（廣西廣播電視技術(shù)中心崇左分中心）

一、引言

隨著社會的發(fā)展和時(shí)代的進(jìn)步，人民群眾對精神文化和信息資訊的需求越來越多，對數(shù)字電視播出質(zhì)量的要求也越來越高，廣西部分廣播電視無線發(fā)射臺站的IP信源系統(tǒng)也因此采用了雙信源交換機(jī)和雙IP復(fù)用器的硬件互備方案，能有效減少因單節(jié)點(diǎn)故障造成的停播，但主備信源設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，冗余度不高、可靠性差。而由于使用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的原因，即便增加鏈路提高冗余度和可靠性，也會因此提升IP信源系統(tǒng)的復(fù)雜度。因此，運(yùn)用新技術(shù)改變原有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)確保冗余度的前提下提升系統(tǒng)可靠性、簡化運(yùn)維管理的需求日漸凸顯。

二、傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的缺陷

為了便于理解網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)和直觀地分析某些故障對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)造成的影響，本文僅針對有IP光纖信源但無數(shù)字微波信源的臺站進(jìn)行分析和說明。IP信源系統(tǒng)的核心是三層交換機(jī)，用于接收由光纖傳輸至臺站的IP組播節(jié)目碼流并送至IP復(fù)用器，由IP復(fù)用器解出組播中的節(jié)目信息再重新打包分配至各數(shù)字電視發(fā)射機(jī)。IP信源系統(tǒng)的兩臺三層交換機(jī)以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行部署，存在以下缺點(diǎn)：

（一）設(shè)備利用率低

主備信源設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，若主用光纖信號中斷或主用三層交換機(jī)用于接收組播的光模塊出現(xiàn)故障，主用IP復(fù)器將接收不到IP組播信號而被迫處于閑置狀態(tài)，系統(tǒng)冗余度低，設(shè)備利用率不高，如圖1所示。

（二）增加系統(tǒng)復(fù)雜度和運(yùn)維難度

圖2 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)增加系統(tǒng)復(fù)雜度

為了解決上述問題，提高網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的冗余度,增加冗余備份鏈路將雙交換機(jī)與雙IP復(fù)用器兩兩互聯(lián),起到冗余備份作用。而采用傳統(tǒng)構(gòu)架的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)此時(shí)須配置VRRP和STP協(xié)議，阻斷一半鏈路以確保不會因環(huán)路產(chǎn)生而導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)崩潰，由此增加了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜度。而正常情況下其中一臺交換機(jī)必定處于閑置狀態(tài)，如圖2所示。

且兩交換機(jī)須各自運(yùn)行不同的配置文件，每臺設(shè)備需要單獨(dú)進(jìn)行配置和管理，增加了運(yùn)維難度。

（三）出現(xiàn)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)收斂慢

主用光纖鏈路或主用三層交換機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，VRRP協(xié)議啟用備用交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，但因拓?fù)浒l(fā)生變化導(dǎo)致STP協(xié)議需要60秒左右的時(shí)間重新計(jì)算生成樹以恢復(fù)此前阻斷的鏈路，即便使用快速生成樹協(xié)議，也存在30秒左右的鏈路倒換過程造成節(jié)目中斷，用戶體驗(yàn)不佳。

三、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化架構(gòu)的優(yōu)勢

IRF是H3C公司自主研發(fā)的第二代智能彈性架構(gòu)，是一種新型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化技術(shù)，將多臺設(shè)備連接在一起，虛擬化為一臺邏輯上統(tǒng)一的設(shè)備，主要目的是集合多臺設(shè)備的硬件資源和軟件處理能力，實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作并進(jìn)行統(tǒng)一管理[1]。下面將結(jié)合實(shí)際，分析IRF架構(gòu)的優(yōu)勢。

（一）有效提升設(shè)備可用性

以尚未增加冗余鏈路的IP信源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，只需在兩臺交換機(jī)上分別增加一個萬兆光模塊并使用光纖跳線連接，進(jìn)行必要的IRF配置即可形成一個最簡單的IRF架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。雖然IRF架構(gòu)中兩臺交換機(jī)也區(qū)分主設(shè)備和從設(shè)備，主設(shè)備負(fù)責(zé)IRF架構(gòu)的運(yùn)行和管理，但主從設(shè)備均同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等業(yè)務(wù)處理，兩臺交換機(jī)可視為同一臺交換機(jī)上的兩塊不同業(yè)務(wù)板卡。依舊以主路光纖信源中斷為例，此時(shí)主備光纖信源所對應(yīng)的兩個光口已等同為一臺交換機(jī)上的兩個接口，備用信源的組播信號仍可正常傳輸至主用IP復(fù)用器，如圖3所示。

圖3 IRF虛擬化架構(gòu)提升設(shè)備可用性

（二）不增加網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)復(fù)雜度的同時(shí)提升可靠性

同樣在此基礎(chǔ)上增加冗余鏈路，此時(shí)任意一臺IP復(fù)用器的兩個網(wǎng)口均正常接收來至主用和備用光纖鏈路的IP組播，有效提升了鏈路利用率。若其中一臺交換機(jī)出現(xiàn)故障不能正常運(yùn)行，IRF架構(gòu)迅速分裂使另一臺交換機(jī)獨(dú)立運(yùn)行，此時(shí)兩臺IP復(fù)用器仍可接收到一路光纖信源組播節(jié)目信號，如圖4所示，這個分裂過程十分短暫不會造成太大的網(wǎng)絡(luò)延遲，提升了IP信源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)備級可靠性。

圖4 IRF架構(gòu)提升網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可靠性

（三）降低運(yùn)維難度

IRF虛擬化架構(gòu)僅需增加一對萬兆光模塊以及若干互聯(lián)用的光纖跳線和網(wǎng)線即可部署，在工業(yè)水平高度發(fā)展的今天，這項(xiàng)成本十分低廉。IRF虛擬化技術(shù)將兩臺或多臺交換機(jī)在邏輯上形成一臺核心交換設(shè)備，僅運(yùn)行一份配置文件，可進(jìn)行統(tǒng)一管理，降低了維護(hù)難度。

四、IRF虛擬化技術(shù)在廣播電視無線發(fā)射臺站的應(yīng)用

下面將以廣西某地的廣播電視無線發(fā)射臺站為例，闡述IRF虛擬化架構(gòu)在IP信源系統(tǒng)上的部署。

（一）設(shè)備的物理連接

以使用兩臺H3C LS-5560-34C-EI交換機(jī)作主備信源三層交換機(jī)為例，依照圖5進(jìn)行設(shè)備的物理連接，將一對萬兆光模塊分別插入兩臺交換機(jī)的閑置SFP+光口并使用光纖跳線連接作為IRF link，該鏈路是形成虛擬化架構(gòu)的關(guān)鍵。使用網(wǎng)線完成交換機(jī)與IP復(fù)用器的全連接。

圖5 部署IRF之設(shè)備物理連接

（二）配置IRF

1.配置交換機(jī)A

手動關(guān)閉即將作為IRF鏈路接口的光口，配置其成為IRF 1/1接口后恢復(fù)啟用該光口，并使用“irf-portconfiguration active”命令激活I(lǐng)RF配置使之生效。

2.配置交換機(jī)B

修改交換機(jī)B的IRF成員編號為“2”并重啟，重啟完成后交換機(jī)的各接口編號由“1/0/x”變更為“2/0/x”，參照交換機(jī)A的配置方法完成交換機(jī)B的IRF鏈路配置并激活生效。

3.確立設(shè)備角色

進(jìn)行上述配置后，兩臺交換機(jī)自動進(jìn)行角色競選，競選成功的成為主設(shè)備，負(fù)責(zé)管理維護(hù)整個IRF架構(gòu)以及進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā)等職能，競選失敗則為從設(shè)備僅負(fù)責(zé)流量轉(zhuǎn)發(fā)。

4.鏈路聚合配置

為防止環(huán)路產(chǎn)生，須對兩條光纖信源鏈路進(jìn)行配置，使之成為一條動態(tài)聚合鏈路，同時(shí)工作又能相互備份。

5.IRF狀態(tài)檢測機(jī)制

LACP MAD檢測機(jī)制主要作用是一旦因IRF link故障發(fā)生IRF分裂，可觸發(fā)一個機(jī)制及時(shí)阻斷一些鏈路避免形成環(huán)路引發(fā)廣播風(fēng)暴?？蓪膳_三層交換機(jī)連接至路由交換機(jī)的兩條鏈路作為LACP MAD檢測鏈路，配置為動態(tài)聚合鏈路并啟用MAD功能即可。

6. IP復(fù)用器配置

分別配置兩臺IP復(fù)用器，打開主千兆網(wǎng)卡組1（網(wǎng)口1-網(wǎng)口3）備份開關(guān)，備份模式選擇“主路優(yōu)先”，切換條件選擇“有效碼率為0”。目的是將IP復(fù)用器的網(wǎng)口3作為網(wǎng)口1的鏡像備份接口，當(dāng)網(wǎng)口1無有效節(jié)目碼流時(shí)自動切換網(wǎng)口3接收碼流恢復(fù)節(jié)目輸出。

五、 IRF可靠性測試

（一）IRF可靠性測試方案

通過人為干預(yù)設(shè)備及其接口的通斷，模擬實(shí)際運(yùn)行過程中可能出現(xiàn)的光纖鏈路中斷、光模塊故障和交換機(jī)斷電等故障[2]，并使用碼流分析儀檢測節(jié)目碼流恢復(fù)正常所需的時(shí)長，以驗(yàn)證IP信源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性。使用信號線將主用IP復(fù)用器的ASI輸出接口連接至碼流分析儀，進(jìn)行如下測試并記錄節(jié)目信號的中斷時(shí)長：

1.光纖信源鏈路中斷測試：拔出一路光纖信源接口模塊上的光纖跳線。

2.交換機(jī)斷電測試：拔出一臺交換機(jī)電源模塊上的電源線。

（二）可靠性測試結(jié)果

經(jīng)過多次重復(fù)測試，任何一路光纖鏈路中斷并不會對IP復(fù)用器的輸出造成絲毫影響，節(jié)目畫面始終流暢；即便是一臺交換機(jī)斷電的極端的情況下，信號源僅中斷1.7秒，在數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的激勵器還未作出切換動作時(shí)，節(jié)目信號就已經(jīng)恢復(fù)正常，有效提升觀眾的收看體驗(yàn)。交換機(jī)斷電后信源中斷時(shí)長如圖6所示，點(diǎn)線圖中間平直的部分表明節(jié)目信號中斷，每小格表示100毫秒。

此時(shí)依然保持主備IP復(fù)用器的冗余備份，有效提高了設(shè)備的可用性和系統(tǒng)的可靠性。而在原網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上進(jìn)行如上測試時(shí)，則發(fā)射機(jī)端不可避免地發(fā)生激勵器的切換動作，造成電視畫面長時(shí)間黑屏。

圖6 交換機(jī)斷電測試信源中斷時(shí)長

六、 結(jié)語

將交換機(jī)虛擬化技術(shù)應(yīng)用于廣播電視無線發(fā)射臺站IP信源網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可有效降低因單路光纖鏈路或單臺設(shè)備故障造成的組播節(jié)目信號中斷時(shí)長，大幅度提升了臺站IP信源系統(tǒng)的可靠性，有效提高了數(shù)字電視節(jié)目的安全播出保障能力。本文僅簡單測試了IRF的鏈路級和設(shè)備級可靠性，意在拋磚引玉，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備虛擬化技術(shù)的諸多優(yōu)勢值得我們繼續(xù)深入發(fā)掘和推廣。