BDF技术在电力通信网主备链路切换中的应用研究

陈刚

摘 要：在电力通信系统中，为了保障网络的可靠性，通常采用双设备双链路的进行冗余备份，以便于在设备或链路发生故障的时候能够切换保持网络稳定。本文针对电力系统中常用到的静态路由结合VRRP主备切换收敛时间慢、无法检测远端链路状态的不足，采用BFD检测技术辅助静态路由协议进行远端链路状态检测，解决了静态路由无法检测远端链路故障而导致主备链路无法切换的问题，同时大大提高了主备链路的切换的收敛时间。

关键词：BFD 静态路由 VRRP

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（b）-00-02

随着电力系统智能化、数字化方向发展的不断深入，各变电站及二级单位与主站的通信业务越来越多，电力通信系统的可靠性和稳定性显得越来越重要。为保障通信业务的稳定可靠，通信主站通常采用双设备双链路与站端设备相连，主站核心交换机与主站服务器之间也通过双链路互联。主站两台核心设备间采用VRRP协议实现设备和链路的冗余备份，若因其中同一台设备或链路故障，网络负荷或流量能够快速切换至另一台设备或链路来承担，以保障电网通信业务的连续和整体通信网络的稳定可靠。

1 BFD协议

BFD协议是一个简单的hello协议，通过在相邻设备之间所建立的通道上周期性地发送检测报文，如果在某个规定的时间内没有收到对端的检测报文，则认为这条到相邻系统的双向通信发生了故障。BFD的监测时间的开销可以根据需要进行调整，可以灵活适应不同协议的不同要求。

2 存在问题

在常用组网结构中，对固定IP服务器的访问通信采用静态路由的方式，当路由器A与服务器段核心交换机A之间的链路为直连链路时，路由器A和路由器B分别配置至服务器端地址的静态路由，核心交换机A配置业务接入段的静态路由，路由器A和路由器B之间通过VRRP协议可以实现接入终端至服务器端的主备链路切换。但由于VRRP的故障检测时间为秒级，一旦Master发生故障，会导致部分高速实时数据丢失或视频图像帧丢失。在空间及传输资源受限的情况下，路由器A和服务器核心交换机采用中继设备的情况下或者路由器A和路由器B通过交换机在与核心交换机A互联的情况下，若路由器A和中继设备之间的链路发生中断的，虽然VRRP协议能够正常运行，但接入终端依然无法访问服务器。

3 原因分析

由于VRRP协议通过发送通告报文进行链路检测，如果Backup在等待3个通告报文时间内（默认为3S）没有收到对方的VRRP通告报文，则认为自己是Master路由器，才会进行状态切换。因此VRRP协议状态切换的时间都在秒级，收敛速度较慢。如果在静态路由链路上存在中继设备，则在路由器A与中继链路发生中断后，虽然路由器A能够检测到其上联链路发生中断，通过VRRP协议降低自身优先级，将设备切换为backup状态，路由器B将由原来的backup状态切换为Master状态。但由于中继器和核心交换机A之间的链路没有中断，配置在核心交换机A上的静态路由无法检测远端链路状态，静态路由仍然将指向路由器A的静态路由有效，当服务器返回业务接入点的数据包达到核心交换机A时，核心交换机A仍然将数据包通过与路由器A的互联端口进行转发，而此时核心交换机A和路由A的互联链路已经中断，因此出现了接入终端不能访问服务器的情况。

4 优化方案

根据目前网络存在的问题，本文采用BFD探测技术结合静态路由协议检测路由器A和服务器端核心交换机间的链路情况，在链路故障的情况下，根据BFD检测结果启动备用静态路由，以达到主备链路快速切换的目的，同时使用BFD结合VRRP来监测Master和Backup链路的状态，能够实现主备链路的快速切换，切换速度可以达到毫秒级（见图1）。

5 模拟仿真测试

根据优化方案，利用华三HCL软件搭建仿真环境（见图2）进行测试，由3台路由器、2台交换机和1台PC及组成环状网，RouterA、routerB、RouterC之间运行静态路由协议，同时RouterA和RouterB之间运行VRRP路由协议实现主备链路切换。SWB模拟路由器RTC与路由器RTA、RTB之间的中继设备。

6 结果分析

从表1、表2测试结果可以看出，未配置BFD技术时，在RTC只配置静态路由的情况下，若主用链路PC-RTA-RTC因故障发生中断的情况下，虽然VRRP能够感知RTA的上行链路发生中断，将主用链路切换至RTB，但是由于RTC无法感知RTC与RTA之间的链路情况，在RTC中仍然将RTC-RTA之间的静态路由作为优选路由，因而在RTC与RTA之间链路发生中断的时候，网络出现中断，此时，备用链路无法正常通信。当RTA与RTC之间的链路重新恢复的时候，RTA通过VRRP协议将主用链路切换至PC-RTA-RTC，通信恢复，但网络收敛速度较慢。在RTC及RTA、RTB端配置了BFD協议的情况下，若主用链路PC-RTA-RTC因故障发生中断的情况下，VRRP能够感知RTA的上行链路发生中断，将主用链路切换至备用，切换速度小于200ms，下行链路至服务器通信未见明显中断；当主用链路恢复后，备用链路能够马上切换至主用链路，切换速度小于200ms，下行链路至服务器通信未见明显中断。由此可见，BFD协议可以有效解决静态路由无法检测远端链路状态导致VRRP切换不成功的问题，同时可以加快链路主备切换速度，提高网络可靠性。

7 结语

使用静态路由结合BFD的方式可以弥补静态路由缺少故障探测点的弱点，又可以使网络快速收敛，从而达到故障的快速发现、业务快速恢复的目的。

参考文献

[1] 刘少君，邹昊东，夏飞.双向转发检测（BFD）在电力信息网第二汇聚点中的应用[J].中国电力教育，2014（9）：250-251，260.

[2] 王坦，仝磊，郭学义，等.基于BFD检测的静态路由切换研究[J].自动化技术与应用，2015，34（8）：42-46.

[3] 刘勇.电力通信网中通信电源故障分析与维护探讨[J].山东工业技术，2018（24）：110.