SR-MPLS技术在神东公司骨干网络中的应用探索

刘雄雄

（国家能源神东煤炭集团有限责任公司 智能技术中心，陕西 榆林 719315）

0 引 言

随着神东煤炭集团公司智能化煤矿的建设，公司对网络的宽带和可用性提出更高的要求。分段路由技术是近几年的热门网络技术之一，包括基于MPLS（多协议标签交换）的分段路由技术SR-MPLS（多协议标签交换的段路由）和基于IPv6（互联网协议第6版）的分段路由技术SRv6（基于IPv6转发平面的段路由）。本文结合神东公司智能化发展的网络需求，通过分析MPLS和SR-MPLS路由技术原理，规划和探索了神东公司骨干网络的网络架构。

1 概 况

网络是企业信息化的重要基础设施，煤矿企业各矿井的地理位置跨度较大，《煤矿安全规程》规定的煤矿安全监测监控系统、人员位置系统和矿井通信联络系统对企业通信网络的可靠性要求较高。而且煤炭企业各矿井、地面辅助单位网络应用的需求多种多样，既有对井下煤矿安全生产的网络监控需求，又有各矿井地面区域接入互联网的办公需求。

基于神东矿区井群分布实际和煤矿智能化的特点，针对神东公司骨干网络架构，利用SR-MPLS的技术优势，科学高效连接神东公司骨干网络节点，满足神东公司智能化发展的网络需求，同时能够适应未来IPv6、SDN（软件定义网络）等新技术的升级扩展。

2 神东公司网络需求及特点

神东矿区地处蒙、陕、晋三省能源富集区，神东公司拥有13矿14井，每年生产煤炭2亿t。为适应神东矿区各矿井地理跨度大，满足公司智能化建设对网络的要求，结合大型企业网络规划方法，神东公司网络需求包括以下方面。

（1）网络宽带性能需求。随着神东公司智能化转型的深入，公司业务对网络的依赖程度迅速提高。骨干网络不仅要承载企业的办公自动化、企业ERP系统等日常办公业务数据，还要承载涉及企业安全生产运营的工业视频监控、矿井调度通信系统、矿井安全监测监控系统、人员定位系统以及井下生产控制系统等安全生产业务数据。因此，骨干网络的数据流量不断增加，要求公司骨干网络具有处理高带宽的能力，满足公司业务数据的传输需求。

（2）网络稳定可靠需求。随着神东公司的发展，语音、监控、视频会议甚至5G等多种数据业务，需要通过骨干网络传输，要求骨干网络必须稳定可靠。骨干网络的稳定可靠包含物理设备可靠、物理链路可靠和逻辑路由可靠。骨干网络的核心设备和物理链路应冗余备份，骨干网络的路由支持快速重路由协议，确保骨干路由的可达性。

（3）网络服务质量需求。骨干网络承载了包括管理类信息系统数据、语音类数据、视频类数据和互联网数据等，为保证重要业务的高质量传输，骨干网络应支持流量工程。在不同的时间段，为不同的数据设置优先级，减少数据流量拥塞，提高网络的整体传输效率。大型企业网络系统业务调度的合理性是提供高品质业务的保障。

（4）网络智能化管理需求。随着网络规模的不断扩大，给网络维护工作提出更高的要求，因此，骨干网络应该适应维护简单、智能化管理的需求。SDN（软件定义网络）是一种新型的网络架构，SDN将网络设备的控制面与数据面分离开来，对网络进行抽象以屏蔽底层复杂度，为上层提供简单、高效的配置与管理，让网络管理更加智能。

3 SR-MPLS技术原理和优势

传统的多协议标签交换协议MPLS（Multi-Protocol Label Switching）是操作在OSI（开放式系统互联通信参考模型）的二层（数据链路层）和三层（网络层）之间的数据转发技术。MPLS中增加LDP（Label Distribution Protocol，标签分发协议）和RSVP-TE（Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering，基于流量工程的资源预留协议）两大协议，LDP依赖IGP协议（内部网关协议）完成标签分发。而LDP不支持流量工程，通过增加RSVP-TE协议才能实现了流量工程。因此，传统的MPLS存在协议复杂、扩展性差、部署维护困难等问题。

Segment Routing（简称SR）是一种源路由协议，也称分段路由协议，是基于源路由理念而设计的在网络上转发数据包的一种协议。SR-MPLS（Segment Routing MPLS，基于MPLS转发平面的段路由）的核心思想是将报文转发路径切割成不同的段，并为每个转发路径分配不同的SID（Segment Identifier，段标识符），利用封装在报文中的段标识符引导业务转发。SR-MPLS通过IGP扩展SR属性省略了LDP协议，并实现基于源地址标签转发的集中控制。

因此，SR-MPLS具有简单、高效、易扩展等优势，具体表现为：①SR-MPLS是面向SDN架构设计的协议，天然支持传统网络和SDN网络，兼容现有设备，保障网络平滑演进；②简化设备控制平面，减少路由协议数量，简化运维管理，降低运营成本，SR-MPLS网络需要维护的标签转发表规模很小，一台设备上维护的转发表数为N（节点标签数量，一般为全网节点数量）+A（邻接标签数据，一般为设备接口数量），而传统MPLS网络则为N2；③能以更简单的方式实现TE（流量工程）、FRR（快速重路由）、OAM（Operation,Administration and Maintenance，操作、管理和维护）等功能，从而简化网络的设计和管理，快速获得网络服务，优化整个网络的性能。

SR-MPLS及SRv6技术以其简单性逐步替代传统的MPLS技术，已广泛应用在通信运营商的骨干、城域、移动回传网络中，同时在政府、企业的骨干网中也得到了广泛的应用，是未来骨干网络、移动承载网的主流发展方向。

4 SR-MPLS技术的组网方案

4.1 网络拓扑

结合神东公司智能化建设要求、各煤矿地理位置分布以及光纤资源情况，神东公司骨干网络由5个骨干节点组成，如图1所示，骨干节点之间通过万兆光模块连接，每个节点部署2台骨干路由器，各节点之间用2条物理光钎连接。

图1 骨干网络示意Fig.1 Backbone network diagram

4.2 技术方案

首先在骨干节点上配置IS-IS（Intermediate System-to-Intermediate System，中间系统到中间系统）协议，实现骨干节点之间的路由协议层面互通、标签分配、以及路径计算。在骨干节点上使能SR-MPLS，通过段路由来建立LSP（Label Switching Path标签转发路径）。其次，为满足网络服务质量和网络智能化管理需求，引入段路由流量工程（SR-MPLS TE）技术和软件定义网络（SDN）技术。在网络中的SDN控制器上，通过配置不同业务的TE约束条件来定义数据业务的物理转发路径。

方案中，将实时性要求高的工业控制类业务、大带宽需求的工业视频监控类业务分别配置了“红色”和“绿色”段路由策略，并通过SDN控制器模块将段路由策略下发至各骨干节点，实现在骨干网络边缘为不同级别业务提供高质量的通信服务保障，同时实现了网络智能化、精细化的运维管理需求。

4.3 可靠性方案

神东公司骨干网是公司及各二级单位日常办公和安全生产等业务数据传输的主干道，因此对可靠性要求较高。为避免公司骨干网络因故障（如链路或设备）而导致网络服务中断，在公司骨干网络中需考虑可靠性方案。

可靠性方案包含3个层面：①站点级可靠性，如前文所述，每个骨干站点部署2台骨干路由交换设备，以保证在任一台设备失效时，网络业务可通过另外一台设备进行处理；②设备级可靠性，骨干路由设备的主控模块、交换模块、电源模块、风扇模块等关键部件均冗余配置，确保骨干路由设备自身的可靠运行；③链路级可靠性，首先每个站点必须有大于1条物理链路连接到其他站点，确保物理链路的冗余备份，其次在骨干节点之间部署快速故障检测BFD和快速重路由FRR技术，在链路故障发生后，实现主备链路的毫秒级切换，最大限度保证骨干网络数据的正常转发。

4.4 应用效果

通过SR-MPLS技术，实现控制平面和转发平面分离，简化了控制面的协议数量，极大减少骨干网络路由表数量，提高了骨干网络的路由转发效率，确保神东公司骨干网络节点之间低时延无阻塞。利用SDN控制器，实现对骨干网络的业务控制、配置下发和实时传输质量分析等，基于传输质量和网络资源状态进行动态优化，实现对网络全生命周期的运维和管理。SR-MPLS技术在神东公司骨干网络中的组网方案，有效解决了神东公司视频会议、工业监控等网络卡顿问题，从网络架构上提升了神东公司的网络性能，实现神东公司各类业务高质量、高可靠、高利用率的数据通信传输需求。

5 结 语

综上所述，分段路由SR-MPLS技术让网络数据包的转发路径和行为控制变得简单、精准。本文从网络规划的一般方法出发，通过分析神东矿区网络整体需求及特点，从技术上对比了传统MPLS协议和SR-MPLS协议的优缺点，提出了基于SR-MPLS技术的神东公司骨干网络架构方案，对神东公司的骨干网络架构进行了优化升级，提升了公司骨干网络的整体性能，为神东公司智能化建设奠定网络基础。

然而，随着软件定义网络和IPv6技术的发展，分段路由技术也在进一步发展，从SR-MPLS基于IGP转发段标签的技术向直接基于IPv6转发断路由的SRv6（Segment Routing IPv6，基于IPv6转发平面的段路由）技术演进，为用户提供优质的网络体验。