基于HSRP技术实现卫星通信IP链路冗余热备份.pdf

DCWTechnology Study技术研究3数字通信世界2023.100 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基于HSRP技术实现卫星通信IP链路冗余热备份陈 涛1，谢 文2，顾 阳2（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）摘要：在卫星通信IP业务中，由于卫星系统应用的设备相对较多，如果要进行特殊任务的保障，对整个网络链路稳定性要求较高，则相应需要增加卫星链路冗余热备份功能。在无须人为干预的情况下，自动监测卫星IP链路通信状态，在认定主用卫星IP链路故障情况下，备份卫星IP链路进行无缝替代，待主用卫星IP链路修复后，自动恢复到主卫星IP链路正常工作状态。根据此种用户需求，文章主要介绍了应用热备份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，并详细说明了配置方法及实现过程。关键词：卫星通信；HSRP；IP链路；热备份doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.10.002中图分类号：TN 927+.2 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2023）10-0003-04Realize the Redundant Heat Backup of Satellite Communication IP LinkBased on HSRP TechnologyCHEN Tao1,XIE Wen2,GU Yang2(1.Nanjing Panda Handa Technology Co.,Ltd.,Nanjing 210014,China;2.Jiangsu Jiecheng Elect-info Engineering Vehicle Co.,Ltd.,Zhenjiang 212028,China)Abstract:In satellite communication IP service communication,due to the relatively large number of equipment used in satellite system,if the support of special tasks requires high stability of the whole network link,the redundant hot backup function of satellite link needs to be added accordingly.Automatically monitor the communication status of the satellite IP link without human intervention.When it is determined that the main satellite IP link is faulty,the backup satellite IP link will be seamlessly replaced.After the main satellite IP link is repaired,it will automatically return to the normal operation state of the main satellite IP link.According to such user requirements,this paper mainly introduces the application of hot backup HSRP and dynamic rip routing technology to realize redundant hot backup of IP link in satellite communication network,and describes the configuration method and implementation process in detail.Key words:satellite communication;HSPR;IP link;hot backupDIGITCW技术 研究Technology Study4DIGITCW2023.10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。为卫星业务网络分配的卫星网通信网段IP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。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信息类型 信息的作用0（Hello）表示路由器自己在正常运行，有可能成为主用路由器或备份路由器1（Coup）表示路由器想要成为主用路由器时发出的信息报文2（Resign）表示路由器不想成为主用路由器时发出的信息报文路由器通过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状态及其意义状态 意义 0Initial（初始化）1Learn（学习）2Listen（监听）4Speak（发言）8Standby（等待）16Active（活动）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地址为图1 IP业务模型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DCWTechnology Study技术研究5数字通信世界2023.10192.168.1.100，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地址规划设备名称接口 IP地址 子网掩码路由器AF0/0192.168.1.252255.255.255.0路由器AF0/110.1.1.1255.255.255.252路由器BF0/0192.168.1.253255.255.255.0路由器BF0/120.1.1.1255.255.255.252接入路由器G0/010.1.1.2255.255.255.252接入路由器G0/120.1.1.2255.255.255.252接入路由器G0/230.1.1.1255.255.255.0IP网络终端（卫星网端）F0192.168.1.100255.255.255.0IP网络终端（地面网端）F030.1.1.100255.255.255.02.2 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配置命令 配置说明 路由器A配置router rip 路由器A动态路由RIPversion 2路由器A的RIP v2版本network 10.0.0.0路由器A直连网络段network 192.168.1.0路由器A直连网络段 路由器B配置router rip路由器A动态路由RIPversion 2路由器A的RIP v2版本network 20.0.0.0路由器B直连网络段network 192.168.1.0路由器B直连网络段 接入路由器配置router rip接入路由器动态路由RIPversion 2接入路由器的RIP v2版本network 10.0.0.0接入路由器直连网络段network 20.0.0.0接入路由器直连网络段network 30.0.0.0接入路由器直连网络段其次，配置热备份HSRP（见表5）。表5 配置热备份HSRP 配置命令 配置说明 路由器A配置interface FastEthernet0/0路由器A接口F0/0ip address 192.168.1.252 255.255.255.0路由器A接口F0/0的IP地址、子网掩码standby 1 ip 192.168.1.254HSRP组1虚拟IP地址standby 1 priority 200HSRP组1的优先级为200standby 1 preempt配置HSRP组1为抢占模式standby 1 track FastEthernet0/0监视F0/0端口，如果此为F0/0断链，则路由器A降低优先级 路由器B配置interface FastEthernet0/0路由器B接口F0/0ip address 192.168.1.253 255.255.255.0路由器B接口F0/0的IP地址、子网掩码standby 1 priority 192HSRP组1的优先级为192standby 1 preempt配置HSRP组1为抢占模式主用路由器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。表6 路由器A状态接口组优先级模式状态主用备用虚拟IPFa0/01200抢占主用本地192.168.1.253192.168.1.254表7 路由器B状态接口组优先级模式状态主用备用虚拟IP地址Fa0/01192抢占备用192.168.1.253本地192.168.1.254IP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。图2 简化IP业务模型DIGITCW技术 研究Technology Study6DIGITCW2023.10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进入主用活动状态表8 路由器A状态接口组优先级模式状态主用备用虚拟IP地址Fa0/01190抢占初始未知未知192.168.1.254表9 路由器B状态接口组优先级模式状态主用备用虚拟IP地址Fa0/01192抢占主用本地未知192.168.1.254IP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。参考文献1 孙光懿基于HSRP和RIP协议实现校园网出口多组负载均衡实验室研究与探索，2017(12):152-156.2 刘侃在思科模拟器Packet Tracer中实现HSRP热备份路由实验电脑知识与技术，2019(13):48-49,57.3 陈涛，许陵卫星通信IP业务中RIP动态路由协议的应用无线互联科技，2017(3):3-4.参考文献1 政府签署高科技路线图合作协议Z (2022-12-29)http:/government.ru/news/47466/2 路线图Z.https:/pany.rt.ru/projects/digital_economy_rf/mobile/roadmap.php3 俄罗斯将斥资840亿美元制造5G和6G设备Z 84 5G 6G(2023-01-30).https:/ews.ru/articles/2023-01-27_kak_v_rossii_potratyat_84_mlrd_na 4 俄罗斯电信公司和PROTEI研发中心实施了项目的第一阶段，以完成“4G移动网络核心”项目Z (2023-01-31)https:/pany.rt.ru/projects/digital_economy_rf/mobile/news/d465801/5 科技部关于印发“十四五”国家高新技术产业开发区发展规划的通知Z中国政府网.https:/