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本地傳輸網管設計方案分析(一)
摘 要
本文分析了武漢電信本地傳輸愛立信、北電等廠家設備網管外部IP網的設計方案，從組網原理、網絡安全可靠性等方面詳細地闡述了兩套方案各自的特點。在日常維護工作中發(fā)現并獨立解決了網絡中存在的一些問題和某些原理性的故障隱患；著重對愛立信設備網管系統(tǒng)中存在的問題從IP網設計原理層面進行了詳細的分析和論證。
關鍵詞：網絡 IP 路由
目 錄
引言· 3
愛立信設備網管系統(tǒng)· 4
設備及網管組織概況· 4
網管外部IP網設計 · 5
愛立信外部IP網的特點 5
IP網現存問題及解決 6
IP網現存問題的理論分析 8
小結 10
北電設備網管系統(tǒng)· 11
設備及網管組織概況· 11
網管外部IP網設計 11
北電外部IP網的特點 12
結束語· 13
參考文獻· 13
引 言
隨著通信技術的快速發(fā)展，電信傳輸技術也在不斷地推陳出新，曾經在電信網中起過重要作用的準同步數字體系（PDH）傳輸系統(tǒng)已開始被同步數字體系（SDH）、密集波分復用（DWDM）等新一代的傳輸系統(tǒng)逐步替代。在電信網上運行的傳輸系統(tǒng)中，SDH和DWDM設備所占的比重已越來越大，采用這些新技術的系統(tǒng)在傳輸方面的優(yōu)越性也開始體現出來。
不同于以分散維護為主的PDH設備，新一代傳輸設備的網管功能逐漸變得強大，設備的維護管理由以前的分散維護為主轉為現在的集中監(jiān)控維護為主。SDH和DWDM設備都具有強大的網管能力。
武漢電信本地網現用傳輸設備種類繁多，按傳輸技術來分，有PDH、SDH、DWDM等傳輸設備；按生產廠家來分，國外的主要有日本電器公司（NEC）、瑞典愛立信（ERICSSON）、加拿大北方電訊（NORTEL，簡稱北電）等公司的設備；國內的主要有武漢烽火通信、深圳中興通訊等公司的設備。
武漢電信本地網SDH傳輸設備主要有愛立信、北電和烽火通信等廠家的設備。這些類型的傳輸設備中，除烽火通信的網管設計方案較為獨特外，愛立信和北電的傳輸設備均有著比較類似的網管組織設計方案。本文分別介紹以上兩種網管的設計方案，分析它們各自的特點，并結合日常維護中發(fā)現的問題及問題的解決，談談個人的一些體會。
愛立信設備網管系統(tǒng)
2.1 設備及網管組織概況
我市本地網愛立信SDH傳輸網，作為武漢電信本地傳輸SDH A網，按網絡拓撲結構分，分別有：6個STM-16（2.5Gb/s）骨干環(huán)，43個STM-4（622Mb/s）子環(huán)（其中有21個子環(huán)帶有STM-1設備），27個STM-4（622Mb/s）TM設備；按網元類型分，分別有：7個DXC4/1設備，19個AXD2500-2設備，13個AXD2500-1設備，96個AXD620-2設備，62個AXD620-1設備，84個AXD155-2設備。對這些設備的管理除了使用網元間DCC通道外，還通過外部IP網將設備的狀態(tài)信息收集上傳到網管中心（Network Management Center，簡稱NMC），同時沿反方向將網管中心的管理操作信息下傳到相關設備。其IP網絡組織圖如附圖一所示。
從圖中可以知道，外部IP網由11個CISCO路由器構成，網管中心位于營房村二樞紐。網絡中共有21個不同的子網，其中11個為點到點（Point-to-Point）串行鏈接子網，由路由器的串口（S0、S1）來組成；另外 10個為以太（Ethernet）子網，用路由器的以太口（E0）來組織傳遞網管信息。
2.2 網管外部IP網設計
IP主網（Major Network）地址設計為 133.1.16.0
由于有21個不同的子網，因此必須使用子網（Subnetting）技術將主網地址133.1.16.0分成21個子網，具體設計情況如下：
a. 點到點（Point-to-Point）串行鏈接子網：
1、營房村～榮華村： 子網地址133.1.16.4 , 子網掩碼255.255.255.252
2、榮華村～合作路： 子網地址133.1.16.8 , 子網掩碼255.255.255.252
3、合作路～洪山路： 子網地址133.1.16.16 , 子網掩碼255.255.255.252
4、洪山路～二樞紐1： 子網地址133.1.16.20 ，子網掩碼255.255.255.252
5、二樞紐2～鐘家村： 子網地址133.1.16.24 ，子網掩碼255.255.255.252
6、鐘家村～營房村： 子網地址133.1.16.28 ，子網掩碼255.255.255.252
7、二樞紐2～十里鋪： 子網地址133.1.16.224 ，子網掩碼255.255.255.252
8、十里鋪～妙墩： 子網地址133.1.16.228 ，子網掩碼255.255.255.252
9、妙墩～TS3： 子網地址133.1.16.232 ，子網掩碼255.255.255.252
10、TS3～徐東路： 子網地址133.1.16.240 ，子網掩碼255.255.255.252
11、徐東路～二樞紐1： 子網地址133.1.16.236 ，子網掩碼255.255.255.252
b. 以太（Ethernet）子網：
營房村： 子網地址133.1.16.32 ，子網掩碼255.255.255.248
榮華村： 子網地址133.1.16.40 ，子網掩碼255.255.255.248
鐘家村： 子網地址133.1.16.48 ，子網掩碼255.255.255.248
合作路： 子網地址133.1.16.56 ，子網掩碼255.255.255.248
十里鋪： 子網地址133.1.16.64 ，子網掩碼255.255.255.248
洪山路： 子網地址133.1.16.72 ，子網掩碼255.255.255.248
徐東路： 子網地址133.1.16.80 ，子網掩碼255.255.255.248
妙 墩： 子網地址133.1.16.88 ，子網掩碼255.255.255.248
二樞紐1&2（網管）： 子網地址133.1.16.128，子網掩碼255.255.255.224
10、二樞紐長市（TS3）： 子網地址133.1.16.216，子網掩碼255.255.255.248
2.3 愛立信外部IP網的特點
本IP網的特點是：（1）在網管中心（二樞紐）配有2臺路由器，以這2臺路由器的以太口（E0）互為主備網關（Gateway），與其它9臺路由器共同組成2個IP網環(huán)，網絡收斂（Convergence）功能強大，大大增強了外部IP網和主用網管的安全性；（2）采用子網（Subnetting）技術，子網IP地址設計經濟合理。
2.4 IP網現存問題及解決
2.4.1 問題的描述
我們知道，SDH設備網元的管理是通過DCN網來實現的，DCN網與SDH傳輸網在物理結構上雖然是不可分的，但在邏輯上是相互獨立的兩個網絡，SDH傳輸網負責客戶信息的傳遞，而DCN網負責網管服務器與網元之間信息的傳遞。
SDH A網網絡規(guī)模很大，DCN網結構非常復雜，采用了多種路由協議，DCN網絡設計的優(yōu)劣直接關系到網管對網元的實時監(jiān)控和管理。現有的DCN網由網元間的DCC通道和外部IP網構成。網管對網元的管理首先通過網元之間DCC通道，然后通過外部IP網將網元的狀態(tài)信息收集上傳到網管中心；同時將網管的管理操作指令反方向下傳到每個網元。外部IP網路由器之間使用OSPF（Open Shortest Path First）路由協議（Routing Protocol），路由器與其區(qū)域內網元以及相鄰網元采用的是OSI（Open Systems Interconnection）的IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）路由協議。
2002年，針對經常出現的網上大面積網元“變灰”（與網管失去聯系）的問題，由愛立信技術督導完成的DCN優(yōu)化工作，主要側重于對網元之間DCC通道的合理調整。從運行情況來看，當時的調整是成功的。但該次調整沒有涉及到DCN中的外部IP網，然而我們在做每日例行的外部IP網DCN測試時，發(fā)現其外部IP網中隱含著故障。具體描述如下：
先看附圖一，圖中的11個點到點（Point-to-Point）串行鏈接子網，由路由器的串口（S0、S1）來組成，路由器的串口之間在物理上由2Mb/s SDH電路連接，因此外部IP網共用了11條2Mb/s SDH電路。當11條2Mb/s SDH電路正常工作時，從主用網管工作站做全網DCN測試（Ping操作）時，發(fā)現一切正常。但如果此時
二樞紐Router1（串口S1）與洪山路Router（串口S0）間2Mb/s電路中斷，從網管工作站做全網DCN測試，發(fā)現ping不到洪山路Router的E0口，說明此時洪山路Router的E0口收集到的區(qū)域內網元信息不能傳遞到網管，網管對該區(qū)域內網元的管理信息也不能通過該E0口下傳。這種反常現象不符合采用OSPF路由協議的環(huán)行IP網的尋址特性，此為故障隱患之一。
類似地，當二樞紐Router1（串口S0）與徐東路Router（串口S0）間2Mb/s電路中斷，從網管工作站做全網DCN測試，同樣發(fā)現ping不到徐東路Router的E0口，此為故障隱患之二。
根據OSPF路由協議，在一個IP環(huán)網中，當兩相鄰路由器之間的最短路徑（Shortest Path）中斷時，能自動找到次最短路徑（Second Shortest Path）。也就是說：（a）當二樞紐Router1（串口S1）與洪山路Router（串口S0）間2Mb/s電路正常時，網管工作站能走最短路徑（該2Mb/s電路）ping到洪山路Router的E0口；（b）當二樞紐Router1（串口S1）與洪山路Router（串口S0）間2Mb/s電路中斷時，網管工作站應該能走次最短路徑（IP環(huán)的另一側）ping到洪山路Router的E0口。
筆者認為，以上兩種現象在采用OSPF路由協議的IP環(huán)網中是不應當出現的。因此，可以肯定該IP環(huán)設計中隱含著問題。
2.4.2 問題的解決
帶著這一問題，筆者首先核查了Ericsson提供的路由器各端口IP地址設計文檔，發(fā)現某些路由器以太口（E0）IP地址子網掩碼（Subnet mask）設計有錯；進一步登錄到相應路由器，檢查其IP地址子網掩碼，發(fā)現設計錯誤在現場配置時沒有得到糾正。根據這一發(fā)現，筆者對所有路由器IP地址設計資料及實際配置情況進行了徹底的核查，發(fā)現有6個局點路由器的以太口IP地址子網掩碼配置出現錯誤，它們是：洪山路，合作路，榮華村，鐘家村，妙墩，徐東路。正誤情況對照表如下：
局點 以太口IP地址 錯誤的子網掩碼 正確的子網掩碼
洪山路 133.1.16.73 255.255.255.224 255.255.255.248
合作路 133.1.16.57 255.255.255.252 255.255.255.248
榮華村 133.1.16.41 255.255.255.240 255.255.255.248
鐘家村 133.1.16.49 255.255.255.240 255.255.255.248
妙 墩 133.1.16.89 255.255.255.252 255.255.255.248
徐東路 133.1.16.81 255.255.255.240 255.255.255.248
根據正確的IP地址子網掩碼，修改以上路由器的以太口IP地址子網掩碼，上述故障得到解決，即當二樞紐Router1（串口S1）與洪山路Router（串口S0）間、或二樞紐Router1（串口S0）與徐東路Router（串口S0）間2Mb/s電路中斷時，網管工作站能走次最短路徑（IP環(huán)的另一側）ping到洪山路Router、或徐東路Router的E0口。
問題解決后，筆者將處理過程和路由器IP地址子網掩碼改動情況及時通告廠家設計人員，得到了他們的肯定和確認。
2.5 IP網現存問題的理論分析
2.5.1 子網技術簡述及劃分原則
我們知道，在不采用子網技術時，所有的IP地址都有一個缺省掩碼（Default Mask），一個A類（Class A）IP地址的缺省掩碼為：255.0.0.0；相應地，B、C類地址的缺省掩碼分別為：255.255.0.0、255.255.255.0。
對于本網管系統(tǒng)設計所用的主網地址 133.1.16.0，我們可以認為它是一個C類IP地址，其缺省掩碼為：255.255.255.0。如果不采用子網技術，那么該地址只能用于組成一個局域網（Local-Area Network，LAN），且該局域網中最多可有256-2＝254個戶主（Host），戶主IP地址范圍為：133.1.16.1～133.1.16.254，剩下的2個IP地址133.1.16.0和133.1.16.255分別作為該局域網的網絡地址和廣播地址被254個戶主所共有。
很顯然，對于本網絡系統(tǒng)，由于其網絡設計有21個子網，一個局域網是遠遠不夠的，因此必須采用子網技術將主網地址133.1.16.0分成21個子網，子網的劃分是通過子網掩碼技術來實現的。
子網劃分的原則是：（a）不同的子網具有不同的子網地址和子網廣播地址；（b）不同子網中的戶主地址必須各不相同；（c）同一子網中戶主地址也必須各不相同。只有嚴格遵循這些原則，同一子網中的不同戶主間才能正確尋址，不同子網的戶主之間才能正確尋址。
根據本章第二節(jié)中子網的設計，（a）串行鏈接子網中，以第一個（營房村～榮華村）子網為例，其子網地址為133.1.16.4，子網掩碼為255.255.255.252，可算出該子網廣播地址為：133.1.16.7，該子網戶主地址有2個，范圍為：133.1.16.5～133.1.16.6，2個戶主地址正好分配給營房村路由器的串口S0和榮華村路由器的串口S1，兩個串口構成同一個子網，子網中戶主地址各不相同。（b）以太子網中，以第六個（洪山路）子網為例，其子網地址為133.1.16.72，子網掩碼為255.255.255.248，可知該子網廣播地址為：133.1.16.79，該子網戶主地址有6個，范圍為：133.1.16.73～133.1.16.78，洪山路路由器的以太口地址設計為133.1.16.73，正好在此范圍內。
2.5.2 IP網現存問題的詳述
現在，我們來分析本章第四節(jié)中所列錯誤的子網地址掩碼為什么會在路由器組成的網絡間產生尋址混亂。
(a).洪山路：E0地址為133.1.16.73，錯誤掩碼為255.255.255.224，可計算出子網地址為133.1.16.64，子網廣播地址為：133.1.16.95，子網戶主地址有30個，范圍為：133.1.16.65～133.1.16.94。
(b).合作路：E0地址為133.1.16.57，錯誤掩碼為255.255.255.252，可計算出子網地址為133.1.16.56，子網廣播地址為：133.1.16.59，子網戶主地址有2個，范圍為：133.1.16.57～133.1.16.58。
(c).榮華村：E0地址為133.1.16.41，錯誤掩碼為255.255.255.240，可計算出子網地址為133.1.16.32，子網廣播地址為：133.1.16.47，子網戶主地址有14個，范圍為：133.1.16.33～133.1.16.46。
(d).鐘家村：E0地址為133.1.16.49，錯誤掩碼為255.255.255.240，因此計算出子網地址為133.1.16.48，子網廣播地址為：133.1.16.63，子網戶主地址有14個，范圍為：133.1.16.49～133.1.16.62。
(e).妙墩：E0地址為133.1.16.89，錯誤掩碼為255.255.255.252，因此計算出子網地址為133.1.16.88，子網廣播地址為：133.1.16.91，子網戶主地址有2個，范圍為：133.1.16.89～133.1.16.90。
(f).徐東路：E0地址為133.1.16.81，錯誤掩碼為255.255.255.240，因此計算出子網地址為133.1.16.80，子網廣播地址為：133.1.16.95，子網戶主地址有14個，范圍為：133.1.16.81～133.1.16.94。
計算結果整理后，如下表所示：
局點 E0 地址 錯誤的子網掩碼 子網地址 錯誤的戶主地址范圍
洪山路 133.1.16.73 255.255.255.224 133.1.16.64 133.1.16.65～94
合作路 133.1.16.57 255.255.255.252 133.1.16.56 133.1.16.57～58
榮華村 133.1.16.41 255.255.255.240 133.1.16.32 133.1.16.33～46
鐘家村 133.1.16.49 255.255.255.240 133.1.16.48 133.1.16.49～62
妙 墩 133.1.16.89 255.255.255.252 133.1.16.88 133.1.16.89～90
徐東路 133.1.16.81 255.255.255.240 133.1.16.80 133.1.16.81～94
將本網絡子網設計（見本章第二節(jié)）和上表進行比較，可看出由于子網掩碼的錯誤，使得（1）洪山路E0子網地址與十里鋪E0子網地址相同；榮華村E0子網地址與營房村E0子網地址相同；不同子網具有相同的子網地址，直接違背了前述子網劃分原則，將導致子網間尋址的混亂。（2）洪山路E0子網戶主地址范圍包含有徐東路和合作路E0子網的戶主地址范圍；徐東路E0子網戶主地址范圍包含有妙墩E0子網的戶主地址范圍；使得相同的戶主地址出現在不同的子網中，也違背了子網劃分原則，將導致不同子網戶主間尋址的混亂。
因此，由于這種直接違背子網劃分原則情況的存在，本章第四節(jié)中描述問題的存在也就不足為奇了。
最后需要說明的是，本節(jié)所用子網設計原則的技術詳情以及子網戶主地址、子網掩碼、子網地址之間的詳細換算方法可參閱文章所列參考文獻1，也可參考任何一本講述IP路由技術原理的書籍，在此不再贅述。
2.6 小結
通過對SDH A網網管系統(tǒng)的介紹和存在問題的解決，筆者的體會是：組建一個基于路由器的IP網，在設計時應絕對遵循IP路由技術原理，整體規(guī)劃并合理設計各子網地址和子網地址掩碼，設計完后杜絕隨意更改路由器端口地址及掩碼，這樣才能充分發(fā)揮路由器能自動尋址的優(yōu)越性，更好地完成網管對網元的管理任務。
北電設備網管系統(tǒng)
3.1 設備及網管組織概況
作為武漢本地傳輸SDH B網的骨干環(huán)，北電SDH傳輸網由2個STM-64（10Gb/s）環(huán)組成，共有7個節(jié)點（Node），各裝1套10Gb/s設備。環(huán)1有6個節(jié)點，環(huán)2有3節(jié)點，兩環(huán)相交于洪山路和營房村。類似于愛立信SDH網管，北電SDH網管除使用設備間DCC通道傳遞管理信息外，也使用外部IP網來組建網管。其傳輸網及網管組織圖如附圖二所示。
從附圖二可以知道，北電SDH網管分為網元級和網絡級兩個級別，網元級管理功能由在設備上配置OPC盤來完成，網絡級的管理功能由網管服務器通過遠程登錄OPC盤來完成。本網管系統(tǒng)在營房村節(jié)點和洪山路節(jié)點分別配有主、備OPC盤，由3個CISCO路由器構成一個IP環(huán)，網管中心（NMC）的網管服務器（Preside）位于營房村二樞紐12樓，備用網管終端（X-Terminal）位于營房村二樞紐9樓。全網中共有6個子網，3個點到點串行鏈接子網，由路由器的串口（S0、S1）來組成；還有3個以太子網，由路由器的以太口（E0）來組網。
3.2 網管外部IP網設計
類似于愛立信IP網，北電IP網6個子網中，有3個串行鏈接子網，其IP地址掩碼為255.255.255.252；有3個以太子網，其IP地址掩碼為255.255.255.240，具體設計如下：
點到點（Point-to-Point）串行鏈接子網：
1、二樞紐～營房村： 子網地址172.16.254.200 ，子網掩碼255.255.255.252
2、營房村～洪山路： 子網地址172.16.254.208 ，子網掩碼255.255.255.252
3、洪山路～二樞紐： 子網地址172.16.254.204 ，子網掩碼255.255.255.252
以太（Ethernet）子網：
1、二樞紐： 子網地址172.16.255.0 ，子網掩碼255.255.255.240
2、營房村： 子網地址172.16.255.16 ，子網掩碼255.255.255.240
3、洪山路： 子網地址172.16.255.32 ，子網掩碼255.255.255.240
本網管系統(tǒng)路由器各端口采用EIGRP路由協議。
3.3 北電外部IP網的特點
本IP網的特點是：
（1）采用子網（Subnetting）技術，IP網結構設計簡單。
（2）3個路由器組成1個IP網環(huán)，網絡安全性較強，維護方便。
（3）有主、備兩個OPC節(jié)點。當主用OPC不好時，備用OPC能自動接替管理網元的工作；當主用OPC正常時，能自動從備用OPC手中恢復對網元的管理。在北電SDH網管系統(tǒng)中，OPC起著網元與網管服務器間的橋梁作用，配有OPC盤節(jié)點的地位極為重要。當主、備OPC都不能正常工作時，網管就不能實現對網元的遠程監(jiān)管。
（4）網管服務器（Priside）與備用網管終端（X-Terminal）處于同一個子網。對網元的遠程管理只能通過網管服務器來實現，備用網管終端只是一臺操作終端，備用網管終端主機中無任何網管軟件，只能通過調用網管服務器中的網管軟件來行使管理網元的職責。因此，當網管服務器不能正常工作時，備用網管終端也會癱瘓。
結 束 語
從以上兩套網管設計方案的分析比較中，我們可以知道，新一代傳輸設備的網管組織設計原則，特別是基于路由器的外部IP網的設計原理大同小異，都必須嚴格遵循IP路由技術原理，合理地使用IP地址組網；都必須從網絡維護者的角度出發(fā)，設計的網絡應利于維護者的日常維護；都必須認真考慮并解決好網管中心（NMC）的安全性問題；目的就是一個，充分發(fā)揮網管中心對設備集中維護功能。
參考文獻
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