王民昆，徐 曉，鄧志森，張大偉，熊志杰

（國網(wǎng)西南分部調(diào)控中心 四川 成都610041）

基于路由模擬的網(wǎng)絡(luò)推演分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

王民昆，徐 曉，鄧志森，張大偉，熊志杰

（國網(wǎng)西南分部調(diào)控中心 四川 成都610041）

通過對現(xiàn)網(wǎng)中指導(dǎo)流量穿越網(wǎng)絡(luò)路徑的路由協(xié)議配置進(jìn)行監(jiān)測，同步配置到支持同樣標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議的Agent模擬器中，通過算法自動匹配現(xiàn)網(wǎng)物理鏈路關(guān)系，構(gòu)建由Agent模擬器為載體的虛擬1:1網(wǎng)絡(luò)。在不影響現(xiàn)網(wǎng)的前提下，對模擬網(wǎng)進(jìn)行設(shè)備、端口、配置的增刪變化，實(shí)現(xiàn)對實(shí)際網(wǎng)絡(luò)變更付諸實(shí)施前的故障排除和網(wǎng)絡(luò)推演，以防止由于簡單的配置錯誤或網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架問題引起網(wǎng)絡(luò)故障導(dǎo)致的高昂代價。

Agent模擬器；同步算法；路由推演；設(shè)計(jì)

電力的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和配置都比較復(fù)雜，目前通過管理系統(tǒng)可以簡便的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、接口流量、業(yè)務(wù)質(zhì)量，但是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)管理員需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備升級、配置變更時牽一發(fā)而動全身；電力的網(wǎng)絡(luò)災(zāi)備要求很高，基本所有業(yè)務(wù)都要有冗余備份鏈路，管理員的組網(wǎng)經(jīng)驗(yàn)決定了冗余鏈路的健壯程度，但是還是無法預(yù)知如果出現(xiàn)了設(shè)備或端口故障時，路由走向會怎樣，當(dāng)前的組網(wǎng)是否能滿足需求。文中通過一種Agent模擬器來實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議，同步現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)備配置和連接關(guān)系，讓模擬器之間的路由通信與現(xiàn)網(wǎng)保持一致，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)網(wǎng)的核心設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的1:1模擬。配置變更或?yàn)?zāi)備預(yù)演前，只需在模擬網(wǎng)上進(jìn)行設(shè)備、端口和配置變更，模擬網(wǎng)就會推演出實(shí)際的變更后的網(wǎng)絡(luò)路由變化，減少了可能發(fā)生的錯誤導(dǎo)致的維護(hù)成本。

1 設(shè)備路由模擬

通過Agent模擬器來模擬現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)備，對于路由推演系統(tǒng)來講需要Agent實(shí)現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)使用的路由協(xié)議，以電力調(diào)度網(wǎng)為例，最核心的就是 OSPF（RFC2328）和BGP（RFC4271）協(xié)議。Agent實(shí)現(xiàn)路由協(xié)議在軟件編碼上實(shí)際與設(shè)備相同，與設(shè)備最大的差別是性能，Agent包裝在一個512 M內(nèi)存的虛擬機(jī)內(nèi)，用于實(shí)現(xiàn)路由計(jì)算，不用考慮實(shí)際網(wǎng)絡(luò)帶來的業(yè)務(wù)壓力，所以成本比實(shí)際設(shè)備也少很多。Agent支持telnet/SNMP操作，可以在上面預(yù)先測試現(xiàn)網(wǎng)將要實(shí)施的配置變更。

設(shè)備端口最終通過綁定操作系統(tǒng)的物理網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)與外界通信，可以模擬多種端口類型，由于都是虛擬網(wǎng)卡，所以物理端口的帶寬無法通過Agent設(shè)備直接體現(xiàn)，但是可以通過配置端口的配置速率來調(diào)整端口的實(shí)際帶寬速率。由于路由協(xié)議的選路與帶寬有關(guān)，例如OSPF可以直接在接口視圖下直接配置開銷值；或者配置接口的帶寬參考值，OSPF根據(jù)帶寬參考值自動計(jì)算接口的開銷值，計(jì)算公式為：接口開銷＝帶寬參考值÷接口期望帶寬。如果沒有在接口視圖下配置此接口的開銷值，OSPF會根據(jù)該接口的帶寬自動計(jì)算其開銷值。接口開銷是路由選路的關(guān)鍵，將直接影響鏈路的流量走向。

2 物理鏈路同步

為了很方便的將現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)備物理連接關(guān)系模擬出來，開發(fā)了一款界面圖形化的全真網(wǎng)絡(luò)模擬軟件，可以選中兩端設(shè)備和端口構(gòu)建和現(xiàn)網(wǎng)物理鏈路完全一致的組網(wǎng)，Agent設(shè)備啟動后，根據(jù)鏈路連接和實(shí)現(xiàn)的路由協(xié)議完成路由表的構(gòu)建。

圖1 全真網(wǎng)絡(luò)模擬軟件界面

3 網(wǎng)絡(luò)配置翻譯

1:1模擬的要求就是配置要一致，Agent具備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一樣的路由計(jì)算能力，但是需要一個自動化的同步算法將實(shí)際網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的路由相關(guān)配置備份到Agent上，這樣Agent啟動之后之間的路由學(xué)習(xí)結(jié)果才會與現(xiàn)網(wǎng)保持一致。配置備份最好的方式就是配置文件下發(fā)，原理其實(shí)和手工輸入命令行下發(fā)到設(shè)備上一樣，這就需要一個翻譯器，將各個廠商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不同的命令行實(shí)現(xiàn)方式轉(zhuǎn)化成Agent能夠理解的配置格式并下發(fā)到Agent上。系統(tǒng)通過進(jìn)行配置片段模板比較的方式，在本地儲存一份配置模板庫，這個庫中保存了各個廠商不同的業(yè)務(wù)命令行配置片段模板與Agent自身的配置模板的比較對應(yīng)關(guān)系。系統(tǒng)可以很方便的將現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備中的配置解析成一個個業(yè)務(wù)配置片段，并在配置模板庫中進(jìn)行對應(yīng)匹配，最后將各個業(yè)務(wù)按照Agent自身的配置格式下發(fā)到Agent上，完成業(yè)務(wù)的1:1復(fù)制。

圖2 樣例

4 路由拓?fù)?/h2>

推演的基礎(chǔ)是路由拓?fù)?，區(qū)別于二層拓?fù)涞耐ㄟ^LLDP協(xié)議和MAC學(xué)習(xí)來繪制連接關(guān)系，三層拓?fù)溥B接關(guān)系需要通過路由表RFC1157/4292學(xué)習(xí)來計(jì)算。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的三層拓?fù)鋱D中，3層設(shè)備之間通過IP地址計(jì)算在同一個子網(wǎng)，且兩端接口都是PPP接口，則可認(rèn)為兩個設(shè)備間是PPP直連鏈路；如果不是PPP接口，那么則根據(jù)子網(wǎng)進(jìn)行連接。但這還并不能真實(shí)的展示三層設(shè)備間的鏈路關(guān)系。通過設(shè)備的 IP路由表信息，判斷，如果一個設(shè)備的路由表中存在另一個設(shè)備的非直連 （indirect）下一跳地址，那么我們就認(rèn)為兩個設(shè)備間存在直連鏈路關(guān)系。以A設(shè)備為例，去往10.1.1.0和10.3.1.0的下一跳都是10.2.1.1，證明A到B的GE0/2方向有連線，以此類推。

5 推演展現(xiàn)

推演主要針對兩種場景，一種是災(zāi)備考驗(yàn)，通過在模擬系統(tǒng)上手動關(guān)閉某些端口，系統(tǒng)實(shí)時計(jì)算出現(xiàn)問題之后的路由變化展現(xiàn)給管理員；一種是實(shí)施預(yù)測，管理員要對網(wǎng)絡(luò)配置進(jìn)行修改或擴(kuò)容，在實(shí)施之前，直接在模擬系統(tǒng)上把預(yù)先需要實(shí)施的配置變更或新增Agent模擬器和連線關(guān)系進(jìn)行配置，系統(tǒng)實(shí)時的計(jì)算當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的變化，并給出變化后的效果，如果實(shí)施的內(nèi)容有問題，在模擬網(wǎng)絡(luò)就會第一時間體現(xiàn)出來。如圖：現(xiàn)網(wǎng)遂寧到廣元的流量會經(jīng)過備調(diào)的設(shè)備進(jìn)行傳輸，在模擬系統(tǒng)上將遂寧連接備調(diào)的端口shutdown，兩者之間的鏈路變?yōu)榧t色（Down）。這時系統(tǒng)會模擬OSPF的最短路徑開銷在剩余的幾個備選鏈路中選擇一條新的路由（圖中選中的路徑）。

圖3 鏈路關(guān)系圖

圖4 鏈路推演圖

6 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)推演是一項(xiàng)很深入長遠(yuǎn)的系統(tǒng)工程，對于網(wǎng)絡(luò)的性能優(yōu)化和管理至關(guān)重要，也任重道遠(yuǎn)。從拓?fù)淇梢暬?＞流量實(shí)時監(jiān)控-＞業(yè)務(wù)質(zhì)量細(xì)分-＞Troubleshooting-＞路由變更模擬-＞故障預(yù)測-＞容量管理，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)在到未來的全面掌控。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對路由的模擬，在網(wǎng)絡(luò)推演的路上邁了很關(guān)鍵的一歩，為后續(xù)的流量模擬和容量管理打下了理論和技術(shù)基礎(chǔ)。

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The system design and implementation of network routing simulation analysis based on deduction

WANG Min-kun，XU Xiao，DENG Zhi-sen，ZHANG Da-wei，XIONG Zhi-jie
（State Grid Southwest Division Regulation and Control Center，Chengdu 610041，China）

The network flow monitoring through network path routing protocol configuration，synchronous configuration to support the same standard routing protocol agent simulator.By the algorithm automatically match the existing network link physical relationship，constructed by agent simulator for networks with virtual carriers 1:1.Under the premise of not affecting the current network and of network simulation of equipment，interface，configuration of the additions and deletions to change，realize the actual network change into before the implementation of the troubleshooting and network inference，to prevent due to simple configuration errors or network architecture problems caused by network failure causes of costly.

Agent simulator；synchronization algorithm；routing inference；design

TN99

：A

：1674－6236（2017）03-0065-03

2016-02-26稿件編號：201602155

王民昆（1973—），男，重慶人，碩士，高級工程師。研究方向：電網(wǎng)調(diào)度自動化。