CN105610555B - 一种实用的系统级冗余通信网络架构 - Google Patents

一种实用的系统级冗余通信网络架构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种实用的系统级冗余通信网络架构，该网络架构的主干网交换机采用VSS技术实现冗余，两台互为冗余的网络交换机等效于虚拟交换机，具有相同IP地址，因此可以在较短的时间内实现故障切换；而且虚拟交换机进行数据通信时，不需要进行交换机IP切换和判断，可以有效降低对CPU和内存等资源的占用；另外VSS技术从逻辑层面简化了网络拓扑，互为冗余的交换机共用一个网关地址，实现了无环路通信，可有效提高通信网络系统的可靠性；另外，连接主干网前后端交换机的光纤采用GEC技术捆绑为1个以太网通道，可以有效展宽通信网络的数据传输带宽，提高信息传输速率，从而降低了前后端通信的传播时延。

Description

一种实用的系统级冗余通信网络架构
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种实用的系统级冗余通信网络架构，用于实现运载火箭地面运距离测发控平台系统的网络通信。
背景技术
新一代运载火箭总控网络系统作为地面测试发控系统重要组成部分，承担火箭地面测试测试发控设备网络互连、测试信息共享、状态监视、测试进程控制，并为测试和发射提供故障诊断。总控网络系统将计算机技术、网络技术和信息处理技术应用于运载火箭测试和发射，在实现各系统远程信息交换基础上，通过测试进程统一控制、信息综合管理和应用，实现地面测试发控系统一体化设计。
目前，运载火箭发射场、总装测试厂地面测发网络采用了大量的有线接入方式，主要采用以太网通信技术为主，具有高速、远控、可靠等优点。随着网络技术的不断发展，计算机网络已经成为很多计算机应用系统的重要甚至关键支撑技术，其安全性、可靠性直接影响着相应系统本身的安全性和可靠性。而对于测发控通信网络来说，网络的故障不但会造成巨大的经济损失，而且会引发其他更严重的后果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种实用的系统级冗余通信网络架构，该网络架构中的主干网交换机、接入交换机、测试设备网卡和传输链路均采用冗余设计，可以解决网络交换机、网线、网卡等设备及组件单点故障造成的通信系统失效问题，可大大提高测发控网系统的可靠性。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
一种实用的系统级冗余通信网络架构，包括前端交换机Q1、前端交换机Q2、后端交换机H1和后端交换机H2，其中：前端交换机Q1和前端交换机Q2为采用VSS协议的冗余交换机，且通过两对万兆光纤连接，所述两个前端交换机与发射场内的前端测试设备连接，所述前端测试设备具有冗余网卡；后端交换机H1和后端交换机H2为采用VSS协议的冗余交换机，且通过两对万兆光纤连接，所述两个后端交换机与后端测试设备连接，所述后端测试设备具有冗余网卡；前端交换机Q1和后端交换机H1之间通过M对千兆光纤连接，前端交换机Q2和后端交换机H2之间也通过M对千兆光纤连接，且所述2M对千兆光纤通过GEC技术捆绑为1个以太网通道；M为正整数。
在上述的实用的系统级冗余通信网络架构中，前端测试设备和或后端测试设备采用TEAM技术实现冗余网卡。
上述的实用的系统级冗余通信网络架构还包括部署在前端的N1对接入层交换机和部署在后端的N2对接入层交换机；其中，互为冗余的每对前端接入层交换机之间通过网线连接，并与后端交换机H1和后端交换机H2进行环形连接，然后通过快速生成树协议实现接入层网络冗余；互为冗余的每对后端接入层交换机之间通过网线连接，并与前端交换机Q1和前端交换机Q2进行环形连接，然后通过快速生成树协议实现接入层网络冗余；N1和N2为整数。
在上述的实用的系统级冗余通信网络架构中，前端交换机Q1、前端交换机Q2、后端交换机H1、后端交换机H2和N1+N2对接入层交换机均为三层网络交换机。
在上述的实用的系统级冗余通信网络架构中，三层网络交换机采用静态路由设置。
在上述的实用的系统级冗余通信网络架构中，前端交换机Q1、前端交换机Q2、后端交换机H1、后端交换机H2和N1+N2对接入层交换机均安装有互为冗余的双电源模块。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)、本发明的主干网交换机采用VSS技术实现冗余，两台互为冗余的网络交换机等效于虚拟交换机，具有相同IP地址，因此可以在较短的时间内实现故障切换；而且虚拟交换机进行数据通信时，不需要进行交换机IP切换和判断，可以有效降低对CPU和内存等资源的占用；另外VSS技术从逻辑层面简化了网络拓扑，互为冗余的交换机共用一个网关地址，实现了无环路通信，可有效提高通信网络系统的可靠性；
(2)、在本发明中，连接主干网前后端交换机的光纤采用GEC技术捆绑为1个以太网通道，可以有效展宽通信网络的数据传输带宽，提高信息传输速率，从而降低了前后端通信的传播时延。
附图说明
图1为本发明的系统级冗余通信网络架构的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明：
对于运载火箭发射场与总装测试厂的地面测发控网络，网络故障会造成发射中止或推迟，因此为了提高网络可靠性，并降低网络通信时延，本发明提供了一种实用的系统级冗余通信网络架构。
如图1所示的原理框图，在本发明的系统级冗余通信网络架构中，前端交换机Q1、前端交换机Q2、后端交换机H1和后端交换机H2构成前后端的主干网络，接入层交换机用于将远距离前端测试设备接入通信网络。
其中，前端交换机Q1和前端交换机Q2在前端，互为冗余；后端交换机H1和后端交换机H2在后端，互为冗余。这四个网络交换机是本发明前后端主干网络的核心层。该主干网络交换机采用思科公司的VSS(虚拟交换系统)为前后端测试设备提供一个可靠的网管，即:前端交换机Q1和前端交换机Q2为采用VSS协议的冗余交换机，且通过两对万兆光纤连接；后端交换机H1和后端交换机H2为采用VSS协议的冗余交换机，且通过两对万兆光纤连接。在使用VSS时，一组交换机的工作在逻辑上表现为网络上的一个虚拟交换机，具有共同的网关IP，在网络配置中，将其中一台交换机设置为“活交换机”，当“活交换机”失效时，则用冗余的交换机取代它作为新的“活交换机”。
在主干网络中，前端交换机Q1和后端交换机H1之间通过M对千兆光纤连接，前端交换机Q2和后端交换机H2之间也通过M对千兆光纤连接。这2M对千兆光纤通过GEC技术捆绑为1个以太网通道，M为正整数。其中，GEC(Gigabit Ethemet Channel)是将两条或2条以上的物理链路捆绑成一条逻辑线路来使用，此过程对用户是通明的。GEC在两条物理线路上对数据流量进行负载分担，将流量随机分配到每条物理线路上。一方面增大了线路带宽，更主要的是为互联设备提供了线路上的备份，提供了线路的高可用性，失效切换时间大约在10微妙左右。在本实施例中，分别采用4对千兆光纤连接前端交换机Q1和后端交换机H1，以及前端交换机Q2和后端交换机H2，这8对千兆光缆通过GEC技术捆绑为1个以太网通道，因此这8对千兆光纤互为冗余，对数据流量进行负载分担，交换机将流量随机分配到每对千兆光纤上，从而增大了线路带宽，当其中存在故障链路时，则利用无故障链路进行数据流量负载分担，从而提高了链路可靠性。
在通信网络架构中，前端和后端参与测控的设备都直接连接在主干网上，其中：用于采集发射场环境参数和状态数据的前端测试设备，连接前端交换机Q1和前端交换机Q2；后端作为工作站和服务器的后端测试设备，连接后端交换机H1和后端交换机H2。这些测试设备都具有冗余网卡，用于连接冗余交换机。网卡是网络终端设备(计算机)进行网络通信的中转站，为确保火箭测发的可靠性，可对关键设备的网卡采用TEAM技术进行冗余设计，即将设备主机内的两个网卡通过TEAM技术绑定为一个IP地址实现对外接口，应用软件只针对该IP地址进行读写操作，当其中的主网卡发生故障时，自动切换备份网卡，不需要软件设计人员干预。
在通信网络架构中，为了实现前后端远距离区域内的设备(与主干网交换机的距离超过80米的设备)联网，本发明在距离前后端网络交换机较远的区域内部署接入层交换机。其中：在前端部署N1对接入层交换机，互为冗余的每对接入层交换机之间通过网线连接，并与后端主干网交换机H1和H2进行环形连接，然后通过快速生成树协议实现接入层网络冗余。在后端部署N2对接入层交换机，互为冗余的每对接入层交换机之间通过网线连接，并与前端主干网交换机Q1和Q2进行环形连接，然后通过快速生成树协议实现接入层网络冗余。N1和N2为整数。例如：系统喷水、抽真空、瞄准等设备位于固定勤务塔上，而主干网交换机Q1和Q2位于活动平台上，该活动平台在固定勤务塔和总装厂房之间移动，为了便于这些固定勤务塔上的设备联网，可以在固定勤务塔上设置接入层交换机Q3和Q4，这两个接入层交换机互为冗余，其中，Q3与后端交换机H1连接，Q4与后端交换机H2连接，然后通过快速生成树协议实现接入层网络冗余。
另外，为实现不同子系统之间及不同区域的信息安全，测发控网络系统采用了三层交换技术，本发明系统级冗余通信网络架构中的交换机均为三层交换机，每台交换机都安装冗余双电源模块。三层交换机具有“一次路由、多次交换”功能。在网络中出现设备故障或链路中断的情况下，正常的转发数据路径被阻断，需要更新或重建路由表，这个过程可以通过运行不同的路由协议或静态配置路由实现。为确保测发控网络的高可靠、高安全，希望每一个设备发送数据的路径必须是固定可查的，同时必须规定哪些设备可以通信，哪些设备不能通信，只有这样才能在测试过程中有效地防范网络数据风暴的蔓延，减少网络中数据回波的出现概率，提高网络通信的可靠性。因此在测发控网络中本发明采用静态路由设置，相比于其它的路由协议，静态配置浮动路由的路由更新速度更快、数据传输路径确定，根据测试要求明确地为每个网络设备的通信数据规定传输路径，虽然会带来巨大的工作量，并造成一些网络资源的浪费，但精确的数据流设计可以为日后分离试验故障带来极大的便利。
后端不直接参与测试的设备，连入交换机H3，并通过防火墙联入主干网络。此外，火箭地面测试发控系统通过防火墙设备和基地C3I系统、加注系统相连，形成一个统一的整体。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种实用的系统级冗余通信网络架构，其特征在于：包括前端交换机Q1、前端交换机Q2、后端交换机H1和后端交换机H2，其中：
前端交换机Q1和前端交换机Q2为采用VSS协议的冗余交换机，且通过两对万兆光纤连接，所述两个前端交换机与发射场内的前端测试设备连接，所述前端测试设备具有冗余网卡；后端交换机H1和后端交换机H2为采用VSS协议的冗余交换机，且通过两对万兆光纤连接，所述两个后端交换机与后端测试设备连接，所述后端测试设备具有冗余网卡；前端交换机Q1和后端交换机H1之间通过M对千兆光纤连接，前端交换机Q2和后端交换机H2之间也通过M对千兆光纤连接，且所述2M对千兆光纤通过GEC技术捆绑为1个以太网通道；M为正整数。
2.根据权利要求1所述的一种实用的系统级冗余通信网络架构，其特征在于：前端测试设备和或后端测试设备采用TEAM技术实现冗余网卡。
3.根据权利要求1所述的一种实用的系统级冗余通信网络架构，其特征在于：还包括部署在前端的N1对接入层交换机和部署在后端的N2对接入层交换机；其中，互为冗余的每对前端接入层交换机之间通过网线连接，并与后端交换机H1和后端交换机H2进行环形连接，然后通过快速生成树协议实现接入层网络冗余；互为冗余的每对后端接入层交换机之间通过网线连接，并与前端交换机Q1和前端交换机Q2进行环形连接，然后通过快速生成树协议实现接入层网络冗余；N1和N2为整数。
4.根据权利要求3所述的一种实用的系统级冗余通信网络架构，其特征在于：前端交换机Q1、前端交换机Q2、后端交换机H1、后端交换机H2和N1+N2对接入层交换机均为三层网络交换机。
5.根据权利要求4所述的一种实用的系统级冗余通信网络架构，其特征在于：三层网络交换机采用静态路由设置。
6.根据权利要求3所述的一种实用的系统级冗余通信网络架构，其特征在于：前端交换机Q1、前端交换机Q2、后端交换机H1、后端交换机H2和N1+N2对接入层交换机均安装有互为冗余的双电源模块。
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