒng)板發(fā)生倒換，再加上協(xié)議狀態(tài)的一致，因此可以保證業(yè)務不會丟失。2）補丁技術補丁技術主要目的是修正已經發(fā)現并解決的BUG，防止相同的問題在不同的網絡上發(fā)生。在兩種補丁技術中，冷補丁的軟件升級技術是傳統(tǒng)數據通信產品的主要方式，熱補丁技術則是現有電信網絡設備的常用方式，冷補丁技術能夠不中斷業(yè)務的轉發(fā)，但對設備的正常運行有一定影響；熱補丁的執(zhí)行過程中業(yè)務處理流程可以正常進行，對設備沒有任何影響。設備的高可靠性從硬件、軟件、保護機制等幾個方面體現：冷補丁技術的主要原理是使用更新的軟件版本替換有問題的版本，在這個過程中，如果是在無備份的機制下，會中斷轉發(fā)業(yè)務；在有備份板的情況下，打補丁操作需要在備板中進行，通過手動倒換操作，能實現無業(yè)務損失的升級工作，但在接口處理板上的補丁操作會影響業(yè)務的正常運行。熱補丁技術需要有操作系統(tǒng)和相應的編譯工具的支持，它的原理是將所需要升級的那部分代碼編譯后形成一個補丁文件，在打補丁過程中，將這個補丁文件加載到系統(tǒng)的補丁區(qū)域，并修改原有軟件的Bug 區(qū)域，將新的特性跳轉到補丁區(qū)域執(zhí)行，整個過程不需要中斷業(yè)務，可以在主用板執(zhí)行，因此業(yè)務沒有絲毫損失。另外熱補丁技術并沒有修改原有軟件，因此在需要時可以回退，這也為補丁的更新提供了更便利的條件。3）不間斷路由核心路由交換機中的有多種路由協(xié)議，它們保存了大量的數據和中間狀態(tài)信息，數據量可以達到上百兆的大小，因此對這些數據的備份是很困難的。為了解決路由的備份問題，業(yè)界提出了三種方法：鏡象、備份和平滑重啟。應用不間斷路由技術后，設備的路由控制器發(fā)生問題后，設備中的備用控制器自然切換為主用，替代執(zhí)行路由的處理，而這個過程對路由器的轉發(fā)平面是透明的，轉發(fā)平面可以繼續(xù)轉發(fā)報文，做到不中斷轉發(fā)。鏡象的方法是一個通用的方法，主用控制器與備用控制器的硬件、軟件、數據甚至內存都完全一致，唯一不同是主用控制器能夠向外發(fā)送控制信息，而備用控制器只用來接收外界消息。鏡象有兩種方法，一種是硬件鏡象，另外一種是軟件鏡象，硬件鏡象就是由硬件同步主用和備用部件，使它們一致，軟件鏡象通過一套鏡象協(xié)議保證這種效果。由于主用和備用的部件完全一致，當主用部件發(fā)生故障時，鏡象用的備用部件也極易產生同樣的問題。為了避免這一問題，就產生了備份的方式，主用和備用控制器只備份關鍵數據和信息，這樣就避免主用和備用部件的完全一致，因而可以防止部分問題的重復發(fā)生。但是備份的方式也有它的缺點，就是主用和備用控制器的切換會導致鄰接設備路由狀態(tài)的更新，引起網絡的路由震蕩，平滑重啟解決了這個問題。平滑重啟通過在全網中支持路由平滑重啟特性，在故障設備和正常設備間建立相互的信任機制，當設備路由故障時，需要進行路由控制器的重啟前，將重啟請求發(fā)送給鄰接設備，鄰接設備收到這個請求后，不會更新其路由表，而等待故障設備重啟完成，在這個過程中由于轉發(fā)平面能夠繼續(xù)工作，因此，網絡中的報文轉發(fā)不會受到這個設備路由控制器重啟的影響。平滑重啟解決了路由備份的問題，但是它的路由恢復時間隨著路由數據的大小而線性增長，在路由恢復過程中的路由更新有可能造成網絡的路由循環(huán)和路由黑洞，另外由于平滑重啟還沒有完成其協(xié)議的標準化，因此還需要一段時間，各個廠家間的平滑重啟特性才能互通。相比來說，備份的前景比較好，一方面它的機制簡單，可以使用熱備份特性支持，簡化了實現的難度；另一方面它能夠做到本地備份，不需要與鄰接設備間的大量路由數據的通信，因而可以在關鍵設備上獨立支持這個特性。對于備份方式的路由更新問題，可以通過調整協(xié)議參數，或備份TCP連接的方式，使鄰接設備感覺不到本機故障，抑制了路由更新。進一步的研究表明，某種方式的平滑重啟與備份結合后，將會彌補兩種特性的缺點，能夠得到更完善的不間斷路由機制。貴州省公安視頻監(jiān)控承載網廣域網網絡中所采用的核心交換機設備應具有強大的設備級可靠性保證：采用CLOS多級多平面結構：在核心節(jié)點核心交換機上建議采用支持CLOS多級多平面架構設備，CLOS架構定義了一種幾何拓撲結構，在處理高速包交換時，需要采用專門設計的動態(tài)路由方式。動態(tài)路由關鍵點在于能負荷分擔地均衡利用所有可達路徑，實現嚴格的無阻塞交換，并有利于減小加速比從而提高有效端口容量；另外由于CLOS交換系統(tǒng)容量很大，物理實現上，通常采用N+1個獨立的交換網槽位，與主控板控制平面徹底分離，一方面提高了系統(tǒng)容量可擴展性，另一方面極大程度上提高了轉發(fā)平面的可靠性，避免了控制平面出現故障或進行倒換時對轉發(fā)平面的影響；CLOS架構的引入，提高了核心交換機的轉發(fā)性能，帶來更高的可靠性和可用性，避免數據、業(yè)務大集中而造成流量突發(fā)造成壓力。采用分布式體系結構：在核心節(jié)點的高性能交換機采用分布式體系結構，與集中式體系設備相比較，分布式體系設備除性能可以通過插入更多的接口處理板提高整體性能外，更為關鍵的是將管理、路由轉發(fā)、接口處理等功能分配在不同的部件上，協(xié)同工作，分布式體系可以分散故障風險、隔離故障、提供冗余配置，提高系統(tǒng)的自動恢復能力；如管理部件故障，只需要更換這部分板件，不影響其他功能。關鍵部件冗余：核心網絡設備采用分布式體系下，對設備的關鍵部件，如主控管理單元、交換轉發(fā)單元等，進行冗余構造配置，保證系統(tǒng)在工作中不會全部失效。實時熱備份機制：在系統(tǒng)軟件及硬件的支持下，關鍵部件在發(fā)生故障能自動啟動備份系統(tǒng)，而且主備之間的切換要能夠實時熱倒換，即運行中即使發(fā)生設備故障切換也不會對網絡業(yè)務造成影響。熱插拔特性：核心網絡設備任意單板均支持熱插拔特性，保證系統(tǒng)出現故障需要維護，或系統(tǒng)需要升級擴展時，不需要停機處理，保證網絡的724小時不間斷運行。冗余電源支持：核心路由器能提供冗余電源負載分擔及備份供電，保障系統(tǒng)具有可靠的能量源。散熱系統(tǒng)：網絡設備的散熱系統(tǒng)使設備能夠長時間穩(wěn)定運行而不至因為系統(tǒng)升溫過高出現故障，冗余風扇等散熱裝置可以增加設備的運行時間及減少故障發(fā)生。 RPR環(huán)網設計傳統(tǒng)城域網的解決方案主要是SDH或以太網方式，這兩種方案都各有明顯的優(yōu)缺點：SDH環(huán)網的優(yōu)點是高可靠性，滿足用戶的通信要求；能夠提供保護和快速恢復機制；但是其點到點、電路交換的設計目標也為它帶來了諸多缺點：帶寬在節(jié)點間點到點的鏈路中固定分配并保留；帶寬不能根據網絡中流量的實際情況而改變，不利于帶寬的高效利用；廣播和組播報文將分成多個單播完成，浪費帶寬；通常為實現保護機制，50% 的帶寬將保留，未能提供靈活的選擇機制。以太網技術以其成本低、簡潔、易擴展、以及便于IP 包的傳輸和處理等特點，但它在規(guī)模、端到端業(yè)務建立、質量保證、可靠性等方面還存在不少需要克服的難題。RPR（Resilient Packet Ring）彈性分組數據環(huán)技術集IP的智能化、以太網的經濟性和光纖環(huán)網的高帶寬效率、可靠性于一體，為寬帶IP城域網運營商提供了一個良好的組網方案。RPR技術使得運營商在城域網內以低成本提供電信級的服務成為可能，在提供類似SDH級網絡可靠性的同時降低了傳送費用。RPR有別與傳統(tǒng)MAC最吸引人的特點是具有電信級的可靠性，使其不僅僅只是局限于處理面向數據的業(yè)務傳送需求，同時可以形成處理多業(yè)務傳送的綜合傳輸解決方案?？梢赃@樣說，RPR是IP技術與光網絡技術直接融合的產物，它源于客戶對IP業(yè)務發(fā)展的需求，順應最新的技術潮流，為IP城域網的建設帶來了一套低成本、高品質的解決方案。 技術特點結構描述與SDH拓撲結構類似，RPR為互逆雙環(huán)拓撲結構，環(huán)上的每段光路工作在同一速率上。不同的是，RPR的雙環(huán)都能夠傳送數據，兩個環(huán)被分別稱為0環(huán)（Ringlet0）和1環(huán)（Ringlet1）。RPR 0環(huán)的數據傳送方向為順時針方向，1環(huán)的數據傳送方向為逆時針方向。每個RPR節(jié)點(station)都采用了一個以太網中用到的48位MAC地址作為地址標識，因此從RPR節(jié)點設備鏈路層來看，這兩對收發(fā)的物理光接口只是一個鏈路層接口；從網絡層來看，也只需要分配一個接口IP地址。兩個相鄰RPR節(jié)點之間鏈路稱為段(span)，多個連續(xù)的段和其上的節(jié)點構成域(domain)。就每個節(jié)點來看，其分組交換結構與傳統(tǒng)分組交換結構有很大變化。這里我們先回顧一下傳統(tǒng)分組交換結構，如下圖所示：在傳統(tǒng)分組交換結構中，節(jié)點接收分組報文后，需要穿越節(jié)點內部的背板總線或交換網板，經過隊列調度，才從出口發(fā)送出去。由于節(jié)點內部的背板總線或交換網板需要對所有接口進行統(tǒng)一的處理，因此需要用到大量隊列。同時由于要貫穿節(jié)點內部處理和交換單元，因此存在較大的延時和抖動。而且由于接口之間沒有直接對應，鏈路的帶寬利用效率也成問題。這種方式就好比城市公路交通，有許多十字路口，都需要紅綠燈進行調度管理，容易造成交通堵塞。而在RPR結構中，就能夠很好地避免以上問題。這個結構類似城市的環(huán)形公路，環(huán)路內部各站都能直通，基本上不用紅綠燈，效率更高。一個RPR節(jié)點具有一個MAC實體和兩個物理層實體。物理層