陳 濤，謝 文，顧 陽

（1.南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇 南京 210004；2.江蘇捷誠車載電子信息工程有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212028）

0 引言

衛(wèi)星通信具有不受地形條件限制、投資與距離無關、組網(wǎng)靈活等優(yōu)勢。目前，衛(wèi)星系統(tǒng)資費在進一步下降，衛(wèi)星通信技術仍在不斷更新，衛(wèi)星通信IP網(wǎng)絡化程度越來越普及，人們在進行通信過程中也越來越依賴衛(wèi)星IP網(wǎng)絡。在進行某些特殊任務的保障時，對整個衛(wèi)星IP網(wǎng)絡穩(wěn)定性要求更高。在日常網(wǎng)絡中，對比較重要的服務器系統(tǒng)，比如，應用管理服務器、數(shù)據(jù)庫服務器等重要的網(wǎng)絡節(jié)點，都會進行軟件、硬件的雙重熱備份。在主用服務器發(fā)生故障時，備份服務器無縫接替上，無須人為干預，不會中斷通信業(yè)務。衛(wèi)星IP鏈路是整個衛(wèi)星IP網(wǎng)絡的關鍵環(huán)節(jié)，如果衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生致命故障，將導致整個IP網(wǎng)絡癱瘓，在特殊任務的保障中會造成難以估計的損失。因此，為提高衛(wèi)星IP網(wǎng)絡的可靠性，對衛(wèi)星IP鏈路進行熱備份是十分必要的。在主用衛(wèi)星IP鏈路完全不能工作的情況下，它的角色便被系統(tǒng)中的另一個備份衛(wèi)星IP鏈路完全替代，直至出現(xiàn)問題的衛(wèi)星IP鏈路恢復正常。

本文針對這種需求，詳細說明應用熱備份HSRP和動態(tài)RIP路由技術實現(xiàn)衛(wèi)星通信網(wǎng)中IP鏈路冗余熱備份的應用，在無須人為干預的情況下，自動監(jiān)測衛(wèi)星IP鏈路通信情況，在認定主用衛(wèi)星IP鏈路故障情況下，自動切換到熱備份衛(wèi)星IP鏈路，待主用衛(wèi)星IP鏈路修復后，自動恢復到用主衛(wèi)星IP鏈路正常工作。

1 IP業(yè)務模型和HSRP熱備、RIP技術簡述

1.1 IP業(yè)務模型

采用衛(wèi)星通信網(wǎng)提供IP業(yè)務通信時，其IP業(yè)務模型如圖1所示。在兩個衛(wèi)星地球站間建立寬帶IP鏈路，通過Ka、Ku、C頻段多種頻段衛(wèi)星天線及相應衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成一條衛(wèi)星寬帶IP鏈路?？紤]到衛(wèi)星IP鏈路的熱備份功能，這里在兩個衛(wèi)星地球站間選用兩組寬帶IP信道組成兩條互為熱備份的衛(wèi)星IP鏈路。一條為主備IP鏈路，另一條在主用衛(wèi)星IP鏈路出現(xiàn)問題時自動支持衛(wèi)星通信業(yè)務的備份衛(wèi)星IP鏈路。衛(wèi)星IP業(yè)務網(wǎng)通常傳遞語音、視頻和IP數(shù)據(jù)等業(yè)務，IP業(yè)務終端通過默認網(wǎng)關向網(wǎng)絡外部發(fā)送數(shù)據(jù)。為衛(wèi)星IP業(yè)務終端配置一個默認網(wǎng)關，不允許中途改變數(shù)據(jù)的傳輸路徑。當使用的默認網(wǎng)關出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡的其他部分將重新會聚，但衛(wèi)星IP業(yè)務終端無法獲取新的拓撲信息。HSRP熱備路由器協(xié)議恰恰能解決此種問題。

圖1 IP業(yè)務模型

為衛(wèi)星業(yè)務網(wǎng)絡分配的衛(wèi)星網(wǎng)通信網(wǎng)段I P地址段為192.168.1.0/24、地面網(wǎng)絡網(wǎng)段IP地址段為30.1.1.0/24。兩個寬帶信道通過衛(wèi)星天線及衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器組成兩條互為備份的衛(wèi)星IP鏈路。地面站A將兩條衛(wèi)星IP鏈路接入虛擬路由器組，通過HSRP路由協(xié)議實現(xiàn)兩條衛(wèi)星IP鏈路的熱備份。

1.2 HSRP熱備技術

采用HSRP技術可將2臺路由器對應為一個HSRP組，執(zhí)行特定的功能。該組主要分為三個角色，分別是虛擬路由器、主用路由器和備用路由器。虛擬路由器并非為實物，它是一個虛擬角色，有Well-Known-MAC地址標識和獨立的IP地址，衛(wèi)星IP業(yè)務終端的IP數(shù)據(jù)將被發(fā)送到這個虛擬地址。主用路由器即活動路由器，它真正來接收發(fā)送給虛擬路由器的IP數(shù)據(jù)并進行轉(zhuǎn)發(fā)，可由它來對發(fā)送給虛擬路由器IP地址的所有ARP請求進行回應。備用路由器即起熱備份作用，負責監(jiān)視HSRP組狀態(tài)，在主用路由器出問題時，接替主用路由器的工作[1]。

主、備用路由器開通接口跟蹤，可與主、備用衛(wèi)星IP鏈路進行關系映射。啟用HSRP協(xié)議的路由器可跟蹤外部接口的狀態(tài)，在需要時更換主用路由器，從而在主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障，衛(wèi)星通信業(yè)務中斷時自動轉(zhuǎn)到備用路由器及備用衛(wèi)星IP鏈路上。HSRP協(xié)議信息類型及其作用如表1所示。

表1 HSRP協(xié)議信息類型及其作用

路由器通過HSRP協(xié)議進行熱備信息交換。路由器會主動通過Hello信息告知HSRP組內(nèi)其他路由器自己的優(yōu)先級和狀態(tài)信息，默認3秒定時更新一次Hello信息；當備用路由器接替主用路由器時推送一個Coup狀態(tài)更新信息；當主用路由器或主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障時發(fā)送一個Resign信息[2]。HSRP狀態(tài)及其意義如表2所示。

表2 HSRP狀態(tài)及其意義

HSRP組內(nèi)路由器對應有6種狀態(tài)：Initial（初始化狀態(tài)）；Learn（學習狀態(tài)，等待得知虛擬IP地址及組內(nèi)路由器的Hello信息）；Listen（監(jiān)聽狀態(tài)，已知虛擬IP地址，監(jiān)聽路由器的Hello信息）；Speak（發(fā)言狀態(tài)，主動發(fā)起Hello信息告知自己狀態(tài)）；Standby（等待狀態(tài)，當主用服務器發(fā)生故障或超時未告知狀態(tài)時，等待由備用變?yōu)橹饔寐酚善鳎籄ctive（活動狀態(tài)，實時傳輸衛(wèi)星IP業(yè)務）。

1.3 RIP技術

RIP是基于距離矢量算法得出最佳路徑的動態(tài)理由協(xié)議。大部分廠商路由器都支持RIP動態(tài)路由協(xié)議，其具有配置簡單、適用于小型網(wǎng)絡（小于15跳）等特點。RIP有兩個版本：RIPv1和RIPv2，RIPv1不支持變長子網(wǎng)掩碼和無分類域間路由，RIPv2則都支持[3]。本文采用RIPv2來配置路由器的路由信息。

2 模型規(guī)劃和HSRP熱備份的應用

2.1 模型規(guī)劃

簡化IP業(yè)務模型，模型如圖2所示。衛(wèi)星地面站B衛(wèi)星端IP業(yè)務網(wǎng)絡，圖中使用一個網(wǎng)絡終端IP地址為192.168.1.100，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0來模擬，接一臺二層交換機，通過主用IP衛(wèi)星鏈路及路由器A或備用IP衛(wèi)星鏈路及路由器B進行IP數(shù)據(jù)包的傳輸并匯聚到接入路由器，在接入路由器上配置RIP動態(tài)路由協(xié)議進行IP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，最終與地面端IP業(yè)務網(wǎng)絡互聯(lián)互通，圖中使用一個網(wǎng)絡終端IP地址為30.1.1.100，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0來模擬。具體的各個設備的IP地址規(guī)劃如表3所示。

表3 設備的IP地址規(guī)劃

圖2 簡化IP業(yè)務模型

2.2 HSRP熱備份的應用

IP網(wǎng)絡終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）的網(wǎng)關地址為路由器A與路由器B組成的虛擬路由器組對應的虛擬IP地址192.168.1.254，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。IP網(wǎng)絡終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）交換機為普通二層交換，在此只用于數(shù)據(jù)交換，未劃分VLAN及配置路由。網(wǎng)關地址即接入路由器G0/2的IP地址為30.1.1.1。

首先，配置動態(tài)路由RIPv2（見表4）。

表4 配置動態(tài)路由RIPv2

其次，配置熱備份HSRP（見表5）。

表5 配置熱備份HSRP

表6 路由器A狀態(tài)

表7 路由器B狀態(tài)

表8 路由器A狀態(tài)

表9 路由器B狀態(tài)

主用路由器A與主用衛(wèi)星IP鏈路正常工作時，查看HSRP組路由器A、路由器B狀態(tài)，并用IP網(wǎng)絡終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）通過ping命令持續(xù)對IP網(wǎng)絡終端（地面網(wǎng)端）進行ping操作，查看物理鏈路是否可達。

IP網(wǎng)絡終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）持續(xù)ping通IP網(wǎng)絡終端（地面網(wǎng)端），代表衛(wèi)星通信IP業(yè)務正常。查詢結(jié)果顯示路由器A的F0/0口工作在HSRP組1中，優(yōu)先級為200，開啟搶占模式，當前處于主用狀態(tài)，當前主用的是本地路由器A，備用路由器IP地址為192.168.1.253，HSRP組虛擬IP地址為192.168.1.254。顯示路由器B的F0/0口工作在HSRP組1中，優(yōu)先級為192，開啟搶占模式，當前處于備用狀態(tài)，當前主用的路由器IP地址為192.168.1.253，備用路由器為本地路由器B，HSRP組虛擬IP地址為192.168.1.254。

當主用路由器A或主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障時（主用路由器A故障不在此談論范圍內(nèi)），查看HSRP組路由器A、路由器B狀態(tài)，并在IP網(wǎng)絡終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）上持續(xù)采用ping命令對IP網(wǎng)絡終端（地面網(wǎng)端）進行ping操作，查看物理鏈路是否可達。

當主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障時，主用路由器A的F0/0接口會進入Down狀態(tài)，此時路由器B主要狀態(tài)變換如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 進入等待狀態(tài)

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Standby -> Active進入主用活動狀態(tài)

IP網(wǎng)絡終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）持續(xù)ping通IP網(wǎng)絡終端（地面網(wǎng)端）無中斷，衛(wèi)星通信IP業(yè)務正常。查詢結(jié)果顯示路由器A的F0/0口工作在HSRP組1中，優(yōu)先級主動降低為190（原來為200），開啟搶占模式，當前處于初始狀態(tài)，當前主用的是未知設備，備用設備未知，HSRP組虛擬IP地址為192.168.1.254。顯示路由器B的F0/0口工作在HSRP組1中，優(yōu)先級為192，開啟搶占模式，當前處于主用狀態(tài)，當前主用的路由器為本地路由器B，備用設備未知，HSRP組虛擬IP地址為192.168.1.254。

主用衛(wèi)星IP鏈路恢復，查看HSRP組路由器A、路由器B狀態(tài)，并在IP網(wǎng)絡終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）上采用持續(xù)ping命令對IP網(wǎng)絡終端（地面網(wǎng)端）進行ping操作，查看物理鏈路是否可達。

當主用衛(wèi)星IP鏈路恢復時，主用路由器A的F0/0接口會進入Up狀態(tài)，此時路由器A主要狀態(tài)變換如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 進入等待狀態(tài)

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Standby -> Active 進入主用活動狀態(tài)

此時路由器B主要狀態(tài)變換如下。

%HSRP-6-STATECHANGE: FastEthernet0/0 Grp 1 state Speak -> Standby 進入備用等待狀態(tài)

IP網(wǎng)絡終端（衛(wèi)星網(wǎng)端）持續(xù)ping通IP網(wǎng)絡終端（地面網(wǎng)端）無中斷，衛(wèi)星通信IP業(yè)務正常。路由器A與路由器B又恢復到最初主用路由器A與主用衛(wèi)星IP鏈路正常工作時的狀態(tài)。

3 結(jié)束語

經(jīng)以上測試可知，采用熱備份HSRP和動態(tài)RIP路由技術可實現(xiàn)衛(wèi)星通信網(wǎng)中IP鏈路冗余熱備份的應用，在無須人為干預的情況下，自動監(jiān)測衛(wèi)星IP鏈路通信情況，在認定主用衛(wèi)星IP鏈路發(fā)生故障情況下，自動切換到熱備份衛(wèi)星IP鏈路，待主用衛(wèi)星IP鏈路修復后，自動恢復用主衛(wèi)星IP鏈路正常工作，從而保障衛(wèi)星通信IP業(yè)務運行的穩(wěn)定?！?/p>