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電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)IP地址規(guī)劃分析論文
摘要:針對各省電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)業(yè)務承載需求增大，IP地址規(guī)劃直接影響網(wǎng)絡運行效率及收斂速度的現(xiàn)狀，國家電網(wǎng)公司對IP地址進行了規(guī)范。結合IP地址的應用需求，介紹了數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)架結構、IP地址規(guī)劃原則及劃分方式選擇，對省內IP地址規(guī)劃實例進行了分析。
關鍵詞:數(shù)據(jù)通信網(wǎng);網(wǎng)架結構;IP地址;規(guī)劃
國家電網(wǎng)公司為使數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)揮整體效用，促進支撐當前及未來各級業(yè)務應用系統(tǒng)的承載需求，增強數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的優(yōu)質服務水平，在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)優(yōu)化整合總體設計中對網(wǎng)絡層次及網(wǎng)絡結構進行了優(yōu)化，提出了虛擬專用網(wǎng)絡(VPN)的部署要求和服務質量(QoS)整體部署方案，對IP地址進行了規(guī)范。但是，該IP地址規(guī)范只是針對省級網(wǎng)絡進行了大號段的劃分，對省內IP地址沒有詳細的規(guī)劃。為有效利用地址空間，體現(xiàn)網(wǎng)絡的可擴展性、靈活性和層次性，便于網(wǎng)絡路由聚合，減小路由表的長度，減少對路由器CPU、內存的消耗，提高路由算法效率，加快路由變化的收斂速度，各省電力公司有必要進行與網(wǎng)絡拓撲結構相適應的、更加細化的IP地址規(guī)劃。以下根據(jù)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的網(wǎng)架結構，結合電力系統(tǒng)IP地址需求，提出IP地址的規(guī)劃原則、劃分方法以及規(guī)劃方案，并輔以規(guī)劃實例。
1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)架結構
1．1數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)網(wǎng)絡架構a．網(wǎng)絡層次劃分。省級數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)分為核心層、匯聚層、骨干層3個層次。核心層位于省公司和省第2匯聚節(jié)點的2臺服務商(P)路由器，參與國網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)核心區(qū)域組網(wǎng)。匯聚層位于省公司2臺服務商邊緣(PE)路由器和省第2匯聚節(jié)點1臺PE路由器，作為省級廣域網(wǎng)匯聚設備。骨干層位于地市公司和地市第2匯聚節(jié)點各1臺PE路由器，以及省公司本部2臺PE路由器，作為自治域(AS)64600域的邊界設備。b．網(wǎng)絡拓撲結構。省級數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)形成以省公司、省第2匯聚節(jié)點匯聚層PE設備為根節(jié)點的雙星型拓撲結構。核心P設備與匯聚PE設備之間一跳直連，匯聚PE設備與骨干PE設備之間一跳直連。此外為滿足邊界網(wǎng)關協(xié)議(BGP)和多協(xié)議標簽交換(MPLS)VPN的路由需要，在省公司和省第2匯聚節(jié)點設置路由器反射器(ＲＲ)設備，作為國網(wǎng)數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)的2級ＲＲ，負責反射省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡的全球的(Global)路由和業(yè)務VPN路由，并作為下轄各地市的VPN業(yè)務路由反射服務器。省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)骨干網(wǎng)絡架構見圖1。1．2數(shù)據(jù)通信接入網(wǎng)網(wǎng)絡架構a．數(shù)據(jù)通信接入網(wǎng)也分為核心層、匯聚層、接入層3個層次。核心層位于地市公司和地市第2匯聚節(jié)點的2臺PE路由器以及省公司本部2臺PE路由器，與AS64600跨域。匯聚層位于縣公司、重要直屬單位、500kV變電站、重要220kV變電站、樞紐66kV變電站。接入層由末端220kV變電站、一般66kV變電站、供電所、營業(yè)廳、一般直屬單位構成。b．接入網(wǎng)核心層采用PE路由器、接入層采用交換機已成共識，但匯聚層采用何種方式還存在異議。匯聚層可以采用路由器做PE起VPN功能，可以采用3層交換機做多實例用戶邊界設備(MCE)起VPN的業(yè)務接入功能，網(wǎng)絡規(guī)模不大的情況下也可以采用2層交換機做業(yè)務匯聚和接入。3種方式各有優(yōu)缺點，本文按照匯聚層采用路由器做PE方式進行IP地址規(guī)劃。c．數(shù)據(jù)通信接入網(wǎng)形成以地市公司、地市第2匯聚節(jié)點PE設備為根節(jié)點的雙星型拓撲結構。接入網(wǎng)核心PE設備與骨干網(wǎng)邊界PE設備之間一跳直連，并與接入網(wǎng)匯聚層PE設備之間一跳直連。接入層設備優(yōu)先采用樹形結構上聯(lián)至匯聚層PE設備。數(shù)據(jù)通信接入網(wǎng)網(wǎng)絡架構示意圖見圖2。
2IP地址規(guī)劃原則
a．可擴展性:充分考慮網(wǎng)絡未來發(fā)展的需求，堅持統(tǒng)一規(guī)劃、長遠考慮、分片分區(qū)的原則，在規(guī)劃深度要求的每一個級別均留有余量。b．連續(xù)性:充分利用無類別域間路由(CIDＲ)技術，連續(xù)地址在層次結構網(wǎng)絡中進行有效的路由聚合，減小路由表大小，加快收斂速度，提高路由計算的效率。c．高效性:采用可變長子網(wǎng)掩碼(VLSM)技術，使得有限的IP地址資源發(fā)揮最大的功能，確保IP地址的高效利用［1］。d．實意性:好的IP地址規(guī)劃會使每個IP地址具有具體的含義，可以大致判斷出該地址所屬設備的屬性。e．除在不同VPN中業(yè)務IP地址可以重復使用外，設備互聯(lián)地址必須唯一，不可重復。
3IP地址分類、地址需求分析及劃分方式選擇
3．1地址分類數(shù)據(jù)通信網(wǎng)IP地址主要分為管理IP、設備IP、互聯(lián)IP、業(yè)務IP等幾類地址。a．管理IP即網(wǎng)元的網(wǎng)管IP，是設備能夠被網(wǎng)管系統(tǒng)監(jiān)控的必要條件，管理IP地址不僅在網(wǎng)關網(wǎng)元與網(wǎng)管通信時使用，而且是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(DCN)中采用路由協(xié)議的基礎。b．設備IP即本地環(huán)回地址(Loopback)，是應用最廣泛的一種虛接口，通常的數(shù)據(jù)網(wǎng)建設過程中將該地址作為管理IP地址使用。c．互聯(lián)IP用于網(wǎng)元之間互聯(lián)的地址，要求本端與對端設備端口的IP配置在同一網(wǎng)段，但同一臺設備的不同端口不能分配相同網(wǎng)段的IP地址，否則會導致路由器不同端口對應一個網(wǎng)段而使路由表存儲錯誤。d．業(yè)務IP指鏈接在網(wǎng)絡上的各種服務器、主機等設備所使用的地址。上述IP地址可以歸為兩大類，一類是網(wǎng)絡設備地址，包含管理地址、設備地址以及互聯(lián)地址，另一類是業(yè)務地址。3．2IP地址需求分析a．管理及設備IP地址。為了簡化管理和維護便利起見，通常將管理和設備IP地址合設，并作為路由器的ID號，用作該路由器在自治域內的唯一標識。由于此類接口沒有與對端互聯(lián)互通的需求，為了節(jié)約資源，該地址通常采用32位掩碼［2］。管理及設備IP地址規(guī)模與設備配置數(shù)量和網(wǎng)絡架構、網(wǎng)絡技術路線相關，在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的網(wǎng)絡架構下，每臺PE路由器需要2個Loopback地址，分別用于IPv4和VPNv4的BGP通信源地址，而一般接入交換機設備需要一個管理維護地址。b．互聯(lián)IP地址。為了節(jié)約資源，設備互聯(lián)IP地址通常采用30位掩碼，考慮到一個30位掩碼的地址段會浪費掉2個IP地址，因此互聯(lián)地址數(shù)量為互聯(lián)鏈路的4倍。c．業(yè)務IP地址。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)將承載國網(wǎng)公司一級業(yè)務VPN和各網(wǎng)省公司二級業(yè)務VPN。其中七個一級業(yè)務VPN分別為信息、通信、調度、視頻、語音、IPv6、網(wǎng)管VPN;二級業(yè)務VPN因省而異。以東北某省份為例，二級業(yè)務VPN有視頻、動力環(huán)境監(jiān)控、信息外網(wǎng)、網(wǎng)管VPN。各業(yè)務VPN的IP地址需求數(shù)量與業(yè)務系統(tǒng)的覆蓋范圍、覆蓋站點數(shù)量、各站點的部署規(guī)模有關，同時需考慮未來業(yè)務量的增加。由于電力業(yè)務系統(tǒng)的部署基本趨于一致，差異較小，因此，業(yè)務IP地址的分配主要根據(jù)站點數(shù)量、各直屬單位級別以及變電站的電壓等級等進行加權分配。3．3IP地址劃分方式選擇IP地址的劃分方式基本可分為平均劃分和規(guī)模劃分兩種方式。平均劃分是指將可用的IP地址資源，平均劃分給所屬單位。該方式適用于IP地址資源充足，當前及遠期需求數(shù)量均較少的情況，比如對網(wǎng)絡互聯(lián)及設備地址的劃分，建議采用平均劃分的方式。該方式有利于管理人員對IP地址規(guī)劃和分配，有利于運維人員對網(wǎng)絡開通和調試。規(guī)模劃分是指將可用的IP地址資源，根據(jù)所屬單位站點數(shù)量、業(yè)務系統(tǒng)部署范圍等加權分配。該方式適用于IP地址資源不是特別充足，遠期需求數(shù)量未知，但需求數(shù)量與規(guī)�？傮w相關的情況，比如業(yè)務地址的劃分建議采用該種方式。該方式可以很好地節(jié)省地址資源，避免部分地市地址資源緊張而另一部分地市地址資源浪費的情況。
4國網(wǎng)公司IPv4編址規(guī)范
國家電網(wǎng)公司省級及以下數(shù)據(jù)通信網(wǎng)優(yōu)化整合總體設計對IPv4地址使用進行了規(guī)范，對設備及互聯(lián)地址、各業(yè)務VPN地址進行了規(guī)范，其IP地址的第1個八位取值及相關說明見表1。第2個八位劃分至各省，每省有兩個B類號段，如遼寧、吉林、黑龍江及內蒙古東省級電力公司第2個八位取值分別為66/67、68/69、70/71、72/73。
5省內IP地址規(guī)劃實例
5．1網(wǎng)絡設備及互聯(lián)地址規(guī)劃5．1．1網(wǎng)絡設備及互聯(lián)地址需求統(tǒng)計網(wǎng)絡設備地址及互聯(lián)地址規(guī)模與設備配置數(shù)量和組網(wǎng)方式相關［4］。設備地址數(shù)量為網(wǎng)絡中路由器數(shù)量的2倍加交換機的數(shù)量，通過統(tǒng)計省公司、地市公司、變電站、供電所、營業(yè)廳等站點的設備數(shù)量總和，可統(tǒng)計出設備地址的總需求�；ヂ�(lián)地址數(shù)量為互聯(lián)鏈路數(shù)的4倍。骨干域根據(jù)實際拓撲結構統(tǒng)計需要IP地址數(shù)量，按照圖1所示的網(wǎng)架結構，骨干域互聯(lián)鏈路為38條，所需互聯(lián)地址為152個。各地市域與骨干域邊界路由器相連的地址計入骨干域。地市域按照500kV/220kV變電站、縣公司為匯聚層，采用路由器做PE的拓撲結構，通過統(tǒng)計地市公司、縣公司、500kV/220kV變電站等匯聚層節(jié)點的設備數(shù)量，互連鏈路數(shù)量按照設備數(shù)的兩倍進行預估，即可統(tǒng)計出互聯(lián)地址的總需求。本文以東北某省的2個地市公司為例，設備及互聯(lián)地址需求統(tǒng)計見表2。表2只列舉了東北某省份骨干域及2個地市的網(wǎng)絡設備及互聯(lián)地址需求，如果按照發(fā)達省份十五個地市的規(guī)模，其網(wǎng)絡設備及互聯(lián)地址需求大概在16000個左右，占用1個B類地址(65532個)的25%左右。國家電網(wǎng)公司為各省的網(wǎng)絡設備及互聯(lián)地址規(guī)劃了2個B類地址(另2個作為預留)，因此各省的網(wǎng)絡設備及互聯(lián)地址資源比較充足。5．1．2網(wǎng)絡設備及互聯(lián)地址規(guī)劃由于網(wǎng)絡設備及互聯(lián)地址資源比較充裕，因此將2個B類地址細分為2×256個C類地址，然后平均劃分給骨干域和各地市接入域，各分配16個C類(4096個)分別用于網(wǎng)絡設備地址和互聯(lián)地址，設備地址由大到小、互聯(lián)地址由小到大依次選取，設備和互聯(lián)地址規(guī)劃見表3。上述地址規(guī)劃至地市級，地市以下縣公司、直屬單位等地址規(guī)劃可依照上述方式進一步細化。5．2業(yè)務地址規(guī)劃5．2．1業(yè)務地址需求統(tǒng)計從人員數(shù)量和業(yè)務權值合計2個維度來定義各地市公司規(guī)模的大小。以東北某省份為例，截止2015年底，省公司本部和其中兩個地市公司辦公人數(shù)統(tǒng)計見表4，其中2020年底人數(shù)規(guī)模按2%的年增長率估算。考慮到不同類型站點的業(yè)務數(shù)量不相同，需要為不同類型站點的業(yè)務確定一個權值，通過統(tǒng)計不同地市的權重分配IP地址。不同類型站點權值見表5。業(yè)務地址可根據(jù)站點數(shù)量和工作人員數(shù)量，進行加權求和，各級單位的地址需求統(tǒng)計見表6。從表6中可以看出，省公司業(yè)務地址需求較大，各地市的地址需求因站點規(guī)模和人員數(shù)量不同而差別較大。5．2．2業(yè)務地址規(guī)劃國家電網(wǎng)公司為各業(yè)務VPN均分配了B類地址，其中信息VPN分配了14個B類地址，其他業(yè)務VPN基本各分配了2個B類地址，以通信VPN為例進行業(yè)務地址的分配。由于初期業(yè)務地址需求較小，因此先期考慮規(guī)劃其中1個B類地址(細分為16×16個C類地址)，另一個B類地址整體預留，待業(yè)務增長到一定規(guī)模時，再行分配。按照表6所示省、地公司地址需求的相對權值比例，同時考慮CI-DＲ、逐級預留，盡可能將IP地址分配完畢。最終為省公司規(guī)劃3×16個C類地址，規(guī)模較大的地市規(guī)劃2×16個C類地址，規(guī)模不大的地市規(guī)劃16個C類地址，最終全省共分配224個C類地址，同時為遠期預留32個C類地址(見表7)。上述地址規(guī)劃至地市級，地市以下的變電站、縣公司、直屬單位等業(yè)務地址規(guī)劃可依照上述方式進一步細化。
6結束語
通過對IP地址需求的分析，明確了地址規(guī)劃原則，提出了根據(jù)人員及業(yè)務兩類權值劃分IP地址的方式，并結合國家電網(wǎng)公司編址規(guī)范，以實例形式，對省級及以下數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的設備互聯(lián)地址以及業(yè)務地址進行了規(guī)劃，可以為電力系統(tǒng)省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的IP地址規(guī)劃提供參考。
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