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国家电力调度数据网组网研究(2) |
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| 国家电力调度数据网组网研究(2) |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2009-3-5 9:14:53  |
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2.3 网络路由
2.3.1 域间路由
国家电力调度数据网采用何种路由结构，即是穿越自治域＋接入自治域，还是单自治域，抑或多穿越自治域的方式，与IP网络设计能力有很大关系，网络规模对路由结构起决定性作用，除技术因素外，调度管理体制也是考虑因素。
调度数据网的规模，地埋上覆盖全国。从节点个数来讲，若国、网、省调按双节点配置，设备总数不超过80台，各省网内部(含地、县调)的网络设备估计不超过100台；全国网络设备(不包括厂站节点)约3000台。
单自治域的方式，即国、网、省、地、县调均处于单一路由策略和统一的技术模式下，从现实意义来讲，网络建设和管理存在较大困难，同时该自治域内路由器总数较多，受IP网技术限制，域内路由器数目、路由条目过多将极大地影响网络性能，设备、链路多会降低路由协议收敛速度而导致网络效率降低，故障概率升高会导致全网经常处于路由震荡状态中，影响网络运行。
多穿越自治域的模式，即国、网、省调各自为政，自成体系，网络划分粒度较细，缺乏整体性的网络规划设计，没有规模效益，网络效率难以达到最优。国、网、省、地、县的分治，对厂站的两点接入带来困难。分散的结构，使综合网络管理难以部署，并给网络故障诊断带来较大困难。同时，各自治域需分别设计，多头重复建设，各自运行，难以降低建设、管理、运行成本。
穿越自治域＋接入自治域模式，即国、网、省调构成调度数据网骨干网，形成穿越自治(路由)域；省、地、县调节点构成各省内部的调度数据网(简称省网)，形成接入自治(路由)域；各省网与骨干网通过两点互联，省网之间不设直接通道。在组网初期，网络规模较小，网架尚未完善，业务需求也不高，可先采用静态路由和单点接入方式实现省网与骨干网的域间互联。
相对于单自治域及多穿越自治域方案，该方案网络结构简单，层次清晰明了，在网络效率、稳定性、可扩性、可管理性以及建设和运行成本等方面具有综合优势。
国家电力调度数据网网络结构如图2所示。
2.3.2 域内路由
2.3.2.1 路由规划
按现调度网络的规模，自治域内采用链路状态协议——开放式最短路径优先协议(IS-IS)，整个路由域设计为层次结构，分为2层，即一个主干区和若干子区，各子区相对独立，网络路由分为区内和区间，每个区内路由的变化仅在区内完成收敛，不会影响到其他区。采用分层协议能增强网络稳定性，使网络具有弹性，便于扩展。同时，分层协议隐藏了其他层次的拓扑结构，降低了路由计算的复杂度，既增强网络的安全性，也提高路由收敛速度。层次化路由，也使层间可以进行网络地址汇聚，缩短路由表长度，提高网络寻址效率。
在目前网络规模及路由分区组织的情况下，OSPF与IS-IS协议均可满足调度网络总体技术要求。鉴于在企业组网设计中OSPF较IS-IS更为通用，工程和维护经验更丰富，在方案设计、工程施工阶段更易实施，运行维护人员也较易掌握，因此，本次骨干网组网协议选用OSPF。
2.3.2.2 路由区域设计
按OSPF的设计要求，内部为分层、分区设计，可分为骨干区域(0区)和子区，0区包含所有的边缘区域路由器(ABR)，子区区域号需统一定义，子区间的流量均经过骨干区。
调度数据网的区域划分考虑如下：国调、备调路由器广域口为0区。骨干层出口路由器的外联口(与其他核心层节点的互联口)属于0区，内联口(与本骨干层节点的互联口)属于本骨干网子区。骨干层的出口路由器是ABR，有“双重身份”，隔离0区和子区，并发布聚合后的子区内路由到0区。第1出口(网调)与第2出口(网内某省调)的互联口既可定义为0区，起核心层路由迂回作用，又可定义为子区号，为骨干层路由迂回、数据传递所用。如果链路充裕，可一条链路定义为0区，另一条链路定义为子区。
2.3.2.3 厂站路由接入设计
骨干网拓扑为3层结构，而OSPF为2层设计，无法将OSPF延伸至网络接入层——厂站节点；厂站路由器属于网络“叶子”节点。为减少网络路由的复杂度，避免动态路由协议的相互引入，骨干网与厂站路由器之间采用静态路由，并将链路、LOOP路由发布OSPF，传递至网内其他节点，实现互通。
2.4 地址编码
地址编码的基本原则是满足地址的惟一性，调度数据网的IP地址应依据《全国电力系统信息网络IP地址编码规范(试行)》集中管理，统一分配。为使寻址更加有效且保证地址唯一性，网络地址编码应与网络拓扑(分区)及路由结构相结合，充分考虑自治域间及域内分片分区地址聚合的可能，使路由精简有效。同时，网络地址和应用地址应有所区别，方便管理和网络扩展。
2.5 网络接入
2.5.1 调度中心应用系统接入
调度中心须接人的应用系统较多，按照安全级别的不同，各应用系统划分为不同的虚拟专用网(VPN)，由通信网关分别接人不同的3层交换机。目前主机可以静态、动态或默认路由的方式接入网络。
2.5.2 厂站接入
2.5.2.1 厂站节点接入骨干网
厂站节点应依据调度关系、网络拓扑和链路状况，就近接入骨干节点;为保障接入的可靠性，应视厂站的重要程度采取两点或单点接入骨干网，两点接人应由不同物理路由接入骨干网不同节点;厂站为网络的接入层节点，采用静态路由方式，以不影响骨干网路由为原则。
2.5.2.2 厂站应用系统接入
按不同的安全级别，厂站应用系统分别接入不同VPN，即通过各自通信网关分别连接不同的接人交换机，由路由器接人骨干网，实现VPN隔离。
3 部署VPN的几点考虑
调度数据网承载的业务较多，为保证安全等级不同的应用业务之间的相互隔离，调度数据网需部署VPN以满足业务系统的网络及信息安全要求。
3.l VPN的部署方式
根据路由信息交换方式可将VPN分为2类:覆盖VPN和对等VPN;覆盖VPN可通过2层交换技术(X.25、帧中继、ATM)或3层隧道技术(IpSeC等)来实现，缺点是VPN路由复杂、扩展困难。对等VPN可通过传统的复杂路由策略或IP访问列表来实现，缺点是VPN用户共享地址空间、缺乏隔离性、维护困难。而MPLS VPN则是兼顾了覆盖VPN和对等VPN的优点，满足不同VPN业务的隔离性和安全要求，并简化了路由工作，能较为灵活地满足多种拓扑需求。
BGP/MPLS VPN通过BGP发布VPN路由信息,并使用MPLS转发VPN流量。一个BGP/MPlS VPN网络由客户边缘设备(CE)、业务提供商边缘设备(PE)和业务提供商骨干网设备(P)组成。在调度数据网内，CE为各调度节点的3层交换机以及各厂站接人交换机,PE为各调度节点和厂站的路由器。
骨干网内全网部署MPLS VPN，需要在全网PF上运行MP-IBGP;为降低网络复杂度，避免全 状IBGP会话,减少IBGP的链接数,可通过建立 级的路由反射器来实现IBGP的路由交换。
3.2 多VPN结构设计
电力调度生产业务可分为2类:实时监控和非控制生产类。2类业务按安全要求纵向上划分为不同的VPN，实现安全隔离。对于同一业务，即使安全等级一样，由于地理位置、所属行政管理区域不一致，业务上没有互通的需要，也采取一定的隔离措施，横问上划属为不同的VPN，获得更多的安全性。
3.3 分层技术部署厂站VPN
常规技术部署MPLS VPN之后，整个VPN内部路由为平面结构，无层次概念，网内路由任何变化将会导致全VPN路由震荡和收敛;对于骨干网应用点涉及国、网、省调及厂站，即VPN业务需部;到厂站，而厂站一般采用低端网络设备，其处理能;与国、网、省调的中、高端设备相差较远，全网路由户同步将依赖于低端设备的计算能力，势必减慢VPN内路由收敛速度，降低网络稳定性，甚至产生循环路由，导致通信异常。
分层PE技术可减少厂站路由器的VPN路由处理压力，符合网络总体层次结构设计:连接厂站的国、网、省调节点设备称为上层PE(SPE)，厂站路由器称为下层PE(UPE)，其他核心和骨干层路由器为普通PE。UPE仅维护其直接连接的VPN节月的路由，不维护VPN中其他远程节点的路由器SPE维护VPN中的所有路由，SPE只发布VRF黑认路由给UPE。
采用分层PE，VPN路由信息更新仅在核心不骨干层路由器(SPE和PE)间进行，收敛时间更快各厂站路由器(UPE)仅需知道直连的VPN路由不需要知道和处理所有的VPN的信息，大大减4了直调厂站节点路由器的处理压力。
鉴于分层VPN技术尚处于网络技术文件草案阶段，同样为减少低端厂站PE路由器的VPN路由处理压力，加快全网路由收敛速度，对于那些不支持分层VPN的网络节点，可采用标准的VRF-to-VRF方式实现厂站PE路由器的接入:在2台PE上为每个VPN分别建立VRF，在每个VRF中，将对方PI看做CE，PE之间通过物理接口或逻辑接口方式区分不同的VPN。该方式采用多自治域，适合在规模较大的接人网络中部署VPN。
4 其他几点思考
4.1 网络管理
网络管理可通过带内和带外2种方式实现，从成本和技术角度考虑，调度网宜采用带内管理方式。
从调度管理体制出发，调度骨干网宜采用分级管埋模式，可设置1个全域管理中心和6个分区管理中心，全域管理中心设在国调，分区管理中心设在6个网调，即国调负责骨干网主干区的管理，各网调负贡相关子区的管理。
除满足ISO标准五大基本功能(配置、性能、故障、安全、统计计费管理)外，根据调度具体的运行管理需求，网管还应该包括其他一些功能，如报表管理、告警输出等。
4.2 网络性能指标
衡量网络的性能指标大致分为网络延迟、网络收敛时间、包丢失率、可用率;性能指标与网络规模、拓扑设计、传输质量、链路带宽、设备配置、设备性能等多种因素有关，在网络设计时需权衡利弊，综合考虑。
4.3 QoS
标准IP网络对数据传输提供"尽力而为"的服务，基于先进先出机制转发，对所有的报文同等对待，对报文传送的可靠性、传输时延等性能不提供保证。
在网络稳定、流量恒定时，调度组网的性能指标符合目前的业务要求。即使业务量增加导致网络流量增加，也可通过带宽扩充解决。但在网络部分故障导致拥塞或有突发流量时，实时性强的调度业务仍要求得到可用性保障，需要网络提供端到端的QoS。
电力调度专网上部署QoS，应以不过多增加系统的复杂度，保证网络的可维护性、可管理性为原则。若能做到网络核心简洁，仅在边缘略微复杂，也是较为理想的解决方案。如何在IP网行之有效的部署QoS仍是业界探索的课题。目前一般采用DiffSer实现QoS。Diffserv体系是否能完全满足调度业务的实时性需求，在工程实施时仍需进一步验证和测试。
4.4 网络安全
电力二次系统安全是全方位的整体工程，网络安全是系统安全的一部分。电力调度数据网内部由于网络覆盖面大，承载业务较多，需有相应的安全设计和相应措施，做到有备无患。网络安全主要考虑以下几个方面:
a.路由安全:路由协议在对等体之间的认证;关闭网络边缘动态路由协议;确保VPN内部路由和骨干网路由不能相互泄露。
b.业务隔离:通过VPN对安全等级不同的业务进行纵问有效隔离。对于同一业务，即使安全等级一样，由于地理位置、所属行政管理区域不一致，业务上没有互通的必要，也可采取一定的隔离措施，划属为不同的VPN。
c.接入安全:接入端口是网络安全中的薄弱环节，应采用必要的接人认证机制和流量控制手段。
d.访问控制和监测:限定用户的访问级别，只寸网管、远程登录用户应有监控的手段。
e.网络管理:应采用安全增强的SNMPv2及以上版本网管系统。
尺应用系统:应用系统本身应该是安全、可控的，由专用的通信网关接人网络;通信网关的动态路由功能应关闭。
5 结语
国家电力调度数据网是为保障三峡工程和全国联网工程的顺利实施，本着"统一规划设计、统一技术体制、统一路由策略、统一组织实施"的原则而组建，节点覆盖全国大部分网省调。该工程是电力系统第一个全国性规模的lP数据网络，目前工程已进入安装调试阶段，具体实施方案仍在进一步的优化和完善中。该网投运后，全国调度系统(省调以上)将实现IP互联，必将促进各地调度自动化业务的发展，并为日后全国电力市场支持系统的建立打下坚实的基础。
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