发信人: shixudong(5270)
整理人: zjnovell(2002-01-10 15:12:15), 站内信件
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用NAT实现上交所双向卫星地面备份系统
（原文刊发于《中国证券信息技术》2001年第三期）
NAT介绍
NAT，也叫网络地址翻译（Network Address Translation），它的产生与Internet的发展密切相关，随着Internet的飞速发展，越来越多的商业转到了Internet上，越来越多的用户联入Internet。接入Internet、访问Internet成为当今信息业最为迫切的需求，然而这受到IP地址的许多限制。首先，许多局域网在联入Internet之前，就已经运行许多年了，局域网上有许多现成的资源和应用程序，但它们的IP地址分配不符合Internet国际标准，因而需要重新分配局域网的IP地址，这无疑是一件劳神费时的工作；其二，随着Internet的膨胀式发展，其可用IP地址的获取也变得越来越难。
解决这两个难题的方法就是引入NAT，它能在不改变局域网IP地址的同时，用比较少的合法IP地址接入Internet。NAT的基本原理是在局域网中使用内部地址，通过NAT把内部地址翻译成合法的IP地址，在Internet上使用。
NAT功能通常被集成到路由器、防火墙或者单独的NAT设备中，NAT有三种类型：静态NAT、NAT地址池、端口NAT（也叫PAT）。
静态NAT把内部网络中的主机地址永久映射成外部网络中的某个合法地址，NAT地址池在外部网络中定义一系列合法的地址池，采用动态分配的办法映射到内部网络，PAT把内部地址映射到外部网络的一个IP地址的不同端口上。根据不同的需要以及合法地址的数量，可以采用不同的NAT类型。
上交所双向卫星通信网介绍
上交所双向卫星通信网是配合上交所无形席位的交易方式而建立的，它采用TCP/IP协议，通过双向卫星联接各券商与交易所主机，实现券商证券买卖委托和即时成交回报的实时传输。
网络连接如图所示：（略）
IP地址分配
格式：NNN.PPP.SSS.HHH
其中：
NNN取值为211或215；
PPP为网段编号；
SSS为该网段中券商小站编号，券商小站为1-100，交易所主站为254；
HHH对路由器为254，工作站为1
对于某个小站，共有4个IP地址与之相关。举例如下：
PC网关机：211.3.88.1
本地路由器：211.3.88.254
远端路由器：211.3.254.254
网关主机：211.3.254.1
双向卫星地面备份系统的实现
正常情况下，券商端小站通过卫星链路和交易所主站进行通信，完成股民的实时交易。在某些特殊情况，如室外单元进水、中频电缆进水、中频电缆故障以及突发的干扰等影响下，使得卫星链路不能正常通信，此时券商只能使用传统的人工方式通过有形席位报盘实现备份，速度很慢且不方便。考虑到这些因素，上交所曾推出一套专用DDN地面通讯备份系统，使得用户通过手工切换线路或修改配置文件实现备份。然而由于长途DDN费用昂贵，且偶而使用，对于中小券商来说有点不切实际。事实上，这种备份方案最终没有被券商采纳，仅在一些交易中心或者集中报盘的大券商处使用。
本人对上交所无形席位程序及流程进行深入分析后，发现通过CISCO路由器及其提供的NAT功能，可以实现两个营业部之间报盘的互为备份。备份线路可以选择DDN或PSTN，显著降低了备份费用。备份效果和上交所推出的专用DDN地面通讯备份系统完全一致，而且切换线路时完全自动，不需要手工操作。
备份系统网络连接如图所示：（略）
假设甲乙两个营业部都通过卫星链路和交易所主站进行通信，甲乙两营业部原则上不在同一网段，即两者IP地址的PPP字段不同。
与小站甲相关的4个IP地址为：
PC网关机：211.3.88.1
本地路由器：211.3.88.254
远端路由器：211.3.254.254
网关主机：211.3.254.1
与小站乙相关的4个IP地址为：
PC网关机：211.4.88.1
本地路由器：211.4.88.254
远端路由器：211.4.254.254
网关主机：211.4.254.1
由IP地址分配机制可知，虽然每个小站只占用一个地址，但其实这个小站可用的地址范围为一个C类地址，除去本地路由器外，尚有254-2=252个地址可用。我们可以给图中的CISCO路由器分配一个地址：HHH=8，这样，甲端的CISCO路由器地址为：211.3.88.8，乙端的CISCO
路由器地址为：211.4.88.8。
如前文所述，NAT是Internet发展的产物，但并不是说，NAT只能用于Internet环境下，在本文中，我们就是通过NAT来实现甲乙两个营业部的互为备份。NAT有三种实现方法，分别是：静态NAT、NAT地址池、PAT。由于本例中小站方具有充足的合法地址，因而可以用任何一种方式来实现NAT。为简单起见，本文采用PAT来实现之。双方CISCO路由器NAT相关配置分别如下：
甲：
interface Ethernet0
ip address 211.3.88.8 255.255.255.0
ip nat outside
interface Serial0
ip unnumbered Ethernet0
ip nat inside
ip nat translation tcp-timeout 300
ip nat inside source list 1 interface Ethernet0 overload
ip route 211.3.254.0 255.255.255.0 211.3.88.254
ip route 211.4.88.0 255.255.255.0 SER0
ip route 211.4.254.0 255.255.255.0 SER0
access-list 1 permit 211.4.88.0 0.0.0.255
乙：
interface Ethernet0
ip address 211.4.88.8 255.255.255.0
ip nat outside
interface Serial0
ip unnumbered Ethernet0
ip nat inside
ip nat translation tcp-timeout 300
ip nat inside source list 1 interface Ethernet0 overload
ip route 211.4.254.0 255.255.255.0 211.4.88.254
ip route 211.3.88.0 255.255.255.0 SER0
ip route 211.3.254.0 255.255.255.0 SER0
access-list 1 permit 211.3.88.0 0.0.0.255
在这个配置中，甲乙之间的备份线路采用了DDN，考虑费用问题也可选用ISDN或PSTN。
如上图所示，在使用NAT实现备份时，为使卫星链路和地面备份链路实现自动切换，首先要严格按图示要求连接网络，此外还需要一次性修改甲乙两端PC网关机上的配置文件protocol.ini，将PC网关机的默认路由从本地路由器改为CISCO路由器，对应于两者分别为，甲：211.3.88.254à211.3.88.8，乙：211.4.88.254à211.4.88.8。
正常情况下，甲通过卫星线路访问甲对应的交易所网关主机211.3.254.1报盘，具体路径为：211.3.88.1à211.3.88.8à211.3.88.254à211.3.254.254à211.3.254.1。一旦卫星线路发生故障，甲通过地面备份线路访问乙对应的交易所网关主机211.4.254.1报盘，具体路径为：211.3.88.1à211.3.88.8à211.4.88.8à211.4.88.254à211.4.254.254à211.4.254.1，根据NAT原理，乙对应的交易所网关主机211.4.254.1会认为甲端PC网关机的地址为211.4.88.8，而非本来的211.3.88.1。由于网关主机的IP地址是作为命令行参数输入的，发生故障时，只需用另一方对应的网关主机IP地址作为命令行参数重新运行报盘命令即可；线路恢复也很方便，用己方对应的网关主机IP地址作为命令行参数再次运行报盘命令。除此之外，所有操作包括线路切换都是自动执行的，不必修改任何文件。同样，一旦乙方卫星线路发生故障，也可通过甲方卫星实现备份。
前面提到，甲乙两营业部原则上不应在同一网段，即两者IP地址的PPP字段不同。如果两者位于同一网段，也就是说两者对应的网关主机实际上是同一个主机。从CISCO路由器的配置可知，这时它们不能自动切换线路实现备份，除非发生故障时手工修改故障端CISCO路由器中的静态路由，显然很不方便。
此外，考虑到甲乙两营业部使用同一颗卫星，倘若卫星本身发生故障，这时两者都无法连通交易所网关主机，也就无法实现备份。所以在有条件的情况下，实现互为备份的两者，一方采用卫星线路，另一方采用DDN线路，就完全可以达到上交所推出的专用DDN地面通讯备份系统的效果。
后记
1、 本文中采用的CISCO路由器为CISCO 2501，也可采用其他型号的CISCO路由器，但因为要利用它的NAT功能，对路由器的IOS软件版本有一定的要求。如要实现PAT，版本至少为11.3，而静态NAT和NAT地址池对版本的要求则更高。
2、 上交所后来又推出一套地面拨号备份系统，在卫星链路发生故障时，小站可以由地面拨号备份系统通过PSTN直接拨号到卫星主站继续保持通信，它的原理是在OSI的链路层进行备份，优点是与应用无关，切换过程全自动，无需人为参与。但它也有一个弱点，即当券商小站的室内单元发生故障时就变得无能为力。而本文介绍的备份系统，是在OSI的网络层进行备份，能够备份包括室内单元在内的所有卫星链路故障。
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