李旭，楊哲，王德松

（1. 云南電力調(diào)度控制中心，昆明 650011；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昭通供電局，云南 昭通 657000）

0 前言

目前，電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)方式受調(diào)度站點距離影響，除部分核心站點設(shè)備或同站點設(shè)備端口互聯(lián)鏈路采用光纖或網(wǎng)線直連外，其余核心層設(shè)備與匯聚層設(shè)備、匯聚層設(shè)備與接入層設(shè)備間端口互聯(lián)采用傳輸設(shè)備MSTP或CPOS接口方式接入。當(dāng)傳輸設(shè)備中間鏈路出現(xiàn)故障時，傳輸設(shè)備與調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備連接端口正常，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備無法檢測傳輸設(shè)備故障，容易造成調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備路由協(xié)議無法及時發(fā)現(xiàn)某通道路由中斷進行本側(cè)設(shè)備路由切換。而傳輸設(shè)備或調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備常用的檢測方式有以下兩種：

1）傳輸設(shè)備檢測：例如通過傳輸設(shè)備告警檢測傳輸鏈路故障。傳輸設(shè)備檢測的優(yōu)點是可以很快發(fā)現(xiàn)故障，缺點是傳輸設(shè)備檢測出故障后除鏈路自愈保護方式可快速恢復(fù)外，單鏈路通道或鏈路自愈保護雙通道同時中斷時只能人工檢測恢復(fù)。

2）調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備慢Hello檢測機制：通常采用路由協(xié)議中的Hello報文機制。這種機制檢測到故障所需時間為秒級。對于高速數(shù)據(jù)傳輸，例如吉比特速率級，超過1秒的檢測時間將導(dǎo)致大量數(shù)據(jù)丟失；對于時延敏感的業(yè)務(wù)，例如語音業(yè)務(wù)，超過1秒的延遲也是不能接受的。并且，這種機制依賴于路由協(xié)議。

為了減小通道故障對業(yè)務(wù)的影響、提高網(wǎng)絡(luò)的可用性，調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備需要能夠盡快檢測到與相鄰設(shè)備間的通信故障，以便能夠及時采取措施，從而保證業(yè)務(wù)繼續(xù)進行。

1 雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測工作原理

雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測BFD（BidirectionalForwarding Detection）是一套用來實現(xiàn)快速檢測的國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，提供一種輕負荷、持續(xù)時間短的檢測。一對系統(tǒng)在它們之間的所建立會話的通道上周期性的發(fā)送檢測報文，如果某個系統(tǒng)在足夠長的時間內(nèi)沒有收到對端的檢測報文，則認(rèn)為在這條到相鄰系統(tǒng)的雙向通道的某個部分發(fā)生了故障。BFD的主要功能是在兩臺調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備上建立會話，用來監(jiān)測兩臺調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑，為調(diào)度數(shù)據(jù)路由器或三層交換機的協(xié)議服務(wù)[1-2]。BFD本身并沒有發(fā)現(xiàn)機制，而是靠調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備的上層協(xié)議通知其與哪臺調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備建立會話，會話建立后如果在檢測時間內(nèi)沒有收到對端設(shè)備的BFD控制報文則認(rèn)為發(fā)生故障，通知本側(cè)調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的上層協(xié)議，上層協(xié)議進行相應(yīng)的處理。通過配置BFD可以設(shè)置毫秒級的時間檢測間隔，從而可以在毫秒級的時間內(nèi)快速檢測到鄰居故障，應(yīng)用可以依靠BFD的快速檢測來提供快速的流量切換[3]。

2 雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測聯(lián)動方式

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)組網(wǎng)主要應(yīng)用MPLS VPN、邊界路由協(xié)議（BGP）、開放式最短路徑優(yōu)先（OSPF）、虛擬路由器冗余協(xié)議（VRRP）等數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備技術(shù)，針對以上技術(shù)可與BFD進行聯(lián)動設(shè)置，以達到快速檢測電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)通過傳輸設(shè)備連接后的通道故障目的。

2.1 以太網(wǎng)鏈路與雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測聯(lián)動

在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)以太網(wǎng)鏈路上建立雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）會話，利用雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測機制快速檢測鏈路故障。雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測以太網(wǎng)鏈路支持單跳檢測和多跳檢測，聯(lián)動檢測示例如下：

2.1.1 單跳檢測

單跳檢測是指對兩個直連調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備進行以太網(wǎng)連通性檢測，該項故障檢測涵蓋了鏈路中間傳輸設(shè)備故障時的檢測，“單跳”是以太網(wǎng)鏈路的一跳[4]。

如圖1所示，雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）檢測兩臺設(shè)備之間的以太網(wǎng)單跳路徑，BFD會話綁定出接口。當(dāng)BFD會話檢測不到對端發(fā)來會話信息后，交換機A（SwtichA）和交換機B（SwtichB）判定以太網(wǎng)鏈路中斷。

圖1 IP鏈路單跳檢測

2.1.2 多跳檢測

多跳檢測是指雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測可以檢測兩個系統(tǒng)間的任意路徑，這些路徑可能跨越很多跳或是很多設(shè)備（包括傳輸設(shè)備），也可能在某些部分發(fā)生重疊[5]。

圖2 以太網(wǎng)鏈路多跳檢測

如圖2所示，雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）檢測交換機A（SwtichA）和交換機C（SwtichC）之間的以太網(wǎng)多跳路徑，BFD會話綁定對端地址但不綁定出接口。當(dāng)BFD會話檢測收不到對端地址發(fā)來的會話信息時，交換機A和交換機C判定以太網(wǎng)鏈路中斷。

2.2 OSPF與雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測聯(lián)動

開放式最短路徑優(yōu)先（OSPF）使用雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測來進行快速故障檢測時，OSPF可以通過HELLO報文動態(tài)發(fā)現(xiàn)鄰居，OSPF將鄰居地址通知雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）就開始建立會話。BFD會話建立前處于DOWN狀態(tài)，此時雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）控制報文以不小于1秒的時間間隔周期發(fā)送以減少控制報文流量，直到會話建立以后才會以協(xié)商的時間間隔發(fā)送以實現(xiàn)快速檢測。聯(lián)動檢測示例如圖3所示，交換機A（SwtichA）分別與交換機（SwtichC）和交換機（SwtichD）建立開放式最短路徑優(yōu)先（OSPF）鄰居關(guān)系，交換機A到交換機B的路由出接口為Interface 1，經(jīng)過交換機C到達交換機B（SwtichB）。鄰居狀態(tài)到達FULL狀態(tài)時通知雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）建立BFD會話。當(dāng)交換機A和交換機C之間鏈路出現(xiàn)故障，雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）首先感知到并通知交換機A。交換機A處理鄰居Down事件，重新進行路由計算，新的路由出接口為Interface 2，經(jīng)過交換機D到達交換機B。

圖3 OSPF與BFD聯(lián)動檢測

2.3 邊界路由協(xié)議與雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測聯(lián)動

調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中應(yīng)用的邊界路由協(xié)議（BGP）的keepalive時間間隔缺省為60秒，最小可以配置為1秒，這樣保持時間缺省為180秒，最小為3秒，鄰居關(guān)系的檢測比較慢，對于報文收發(fā)速度快的接口會導(dǎo)致大量報文丟失。通過BFD進行快速故障檢測，可以實現(xiàn)鄰居關(guān)系的快速檢測，加快了協(xié)議收斂。聯(lián)動檢測示例如下：

圖4 BGP與BFD聯(lián)動檢測

如圖4所示，交換機（SwitchA）和交換機（SwitchB）分別屬于AS100和AS200，兩臺路由器直接相連并建立EBGP連接。使用雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）檢測交換機A和交換機B之間的BGP鄰居關(guān)系，當(dāng)交換機A和交換機B之間的鏈路發(fā)生故障時，雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）能夠快速檢測到故障并通告給邊界路由協(xié)議。

2.4 多協(xié)議標(biāo)記交換與雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測聯(lián)動

多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS） 運行雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）用于鄰居快速檢測，檢測到的故障一般用于主備轉(zhuǎn)發(fā)表項的切換：即MPLS將業(yè)務(wù)從主路徑切換到備份路徑上。聯(lián)動檢測示例如圖5所示，只考慮從區(qū)域邊界設(shè)備PE1到用戶邊緣設(shè)備CE2的流量。當(dāng)PE1到骨干設(shè)備P1之間的鏈路發(fā)生故障時，區(qū)域邊界設(shè)備PE1可以通過和骨干設(shè)備P1相連的接口感知到故障。但是如果P1到區(qū)域邊界設(shè)備PE2之間的鏈路發(fā)生故障，則區(qū)域邊界設(shè)備PE1無法通過接口感知，這時需要結(jié)合BFD與動態(tài)標(biāo)記交換路徑（LSP）聯(lián)動來進行快速故障檢測。在PE1上有到區(qū)域邊界設(shè)備PE2的動態(tài)LSP，配置BFD與動態(tài)標(biāo)記交換路徑（LSP）聯(lián)動為這條動態(tài)標(biāo)記交換路徑（LSP）建立BFD會話并進行檢測，同時在區(qū)域邊界設(shè)備PE1上配置私網(wǎng)快速重路由（VPN FRR）的相關(guān)策略，指定保護路徑為區(qū)域邊界設(shè)備PE1到區(qū)域邊界設(shè)備PE3。當(dāng)區(qū)域邊界設(shè)備PE1到骨干設(shè)備P1或者骨干設(shè)備P1到區(qū)域邊界設(shè)備PE2之間的鏈路發(fā)生故障時，區(qū)域邊界設(shè)備PE1上能迅速感知到標(biāo)記交換路徑（LSP）故障，并觸發(fā)私網(wǎng)快速重路由（VPN FRR）切換，使流量切換到區(qū)域邊界設(shè)備PE1到區(qū)域邊界設(shè)備PE3、區(qū)域邊界設(shè)備PE3到用戶邊緣設(shè)備CE2，實現(xiàn)保護。

圖5 MPLS 與BFD聯(lián)動

2.5 虛擬路由器冗余協(xié)議與雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測

電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中，地調(diào)或電廠調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)設(shè)備為雙配置，該配置模式下業(yè)務(wù)應(yīng)用虛擬路由器冗余協(xié)議(VRRP)方式較多，當(dāng)主用設(shè)備（Master）出現(xiàn)故障時，虛擬路由器冗余協(xié)議依靠備份設(shè)備（Backup）設(shè)置的超時時間來判斷是否應(yīng)該搶占，切換速度在1秒以上。將雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）應(yīng)用于備用設(shè)備（Backup）對主用設(shè)備（Master）的檢測，可以實現(xiàn)對主用設(shè)備（Master）故障的快速檢測，縮短用戶流量中斷時間。雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）對備用設(shè)備（Backup）和主用設(shè)備（Master）之間的實際地址通信情況進行檢測，如果通信不正常，備用設(shè)備（Backup）就認(rèn)為主用設(shè)備（Master）已經(jīng)不可用，升級成新的主用設(shè)備（Master）。

圖6 VRRP與BFD聯(lián)動

如圖6所示，交換機A（SwitchA）和交換機B（SwitchB）之間配置虛擬路由器冗余協(xié)議(VRRP)備份組建立主備關(guān)系，交換機A為主用設(shè)備，交換機B為備用設(shè)備，用戶過來的流量從交換機A出去。在交換機A和交換機B之間建立BFD會話，虛擬路由器冗余協(xié)議(VRRP)備份組監(jiān)視該BFD會話，當(dāng)BFD會話狀態(tài)變化時，通過修改備份組優(yōu)先級實現(xiàn)主備快速切換。當(dāng)BFD檢測到交換機A和交換機C之間的鏈路故障時，上報給虛擬路由器冗余協(xié)議(VRRP)一個BFD檢測Down事件，交換機B上虛擬路由器冗余協(xié)議(VRRP)備份組的優(yōu)先級增加，增加后的優(yōu)先級大于交換機A上的VRRP備份組的優(yōu)先級，于是交換機B立刻升為主用設(shè)備，后繼的用戶流量就會通過交換機B轉(zhuǎn)發(fā)，從而實現(xiàn)VRRP的主備快速切換。

3 結(jié)束語

雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）現(xiàn)在越來越多地應(yīng)用在重要網(wǎng)絡(luò)、重要鏈路上，并結(jié)合了路由、MPLS、VPN、流量工程等技術(shù)。而電力調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)的建設(shè)是調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)及傳輸技術(shù)的融合，通過在調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)中應(yīng)用雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測（BFD）技術(shù)，可以對重點調(diào)度業(yè)務(wù)流量提供高可靠性保障，從而保證生產(chǎn)實時業(yè)務(wù)通道的可靠性，保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。