民航通信网中南地区TDM网优化浅析

蔺泽山

中国民用航空中南地区空中交通管理局湖北分局

摘要：中南地区空管局TDM网作为民航通信网重要组成部分，主要用来承载中南地区空管雷达、甚高频、报文等实时性要求较高的窄带业务。全网使用ISIS路由协议，针对实际接入业务测试时存在干线中断恢复时间慢、设备CPU占用过高、单台设备路由信息量过大等问题。根据以上问题，针对民航通信网中南地区TDM网的特点进行了分析，并提出了改进方法，在实际使用中取得了良好的效果。

1 中南TDM网概述

随着近年来民航的飞速发展，现有通信网络覆盖范围及接入能力已经不能满足民航安全生产和现代化管理的需要，在此基础上民航局根据业务需求规划和新建了覆盖全国的民航通信网。其中TDM网根据民航局设计规划，用于承载航空安全保障业务，包括甚高频、报文和雷达等窄带业务。中南TDM承载网分别以广州新机场、广州区管为核心汇聚节点，在各空管分局（站）分别部署汇聚交换设备，采用口字型拓扑结构，利用传输网把本地的核心或汇聚设备、落地设备和综合接入设备连接起来。中南TDM网采用IP技术内核，全网采用ISIS路由协议。由于整个网络覆盖范围大，连接设备多，涉及业务广，前期的规划在实际运行测试时出现了一些问题，比如IP地址设置和命名不够规范，尤其是路由相关技术不够优化，占用了许多设备资源，导致路由数量冗余较多，CPU占用较高，系统响应也不够迅速，由此，中南地区对TDM网进行了一系列优化。

2 TDM网中isis路由协议技术

中间系统到中间系统IS-IS（Intermediate System to Intermediate System）属于内部网关协议IGP，也是一种链路状态协议，使用最短路径优先算法进行路由计算。

2.1 IS-IS路由器分类

一般根据IS-IS路由协议的部署，可以将路由器分为三类：Level-1-2路由器、Level-1路由器和Level-2路由器三种类型。IS-IS采用骨干区域与非骨干区域两级的分层结构，一般来说，将Level-1路由器部署在非骨干区域，Level-2路由器和Level-1-2路由器部署在骨干区域，每一个非骨干区域都通过Level-1-2路由器与骨干区域相连。

2.2 NET网络实体名称

在IP网络的ISIS协议中，ISIS路由器采用NET网络实体名称地址来标识，IS-IS网络实体名称由3字节Area ID、6字节System ID和1字节SEL组成。

区域地址相当于OSPF的区域ID，用来区分不同区域。System ID一般采用设备的loopback地址转换而来。SEL相当于IP 中的“协议标识符”，在IS-IS中，SEL=00。

2.3 IS-IS协议的特点

IS-IS协议相较于其它协议，收敛速度更快，能够更好地适应大型网络，并且支持VLSM和CIDR ，在区域之间可以使用路由汇聚来减少路由器的负担。

3 BFD和FRR技术

3.1 BFD

双向转发检测BFD（Bidirectional Forwarding Detection）是一种标准化的与介质和协议无关的全网统一的检测机制，用于快速检测、监控网络中链路或者IP路由的转发连通状况。其基本原理为：BFD用来检测网络设备间的双向转发路径，本身并没有邻居发现机制，而是靠被服务的上层应用通知其邻居信息以建立会话。会话建立后会周期性地快速发送BFD报文，如果在检测时间内没有收到BFD报文则认为该双向转发路径发生了故障，且故障检测时间远小于1秒，可以更快地加速网络收敛，减少上层应用中断的时间，提高网络的可靠性和服务质量。

3.2 FRR

快速重路由FRR（Fast Reroute）是指当物理层或链路层检测到故障时将故障消息上报至上层路由系统，并立即启用一条备份链路转发报文。IP FRR是一种快速实现路由备份的方式。

在传统的IP网络上，路由器检测到故障再重新计算路由，通常要经历较长的响应时间，这对于网络上某些对延时、丢包等非常敏感的业务来说是不能忍受的。FRR特性能够保证转发系统快速应对出现的链路故障，直接启用备份路由进行数据转发，尽快让业务恢复正常，从而提高网络的可靠性。

4 对TDM网优化的相关措施

针对中南TDM网存在的问题以及IS-IS相关技术，主要对TDM网的优化采取以下措施：

4.1 重新对设备命名和NET地址规划

对于中南 TDM 网设备名调整，名命规则如下：设备所在城市-设备所在地-设备型号-设备序号，例如ChangSha-HangGuanLou-AR3260-1 长沙航管楼 1节点。 NE20E、NE40E设备干线接口描述调整规范为：“to 对端节点名 对端接口号 运营商标示带宽“。例如：”to GuangZhou-DaHeZhangTX-AR3260-1 G3/0/0 SDH2M“。

AR3260、交换机设备干线接口描述调整采用中文描述，规范描述为：“至 对端节点名对端接口号 运营商标示带宽“。例如：”至 桂林航管楼 NE20E-02 G3/0/1 电信 2M“。

对于NET地址，例如中南的区域ID为4A.000A。系统ID依据IP地址转换而来，由于中南的IP地址均为15.X.Y.Z，故系统ID转换为：0000.X采取前面补0的方式补成4位.Y采取前面补0的方式补成四位。例如IP地址为15.5.80.81的系统ID为：0000.0080.0081。IP地址为15.5.11.87的NET地址为：4A.000X.0000.0011.0087.00，这样可以从NET地址一目了然IP地址，从而确定设备所属单位和台站。

4.2 IS-IS进程优化

之前整个中南TDM网路由器类型都是Level-2路由器，所有路由器都在同一个区域。这样整个TDM网路由器都互联，导致路由条目过多，在转发数据时降低路由表查找速度，同时会增加管理复杂度，根据重新规划在中南TDM网中，重新配置了路由器的不同Level级别，将广州核心节点NE40为Level-2路由器，分局站汇聚节点NE20为Level-1-2路由器，接入节点AR3260为Level-1路由器，这样Level-1路由器必须通过Level-1-2路由器与Level-2路由器通信，而无需学习Level-1-2路由器的路由，减少了单个路由器中的冗余路由条数。在Level-1-2路由器采用了路由聚合summary功能，极大地减少了等价路由，降低了路由器的负荷，同时将Bfd和FRR功能与IS-IS进程绑定，并指定bfd报文最小发送间隔和最小接收间隔本地检测倍数，当检测到接口链路故障后，BFD会话状态会变成Down并触发系统进行快速重路由，将流量从故障链路切换到备份链路上，可以有效减小路由表的规模，极大地加快故障响应速度。

5 总结

随着民航通信网正式投产运行，越来越多的重要业务将迁移在民航通信网，此次对网络的优化，规范了节点IP地址和命名规则，减少了冗余的路由，通过验证，路由架构进行了调整，单设备路由表地址条目数从4000+减少至约100，原每台设备存在1000+条等价路由，优化后几乎无等价路由避免大量等价路由影响系统性能，解决了AR3260主控主备倒换时业务中断的问题。这些措施极大地改善了网络运行的稳定性和健壮性，有利于网路快速收敛，减少线路故障的响应时间，减少设备CPU使用率，同时减轻了值班人员的工作负担，使设备更好地为空管提供服务，对整个中南地区空管业务的安全生产运行具有重要意义。

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