高效的网络通信设备快速配置及开站方法

韦 文，师 进，王 欣，蔡莉莉

(1.北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京 100070；2.北京市高速铁路运行控制系统工程技术研究中心，北京 100070)

1 概述

现有网络通信设备在实际工程建设及运维中使用时，涉及到开站（即开通站点）时的设备配置流程，如何提高配置效率及准确性，从而提高用户运维体验，是通信设备开站应该考虑的重要问题。

通常情况下，网络通信设备可采用离线配置或者在线远程配置，但现有技术方案的缺点是不可避免的，涉及到需用户手动完成设备的全部或者部分配置。这种配置方式不便捷，容易因人为配置失误导致差错，并且本地需同时有设备安装人员与设备配置人员配合工作。或者本地需要有人员身兼双职，既负责安装又负责配置，对开站流程的人员资源要求较高。

目前已有部分技术可以做到比较快速的进行网络设备配置，比如零接触配置（Zero Touch Provisioning，ZTP）技术。ZTP 技术是指相关网络通信设备安装后的零配置敏捷部署技术，快速上线运行，其典型的实现方式是借助动态主机设置协议（Dynamic Host Conf iguration Protocol，DHCP）服务器来自动引导新入网设备与中心网管服务器/软件和配置服务器/脚本文件服务器等建立连接、下载相关配置。不过ZTP 过程中DHCP 服务器、软件和配置文件服务器等仅能获知新入网设备的型号、软件版本等信息，无法获知该设备在网络中具体安装位置、具体应承担的角色、所需承载的业务等信息，因此仅对某些网络场景有效。比如简单网络规划中各设备仅根据型号确定其配置数据，或者配置数据与该设备安装位置完全无关等场景。

本文将研究一种较为高效的网络通信设备快速配置开站方法，重点解决设备身份自动化识别的技术问题，结合其他设备快速配置方法，形成完整的快速配置流程，达到网络通信设备敏捷部署、高效运维的效果。

2 现有开站流程问题分析

开站是指设备完成首次安装、上电和入网。新安装的设备需要按原网络规划进行一定的配置，以满足工程应用需求。

网络通信设备的配置项包括设备的IP 地址、设备名称或ID 号、业务相关配置等。设备的具体配置数据内容主要与整个网络规划中该设备所处的位置（即其在网络中发挥的作用）、所承载的业务等有关。如果反映到具体工程实施方法中，则具体配置数据内容与该设备所安装的具体位置有关。因为工程实施中对每个网络规划中的设备均预先安排了具体的安装位置，应遵循工程设计图纸施工以便保障设备配置与网络规划相符。

目前开站时，设备配置有两种操作方式。

一是先离线将设备完成所有配置，再将其接入既有网络中。由于是离线配置，需要使用命令行工具或本地管理终端对该设备做单独配置，用户手动完成各项配置。

二是先将设备接入既有网络中，然后在线配置该设备。由于是在线配置，可使用网管软件（通常部署在中心机房）远程对该设备进行配置。但仍需先手动配置该设备的必要身份信息，比如配置其按网络规划所分配的IP 地址，使得该设备能够与网管软件建立连接并被识别。之后该设备才能接受网管软件的远程配置，即网管软件将配置数据远程传送给该设备，该设备接收配置数据后写入自身的配置中。需要注意的是，采用DHCP 服务器自动分配IP 地址给该设备并不能解决该问题，因为自动分配的IP 地址是随机的，不能用于识别该设备的身份。

现有网络通信设备配置方法未考虑采用自动化方法对设备身份进行识别，开站时本地仍离不开设备配置人员的参与，对配置的敏捷性、便利性产生一定影响。

这里主要讨论的场景是网络中各设备根据安装位置不同需要有各自不同配置数据。对于一些简单网络规划，比如各设备均使用统一的默认配置数据，或者不需要识别设备身份、仅根据设备类别型号简单区分其配置数据等，此时通过ZTP 等现有的自动配置技术也能做到一定程度的自动配置流程，但该类场景并不能包含所有开站场景。

3 高效的配置和开站方法流程

配置和开站流程所面临的网络场景如图 1 所示。

图1 网络通信设备配置过程的网络场景图Fig.1 Network scenario diagram of configuration process of network communication equipment

其中，网管服务器运行网管软件，管理整个网络；网管终端为网管服务器的用户操作界面终端。待配置的网络通信设备x（以下称为设备x）为开站时的新入网设备。

本文的网络通信设备开站时的配置方法流程如下。

步骤1 ：在网管软件中规划和保存网络拓扑，并规划拓扑中各网络通信设备的配置数据，保存在配置数据库中，待下发给设备。

在网管软件图形界面中，用户可以从设备模块库中拖放出多种类型的设备模块，以图标形式在网络拓扑图画布上进行摆放，并可配置设备间的网络链路连接关系，形成规划网络拓扑图。可将各设备的预配置数据输入到网管软件中，保存在数据库内，方法为在界面对话框输入设备各配置参数，或使用配置文件导入功能。设备配置数据包括设备的身份标识、设备名称、设备位置、IP 地址、业务相关配置（比如VLAN 分配、路由规则设置）等。注意此时在网管软件侧完成了网络及设备配置的规划，但配置数据并未下发至设备x 中。网络拓扑图中对未下发配置或未上线的设备用不同的图标形态进行标识，比如将设备图标显示为灰色。

步骤2：开站时的新入网设备x 上电启动后，自动从DHCP 服务器申请临时IP 地址，并获取到网管服务器IP 地址，与网管软件建立连接。

新入网设备x 未配置IP 地址，上电启动后需向DHCP 服务器申请IP 地址，作为设备x 的临时IP 地址。同时DHCP 服务器也将其他相关信息推送给设备x，包括网管服务器的IP 地址等。然后设备x 可以向网管软件发出连接请求，与网管软件建立连接。

步骤3：设备x 使用设备身份自动识别方法进行身份识别，并将身份等相关信息上报给网管软件，网管软件对设备身份进行确认和匹配。

在本方法中，设备的身份用于标识该设备在步骤1 所规划的网络拓扑中所对应的具体设备，而不是通常意义的设备编号、序列号等。因为网络规划并不规定具体哪一台实物设备被安装入网，只要入网的设备型号符合要求、可被配置，其设备编号可以为任意。通过标识出其身份，网管软件即可通过下发配置将该设备设置成网络规划中所需的设备，即令其配置与其身份相符。因此若发生设备故障，可用新设备替换，只要将原配置数据完全复制到新设备中，新设备继承原设备身份。

故障设备被新设备替代后，特点是其在网络拓扑中的逻辑位置不变，同时实物在机房中的安装位置也不变，可将设备的身份识别码称为通用位置识别码（Universally Location Identifier，ULID）。故障设备和新设备可具有不同的设备编号，但新设备需继承原故障设备的ULID。

ULID 编号方式建议与实物安装位置相关，为：AAAA-BBBB-CCCC-DDDD-EE。

各数字代表：路局/城市编码—线路编号—车站/机房编号—机柜编号—槽位编号。

或者使用字符串：路局/城市名称—线路名称—车站/机房名称—机柜编号—槽位编号。

对设备x 进行身份识别的方法，目的是将正确的ULID 赋予设备x。

设备身份识别可采用如下方法。

1） 将网络规划中对各设备规划的实物安装位置转换为相应的ULID，并转换为二维码，在网络建设初期将各二维码打印粘贴到各相应机柜的相应槽位上。

2） 开站时，在规划的槽位上安装设备x 后，用移动终端的定制应用app 扫描ULID 二维码，并通过移动终端USB 数据线将ULID 传送给设备x。操作场景如图2 所示。

设备x 使用临时IP 地址，用ULID 向网管软件申请验证身份，网管软件在规划的网络拓扑图中搜索对应的设备进行匹配。若设备x 的ULID 与网络拓扑图中任何设备的身份标识均无法匹配，网管软件应在网管终端上提供告警信息。

步骤4：网管软件从配置数据库调取设备x 的配置数据，下发给设备x，包括更新它的IP 地址。

网管软件依据ULID 从配置数据库调取相应的配置数据，通过设备x 的临时IP 地址下发给设备x，配置数据中包含规划给设备x 的IP 地址。设备x 获取和更新配置数据成功后，ULID 不变，以新的IP地址重新与网管软件建立连接。设备x 建立连接后，网管软件在网络拓扑图中用特定的图标形态进行标识，比如将灰色设备图标点亮。

图2 网络通信设备身份识别方法场景图Fig.2 Scenario of identification method for network communication equipment

4 主要优势

强调设备身份：本文的网络通信设备开站流程中，与现有技术方案中主要用IP 地址标识设备身份相比，该方法用ULID 标识设备身份，既能标识设备在网络拓扑中的逻辑位置，也反映了设备实物在机房中的安装位置，包含的信息更丰富。

减低人员依赖：本文方法用移动终端应用app扫描二维码的方式进行设备身份ULID 识别，替代了现有设备配置中的人工配置部分，简化操作流程，减少人为配置失误概率，并且降低了人员资源要求，安装过程中本地无需网络配置人员的参与。

提高自动化程度：通过与DHCP 服务器、网管服务器/软件的配合，设备开站的配置流程可实现自动化配置部署，设备即插即用。

扩大适用范围：该方法可适用于配置数据与该设备安装位置相关的场景，适用场景范围比现有ZTP 配置部署技术适用范围更广泛。

灵活可扩展：在对设备x 进行身份自动识别的方法中，还根据条件或需求可灵活使用多种替代方法，比如可使用专用U 盘保存相应安装位置（槽位）所对应的ULID，设备安装人员携带该U 盘插入设备x 的USB 数据口，然后ULID 被自动读取到设备x 中。

5 结论

本文研究一种网络通信设备快速配置开站方法及其流程，通过设计新的设备身份自动化识别手段，简化本地设备身份信息上报给网管软件的过程，从而省略本地手动配置内容，并由网管软件远程自动配置该设备，使本地仅需设备安装人员参与，减少人为操作失误概率和降低远程配合施工的难度，达到网络通信设备敏捷部署的效果，降低了网络运维难度和成本、提高了运维效率。

另外，除了开站，本文方法也适用于设备故障更换等需要进行设备配置的场景，具体流程与本文开站流程类似。