策略路由在宁夏气象广域网建设中的应用

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摘要：宁夏气象广域网覆盖宁夏全区各市县气象局，自治区级气象局与市县级气象局同时使用了两种带宽并不相同的电路同时进行通信。整个广域网采用OSPF路由协议，实现了自治区、市、县级气象局之间的路由互通。由于OSPF路由协议自身的限制，仅能支持等价多路径路由的负载均衡，造成广域网中两条不同带宽电路的带宽资源无法充分利用。通过策略路由技术的应用，最终实现了既能充分利用两条电路的带宽资源，又能做到两条电路的相互备份，提供自治区气象局与市县气象局的可靠通信。

关键词：气象；广域网；策略路由；路由策略；负载均衡

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）29-6525-02

近年来，随着气象部门在防灾减灾和应对气候变化等领域工作的深入开展，作为各项气象业务、服务工作的基础支撑，气象信息网络的发展也得到了快速发展。

2008年，宁夏气象局建设了基于中国电信MPLS-VPN电路的全区宽带通信网，整体网络为网状结构，至市级气象局的电路带宽为10Mbps，至县级气象局的电路带宽为4Mbps。2011年，为进一步提高广域网的可靠性与传输带宽，宁夏气象局建设了基于中国移动MPLS-VPN电路的全区各局站备份电路，至市县级气象局的电路带宽均为2Mbps，整体网络仍为网状结构。系统建成后，通过两张网状宽带网，利用MPLS-VPN电路的特性，宁夏全区各级气象局之间实现了网络互通，各市县级气象局之间的网络通信不再需要自治区级网络进行转发。利用OSPF路由协议，采取相应的策略路由，宁夏气象广域网实现了既能充分利用两条电路的带宽资源，又做到两条电路的相互备份，提供了自治区气象局与市县气象局的可靠通信。

1 宁夏气象广域网建设主要技术要点

1.1路由策略

路由策略是为了改变网络流量所经过的途径而修改路由信息的技术，主要通过改变路由属性来实现。路由策略路由策略主要用于控制路由的、接收，管理引入的路由，设置路由的属性。路由策略通过改变路由参数或控制方式，影响路由生成、、选择的结果，最终在路由器内生成相应的路由表。不同的路由协议，由于路由生成机制、优先级设定、开销计算规则等条件的不同，会在相同结构的网络中生成不同的路由表。

1.2策略路由

策略路由是一种依据用户制定的策略进行路由选择的机制，策略路由可以基于到达报文的源地址、长度等信息，灵活地进行路由选择。策略路由分为系统策略路由和接口策略路由，系统策略路由只对本地产生的报文起作用，对转发的报文不起作用；接口策略路由作用于到达该接口的报文，它只对转发的报文起作用。策略路由直接作用于路由器的转发表，由于转发表的优先级高与路由表，策略路由可以在不受路由表影响的情况下将报文按照用户指定的端口或路径优先转发。

1.3路由策略与策略路由的对比

路由器通过路由策略生成路由表后，网络不发生变化，则路由表不会发生变化，网络发生变化后，路由策略依据相应规则重新生成路由表；路由器加载策略路由后，策略路由始终在其配置的端口发生作用，在端口故障或链路中断时，策略路由自动失效。当路由器内的策略路由较为复杂时，对路由器的性能会产生较大的影响，甚至会影响报文的正常转发。因此，网络的路由设计应尽量使用路由策略，减少策略路由的使用，保证路由器的转发性能。

1.4负载均衡

负载均衡（Load Balance）技术提供了一种廉价、有效、透明的方法，用于扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。负载均衡技术具有高性能、可扩展、高可用、透明等优点。网络负载均衡，可以将大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设备，或多个设备端口上分别处理，减少用户等待响应的时间，提高信息的传输速度。在广域网负载均衡中，首先需要具备2条或以上的通信线路；其次，需要利用路由协议对负载均衡提供支持。

由于OSPF协议只支持等价多路径路由（ECMP，Equal-Cost Multipath Routing）的负载均衡，对于不同的路径，OSPF协议会平均进行数据包的转发。针对宁夏气象广域网的实际情况是，以市级广域网为例，路由器两个外网出口，两条路径，一个带宽是10Mbps，一个是2Mbps，如果使用OSPF协议实施负载均衡，则网络实际可用带宽最多只能达到4Mbps，也就是说只能是低带宽线路的2倍。除各路径的带宽以外，还有时延、可靠性等路径特性的差异，当路径间差异较大时，总体传输效果会很不理想，多路径之间的干扰会严重影响OSPF协议的正常运行。

2 宁夏气象广域网的建设实施

2.1路由策略的调整

由于静态路由在宁夏气象系统现有的设备及电路环境下，无法实现通信电路的自动切换和互备，要实现2条电路的自动切换及互备功能，必须将原有静态路由更改为动态路由，利用动态路由协议实现电路的自动切换和互备。常用的动态路由协议有OSPF、BGP两种，OSPF协议是基于链路状态的域内路由协议，负责一个通信域内路由器的路由；BGP协议即边界网关协议，可以负责多个域内的路由，适用于大型的网络环境。由于宁夏气象广域网结构相对简单，不需要将全区各局站划分在不同的通信域中，因此适用OSPF协议。

在宁夏气象广域网自治区级、市县级的各路由器中启动OSPF动态路由协议，将所有与广域网电路相连的路由器端口划入区域0（Area0），实现所有广域网通信端口的互通及OSPF协议生成的动态路由信息在自治域内各路由器的更新。在OSPF协议中，自治域内的指定路由器DR（Designated Router）负责自治域内所有路由器的信息的收集，需要有较好的设备性能，故手动指定自治区级路由器为DR。通过OSPF协议动态路由特性，可以实现宁夏自治区级路由器与市县级路由器通过两条通信电路同时进行数据通信，当其中一条电路故障时，另一条电路仍能够正常通信，实现两条电路的互备。

2.2 广域网信息流划分

根据宁夏气象信息网络中各类传输信息用途的不同，可以划分为业务、办公、高清视频会商、其他通信四类主要类型。业务信息流主要由各类观测数据资料的实时传输组成；办公信息流主要由宁夏全区用户对宁夏气象局综合信息管理系统及NOTES邮件系统的访问组成；高清视频会商信息流由宁夏全区高清视频会商系统进行远程天气会商，及远程视频会议组成；其他信息流则包括科研、互联网访问等。进行信息流的划分，主要通过确定数据包的源、目的地址，结合三层交换机、路由器内的访问控制列表技术实现。信息流划分后，对不同信息流所需的传输带宽进行统计，在增加一定预留量的基础上，确定不同信息流所需的带宽。将不同类型的信息流纳入不同的访问控制列表中，可以为下一步策略路由及质量服务的实施提供明确的控制对象；流量统计则为电路传输质量服务提供具体的服务指标。

2.3策略路由的使用

策略路由的主要任务是对不同类型的信息流进行特定端口的转发，结合不同信息流所需的传输带宽及电信、移动公司的专线电路的实际情况，在自治区级路由器和市县级路由器进行相应配置。添加配置策略路由的端口必须为路由器与当地局域网连接的端口，这样路由器方能够正确识别需转发的信息通过哪一个广域网端口进行转发。

对于业务信息流，由于业务数据传输对传输时效性要求较高，传输数据量相对较小，故选择电信、移动两条电路中时延较小的电路进行传输；对于办公信息流，由于传输时效要求低且传输量较小，故选择带宽较低的移动公司电路进行传输；对于高清视频会商信息流，由于所需传输带宽及电路时延较高，故选择高带宽的电信公司电路进行转发；对于其他通信信息流，由于其时效要求及传输带宽要求的不确定性，则不进行策略路由，依靠OSPF协议自身的选择在两条电路中进行转发。通过不同类型信息流的转发指定，可以将大的信息流量指向带宽较高的电信电路，避免OSPF协议中等价多路径路由负载均衡引起的带宽利用率低的问题，充分利用两条电路的传输带宽。

当两条通信电路中的一条电路故障时，路由器会自动将对应故障电路的策略路由进行失效处理，路由器中的所有信息则利用OSPF协议的动态路由功能和正常电路的策略路由，全部通过正常的通信电路进行转发，实现两条电路的备份功能。

为保障业务、办公，特别是今后高清视频会商会议系统所用带宽，需要保证相关应用信息流的传输带宽，可以通过QoS机制在

两条电路中均配置对不同的类型信息流提供传输带宽保证，满足各业务的实际需求。需要特别注意的是，移动公司电路的传输带宽较低，一旦各类业务同时集中在该线路进行传输，势必会造成通信线路的拥堵，如视频会商的掉帧、声音断续，业务信息传输不畅等，因此，需要对移动公司电路的带宽进行详细的带宽划分和QoS保障，使其在单电路通信时，仍可保证重点业务信息的正常传输。

3 结论

通过合理规划广域网内的信息传输类型及流向，结合策略路由，最终在宁夏气象广域网中实现OSPF动态路由，并有效利用了不同带宽的两条通信电路；在广域网中增加传输服务质量相关控制规则，特别是在某条通信电路故障的情况下，使重点业务的传输带宽得以保证，最终实现了宁夏气象广域网的可靠通信。

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