【摘要】 随着网络技术的发展和IP技术应用越来越广泛，广电设备绝大部分已实现网络化运行和管理,但同时广电行业对网络的安全性和可靠性却有着极其严格的要求。本文以苏州市省地面数字电视前端网络改造为例，利用智能弹性架构IRF（Intelligent Resilent Framework）技术针对现有系统的不足进行改造，提高了交换机的端口利用率和网络链路的安全性。经过验证IRF技术虚拟设备在网络中的角色和作用与单台设备并无差别，但对网络安全性的提升作用显著。
【关键词】 堆叠 IRF
一．项目背景
苏州广电总台无线发射承担着省网络地面数字电视21、22频道和本地15频道的播出任务。其中省地面数字电视前端系统是由省台统一建设，建设初期由于各种原因其建设实施方案相对简单，其系统结构图如图1。系统主要功能是将苏州台节目加入省台节目流中播出并将信号流送到六县市。随着维护职能下移和安全播出要求越来越高，由于系统内存在单溃点，于是有必要对原有的系统进行技术改造升级。
二．项目改造
由于各种原因，前期系统在系统的安全冗余度上存在缺陷，特别整个网络链路中某一交换机一旦出现故障将导致相关业务瘫痪，造成极大的损失。为了提高链路安全性，我们考虑增加相关交换机进行备份，同时采用堆叠技术提高链路冗余性能和网络的可靠性。堆叠做为一种比较成熟的技术，在网络组建中有着广泛的应用，各个厂家有各个厂家的叫法，但基本原理和步骤是差不多的。由于我们采用的是华三的交换机所以利用H3C特有的堆叠技术--IRF（Intelligent Resilient Framework，智能弹性架构）虚拟化技术实现多台交换机的协同工作、统一管理。其运行机制为在IRF系统中，有且只有一台设备为Master设备，其余设备均为Slave设备。IRF 形成的虚拟设备采用1:N冗余，其中Master设备控制整个虚拟系统的运行，负责整个IRF的运行、管理和维护。同时Master设备也同样负责转发数据。Slave设备除了负责接收和转发数据，还需作为Master的备份。一旦Master设备出现故障，IRF系统将重新选择一台设备作为系统的Master设备，以保持系统的正常工作。在IRF系统中，所有设备会保持相同的配置文件，因此新的Master设备可以在最短时间内完成主备切换，保持系统的稳定运行。同时，在虚拟系统内部，各物理设备间通过IRF端口互联用以交互协议报文，IRF端口则采用聚合方式将多条链路进行聚合，不但可以实现IRF端口的冗余保护，也能将数据流量进行负载分担，以进一步提高整个系统的稳定性。
图1
针对原系统不足，我们如下改进：
1．增加信源路由
原系统初始阶段数据传输由联通一家提供，运行商提供了两路主备路由通过PTN接入网关连入系统。由于安全要求的提升，增加另一运营商电信提供第二路主备路由，提高系统信道传输的安全性。
2．增加码流分发交换机
码流交换机分发交换机的主要功能：①将从省台传送来的节目流发送至本地，经本地处理加入本地节目流后播出并下发至县市台。②直接转发省台节目流至中心交换机播出。由于前期只有一台交换机存在安全隐患，故增加一台同型号H3C交换机组成IRF达到设备备份及扩展端口数和链路带宽的作用。
3．增加中心播出交换机
中心播出交换机的主要功能是将本地处理后的节目流和省台节目流发送至塔上播出交换机播出。原来系统也是只有一台交换机，故增加一台同型号H3C交换机组成IRF达到设备和链路备份作用。
4．增加塔上播出交换机
由于本地发射机与信号前端不在一处地址，故在发射塔上增设了一台播出交换机负责将前端传来的节目流分发至各频道发射机激励器处理后播出。之前也只有一台，故也增加一台同型号H3C交换机组成IRF达到设备和链路备份作用。
所有的IRF系统中都采用主备路由交叉接法，始终保证单台交换机故障后另外一台交换机运行时路由仍然联通。改造之后系统结构图如图2所示：
图2
三．项目实施及测试
我们按照设定目标制定预案利用周二检修时间对现有系统进行改造并对交换机进行配置。我们正常配置IRF（以中心播出交换机为例如图3）
图3
后测试发现无论是主备路由切换还是Master到Slave切换，播出端接收画面恢复正常都需要30秒以上。与期望的效果相差很大。我们通过网上查找案列发现很多IRF系统输入输出端都做了链路聚合，于是我们尝试将IRF的输入输出也做了链路聚合（以中心播出交换机为例如图4），测试发现播出端接收画面基本不受影响，这也证明了链路聚合除了增加链路带宽外，在实现链路传输弹性，缩短路由时间方面也有重要的作用。
图4
修改配置后，我们对各个IRF进行了测试，测试结果如下：
1.码流分发IRF（如图5）
如图5
2.中心播出IRF（如图6）
如图6
3.塔上播出IRF（如图7）
图7
通过对省地数前端系统各个IRF的测试，我们发现只有码流分发IRF联通路由跳至电信路由时，会出现大约五秒黑屏情况，恢复时也有五秒黑屏，其余IRF主备路信源切换和主备机切换对空收效果几乎没有影响。
五．改进方向
结合测试结果和一段时间的使用情况，整个前端的改造达到了预期目的。但是由于IRF中一台设备出现故障时,播出端无明显现象可能会导致值班人员无法及时发现。而当IRF彻底故障时，恢复时间较长，可能导致严重后果。后期为了避免这种情况的发生，我们考虑增设交换机监控模块加入监控系统。
六．总结
IRF作为一种虚拟化的堆叠技术，不仅能简单地解决网络端口的扩容问题，而且能很好的解决网络安全和设备冗余的问题，简化了网络设备间对接设计，便于管理，极大地提高了网络的安全性和可靠性。
参考文献
2019.5 《通信技术》金豪《基IRF的城域网接入设备端口扩容方案》