重庆市地震预警网络IP地址规划设计解析＊

2022-10-28李光科

地震科学进展 2022年11期

张锐邹丽李光科

（重庆市地震局，重庆 401147）

引言

为实现地震烈度速报与快速预警，除需要高质量的地震观测仪器性能、科学合理的监测站点分布、高效的数据处理系统外，台站与预警中心之间稳定、可靠、快速的数据通信同样是不可缺少的环节[1-2]。网络传送数据是按照数据包传输协议通讯，当数据被一个交换机接受并转发给下一个交换机时，会产生一定的时延，而数据包的路由选择会影响网络上数据包交换和所路过节点的处理策略，导致网络通讯数据包延时成为一个随机变量[3]，准确的路由信息是由科学合理的IP地址规划所决定的。简而言之，IP地址规划体系背后体现的是整个观测网络系统的拓扑及运营模式，两者之间息息相关。只有做好网络环境下的IP地址合理规划设计，才能有效保障网络稳健运行、业务顺利开展[4]。

1 项目介绍

重庆地震预警项目以重庆市地震预警数据中心为中心点，向上链接国家中心（北京）和国家备份中心（广州），向下链接重庆市境内的地震预警基准站、基本站和一般站。上行链路是由中国地震局统一规划设计，所以本文对重庆市地震预警数据中心、预警基准站/基本站和一般站的IP地址规划进行介绍。

2 项目IP地址设计原则

在网络工程项目中由于前期规划设计不科学，IP地址分配不合理，在设备安装调试过程中经常会因为这些原因而出现设备配置参数混乱、IP地址冲突、传送数据堵塞、远程管理失效等问题，所以合理科学地规划一个网络系统的IP地址，有必要遵守IP地址规划设计的唯一性、可扩展性、连续性和合理性的基本原则[5]。

2.1 唯一性

在一个网络系统项目建设中不能规划有相同的IP地址，若两台主机使用相同的IP地址会产生IP地址冲突，导致路由无法达到和数据无法传输。

2.2 可扩展性

IP地址的可扩展性是一个较为重要的环节，项目建设会遇到事项变更，在变更中可能会出现设备增加或者减少，增加设备需要预留一些IP地址以备不时之需。例如，重庆市地震预警数据中心一般站隧道地址数量为336个，已经超过一个C类地址段的使用范围，就需设计两个C类IP地址段：172.161.30.0/24和172.161.31.0/24，这样共有508个隧道地址可用，实现了用户地址的有效扩展延伸。

2.3 连续性

由于路由器在检查计算机路由时，消耗资源比较多，路由条目越多，路由列表越长，在路径上耗时就会越多。因此，通过路由汇总可减少路由列表的长度，这对提高路由器工作效率非常重要，而连续的IP地址易于进行路由汇聚，减少路由列表，提高路由效率[6]。例如，重庆市地震预警项目一般站监测业务地址段为172.161.32.0/19，在核心路由器上配置一条172.161.32.0、255.255.224.0、172.161.31.254 （172.161.31.254的IP地址为台站接入路由器网关）汇总的静态路由，预警中心就可与地震预警一般站进行数据通信。

2.4 合理性

规划IP地址时，应该在网络系统的整个设计上做到科学合理、结构清晰、功能明确、分层有序，根据各业务功能科学合理地规划设计IP地址范围，避免IP地址相同导致冲突或地址分配过多空闲浪费。一般情况下，网络IP地址规划设计难以解决众多用户的有效使用问题，大量用户需求可能会使得如今IP地址的使用造成了大量的浪费。

3 项目IP地址规划设计

在构建一个网络系统时，首先需主动考虑内网段地址的IP分配问题，并规划整体IP地址分段与所在地理位置特征存在的关联，设计有IP地址的预留，预留IP地址与现存IP地址之间可无缝对接和汇聚，在保证所构建网络系统通信畅通的情况下，设计要尽量清晰明了[7]。

（1）重庆市地震预警项目规划设计整体IP地址段：

本项目网络系统主要设备IP地址规划设计有4个B类地址块，具体的IP地址段为：172.160.0.0/24、172.161.0.0/24、172.162.0.0/24和172.163.0.0/24。

（2）预警数据中心和互联网规划设计IP地址段：

从后往前第2个C用作Loopback的IP地址，即172.160.254.0/24，也可作为Loopback接口地址使用；从后往前第1个C用作设备互联IP地址，即172.160.255.0/24。

（3）一般站规划设计IP地址段：

一般站地址从第2个B类地址开始，其中使用172.161.0.0/19共32个C作为一般站的隧道IP地址，172.161.32.0—172.161.63.254作为一般站的业务IP地址使用。

（4）预警基准站/基本站规划设计IP地址段：

基准站/基本站地址从第2个B分配地址，即用172.161.96.0/20共16个C地址段作为到省局的互联地址；172.161.112.0/22共4个C地址段为基准站/基本站的Loopback地址段；172.161.116.0/24地址段为汇聚点与省局互联IP地址段；172.161.128.0/17共128个C地址段为基准站/基本站业务IP地址段。

4 设计案例解析

每一台网络设备都应该规划设备管理IP地址和数据传输IP地址，以下分别以重庆市地震预警数据中心网络区域，基准站/基本站网络区域和一般站网络区域进行介绍。

4.1 数据中心网络区域介绍

重庆市地震预警数据中心是重庆市预警项目的核心网络层，也是重庆预警项目核心业务所在，在核心网络层的边缘分别是台站接入路由器和VPN接入路由器，依次连接到基准站/基本站网络区域和预警一般站网络区域，具体网络结构如图1所示。

（1）重庆市地震局预警数据中心采用H3C两台骨干路由器作为核心路由器，实现预警骨干网络与国家中心、国家备份中心和其他省市地震局骨干网络的路由汇总；

（2）重庆市地震局预警数据中心对于基准站/基本站的接入也采用两个台站接入路由器，实现数据中心与预警基准站/基本站路由设备的连接，在台站接入路由器上实现基准站/基本站路由数据汇总；

（3）VPN路由器采用华为设备，实现预警一般站通过VPN拨号连接数据中心，实现重庆市预警项目的336个一般站路由数据汇总；

（4）数据中心使用两台核心交换机堆叠后构成双链路，链接数据中心各区域的路由器；

（5）数据中心使用两台业务交换机堆叠后构成双链路，链接数据中心系统的刀片服务器和机架式服务器；

（6）数据中心服务器使用H3C刀箱和H3C存储系统作为核心业务数据的汇集、存储以及完成实时处理和后台交互处理。

4.2 数据中心管理地址规划设计

数据中心除核心路由器IP由国家中心直接分配外，中心其余设备管理IP地址可按照本文第3节方法进行规划设计。鉴于项目设备数量众多，难以完整列表所有预警项目设备和IP地址，也因保密要求，IP、登陆密码等不一一列出。数据中心网络设备管理分配地址段为：172.160.254.0/24，服务器、存储、虚拟化软件管理地址分配地址段为172.160.253.0/24，详细分配的IP地址如表1。

4.3 数据中心设备互联地址规划设计

数据中心所有设备都相互链接需要科学规划设计相应的设备互联地址，除国家中心分配核心路由器的互联地址以外，其余设备管理地址均是统一规划设计，设备互联地址详细设计见表2。

表 1 数据中心设备管理IP地址Table 1 Management IP address of data center device

4.4 预警基准站/基本站IP地址规划设计

如图1所示，预警基准站/基本站使用一台4端口LAN口和单端口WAN口的路由器通过运营商的专线直接链接到数据中心的接入路由器。同样，基准站/基本站路由器也应规划业务IP地址、互联IP地址和设备互联地址，详细配置见表3。

4.5 预警一般站IP地址规划设计

如图1所示，预警一般站使用的是VPN网络链接到数据中心的VPN路由器上，其使用的是拨号联网技术，拨号设备规划设计有业务IP地址和互联IP地址，详细配置见表4。

5 结束语

实际上，IP地址合理配置的背后代表的就是科学高效的网络结构，按照上述IP规划设计实施后，重庆预警项目的网络结构更加清晰、网络设备配置更加简单、查找网络故障也更加便捷实效。预警项目按照IP地址连续性分配原则，将预警中心、预警一般站、预警基准站/基本站设备分配到各自区域中连续的IP地址段内，并在预警网中各区域之间的路由器相互使用汇总路由，既减少了各区域路由器的配置，也提高了路由器传输数据的效率，从而降低数据在网络中的传输时延，缩短了地震预警的时间，达到有效提高地震预警效能的目的。