民航通信网高可靠性技术研究

张峰俊

（东北空管局通信网络中心网络运行部，沈阳 110043）

1 引言

伴随着计算机技术、通信技术以及它们融合产生的计算机网络技术的飞速发展，民航系统内的各类IT业务系统突飞猛进，涉及到安全生产、运行保障、办公OA、电子政务等各个方面，覆盖民航局、地区管理局、监管局、空管、机场、航空公司等全民航的各个机构。然而现有的民航通信网（ATM网）带宽低，技术扩展性差，在一定程度上滞后于主流网络技术的发展。在这种背景下，全新的民航通信网应运而生。

民航通信网总体网络构架包括传输网、IP承载网以及TDM承载网。传输网是通信网底层物理网，提供传输通道。业务承载网构建在传输网之上，分为IP承载网和TDM承载网：其中TDM承载网满足甚高频话音、雷达、自动转报、ADS-B、管制移交电话等业务的接入；IP承载网承载的业务包括民航电子政务、视频会议、气象会商和气象数据库、航行情报信息系统等。

2 民航通信网高可靠性技术

民航通信网采用了很多高可靠性的技术，保障所承载的业务数据可以高效、可靠的传输。在物理网络架构层面上，重要节点全部配置双设备、双链路，以此保证整个骨干网形成完全冗余的架构；在路由层面上，IP承载网采用BFD、FRR等链路快速切换技术，当某条物理链路出现故障时，可以保证快速检测并快速切换至冗余链路进行数据传输，有效保障业务传输的实时性和可靠性；TDM承载网采用设置冗余点到点隧道迂回路由的方式进行可靠性保障；在设备性能层面上，重要节点配备高端设备，配置双引擎，双电源，重要业务配置双板卡等冗余保障机制来实现物理设备自身的冗余保障。

下面主要分析BFD和FRR技术在民航通信网中的作用。

3 双向转发检测BFD

常见的链路故障检测方法主要有以下几种：一是通过硬件检测，它的优点是可以很快地发现故障，但并不是所有介质都能够提供硬件检测；二是通过路由协议中的Hello报文机制，但是这种机制检测到故障所需时间为秒级，延时过大；再有就是不同的协议有时会提供专用的检测机制，但在系统间互联互通时，这样的专用检测机制通常难以部署。双向转发检测BFD（Bidirectional Forwarding Detection）提供了一个通用的、标准化的、介质无关、协议无关的快速故障检测机制，可以为各上层协议如路由协议、MPLS等统一地快速检测两台路由器间双向转发路径的故障，这种故障检测的时间可以缩短到毫秒级。

BFD本身并没有发现机制，而是靠被服务的上层协议通知其与谁建立会话，会话建立后如果在检测时间内没有收到对端的BFD控制报文则认为发生故障，通知被服务的上层协议，上层协议进行相应的处理。

BFD会话的建立过程如图1所示：上层协议通过自己的Hello机制发现邻居并建立连接。上层协议在建立了新的邻居关系时，将邻居的参数及检测参数（包括目的地址和源地址等）都通告给BFD。

FD根据收到的参数进行计算并建立邻居。

图1 BFD会话建立过程

当链路出现故障时，BFD技术的处理方式如图2所示：BFD检测到链路/网络故障，BFD会话的状态变为Down；FD通知本地上层协议进程BFD邻居不可达；本地上层协议中止上层协议邻居关系；如果网络中存在备用路径，路由器将选择备用路径。

图2 BFD链路故障处理过程

在民航IP网中采用BFD技术主要有三种：

BFD for ISIS，BFD for LDP LSP 和 BFD for LDP Tunnel， 表1显示了采用BFD技术与不采用BFD技术故障链路收敛的时间对比。从对比中可以看出，BFD技术的采用极大地提高了民航IP网的可靠性。

表1 不采用BFD技术和采用BFD技术对比

4 快速重路由FRR

当网络中链路或者节点失效后，经过这些失效节点到达目的地的报文可能被丢弃或者形成回环，这样网络中就不可避免地会产生暂态的流量中断或者流量回环现象，直到网络重新收敛计算出新的拓扑和路由。通常，这样的中断会持续几秒左右。因此，为了减小网络中流量中断时间，必须提供一种机制，能够实现以下功能：快速地发现链路失效。当链路失效后，迅速地提供一条恢复路径。

在后继网络恢复过程中，避免出现转发环路。这种机制就是FRR（Fast Reroute，快速重路由）。FRR的工作过程如下：一是故障快速检测，常用技术包括BFD、物理信号检测等。二是修改转发平面，将流量切换到预先计算好的备份路径上去。三是路由重收敛。四是重收敛结束后，将流量又重新切换至最优路径。

以IP FRR为例，如图3所示，Router A到Router D之间建立IP FRR，流量按最优路径进行转发，以经过Router B的为主路径，以经过Router C的为备份路径。当主路径上链路或节点Router B失效后，通过BFD等故障快速检测机制，发现链路失效，迅速将流量切换到备份路径上；在路由重收敛结束后，流量将切换到重新计算出来的最优路径。可见，备份路径的作用是填补路由重收敛间隙，通过将流量快速切换至备份下一跳，保证业务不中断。

图3 FRR工作原理示意图

FRR技术涵盖的内容非常丰富，除IP FRR，还包括LDP FRR、TE FRR、VPN FRR、PWE3 FRR等技术。在可靠性组网中，通常根据网络的需求，在不同的组网环境中进行部署一种或者多种FRR技术配合使用，从而提高网络的可靠性。目前在民航IP网中采用FRR技术主要有三种：IP FRR，LDP FRR和VPN FRR。