电力数据通信网3个典型优化案例探讨

段 婕，谷 良，赵云峰

（1.国网山西省电力公司信息通信公司，山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

电力数据通信网3个典型优化案例探讨

段 婕1，谷 良1，赵云峰2

（1.国网山西省电力公司信息通信公司，山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司，山西 太原 030001）

阐述了随着山西电网规模的迅猛发展，数据通信网在支撑公司各类应用方面担任的角色也越来越重要，通过开展数据通信网优化改造工作，增强全网的合理性、扩展性，但网络改造时如何保证数据通信网的稳定性以及业务的可用性是衡量网络优化工作是否成功的关键因素。以国家电网公司开展的一系列数据通信网优化整合工作为素材，选取了3个典型优化案例，详细阐述了3个优化案例的实施难点以及解决思路，并提炼出大型数据网割接工作的实施思路和实施经验。

多协议标签交换协议；内部网关协议；路由反射

0 引言

国家电网公司为了在公司范围内建成统一规范、综合承载、灵活调度、高效可靠的数据通信网，制定了一系列的省级及以下数据通信网络优化改造计划。山西骨干数据通信网于2004年建成并投入使用，承载着公司数据、视频、语音等各类管理信息，如果在修改网络结构、网络协议时，割接方案设计不严谨，将影响公司信息、调度、会议等20余个重要业务的正常使用。因此，在执行大范围的网络优化工作时，如何实现“无缝”割接、业务“零中断”以及割接“秒级”回退，是衡量整个割接工作是否成功的关键因素。本文以省内数据网优化整合工作为背景，从内部网关协议IGP“（interior gateway protocol）”、多协议标签交换协议 MPLS“（multi-protocollabel switching）”、边界网关协议 BGP“ （border gateway protocol）”3层协议优化改造中提炼出3个典型的模块，总结实施工作中的几点经验。

1 IGP路由策略部署

1.1 实施背景

山西骨干数据通信网内部网关协议IGP采用开放式最短路径优先OSPF（open shortest path First）协议，省骨干数据网核心和骨干节点划分到区域area0，接入层节点按照地区划分为不同的区域arean。

考虑到未来网络结构变化趋势、报文内容扩展需要、长期稳定运行需求，以及相对于OSPF路由协议，中间系统到中间系统IS-IS（intermediate system to-intermediate system）路由协议具有大型网络组网能力、更具严谨性、安全性、管理手段多样性等优势，国家电网公司选用IS-IS协议作为省公司数据网络优化整合之后的IGP路由协议[1]。

1.2 实施目标

对省骨干网IGP路由协议进行调整，将OSPF协议翻转为IS-IS协议。

1.3 实施方法

1.3.1 难点分析

IGP协议是数据通信网保证全网路由器互通性的基本路由协议，对IGP协议的调整要做到“准备充足、割接迅速、回退易行”，所以对IGP协议的调整不能直接采用替换的方式，而是采用“并存、过渡、替换”的割接方法见图1。

图1 IGP路由策略演进示意图

1.3.2 实施思路

通过设计IGP管理距离，采用“部署与割接相分离”的策略，缩短割接时间、降低实施风险。山西公司全网是思科设备且没有对IGP路由协议的管理距离进行过修改，OSPF默认的管理距离（110） 小于IS-IS的管理距离（115），所以在路由器上直接配置IS-IS路由协议时，全网IGP仍运行的是OSPF协议，不会影响全网连通性[2]。

1.3.3 方案制定

第一步：IS-IS路由协议配置。

在全局模式下，通过命令“clns routing”、“router isis”启用IS-IS协议，在路由器互联接口上配置“ip router isis”、“isis cir level-2”建立IS-IS邻居关系。

第二步：路由条目核对。

对现网OSPF路由条目和IS-IS链路状态数据库中的路由条目进行比对，只有当IS-IS路由条目包含OSPF路由条目后，方可进行路由协议翻转。

第三步：路由协议翻转。

将IS-IS路由协议的管理距离通过命令“distance 20 ip”调整为IS-IS L2：20。通过命令“clear ip route*”将IS-IS路由注入IP路由表，原OSPF配置保持。再次比对翻转前后路由表，同时进行业务测试。

第四步：协议替换。

如果业务测试没有问题后，保持IS-IS与OSPF协议并行运行30 d，然后逐步删除OSPF协议配置。

1.4 小结

在“并存”或“过渡”阶段，如果出现业务大范围中断或是出现部分路由丢失，可以立即将IS-IS的管理距离改回115，并通过“clear ip route*” 命令将OSPF路由注入IP路由表，迅速切换回OSPF协议，保证网络的互通性。这种方式实现了“割接迅速、回退易行”，有效地降低了协议翻转的实施风险。

2 MPLS策略部署

2.1 实施背景

山西骨干数据通信网建网时全部采用思科设备，标签转发协议[3]MPLS（multi-protocol label switching） 采用思科私有协议TDP（tag distribution protocol），当其他厂商网络设备入网时，虚拟专用网络会造成MPLS VPN（virtual private networt）业务无法正常传输。为适应国网公司网络设备集中采购，设备选型多元化的趋势，需要对骨干数据通信网的MPLS标签转发协议进行更换，更换为公有协议LDP（label distribution protocol），满足其他厂商设备入网的技术需求[4]。

2.2 实施目标

MPLS策略部署目标是将MPLS标签转发协议由思科私有协议TDP转化为公有协议LDP，从而增强山西电力骨干数据通信网的兼容性。

2.3 实施方法

2.3.1 难点分析

山西电力骨干数据通信网覆盖省中心、长治备用调度中心、11个地区分公司、检修公司以及全省220 kV及以上变电站、电厂路由器，共计389台路由器，涉及骨干数据通信网中承载的生产、调度、基建、营销、管理等领域20余个重要业务。如果直接将网络的MPLS转发协议改为LDP，数据网业务面临大范围、长时间中断，一旦在协议转换过程中出现无法预料的问题，协议转换工作将回退至原方式，严重影响业务系统的正常使用。

2.3.2 实施思路

采取“分步实施”的策略，以先边缘再核心的顺序进行，在确保接入层（220 kV及以上变电站、电厂路由器）MPLS转发协议整改成功后，再将核心层（省中心和长治备调路由器）、骨干层（11个地区分公司和检修公司骨干路由器） 的MPLS转发协议修改为LDP，见图2。

图2 接入层标签转发协议调整示意图

2.3.3 方案制定

第一步：220 kV及以上变电站接入路由器标签转发协议调整。

在接入层路由器的全局模式下，通过命令“mpls label protocol ldp”，将MPLS转发协议由私有协议TDP转化为公有协议LDP。由于核心层、骨干层转发协议仍采用私有协议TDP，与接入层的转发协议不兼容，所以在骨干路由器的下联接口上启用命令“mpls label protocol both”，实现骨干路由器不更改转发协议的情况下，兼容接入层路由器，不影响MPLS协议转发；同时，这种方法可以做到每次操作只修改1台接入路由器、只影响1台路由器的业务，避免长时间、大范围中断业务。

第二步：核心、骨干路由器标签转发协议调。

图3 核心、骨干层标签转发协议调整示意图

通过命令“mpls label protocol ldp”，在省中心完成对骨干数据通信网4台核心路由器MPLS协议配置工作，并远程完成对数据通信网备调1台核心路由器、24台地区骨干路由器的MPLS协议配置工作，见图3。

2.4 小结

在MPLS转发协议调整方案中没有直接逐点调整，而是采用设计中间步骤，有层次地完成MPLS转发协议修改工作，这种方式有3个优势，即可以有效保障实施的有效性、减少业务中断时间、降低业务无法恢复的风险。

3 设置二级路由反射器

3.1 实施背景

山西骨干数据通信网中，两台核心思科12016路由器设置为路由反射器[5]RR（routereflector），实现核心路由器与各地市骨干Cisco7609之间的边界网关协议BGP（Border Gateway Protocol）路由互通。通过在各地市骨干路由器7609上设置null0路由，实现接入层与核心层、骨干层之间的BGP路由互通，见图4。

建网初期，在骨干路由器7609上设置null0路由，接入层路由器只能学习到本地路由器的路由，通过7609上的null0路由与骨干层实现BGP路由互通，再通过骨干路由器7609与核心层路由器互通，这种路由设计可以有效减少接入层的路由条目，降低接入路由器宕机风险。然而，一方面，随着国网骨干网与山西省骨干网的业务对接越来越多，这种路由设置容易造成接入路由器业务路由无法指向国网，导致业务路由死循环；另一方面，通过静态路由的方式实现全网路由互通，也就是说每增加一个VPN业务就必须手动增加相应的null0静态路由，既增加了配置量，又降低了省骨干网的可管理性。

图4 山西骨干数据通信网拓扑图

3.2 实施目标

删除7609上null0路由的情况下，实现接入层与核心层、骨干层之间的BGP路由互通。

3.3 实施方法

3.3.1 难点分析

将核心路由器、骨干汇聚路由器、接入路由器与路由反射器（省核心12016路由器） 建立BGP邻居，即采用一级RR部署方式，这种方式路由反射器配置量较大，需要与348台路由器建立路由反射关系，路由反射器运行压力较大，一般1台RR设备的路由反射客户数量建议不超过300台。另一方面，接入路由器将学习到全网的业务路由，对接入路由器性能要求也会相应提高，但是目前山西骨干数据通信网中仍有2007年入网的设备，包括思科2650、思科3745等设备，这些老旧接入路由器承载全网路由压力较大，会造成经常宕机的现象。

3.3.2 实施思路

通过实施“终端设备升级”，解决设备承载能力低的缺陷。

采用“二级路由反射”结构，解决一级路由反射结构配置量大、路由反射器运行压力大的问题，同时，加强网络层次划分，增强网络的可管理性。

3.3.3 方案制定

第一步：终端升级。

在模拟测试环境中，采用现网中的典型接入路由型号进行压力测试，将CPU值高于30%的接入路由器进行更新替换。

第二步：设置二级路由反射器。

保持骨干层的22台7609路由器与核心思科12016路由器的路由反射关系；将骨干层的24台7609路由器作为二级路由反射簇，接入层路由器与本区域内的骨干路由器建立路由反射关系。

第三步：删除null0路由。

测试核心路由器、骨干路由器和接入层路由器均能相互能学到明细业务路由后，删除null0路由配置。

3.4 小结

在实施设计时，优先考虑现网的设备运行以及硬件情况，将不满足的硬件进行升级或更换。设备升级完成后，权衡选取二级路由反射结构，修改少量配置的情况下，实现实施目标。

4 结束语

数据通信网优化工作不仅仅包括本文阐述的3个实施模块，还涉及网络架构、路由策略以及流量工程等方面，这些工作都可以参考本文提炼的实施思路，制定符合大型网络割接的方案。

[1] 高国奇，段慧军.OSPF路由技术及其应用 [J].中国金融电脑，2008(11)：16-23.

[2] 魏立津，左丞.基于ISIS协议的大型IP网络路由规划与设计分析 [J].硅谷，2014(06)：12-16.

[3] 于浩.MPLS技术及其在数据网中的应用 [J].电力系统通信，2004(02)：86-92.

[4] 何志敏，王海波.基于MPLS技术的研究与应用 [J].贵阳学院学报（自然科学版），2007(01)：32-40.

[5] 徐亦璐，石永革，许小红.路由反射技术应用于MPLS VPN的研究 [J].微计算机信息，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，山西临汾人，2012年毕业于北京邮电大学电磁场与微波技术专业，硕士，工程师，从事电力通信网络运行、维护工作；

谷 良（1987），男，山西朔州人，2013年毕业于西安电子科技大学软件工程专业，硕士，工程师，从事电力通信网络运行、维护工作；

赵云峰（1964），男，山西万荣人，2012年毕业于太原工学院电力分院电力系统自动化专业，高级工程师，从事省级安全监察工作。