MPLS VPN技术应用于气象广域网

引言：省气象广域网是指覆盖省内各级气象部门的地面宽带网络,由各级气象部门与相关运营商共同承建，主要承载着省内各类探测数据的传输，以及气象数据共享、视频天气会商等业务，是省内各项气象业务、科研等稳定运行的基础平台。

升级改造前的省级气象广域网

升级改造前湖北省级气象广域网网于2014年已建成了以MSTP、SDH混合方式（租用方式）的业务网络系统。具体为省局与17个市(州)局通过MSTP建立两条10M专线，68个县局各1条2M SDH专线与2M MSTP专线联接到所属的市(州)局业务网，形成省-市-县三级混合网络方式，见下图1。然而，随着气象信息现代化的快速发展，该网络架构已不满较好的满足后期各项业务发展的需求。主要表现在：

1.星型结构网络扩展性不强，特别是市县气象台站局站分离情况的增加，需要对网络节点进行扩充时，市县两级均需要重新建设，建设费用较高。

2.市(州)局承担着市与所管辖区内各县局的数据传输与共享等业务，一旦市(州)局设备或线路故障将影响到全市业务正常运行。

3.根据气象信息化发展规划，气象系统集约化与信息共享趋于扁平化；如：全省各市、县局从省局调用大量指导产品与气象数据(如CIPAS、MICAPS 系统等 )，省内跨市与县应用系统联动业务开展；使得省内市局或县局间任意两点间、各县至省级间直接进行数据通信的需求日益迫切。

图1 升级改造前省级气象广域网拓扑结构图

升级改造思路

1.设备优化升级

省局广域网汇聚端、市(州)局、县 (市 )均部署两台路由器，通过IRF技术，将物理上两台设备虚拟化为一台逻辑设备，在降低网络运维成本的同时，提升设备与链路带宽的利用率。省级两台路由器承载各市(州)MSTP专线接入，以及作为省级CE端接入至移动MPLS VPN网；市局两台设备承载管辖区内各县(市)MSTP专线接入，同时作为市级CE端接入MPLS VPN网；县局设备MSTP专线接入至所属市局，作为移动MPLS VPN网CE端接入。

2.线路优化升级

对 省-市（州）-县 三级广域网垂直结构的进行调整，全省气象广域网实现MSTP与MPLS VPN线路的热备份，见图2，其中MPLS VPN线路，省级接入速率总带宽为300Mbps，市(州)局接入带宽为50Mbps，县 级 为 10Mbps；MSTP线路，省市间50Mbps专线连接，市县间采用10Mbps专线互联。

在MPLS VPN网状网络架构中，新增局点只需要一个端口配合运营商完成本地网络的接入，由运营商将相关网段信息在MPLS VPN网中发布即可，不仅解决网络节点扩充时的建设成本，而且降低市、县两级气象网络运维人员的工作量。省、市、县各级气象部门作为CE端接入至运营商PE设备，实现各级任意两个网络节点之间的直接通信，符合气象信息化发展规划。升级后的省级气象广域网真正实现了省、市、县三级设备、链路、路由的双冗余，使气象系统基础业务有双重保障。

3.业务流量分担

业务分流是指气象业务流与视频流由不同的链路进行传输。我省根据MSTP与MPLS VPN两种线路的不同特点，确定由MPLS VPN线路主要承载全省实时气象观测数据传输、气象数据共享、政务办公等业务；MSTP专线则承担着全省各级气象部门间的高清视频会商、远程培训等业务。

图2 升级改造后省级气象广域网拓扑结构图

实际部署

1.全省广域网接入路由器IRF配置

在省市县各级均部署有两台带IRF模块的路由器，两台路由器之间通过堆叠线缆进行互连，完成IRF端口与IRF物理端口的绑定。启用IRF后，在简化各地网络配置的同时，有效解决核心网络设备单点故障隐患。具体配置如下：

irf member 1--配置IRF逻辑接口，IRF-Port1与IRF-Port2

irf-port 1

port group interface g 0/0

chassis convert mode irf

irf member 2

...--配 置 同irf member 1

interface Route-Aggregation1

description IRF-BFD

mad bfd enable--IRF建立完成后配置BFD MAD检测

mad ip address 192.168.254.253 255.255.255.252 member 1

mad ip address 192.168.254.254 255.255.255.252 member 2

#

port link-mode route

description IRF-BFD--与物理端口绑定后生效

port link-aggregation group 1

interface GigabitEthernet2/0/26

...--配 置 同 上Gi1/0/26

2.路由规划

省市县三级广域网路由器作为CE端接入移动MPLS VPN网，各地以MPLS VPN线路作为主用线路，采用OSPF多进程进行路由规划。全网规划三个OSPF进程，其中，MPLS VPN 网络的PE与CE间运行OSPF 10，省局与市局互联链路(MSTP)运行OSPF 20，省局局域网运行OSPF 1，市局其所管辖县局域网运行OSPF 1。见下图3。

以市局端为例：将OSPF 10和OSPF 20的路由引入至OSPF 1；将OSPF 1的路由引入至OSPF 10和OSPF 20，在引入市局局域网路由同时，将市局所管辖县局局局域网路由聚合后配置为下一跳为NULL 0，引入至OSPF 10和20。具体配置如下：

ospf 1

import-route ospf 10---引入从OSPF 10 中学习到的OSPF路由

依据装置整体结构方案设计，为保证装置调节角度及位移距离精度，实现装置自动控制，选取PLC作为控制核心。通过激光测距传感器进行风筒出风口距掘进端头的距离测定，根据距离信号反馈，驱动步进电动机实现距离前后调节，使其保证在5～10 m范围内，且在5～10 m范围内时，PLC控制器执行设定程序，驱动齿轮转向机构和叶片开合机构的步进电动机工作，实现不同工况下其角度和口径的变化。利用增量式编码器进行角度偏转的反馈，确保最佳风场调控规则在智能调控装置上角度偏转的准确性。智能调控方案如图8所示。

import-route ospf 20---引入从OSPF 20 中学习到的OSPF路由

preference 180--OSPF 1 内部路由优先级180

preference ase 190--OSPF1 外部路由优先级190

area 0.0.7.215--在区域2007中宣告相应路由

network 10.107.*.*0.0.0.255--市局路由器至核心交换机接口地址

network 192.168.*.*0.0.0.3--县-市MSTP专线互联接口地址

ospf 10--OSPF10外部路由优先级分别为150

import-route direct route-policy Direct_to_OSPF10/20--引入匹配route-policy Direct_to_OSPF10/20直连路由(市局路由器直连网段信息)

import-route static route-policy S-TOOSPF--引入匹配S-TOOSPF的静态路由(市局及所管辖县局局域网业务地址)

图3 全省气象广域网路由规划

area 0.0.0.0

network 172.31.101.*0.0.0.3 --宣告市局CE端与运营商PE互联接口地址

ospf 20

import-route direct route-policy Direct_to_OSPF10/20 ---同 上OSPF10进程中相关配置

import-route static route-policy S-TO-OSPF

preference ase 170---OSPF20外部路由优先级分别为170

area 0.0.0.0

network 172.31.72.*0.0.0.3 --宣告市局至省局MSTP专线两端互联接口地址

省级气象广域网采用MPLS VPN+MSTP链路作为冗余，保证气象广域网故障时，能在不影响业务情况下完成链路的自动切换，做到无缝网络备份。

3. 业务分流

根据路由规划，正常情况下，我省以MPLS VPN作为主要线路来承载气象数据传输与共享等业务。为充分利用备份线路(MSTP)，同时避免视频业务过多消耗主用链路的带宽资源，将视频会商业务流分配至MSTP专线上，即在各局点广域网路由器上配置视频业务的静态路由；然而当MSTP专线两端中任一端链路故障，对端设备无法感知，这样会导致配置静态路由的视频业务流量无法进行自动切换，因此本次采用静态路由与BFD联动来完成。具体配置如下：

(1)市局端

ip route-static 10.104.3.0 24 172.31.72.25 bfd control-packet bfdsource 172.31.72.26--在MSTP专线故障时(检测172.31.72.*两端接口地址 )，往省局 10.104.3.0 视频地址段，路由自动切换至MPLS VPN线路；

(2)省局端

ip route-static 10.107.0.0 24 172.31.72.26 bfd control-packet bfd-source 172.31.72.25-- 10.107.0.0为市局视频地址段信息。

结束语

升级改造后的省级广域网，实现了以MPLS VPN和 MSTP线路热备份组网的网络架构，主要性能指标包括：线路自动切换与备份、业务分流等功能；降低各级气象部门对单一运营商的依赖；缩短故障处置时间，提高全网数据传输的可靠性。此次广域网升级，符合省气象信息化发展的规划，在不断提高全省气象通信网络传输的水平的同时，加快全省各级气象部门间信息共享，也可为其他省级信息网络系统的建设提供参考与借鉴。