基于HSRP技术实现卫星通信IP链路冗余热备份

陈 涛，谢 文，顾 阳

（1.南京熊猫汉达科技有限公司，江苏 南京 210004；2.江苏捷诚车载电子信息工程有限公司，江苏 镇江 212028）

0 引言

卫星通信具有不受地形条件限制、投资与距离无关、组网灵活等优势。目前，卫星系统资费在进一步下降，卫星通信技术仍在不断更新，卫星通信IP网络化程度越来越普及，人们在进行通信过程中也越来越依赖卫星IP网络。在进行某些特殊任务的保障时，对整个卫星IP网络稳定性要求更高。在日常网络中，对比较重要的服务器系统，比如，应用管理服务器、数据库服务器等重要的网络节点，都会进行软件、硬件的双重热备份。在主用服务器发生故障时，备份服务器无缝接替上，无须人为干预，不会中断通信业务。卫星IP链路是整个卫星IP网络的关键环节，如果卫星IP链路发生致命故障，将导致整个IP网络瘫痪，在特殊任务的保障中会造成难以估计的损失。因此，为提高卫星IP网络的可靠性，对卫星IP链路进行热备份是十分必要的。在主用卫星IP链路完全不能工作的情况下，它的角色便被系统中的另一个备份卫星IP链路完全替代，直至出现问题的卫星IP链路恢复正常。

本文针对这种需求，详细说明应用热备份HSRP和动态RIP路由技术实现卫星通信网中IP链路冗余热备份的应用，在无须人为干预的情况下，自动监测卫星IP链路通信情况，在认定主用卫星IP链路故障情况下，自动切换到热备份卫星IP链路，待主用卫星IP链路修复后，自动恢复到用主卫星IP链路正常工作。

1 IP业务模型和HSRP热备、RIP技术简述

1.1 IP业务模型

采用卫星通信网提供IP业务通信时，其IP业务模型如图1所示。在两个卫星地球站间建立宽带IP链路，通过Ka、Ku、C频段多种频段卫星天线及相应卫星转发器组成一条卫星宽带IP链路。考虑到卫星IP链路的热备份功能，这里在两个卫星地球站间选用两组宽带IP信道组成两条互为热备份的卫星IP链路。一条为主备IP链路，另一条在主用卫星IP链路出现问题时自动支持卫星通信业务的备份卫星IP链路。卫星IP业务网通常传递语音、视频和IP数据等业务，IP业务终端通过默认网关向网络外部发送数据。为卫星IP业务终端配置一个默认网关，不允许中途改变数据的传输路径。当使用的默认网关出现故障时，网络的其他部分将重新会聚，但卫星IP业务终端无法获取新的拓扑信息。HSRP热备路由器协议恰恰能解决此种问题。

图1 IP业务模型

为卫星业务网络分配的卫星网通信网段I P地址段为192.168.1.0/24、地面网络网段IP地址段为30.1.1.0/24。两个宽带信道通过卫星天线及卫星转发器组成两条互为备份的卫星IP链路。地面站A将两条卫星IP链路接入虚拟路由器组，通过HSRP路由协议实现两条卫星IP链路的热备份。

1.2 HSRP热备技术

采用HSRP技术可将2台路由器对应为一个HSRP组，执行特定的功能。该组主要分为三个角色，分别是虚拟路由器、主用路由器和备用路由器。虚拟路由器并非为实物，它是一个虚拟角色，有Well-Known-MAC地址标识和独立的IP地址，卫星IP业务终端的IP数据将被发送到这个虚拟地址。主用路由器即活动路由器，它真正来接收发送给虚拟路由器的IP数据并进行转发，可由它来对发送给虚拟路由器IP地址的所有ARP请求进行回应。备用路由器即起热备份作用，负责监视HSRP组状态，在主用路由器出问题时，接替主用路由器的工作[1]。

主、备用路由器开通接口跟踪，可与主、备用卫星IP链路进行关系映射。启用HSRP协议的路由器可跟踪外部接口的状态，在需要时更换主用路由器，从而在主用卫星IP链路发生故障，卫星通信业务中断时自动转到备用路由器及备用卫星IP链路上。HSRP协议信息类型及其作用如表1所示。

表1 HSRP协议信息类型及其作用

路由器通过HSRP协议进行热备信息交换。路由器会主动通过Hello信息告知HSRP组内其他路由器自己的优先级和状态信息，默认3秒定时更新一次Hello信息；当备用路由器接替主用路由器时推送一个Coup状态更新信息；当主用路由器或主用卫星IP链路发生故障时发送一个Resign信息[2]。HSRP状态及其意义如表2所示。

表2 HSRP状态及其意义

HSRP组内路由器对应有6种状态：Initial（初始化状态）；Learn（学习状态，等待得知虚拟IP地址及组内路由器的Hello信息）；Listen（监听状态，已知虚拟IP地址，监听路由器的Hello信息）；Speak（发言状态，主动发起Hello信息告知自己状态）；Standby（等待状态，当主用服务器发生故障或超时未告知状态时，等待由备用变为主用路由器）；Active（活动状态，实时传输卫星IP业务）。

1.3 RIP技术

RIP是基于距离矢量算法得出最佳路径的动态理由协议。大部分厂商路由器都支持RIP动态路由协议，其具有配置简单、适用于小型网络（小于15跳）等特点。RIP有两个版本：RIPv1和RIPv2，RIPv1不支持变长子网掩码和无分类域间路由，RIPv2则都支持[3]。本文采用RIPv2来配置路由器的路由信息。

2 模型规划和HSRP热备份的应用

2.1 模型规划

简化IP业务模型，模型如图2所示。卫星地面站B卫星端IP业务网络，图中使用一个网络终端IP地址为192.168.1.100，子网掩码为255.255.255.0来模拟，接一台二层交换机，通过主用IP卫星链路及路由器A或备用IP卫星链路及路由器B进行IP数据包的传输并汇聚到接入路由器，在接入路由器上配置RIP动态路由协议进行IP数据包转发，最终与地面端IP业务网络互联互通，图中使用一个网络终端IP地址为30.1.1.100，子网掩码为255.255.255.0来模拟。具体的各个设备的IP地址规划如表3所示。

表3 设备的IP地址规划

图2 简化IP业务模型

2.2 HSRP热备份的应用

IP网络终端（卫星网端）的网关地址为路由器A与路由器B组成的虚拟路由器组对应的虚拟IP地址192.168.1.254，子网掩码为255.255.255.0。IP网络终端（卫星网端）交换机为普通二层交换，在此只用于数据交换，未划分VLAN及配置路由。网关地址即接入路由器G0/2的IP地址为30.1.1.1。

首先，配置动态路由RIPv2（见表4）。

表4 配置动态路由RIPv2

其次，配置热备份HSRP（见表5）。

表5 配置热备份HSRP

表6 路由器A状态

表7 路由器B状态

表8 路由器A状态

表9 路由器B状态

主用路由器A与主用卫星IP链路正常工作时，查看HSRP组路由器A、路由器B状态，并用IP网络终端（卫星网端）通过ping命令持续对IP网络终端（地面网端）进行ping操作，查看物理链路是否可达。

IP网络终端（卫星网端）持续ping通IP网络终端（地面网端），代表卫星通信IP业务正常。查询结果显示路由器A的F0/0口工作在HSRP组1中，优先级为200，开启抢占模式，当前处于主用状态，当前主用的是本地路由器A，备用路由器IP地址为192.168.1.253，HSRP组虚拟IP地址为192.168.1.254。显示路由器B的F0/0口工作在HSRP组1中，优先级为192，开启抢占模式，当前处于备用状态，当前主用的路由器IP地址为192.168.1.253，备用路由器为本地路由器B，HSRP组虚拟IP地址为192.168.1.254。

当主用路由器A或主用卫星IP链路发生故障时（主用路由器A故障不在此谈论范围内），查看HSRP组路由器A、路由器B状态，并在IP网络终端（卫星网端）上持续采用ping命令对IP网络终端（地面网端）进行ping操作，查看物理链路是否可达。

当主用卫星IP链路发生故障时，主用路由器A的F0/0接口会进入Down状态，此时路由器B主要状态变换如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 进入等待状态

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Standby -> Active进入主用活动状态

IP网络终端（卫星网端）持续ping通IP网络终端（地面网端）无中断，卫星通信IP业务正常。查询结果显示路由器A的F0/0口工作在HSRP组1中，优先级主动降低为190（原来为200），开启抢占模式，当前处于初始状态，当前主用的是未知设备，备用设备未知，HSRP组虚拟IP地址为192.168.1.254。显示路由器B的F0/0口工作在HSRP组1中，优先级为192，开启抢占模式，当前处于主用状态，当前主用的路由器为本地路由器B，备用设备未知，HSRP组虚拟IP地址为192.168.1.254。

主用卫星IP链路恢复，查看HSRP组路由器A、路由器B状态，并在IP网络终端（卫星网端）上采用持续ping命令对IP网络终端（地面网端）进行ping操作，查看物理链路是否可达。

当主用卫星IP链路恢复时，主用路由器A的F0/0接口会进入Up状态，此时路由器A主要状态变换如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 进入等待状态

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Standby -> Active 进入主用活动状态

此时路由器B主要状态变换如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 进入备用等待状态

IP网络终端（卫星网端）持续ping通IP网络终端（地面网端）无中断，卫星通信IP业务正常。路由器A与路由器B又恢复到最初主用路由器A与主用卫星IP链路正常工作时的状态。

3 结束语

经以上测试可知，采用热备份HSRP和动态RIP路由技术可实现卫星通信网中IP链路冗余热备份的应用，在无须人为干预的情况下，自动监测卫星IP链路通信情况，在认定主用卫星IP链路发生故障情况下，自动切换到热备份卫星IP链路，待主用卫星IP链路修复后，自动恢复用主卫星IP链路正常工作，从而保障卫星通信IP业务运行的稳定。■