電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)3個(gè)典型優(yōu)化案例探討

段 婕，谷 良，趙云峰

（1.國網(wǎng)山西省電力公司信息通信公司，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)3個(gè)典型優(yōu)化案例探討

段 婕1，谷 良1，趙云峰2

（1.國網(wǎng)山西省電力公司信息通信公司，山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司，山西 太原 030001）

闡述了隨著山西電網(wǎng)規(guī)模的迅猛發(fā)展，數(shù)據(jù)通信網(wǎng)在支撐公司各類應(yīng)用方面擔(dān)任的角色也越來越重要，通過開展數(shù)據(jù)通信網(wǎng)優(yōu)化改造工作，增強(qiáng)全網(wǎng)的合理性、擴(kuò)展性，但網(wǎng)絡(luò)改造時(shí)如何保證數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的穩(wěn)定性以及業(yè)務(wù)的可用性是衡量網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作是否成功的關(guān)鍵因素。以國家電網(wǎng)公司開展的一系列數(shù)據(jù)通信網(wǎng)優(yōu)化整合工作為素材，選取了3個(gè)典型優(yōu)化案例，詳細(xì)闡述了3個(gè)優(yōu)化案例的實(shí)施難點(diǎn)以及解決思路，并提煉出大型數(shù)據(jù)網(wǎng)割接工作的實(shí)施思路和實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。

多協(xié)議標(biāo)簽交換協(xié)議；內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議；路由反射

0 引言

國家電網(wǎng)公司為了在公司范圍內(nèi)建成統(tǒng)一規(guī)范、綜合承載、靈活調(diào)度、高效可靠的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，制定了一系列的省級及以下數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化改造計(jì)劃。山西骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)于2004年建成并投入使用，承載著公司數(shù)據(jù)、視頻、語音等各類管理信息，如果在修改網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議時(shí)，割接方案設(shè)計(jì)不嚴(yán)謹(jǐn)，將影響公司信息、調(diào)度、會(huì)議等20余個(gè)重要業(yè)務(wù)的正常使用。因此，在執(zhí)行大范圍的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)“無縫”割接、業(yè)務(wù)“零中斷”以及割接“秒級”回退，是衡量整個(gè)割接工作是否成功的關(guān)鍵因素。本文以省內(nèi)數(shù)據(jù)網(wǎng)優(yōu)化整合工作為背景，從內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP“（interior gateway protocol）”、多協(xié)議標(biāo)簽交換協(xié)議 MPLS“（multi-protocollabel switching）”、邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議 BGP“ （border gateway protocol）”3層協(xié)議優(yōu)化改造中提煉出3個(gè)典型的模塊，總結(jié)實(shí)施工作中的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)。

1 IGP路由策略部署

1.1 實(shí)施背景

山西骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP采用開放式最短路徑優(yōu)先OSPF（open shortest path First）協(xié)議，省骨干數(shù)據(jù)網(wǎng)核心和骨干節(jié)點(diǎn)劃分到區(qū)域area0，接入層節(jié)點(diǎn)按照地區(qū)劃分為不同的區(qū)域arean。

考慮到未來網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變化趨勢、報(bào)文內(nèi)容擴(kuò)展需要、長期穩(wěn)定運(yùn)行需求，以及相對于OSPF路由協(xié)議，中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)IS-IS（intermediate system to-intermediate system）路由協(xié)議具有大型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)能力、更具嚴(yán)謹(jǐn)性、安全性、管理手段多樣性等優(yōu)勢，國家電網(wǎng)公司選用IS-IS協(xié)議作為省公司數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化整合之后的IGP路由協(xié)議[1]。

1.2 實(shí)施目標(biāo)

對省骨干網(wǎng)IGP路由協(xié)議進(jìn)行調(diào)整，將OSPF協(xié)議翻轉(zhuǎn)為IS-IS協(xié)議。

1.3 實(shí)施方法

1.3.1 難點(diǎn)分析

IGP協(xié)議是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)保證全網(wǎng)路由器互通性的基本路由協(xié)議，對IGP協(xié)議的調(diào)整要做到“準(zhǔn)備充足、割接迅速、回退易行”，所以對IGP協(xié)議的調(diào)整不能直接采用替換的方式，而是采用“并存、過渡、替換”的割接方法見圖1。

圖1 IGP路由策略演進(jìn)示意圖

1.3.2 實(shí)施思路

通過設(shè)計(jì)IGP管理距離，采用“部署與割接相分離”的策略，縮短割接時(shí)間、降低實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。山西公司全網(wǎng)是思科設(shè)備且沒有對IGP路由協(xié)議的管理距離進(jìn)行過修改，OSPF默認(rèn)的管理距離（110） 小于IS-IS的管理距離（115），所以在路由器上直接配置IS-IS路由協(xié)議時(shí)，全網(wǎng)IGP仍運(yùn)行的是OSPF協(xié)議，不會(huì)影響全網(wǎng)連通性[2]。

1.3.3 方案制定

第一步：IS-IS路由協(xié)議配置。

在全局模式下，通過命令“clns routing”、“router isis”啟用IS-IS協(xié)議，在路由器互聯(lián)接口上配置“ip router isis”、“isis cir level-2”建立IS-IS鄰居關(guān)系。

第二步：路由條目核對。

對現(xiàn)網(wǎng)OSPF路由條目和IS-IS鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫中的路由條目進(jìn)行比對，只有當(dāng)IS-IS路由條目包含OSPF路由條目后，方可進(jìn)行路由協(xié)議翻轉(zhuǎn)。

第三步：路由協(xié)議翻轉(zhuǎn)。

將IS-IS路由協(xié)議的管理距離通過命令“distance 20 ip”調(diào)整為IS-IS L2：20。通過命令“clear ip route*”將IS-IS路由注入IP路由表，原OSPF配置保持。再次比對翻轉(zhuǎn)前后路由表，同時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)測試。

第四步：協(xié)議替換。

如果業(yè)務(wù)測試沒有問題后，保持IS-IS與OSPF協(xié)議并行運(yùn)行30 d，然后逐步刪除OSPF協(xié)議配置。

1.4 小結(jié)

在“并存”或“過渡”階段，如果出現(xiàn)業(yè)務(wù)大范圍中斷或是出現(xiàn)部分路由丟失，可以立即將IS-IS的管理距離改回115，并通過“clear ip route*” 命令將OSPF路由注入IP路由表，迅速切換回OSPF協(xié)議，保證網(wǎng)絡(luò)的互通性。這種方式實(shí)現(xiàn)了“割接迅速、回退易行”，有效地降低了協(xié)議翻轉(zhuǎn)的實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

2 MPLS策略部署

2.1 實(shí)施背景

山西骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)建網(wǎng)時(shí)全部采用思科設(shè)備，標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議[3]MPLS（multi-protocol label switching） 采用思科私有協(xié)議TDP（tag distribution protocol），當(dāng)其他廠商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備入網(wǎng)時(shí)，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)會(huì)造成MPLS VPN（virtual private networt）業(yè)務(wù)無法正常傳輸。為適應(yīng)國網(wǎng)公司網(wǎng)絡(luò)設(shè)備集中采購，設(shè)備選型多元化的趨勢，需要對骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的MPLS標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議進(jìn)行更換，更換為公有協(xié)議LDP（label distribution protocol），滿足其他廠商設(shè)備入網(wǎng)的技術(shù)需求[4]。

2.2 實(shí)施目標(biāo)

MPLS策略部署目標(biāo)是將MPLS標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議由思科私有協(xié)議TDP轉(zhuǎn)化為公有協(xié)議LDP，從而增強(qiáng)山西電力骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的兼容性。

2.3 實(shí)施方法

2.3.1 難點(diǎn)分析

山西電力骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)覆蓋省中心、長治備用調(diào)度中心、11個(gè)地區(qū)分公司、檢修公司以及全省220 kV及以上變電站、電廠路由器，共計(jì)389臺(tái)路由器，涉及骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中承載的生產(chǎn)、調(diào)度、基建、營銷、管理等領(lǐng)域20余個(gè)重要業(yè)務(wù)。如果直接將網(wǎng)絡(luò)的MPLS轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議改為LDP，數(shù)據(jù)網(wǎng)業(yè)務(wù)面臨大范圍、長時(shí)間中斷，一旦在協(xié)議轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)無法預(yù)料的問題，協(xié)議轉(zhuǎn)換工作將回退至原方式，嚴(yán)重影響業(yè)務(wù)系統(tǒng)的正常使用。

2.3.2 實(shí)施思路

采取“分步實(shí)施”的策略，以先邊緣再核心的順序進(jìn)行，在確保接入層（220 kV及以上變電站、電廠路由器）MPLS轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議整改成功后，再將核心層（省中心和長治備調(diào)路由器）、骨干層（11個(gè)地區(qū)分公司和檢修公司骨干路由器） 的MPLS轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議修改為LDP，見圖2。

圖2 接入層標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議調(diào)整示意圖

2.3.3 方案制定

第一步：220 kV及以上變電站接入路由器標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議調(diào)整。

在接入層路由器的全局模式下，通過命令“mpls label protocol ldp”，將MPLS轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議由私有協(xié)議TDP轉(zhuǎn)化為公有協(xié)議LDP。由于核心層、骨干層轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議仍采用私有協(xié)議TDP，與接入層的轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議不兼容，所以在骨干路由器的下聯(lián)接口上啟用命令“mpls label protocol both”，實(shí)現(xiàn)骨干路由器不更改轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議的情況下，兼容接入層路由器，不影響MPLS協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)；同時(shí)，這種方法可以做到每次操作只修改1臺(tái)接入路由器、只影響1臺(tái)路由器的業(yè)務(wù)，避免長時(shí)間、大范圍中斷業(yè)務(wù)。

第二步：核心、骨干路由器標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議調(diào)。

圖3 核心、骨干層標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議調(diào)整示意圖

通過命令“mpls label protocol ldp”，在省中心完成對骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)4臺(tái)核心路由器MPLS協(xié)議配置工作，并遠(yuǎn)程完成對數(shù)據(jù)通信網(wǎng)備調(diào)1臺(tái)核心路由器、24臺(tái)地區(qū)骨干路由器的MPLS協(xié)議配置工作，見圖3。

2.4 小結(jié)

在MPLS轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議調(diào)整方案中沒有直接逐點(diǎn)調(diào)整，而是采用設(shè)計(jì)中間步驟，有層次地完成MPLS轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議修改工作，這種方式有3個(gè)優(yōu)勢，即可以有效保障實(shí)施的有效性、減少業(yè)務(wù)中斷時(shí)間、降低業(yè)務(wù)無法恢復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)。

3 設(shè)置二級路由反射器

3.1 實(shí)施背景

山西骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中，兩臺(tái)核心思科12016路由器設(shè)置為路由反射器[5]RR（routereflector），實(shí)現(xiàn)核心路由器與各地市骨干Cisco7609之間的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP（Border Gateway Protocol）路由互通。通過在各地市骨干路由器7609上設(shè)置null0路由，實(shí)現(xiàn)接入層與核心層、骨干層之間的BGP路由互通，見圖4。

建網(wǎng)初期，在骨干路由器7609上設(shè)置null0路由，接入層路由器只能學(xué)習(xí)到本地路由器的路由，通過7609上的null0路由與骨干層實(shí)現(xiàn)BGP路由互通，再通過骨干路由器7609與核心層路由器互通，這種路由設(shè)計(jì)可以有效減少接入層的路由條目，降低接入路由器宕機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。然而，一方面，隨著國網(wǎng)骨干網(wǎng)與山西省骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù)對接越來越多，這種路由設(shè)置容易造成接入路由器業(yè)務(wù)路由無法指向國網(wǎng)，導(dǎo)致業(yè)務(wù)路由死循環(huán)；另一方面，通過靜態(tài)路由的方式實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)路由互通，也就是說每增加一個(gè)VPN業(yè)務(wù)就必須手動(dòng)增加相應(yīng)的null0靜態(tài)路由，既增加了配置量，又降低了省骨干網(wǎng)的可管理性。

圖4 山西骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)拓?fù)鋱D

3.2 實(shí)施目標(biāo)

刪除7609上null0路由的情況下，實(shí)現(xiàn)接入層與核心層、骨干層之間的BGP路由互通。

3.3 實(shí)施方法

3.3.1 難點(diǎn)分析

將核心路由器、骨干匯聚路由器、接入路由器與路由反射器（省核心12016路由器） 建立BGP鄰居，即采用一級RR部署方式，這種方式路由反射器配置量較大，需要與348臺(tái)路由器建立路由反射關(guān)系，路由反射器運(yùn)行壓力較大，一般1臺(tái)RR設(shè)備的路由反射客戶數(shù)量建議不超過300臺(tái)。另一方面，接入路由器將學(xué)習(xí)到全網(wǎng)的業(yè)務(wù)路由，對接入路由器性能要求也會(huì)相應(yīng)提高，但是目前山西骨干數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中仍有2007年入網(wǎng)的設(shè)備，包括思科2650、思科3745等設(shè)備，這些老舊接入路由器承載全網(wǎng)路由壓力較大，會(huì)造成經(jīng)常宕機(jī)的現(xiàn)象。

3.3.2 實(shí)施思路

通過實(shí)施“終端設(shè)備升級”，解決設(shè)備承載能力低的缺陷。

采用“二級路由反射”結(jié)構(gòu)，解決一級路由反射結(jié)構(gòu)配置量大、路由反射器運(yùn)行壓力大的問題，同時(shí)，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)層次劃分，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可管理性。

3.3.3 方案制定

第一步：終端升級。

在模擬測試環(huán)境中，采用現(xiàn)網(wǎng)中的典型接入路由型號進(jìn)行壓力測試，將CPU值高于30%的接入路由器進(jìn)行更新替換。

第二步：設(shè)置二級路由反射器。

保持骨干層的22臺(tái)7609路由器與核心思科12016路由器的路由反射關(guān)系；將骨干層的24臺(tái)7609路由器作為二級路由反射簇，接入層路由器與本區(qū)域內(nèi)的骨干路由器建立路由反射關(guān)系。

第三步：刪除null0路由。

測試核心路由器、骨干路由器和接入層路由器均能相互能學(xué)到明細(xì)業(yè)務(wù)路由后，刪除null0路由配置。

3.4 小結(jié)

在實(shí)施設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)先考慮現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)備運(yùn)行以及硬件情況，將不滿足的硬件進(jìn)行升級或更換。設(shè)備升級完成后，權(quán)衡選取二級路由反射結(jié)構(gòu)，修改少量配置的情況下，實(shí)現(xiàn)實(shí)施目標(biāo)。

4 結(jié)束語

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)優(yōu)化工作不僅僅包括本文闡述的3個(gè)實(shí)施模塊，還涉及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、路由策略以及流量工程等方面，這些工作都可以參考本文提煉的實(shí)施思路，制定符合大型網(wǎng)絡(luò)割接的方案。

[1] 高國奇，段慧軍.OSPF路由技術(shù)及其應(yīng)用 [J].中國金融電腦，2008(11)：16-23.

[2] 魏立津，左丞.基于ISIS協(xié)議的大型IP網(wǎng)絡(luò)路由規(guī)劃與設(shè)計(jì)分析 [J].硅谷，2014(06)：12-16.

[3] 于浩.MPLS技術(shù)及其在數(shù)據(jù)網(wǎng)中的應(yīng)用 [J].電力系統(tǒng)通信，2004(02)：86-92.

[4] 何志敏，王海波.基于MPLS技術(shù)的研究與應(yīng)用 [J].貴陽學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007(01)：32-40.

[5] 徐亦璐，石永革，許小紅.路由反射技術(shù)應(yīng)用于MPLS VPN的研究 [J].微計(jì)算機(jī)信息，2008(18)：52-56.

Discussion On Three Typical Optimization Cases of Electric Power Data Communication Network

DUAN Jie1,GU Liang1,ZHAO Yunfeng2
（1.State Grid Shanxi Electric Power Corporation Information and Communication Branch,Taiyuan,Shanxi030001,China;2.State Grid Shanxi Electric Power Corporation,Taiyuan,Shanxi030001,China）

With rapid development of Shanxi power grid,the role of data communication networks in supporting the various applications of the company is becoming increasingly important.Through carrying out data communication network optimization,the rationality and extensibility of the network are enhanced,while how to ensure the stability of the data communication network and the availability of the business in the network transformation are the key factors to judge whether the optimization is successful or not.Three typical optimization cases are selected from the series of data communication network optimization,and the difficulties during implementation and solutions are elaborated.

MPLS;IGP;route reflection

TM73

A

1671-0320（2017）06-0025-05

2017-07-26，

2017-10-16

段 婕（1987），女，山西臨汾人，2012年畢業(yè)于北京郵電大學(xué)電磁場與微波技術(shù)專業(yè)，碩士，工程師，從事電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、維護(hù)工作；

谷 良（1987），男，山西朔州人，2013年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)軟件工程專業(yè)，碩士，工程師，從事電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、維護(hù)工作；

趙云峰（1964），男，山西萬榮人，2012年畢業(yè)于太原工學(xué)院電力分院電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，高級工程師，從事省級安全監(jiān)察工作。