民航通信网中南TDM网组网方式优化设计

民航通信网中南TDM网组网方式优化设计

Summary：【研究目的】通过开展本文项目的研究，解决中南地区民航通信网TDM网网络系统性隐患问题，同时也为后续技术研究提供理论依据。【方法】通过对现有问题进行分析，结合网络实际情况和设备性能，对网络进行重新设计，提出适用于中南地区技术的优化解决方案，并进行实施验证。【结果】在优化IP规划、优化设备角色的基础上，结合路由汇聚等辅助手段，使优化后接入设备路由数量从原来的4000+条减少至100条以内，减少98%，同时完全消除设备路由表中1000多条的等价路由，优化后相关路由条目数远低于设备设计规格。【结论】根据本文优化方案进行调整，使得TDM设备信息转发效率更高、资源消耗更小，网络更安全、可靠、可控，有效消除了优化前潜在的多个网络级系统性风险。Keys：民航通信网TDM网，网络结构，路由民航通信网TDM网为承载甚高频、雷达、电报、ADS-B、管制移交电话等安全生产业务的主要接入网络，网络的整体稳定性、可靠性将密切关系着空管生产安全。该网络主要由汇聚设备NE40、NE20和接入设备AR3260、交换机设备S5720组成。由于上述设备是首次应用于空管业务传输，在相关安全业务支撑、空管适用性方面还需要进一步研究和优化。为切实做好对中南地区民航通信网TDM网（以下简称中南TDM网）的运维保障，同时为全国民航通信网TDM设备运行安全提供技术参考建议，笔者对中南TDM网开展深入研究发现原网络路由结构存在隐患：全网400多个节点都属于ISISLevel-2节点，所有节点都参与链路状态计算，当任何一条链路的中断（包括子网内部连接的中断），网内400多个节点都会收到链路状态泛洪，并需要消耗节点运行资源去重新计算路由，当网内有链路出现不稳定频繁刷新链路状态时，容易引起全网路由振荡；路由表规模对设备性能、故障处置效率均有所影响，>4000的规模远超S5720交换机路由表规模设计规格（＜1000）；单个AR3260接入节点等价路由组数量>1000，远超华为AR3260设备设计规格（＜128条）。笔者通过对网络进行优化调整，实施网络动态路由重新分层设计、在许可范围内重新规划IP网段、调整设备角色、汇总路由等手段，解决了网络动态路由结构设计不合理、网内设备多项指标超出设备设计规格的可能影响全网业务安全的关键问题。1网络存在的问题（1）原网络结构路由数量过多民航通信网TDM网采用IS-IS动态路由协议实现路由动态互联。在尚未引接业务的情况下，中南TDM网内任意一节点路由表中已有>4000条有效路由，>1000个等价路由组。预计空管业务大规模迁移到TDM网后，网内任意一节点路由数量将达到数万条。（2）路由数量过多存在的风险一方面，如此多的路由条目将对设备转发效率造成较大负面影响，网络出现系统性振荡或崩溃风险的概率大增。庞大的路由表规模远超网内设备的设计规格：>4000的规模远超网络中交换机（华为S5720）路由表规模设计规格（＜1000）；单个AR3260接入节点等价路由组数量>1000，远超华为AR3260设备设计规格（＜128条）。由于设备转发性能与路由数量成反比，路由数量越多，转发性能越低，转发处理时延越高，若路由数量达到或超过设备性能所能处理的临界值，容易引发如设备崩溃、网络振荡等故障风险，存在安全隐患。另一方面，路由数量过多也对设备运维保障带来困难，故障处置时维护人员需要在数千数万的路由中查找与故障现象相关的几条路由，不利于快速分析、排除故障。在需要对业务传输路由进行人工干预的特情时，由于涉及路由条目数量众多，处置效率低下。2原因分析要解决问题，首先要分析原因。（1）网络规模庞大，节点多，且全网为单一区域。此前中南TDM网与全国TDM网物理、逻辑相接，全国TDM网为单一区域，全网约2000个节点，运行同一路由协议，相当于全网约2000个节点在同一个紧密的局域网中。（2）网络IP规划未充分结合网络结构和应用特点。以雷达业务为例，中南TDM网络的接入层设备AR3260设备在引接雷达业务时，当一个AR3260设备需要引接多路雷达信号时，须为每一路雷达分配一个独立的虚拟IP地址，例如一个空管分局（站）节点需要引接6路雷达信号，则至少需要产生6个地址来实现。目前大多空管分局（站）都有多种类型的空管业务的传输需求，如包括雷达、甚高频、转报、话音、ADS-B等业务，这种情况下，该地区接入节点的路由就必然包括各种业务的多个网段，再加上引接6路雷达信号需要的6个IP地址和管理地址，如此一来，该节点的本地IP地址就至少达到12个，如果存在多个互联中继，则作为互联接口地址的30位网段地址会更多，上述这些IP地址均会产生一条独立的动态路由信息，向全网所有设备发布。（3）网络IS-IS动态路由协议采用单一分层设计。网络IS-IS动态路由协议采用单一分层设计，全网设备均为Level-2节点，网内任意一设备都会接收到全网所有其他设备的明细路由，并添加到本机路由表中。（4）网内存在大量等价路由。中南TDM网内广州地区4台NE40汇聚设备间、各空管分局站2台NE20汇聚设备间，以及各冗余传输干线间没有明确的主备关系，由网络设备自行分配数据在网络中传输的接口和传输中继。粗放式设计使网络中存在大量优先级相等的传输路径，导致各设备路由表中出现大量的等价路由，超过设备设计规格存在安全隐患同时，也影响运维评估、故障处置工作。3网络优化经过研究分析，了解网络中存在的上述问题后，我们开始针对中南TDM网开展优化工作。（1）调整网络规模。因为中南TDM网与全国TDM核心网、其他空管局TDM网络业务交互极少，将中南TDM网与全国TDM核心网的连接方式从干线互联，调整为干线不互联的业务对接方式，网络规模约2千个节点锐减为中南的400多个节点。（2）对中南TDM网络IP地址进行重新规划设计。结合中南TDM网逻辑结构为星型网的特点，通过在原中南TDM网络IP地址池范围内，对IP地址进行重新规划，使广州通过1条路由便可到达空管分局站及其所辖台站的所有节点和业务地址，大幅提高路由检索和应急处置效率。图1中南TDM网逻辑结构示意图公共路由区域IP地址规划统一采用A.B.Y.X地址格式，其中第三位Y是表示各个区域（空管分局站）的地址，第四位X是表示所属区域内各站点管理地址、业务地址、互联地址等的规划。Y的含义如下图所示：Y编号用途Y编号用途0-15分局站/单位一160-167分局站/单位十三16-31分局站/单位二168-175分局站/单位十四32-47分局站/单位三176-191分局站/单位十五48-55分局站/单位四192-193分局站/单位十六56-63分局站/单位五194-195分局站/单位十七64-79分局站/单位六196-197分局站/单位十八80-87分局站/单位七198-199分局站/单位十九88-95分局站/单位八200-201分局站/单位二十96-111分局站/单位九202-203分局站/单位二十一112-127分局站/单位十204-205分局站/单位二十二128-143分局站/单位十一206-255预留144-159分局站/单位十二表1

Y编号对应具体区域可以看出，A.B.0.0/20代表单位一的所有路由，A.B.16.0/20代表单位二的所有路由，A.B.96.0/20代表单位九的所有路由，A.B.56.0/21代表单位五的所有路由，即每个单位管辖的区域可以用一条路由表示，实现减少路由条目。以单位九为例：单位九的IP地址范围在A.B.96.*~A.B.111.*，再以其中A.B.98.*举例，分为4个子网:地址类型起始地址结尾地址台站一A.B.98.0/26A.B.98.64/26台站二A.B.98.64/26A.B.98.127/26台站三A.B.98.128/26A.B.98.191/26台站四A.B.98.192/26A.B.98.255/26表2

台站IP地址段举例每个台站节点的管理地址、业务地址、干线互联地址包含在台站IP网段中。（3）对中南TDM网络IS-IS动态路由协议重新分层设计。根据中南TDM网的实际情况及特点，中南TDM网络IS-IS动态路由协议进行重新设计，对TDM网内的路由器、交换机进行角色重定义，将原全网所有设备角色均为level-2节点，调整为广州地区设备为IS-ISLevel-2节点，各空管分局站子网NE20汇聚设备为Level-1-2节点，各子网交换机和AR3260接入设备为Level-1节点。优化后各子网细节拓扑变化仅在子网内通告，且小规模子网有利于路由快速收敛，避免网络路由振荡。新的设备角色设计，从网络结构上优化了中南TDM网的设备运行情况、业务传输机制，彻底解决了链路状态信息泛洪带来的网络路由震荡等风险，减少了设备运行资源的浪费。图2IS-IS路由协议分层示意图（4）调整网络汇聚设备、冗余干线关系。调整网络设备和干线优先级关系，明确网络中各级汇聚设备间和冗余干线间的主备关系，使各设备、干线故障对业务的影响可预估、可评估，同时也消除了等价路由。4优化成果在优化IP规划、优化设备角色的基础上，结合路由汇聚等辅助手段，使优化后接入设备路由数量从原来的4000+条减少至100条以内，减少98%，同时完全消除设备路由表中1000