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電力系統數據通信網(wǎng)IP地址規劃分析論文
摘要:針對各省電力數據通信網(wǎng)業(yè)務(wù)承載需求增大，IP地址規劃直接影響網(wǎng)絡(luò )運行效率及收斂速度的現狀，國家電網(wǎng)公司對IP地址進(jìn)行了規范。結合IP地址的應用需求，介紹了數據通信網(wǎng)網(wǎng)架結構、IP地址規劃原則及劃分方式選擇，對省內IP地址規劃實(shí)例進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞:數據通信網(wǎng);網(wǎng)架結構;IP地址;規劃
國家電網(wǎng)公司為使數據通信網(wǎng)發(fā)揮整體效用，促進(jìn)支撐當前及未來(lái)各級業(yè)務(wù)應用系統的承載需求，增強數據通信網(wǎng)的優(yōu)質(zhì)服務(wù)水平，在數據通信網(wǎng)優(yōu)化整合總體設計中對網(wǎng)絡(luò )層次及網(wǎng)絡(luò )結構進(jìn)行了優(yōu)化，提出了虛擬專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )(VPN)的部署要求和服務(wù)質(zhì)量(QoS)整體部署方案，對IP地址進(jìn)行了規范。但是，該IP地址規范只是針對省級網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了大號段的劃分，對省內IP地址沒(méi)有詳細的規劃。為有效利用地址空間，體現網(wǎng)絡(luò )的可擴展性、靈活性和層次性，便于網(wǎng)絡(luò )路由聚合，減小路由表的長(cháng)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(jìn)行與網(wǎng)絡(luò )拓撲結構相適應的、更加細化的IP地址規劃。以下根據數據通信網(wǎng)的網(wǎng)架結構，結合電力系統IP地址需求，提出IP地址的規劃原則、劃分方法以及規劃方案，并輔以規劃實(shí)例。
1數據通信網(wǎng)網(wǎng)架結構
1．1數據通信骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )架構a．網(wǎng)絡(luò )層次劃分。省級數據通信骨干網(wǎng)分為核心層、匯聚層、骨干層3個(gè)層次。核心層位于省公司和省第2匯聚節點(diǎn)的2臺服務(wù)商(P)路由器，參與國網(wǎng)公司數據通信骨干網(wǎng)核心區域組網(wǎng)。匯聚層位于省公司2臺服務(wù)商邊緣(PE)路由器和省第2匯聚節點(diǎn)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匯聚節點(diǎn)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(luò )拓撲結構。省級數據通信骨干網(wǎng)形成以省公司、省第2匯聚節點(diǎn)匯聚層PE設備為根節點(diǎn)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(mǎn)足邊界網(wǎng)關(guān)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匯聚節點(diǎn)設置路由器反射器(ＲＲ)設備，作為國網(wǎng)數據通信骨干網(wǎng)的2級ＲＲ，負責反射省級數據通信網(wǎng)絡(luò )的全球的(Global)路由和業(yè)務(wù)VPN路由，并作為下轄各地市的VPN業(yè)務(wù)路由反射服務(wù)器。省級數據通信網(wǎng)骨干網(wǎng)絡(luò )架構見(jiàn)圖1。1．2數據通信接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )架構a．數據通信接入網(wǎng)也分為核心層、匯聚層、接入層3個(gè)層次。核心層位于地市公司和地市第2匯聚節點(diǎn)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(yíng)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(shí)例用戶(hù)邊界設備(MCE)起VPN的業(yè)務(wù)接入功能，網(wǎng)絡(luò )規模不大的情況下也可以采用2層交換機做業(yè)務(wù)匯聚和接入。3種方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，本文按照匯聚層采用路由器做PE方式進(jìn)行IP地址規劃。c．數據通信接入網(wǎng)形成以地市公司、地市第2匯聚節點(diǎn)PE設備為根節點(diǎn)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(shù)形結構上聯(lián)至匯聚層PE設備。數據通信接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )架構示意圖見(jiàn)圖2。
2IP地址規劃原則
a．可擴展性:充分考慮網(wǎng)絡(luò )未來(lái)發(fā)展的需求，堅持統一規劃、長(cháng)遠考慮、分片分區的原則，在規劃深度要求的每一個(gè)級別均留有余量。b．連續性:充分利用無(wú)類(lèi)別域間路由(CIDＲ)技術(shù)，連續地址在層次結構網(wǎng)絡(luò )中進(jìn)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(cháng)子網(wǎng)掩碼(VLSM)技術(shù)，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(shí)意性:好的IP地址規劃會(huì )使每個(gè)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(wù)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(lèi)、地址需求分析及劃分方式選擇
3．1地址分類(lèi)數據通信網(wǎng)IP地址主要分為管理IP、設備IP、互聯(lián)IP、業(yè)務(wù)IP等幾類(lèi)地址。a．管理IP即網(wǎng)元的網(wǎng)管IP，是設備能夠被網(wǎng)管系統監控的必要條件，管理IP地址不僅在網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元與網(wǎng)管通信時(shí)使用，而且是數據通信網(wǎng)絡(luò )(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，通常的數據網(wǎng)建設過(guò)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(huì )導致路由器不同端口對應一個(gè)網(wǎng)段而使路由表存儲錯誤。d．業(yè)務(wù)IP指鏈接在網(wǎng)絡(luò )上的各種服務(wù)器、主機等設備所使用的地址。上述IP地址可以歸為兩大類(lèi)，一類(lèi)是網(wǎng)絡(luò )設備地址，包含管理地址、設備地址以及互聯(lián)地址，另一類(lèi)是業(yè)務(wù)地址。3．2IP地址需求分析a．管理及設備IP地址。為了簡(jiǎn)化管理和維護便利起見(jiàn)，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(lèi)接口沒(méi)有與對端互聯(lián)互通的需求，為了節約資源，該地址通常采用32位掩碼［2］。管理及設備IP地址規模與設備配置數量和網(wǎng)絡(luò )架構、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)路線(xiàn)相關(guān)，在數據通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )架構下，每臺PE路由器需要2個(gè)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(gè)管理維護地址。b．互聯(lián)IP地址。為了節約資源，設備互聯(lián)IP地址通常采用30位掩碼，考慮到一個(gè)30位掩碼的地址段會(huì )浪費掉2個(gè)IP地址，因此互聯(lián)地址數量為互聯(lián)鏈路的4倍。c．業(yè)務(wù)IP地址。數據通信網(wǎng)將承載國網(wǎng)公司一級業(yè)務(wù)VPN和各網(wǎng)省公司二級業(yè)務(wù)VPN。其中七個(gè)一級業(yè)務(wù)VPN分別為信息、通信、調度、視頻、語(yǔ)音、IPv6、網(wǎng)管VPN;二級業(yè)務(wù)VPN因省而異。以東北某省份為例，二級業(yè)務(wù)VPN有視頻、動(dòng)力環(huán)境監控、信息外網(wǎng)、網(wǎng)管VPN。各業(yè)務(wù)VPN的IP地址需求數量與業(yè)務(wù)系統的覆蓋范圍、覆蓋站點(diǎn)數量、各站點(diǎn)的部署規模有關(guān)，同時(shí)需考慮未來(lái)業(yè)務(wù)量的增加。由于電力業(yè)務(wù)系統的部署基本趨于一致，差異較小，因此，業(yè)務(wù)IP地址的分配主要根據站點(diǎn)數量、各直屬單位級別以及變電站的電壓等級等進(jìn)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，當前及遠期需求數量均較少的情況，比如對網(wǎng)絡(luò )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地址規劃和分配，有利于運維人員對網(wǎng)絡(luò )開(kāi)通和調試。規模劃分是指將可用的IP地址資源，根據所屬單位站點(diǎn)數量、業(yè)務(wù)系統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，遠期需求數量未知，但需求數量與規�？傮w相關(guān)的情況，比如業(yè)務(wù)地址的劃分建議采用該種方式。該方式可以很好地節省地址資源，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編址規范
國家電網(wǎng)公司省級及以下數據通信網(wǎng)優(yōu)化整合總體設計對IPv4地址使用進(jìn)行了規范，對設備及互聯(lián)地址、各業(yè)務(wù)VPN地址進(jìn)行了規范，其IP地址的第1個(gè)八位取值及相關(guān)說(shuō)明見(jiàn)表1。第2個(gè)八位劃分至各省，每省有兩個(gè)B類(lèi)號段，如遼寧、吉林、黑龍江及內蒙古東省級電力公司第2個(gè)八位取值分別為66/67、68/69、70/71、72/73。
5省內IP地址規劃實(shí)例
5．1網(wǎng)絡(luò )設備及互聯(lián)地址規劃5．1．1網(wǎng)絡(luò )設備及互聯(lián)地址需求統計網(wǎng)絡(luò )設備地址及互聯(lián)地址規模與設備配置數量和組網(wǎng)方式相關(guān)［4］。設備地址數量為網(wǎng)絡(luò )中路由器數量的2倍加交換機的數量，通過(guò)統計省公司、地市公司、變電站、供電所、營(yíng)業(yè)廳等站點(diǎn)的設備數量總和，可統計出設備地址的總需求�；ヂ�(lián)地址數量為互聯(lián)鏈路數的4倍。骨干域根據實(shí)際拓撲結構統計需要IP地址數量，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(gè)。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(guò)統計地市公司、縣公司、500kV/220kV變電站等匯聚層節點(diǎn)的設備數量，互連鏈路數量按照設備數的兩倍進(jìn)行預估，即可統計出互聯(lián)地址的總需求。本文以東北某省的2個(gè)地市公司為例，設備及互聯(lián)地址需求統計見(jiàn)表2。表2只列舉了東北某省份骨干域及2個(gè)地市的網(wǎng)絡(luò )設備及互聯(lián)地址需求，如果按照發(fā)達省份十五個(gè)地市的規模，其網(wǎng)絡(luò )設備及互聯(lián)地址需求大概在16000個(gè)左右，占用1個(gè)B類(lèi)地址(65532個(gè))的25%左右。國家電網(wǎng)公司為各省的網(wǎng)絡(luò )設備及互聯(lián)地址規劃了2個(gè)B類(lèi)地址(另2個(gè)作為預留)，因此各省的網(wǎng)絡(luò )設備及互聯(lián)地址資源比較充足。5．1．2網(wǎng)絡(luò )設備及互聯(lián)地址規劃由于網(wǎng)絡(luò )設備及互聯(lián)地址資源比較充裕，因此將2個(gè)B類(lèi)地址細分為2×256個(gè)C類(lèi)地址，然后平均劃分給骨干域和各地市接入域，各分配16個(gè)C類(lèi)(4096個(gè))分別用于網(wǎng)絡(luò )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)地址規劃見(jiàn)表3。上述地址規劃至地市級，地市以下縣公司、直屬單位等地址規劃可依照上述方式進(jìn)一步細化。5．2業(yè)務(wù)地址規劃5．2．1業(yè)務(wù)地址需求統計從人員數量和業(yè)務(wù)權值合計2個(gè)維度來(lái)定義各地市公司規模的大小。以東北某省份為例，截止2015年底，省公司本部和其中兩個(gè)地市公司辦公人數統計見(jiàn)表4，其中2020年底人數規模按2%的年增長(cháng)率估算�？紤]到不同類(lèi)型站點(diǎn)的業(yè)務(wù)數量不相同，需要為不同類(lèi)型站點(diǎn)的業(yè)務(wù)確定一個(gè)權值，通過(guò)統計不同地市的權重分配IP地址。不同類(lèi)型站點(diǎn)權值見(jiàn)表5。業(yè)務(wù)地址可根據站點(diǎn)數量和工作人員數量，進(jìn)行加權求和，各級單位的地址需求統計見(jiàn)表6。從表6中可以看出，省公司業(yè)務(wù)地址需求較大，各地市的地址需求因站點(diǎn)規模和人員數量不同而差別較大。5．2．2業(yè)務(wù)地址規劃國家電網(wǎng)公司為各業(yè)務(wù)VPN均分配了B類(lèi)地址，其中信息VPN分配了14個(gè)B類(lèi)地址，其他業(yè)務(wù)VPN基本各分配了2個(gè)B類(lèi)地址，以通信VPN為例進(jìn)行業(yè)務(wù)地址的分配。由于初期業(yè)務(wù)地址需求較小，因此先期考慮規劃其中1個(gè)B類(lèi)地址(細分為16×16個(gè)C類(lèi)地址)，另一個(gè)B類(lèi)地址整體預留，待業(yè)務(wù)增長(cháng)到一定規模時(shí)，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(shí)考慮CI-DＲ、逐級預留，盡可能將IP地址分配完畢。最終為省公司規劃3×16個(gè)C類(lèi)地址，規模較大的地市規劃2×16個(gè)C類(lèi)地址，規模不大的地市規劃16個(gè)C類(lèi)地址，最終全省共分配224個(gè)C類(lèi)地址，同時(shí)為遠期預留32個(gè)C類(lèi)地址(見(jiàn)表7)。上述地址規劃至地市級，地市以下的變電站、縣公司、直屬單位等業(yè)務(wù)地址規劃可依照上述方式進(jìn)一步細化。
6結束語(yǔ)
通過(guò)對IP地址需求的分析，明確了地址規劃原則，提出了根據人員及業(yè)務(wù)兩類(lèi)權值劃分IP地址的方式，并結合國家電網(wǎng)公司編址規范，以實(shí)例形式，對省級及以下數據通信網(wǎng)的設備互聯(lián)地址以及業(yè)務(wù)地址進(jìn)行了規劃，可以為電力系統省級數據通信網(wǎng)的IP地址規劃提供參考。
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