关于电力信息网络中的IP管理_电力信息通信网络一体化

　　摘要:IP组播技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传输,它能弥补单播通信和广播通信的不足。结合超高压分公司及750 kV变电站信息化系统建设的工程实例,对基于H3C 7500E系列的组播网络设计进行了介绍,提出了避免网络广播风暴的有效措施。
　　关键词:IP组播 信息化系统 网络设计
　　
　　 IP组播技术实现了IP网络中点到多点的高效数据传送。与单播方式相比,它能够有效节约网络带宽,降低网络负载;与广播方式相比,组播避免了在网络上形成路由回环而导致广播风暴。同时,对于服务器来说,一个组播流只需发送一份数据拷贝,大大地降低了对服务器的性能要求。由于信息化系统除了日常各种班组记录、总结的报送行为,还有安全教育视频等消耗网络资源的功能模块,因此,IP组播技术对于这种多种信息数据复合的业务在电力信息系统有限的网络资源上开展具有重要的意义。
　　 一、网络介绍
　　在实际工程中,网络结构分为两层:核心层和接入层。核心配置H3C 7503E三层交换机,接入层配置H3C 3600交机,接入层以千兆光纤星型连接到核心层。信息化系统数据流经过千兆光纤接入H3C 7503E层交换机,系统用户主要分布在接入层的H3C 3600交机的各个端口。
　　 二、组播规划
　　 (一)网络设备要求要启用组播功能,网络中的设备必须满足以下要求
　　 如Internet RFT 1112或2236中所规定的组播服务器和客户主机必须有能够支持组播的协议栈。因此,我们在服务器和客户主机都加载了支持WINDOW S SOCKETSV112的TCP/IP协议,该协议支持组播功能。
　　 网络中的交换机或路由器必须支持组播功能。当前已经有大量通信设备制造商的设备支持组播路由协议,目前电力系统常用的H3C、cisco等主流品牌交换机均支持组播功能。
　　为了避免大量的组播流被扩散到所有的交换机端口,第2层交换机也需要在某种程度上了解组播。交换机组管理协议(Group Management Protocol,GMP)、能够将主机加入或者退出组播组的因特网组管理协议(Internet GroupManagement Protocol,IGMP)消息通知交换机,使得第二层交换机可以掌握接收组播的主机情况,从而提高整个网络的性能和利用率。网络交换设备在网络配置时,在交换机和路由器中启用GMP协议,用以控制组播流的扩散。
　　 (二)划分虚拟局域网
　　 虚拟局域网(Virtual Local Area Network,VLAN)被设计用来控制广播(组播)域的大小。一个VLAN中的所有设备都是同一个广播域的成员,如果一个站点发送广播,该VLAN的所有成员都会接受到这个广播。将组播源和所有客户主机设置在同一VLAN中,可以有效地控制组播流在指定的端口中广播,避免播放到不需要接受该组播流的端口,从而提高网络带宽利用率,同时避免了组播流对其它工作站的影响。首先,对接入层设备配置虚拟终端协(Virtual Terminal Protocol,VTP)域、VLAN和干道。交换机创建VLAN干道协议管理网络中所有的VLAN,维持VLAN配置的一致性。在同一个管理域中交换机共享他们的VLAN信息,1个交换机只能参加到1个VTP管理域中。全局的VLAN信息是通过互联的交换机干道端口进行传播的。
　　 (三)IP组播地址规划
　　IP组播地址在规定一段地址范围后将地址划分为本地链接组播地址、预留组播地址、管理权限组播地址。
　　 三、配置组播路由选择
　　 为组播配置第三层设备的第一个步骤就是启用组播路由选择。默认组播路由选择在接口上是关闭的,在三层设备上启用组播并不能自动地在每个接口上启用组播,而三层设备是以接口为单位转发组播的,因此,组播路由选择协议必须被具体地设定到接口上。接口可以被配置为密集模式、稀疏模式或稀疏-密集模式。
　　 四、控制IGMP版本
　　 IGMP有3个版本,IGMP v1由RFC1112定义,IGMPv2由RFC2236定义,IGMP v3目前仍是个草案。IGMP v1总定义了基本的组成员查询和报告过程,IGMP v2在此基础上添加了组成员快速离开的机制,IGMP v3中增加的主要功能是成员可以指定接受或指定不接受某些组播源的报文。缺省时,H3C三层设备使用IGMP v2版本。IGMP v2通过查询器选举机制为所连网段选举唯一的查询器。查询器周期性的发送普遍组查询消息进行成员关系查询。当要加入组播组时,主机不必等待查询消息,主动发出报告消息;当要离开组播组时,主机发送离开组消息,收到离开组消息后,查询器发送特定组查询消息来确定是否所有组成员都已离开。另外,对于作为组成员的路由器而言,该路由器的行为和普通的主机一样,它响应其它路由器的查询。
　　 目前的主流三层设备不自动在子网上检测IGMP的版本及动态的在各版本之间进行切换。如果子网上的某些主机只支持IGMP v1,那么指定的路由器必须配置成IGMPv1。可是,一旦路由器被静态地配置成IGMPv1,它将忽略任何它所接受到的来自同一子网任何IGM P v2主机的组脱离消息。因此,在规划时我们就确定了所有主机和路由器都支持IGMP v2版本,组播组采用IGMP v2组管理协议。
　　 五、启用GMP
　　 IGMP组管理协议是针对第三层设计的,在第三层,路由器可以对组播报文的转发进行控制,只要进行适当的端口配置和对生存期值(time to live,TTL)的检测就可以了。但是在很多情况下,组播报文要不可避免地经过一些第二层交换设备,如果不对第二层设备进行相应的配置,则组播报文就会转发给第二层交换设备的所有端口,显然这会浪费大量的资源。GMP是组播管理协议,它使交换机可以从路由器和第三层交换机了解到组播主机的存在,从而做出第二层转发决定。通过GMP,组播数据流只被传送到对这个数据流感兴趣的交换机端口。所有其他没有明确请求该数据流的端口将不接受这个数据流。
　　 核心交换机(H3C 7503E)与主机之间(包括二层交换机)运行IGMP协议,建立组播组成员关系,即建立组播分发树。组播数据从组播源发起,沿着组播分发树发到所有的组播接受者。三层交换机与二层交换机之间运行GMP协议,路由器通过该协议配置交换机的组播转发表,并将主机加入或退出组播组的IGMP消息通知交换机。交换机则根据该消息将该主机所在的端口从组播转发表中加入或删除,避免把组播报文简单的向所有端口转发,从而提高网络的性能和利用率。
　　 六、结束语
　　 一个良好的组播网络设计,对于任何希望利用组播技术的企业来说,都是至关重要的。如果没有针对组播为网络中的所有设备进行合理配置,可能不仅客户端无法接受到有效的组播数据流,还会造成未知组播源在网络中泛滥,在这种情况下组播泛滥的效果等同于广播风暴。
　　参考文献:
　　[1]韦新译.Cisco system公司.CCNP思科网络技术学院教程.北京:人民邮电出版社,2005
　　[2]雷震甲.网络工程师教程.北京:清华大学出版社,2008