IP網(wǎng)絡(luò)故障的排查思路和措施

  在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理中，IP地址沖突是常見的問題之一，作為網(wǎng)絡(luò)管理員，掌握IP網(wǎng)絡(luò)故障管理技能是基本要求，IP地址處于網(wǎng)絡(luò)管理層的傳輸層，一般物理光纖的故障將引起路由協(xié)議的收斂，下面看詳細(xì)解析。

IP網(wǎng)絡(luò)故障管理難表現(xiàn)為兩點：第一，告警數(shù)量多，甚至是泛濫，每天告警工單數(shù)量很多，但一些告警定位后，又不需要作任何恢復(fù)動作，維護(hù)人員不堪重負(fù)。第二，故障發(fā)生卻無任何告警，只能摸索排查，定位耗時長，非常依賴人的經(jīng)驗。這兩種現(xiàn)象給故障管理工作帶來非常大的困擾，本文將深入診斷其發(fā)生的根源，并給出相應(yīng)的治理辦法。

溯源

故障告警多

告警數(shù)量多的根源與IP網(wǎng)絡(luò)兩個特點相關(guān)，第一個特點是網(wǎng)絡(luò)層次多，例如一個VLL(Virtual Leased Line)業(yè)務(wù)在IP網(wǎng)絡(luò)上承載，要經(jīng)過物理層、鏈路層、路由協(xié)議、MPLS、VLL等多層次處理，若某條物理光纖發(fā)生中斷，那么物理層、鏈路層、IP傳輸層、VLL管道層將全部受到影響，這些層次也將全部發(fā)送TRAP。第二個特點是協(xié)議關(guān)聯(lián)多，一般物理光纖的故障將引起路由協(xié)議的收斂，再引起MPLS LDP等協(xié)議的變化，這個過程中必然要發(fā)送大量的TRAP。

無告警

無告警的問題相對復(fù)雜。我們先回顧一下故障的定義，故障是產(chǎn)品或產(chǎn)品的一部分不能或?qū)⒉荒芡瓿深A(yù)期功能的事件或狀態(tài)，簡單地說，就是現(xiàn)狀不符合預(yù)期。反之，如果沒有“預(yù)期”，則不會有“故障”。實際上，正是IP網(wǎng)絡(luò)上的預(yù)期無法清晰定義，才導(dǎo)致了“無告警”現(xiàn)象的發(fā)生。我們從控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面的原理出發(fā)，追溯無告警發(fā)生的根源。

控制平面決定源到目的地的業(yè)務(wù)路徑。在傳統(tǒng)的電路網(wǎng)絡(luò)上，管理員靜態(tài)指定主備路徑，每個業(yè)務(wù)的下一跳非主即備，預(yù)期非常清晰。而在IP網(wǎng)絡(luò)上，路由協(xié)議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實際情況選擇最優(yōu)路徑，單個路由器只知下一跳，并不掌握業(yè)務(wù)路徑。因此，當(dāng)鏈路中斷產(chǎn)生路由收斂或者路徑計算錯誤，導(dǎo)致路徑發(fā)生變化時，路由器無法告警業(yè)務(wù)路徑切換。

有這樣一個網(wǎng)上問題：NGN語音業(yè)務(wù)中斷40多分鐘而IP承載網(wǎng)無任何告警，排查中發(fā)現(xiàn)是LSP路徑計算錯誤，其結(jié)果與ISIS路徑不一致而導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。在這個案例里，建立LSP的協(xié)議并不掌握路徑預(yù)期，因此無法發(fā)現(xiàn)LSP路徑計算錯誤，也就無法發(fā)出告警通知路徑錯誤。

在轉(zhuǎn)發(fā)平面上，IP網(wǎng)絡(luò)不是同步網(wǎng)絡(luò)，其轉(zhuǎn)發(fā)機制無法定義預(yù)期，比如，業(yè)務(wù)報文要經(jīng)過路由器A、B順序轉(zhuǎn)發(fā)，但是B完全不知道A是否有報文會送到，有報文送到是正常，沒有也是正常，因此當(dāng)A路由器故障無法轉(zhuǎn)發(fā)報文時，B無法告警。

此類故障最常見的情況是路由器間的光纖劣化，光纖上發(fā)生了丟包，但路由器上無告警。對于這類故障的排查需要花費大量的時間，需要按照承載網(wǎng)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，逐個路由器、逐條鏈路去排查，最終才能發(fā)現(xiàn)是光纖故障導(dǎo)致丟包。

理清IP網(wǎng)絡(luò)故障管理難的根源后，排障的思路和措施就比較明確了，下文將給出對告警多和無告警故障的解決之道。

排障

突出根源告警

前文提到，告警數(shù)量多的根源在于層次多、關(guān)聯(lián)多，底層故障衍生出大量高層告警。如果我們能夠突出根源告警，忽略或者抑制衍生告警，就不需要針對無效告警派單處理，從而減少工作量。

從網(wǎng)上問題庫中統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，IP網(wǎng)絡(luò)的故障根源大部分來自于硬件、鏈路的劣化。尤其是網(wǎng)絡(luò)中的鏈路，如光纖、微波等，容易受到環(huán)境影響，從而導(dǎo)致接口閃斷。接口反復(fù)UP/DOWN，將引發(fā)大量接口的告警，同時又引起IGP協(xié)議收斂，引發(fā)IGP反復(fù)告警，進(jìn)而引發(fā)LSP的反復(fù)告警。即鏈路的告警將衍生出大量的協(xié)議告警。

針對以上情況，本文提出兩種告警優(yōu)化的思路：第一，在告警監(jiān)控中，將告警歸類為環(huán)境、硬件、軟件、接口、鏈路管道、協(xié)議和業(yè)務(wù)等幾個類別，環(huán)境、硬件類告警的處理優(yōu)先級大于協(xié)議、業(yè)務(wù)類告警。高級別告警處理恢復(fù)后，其衍生的低級別協(xié)議告警會自動恢復(fù)。這種方法簡單實用，可短期見效。第二，建設(shè)告警相關(guān)性系統(tǒng)，按協(xié)議、業(yè)務(wù)運行關(guān)系定義告警的衍生關(guān)系。在告警監(jiān)控系統(tǒng)上，將衍生告警掛接在根源告警上顯示，管理員直接處理根源告警，這種方法可以比較完善地解決告警多的問題，但建設(shè)困難且周期較長。

解決“無告警故障”的關(guān)鍵在于預(yù)期和現(xiàn)狀的對比，我們?nèi)詮目刂破矫婧娃D(zhuǎn)發(fā)平面分別闡述。

路徑預(yù)期和檢測

盡管IP的控制平面采用了動態(tài)協(xié)議，但其運行的基礎(chǔ)仍然是物理鏈路和SPF(Shortest Path First)算法，鏈路規(guī)劃越簡單，路徑預(yù)期就越清晰。如在大部分的中小型城域網(wǎng)設(shè)計中，網(wǎng)絡(luò)層次少，層次之間采用主備雙鏈路進(jìn)行保護(hù)，路徑非主即備。對于這種網(wǎng)絡(luò)，只要維護(hù)好網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，就可以滿足故障處理的需要。

對于大型、復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，管理員通過物理鏈路的分布，已無法快速識別業(yè)務(wù)路徑。在這種情況下，需要采用仿真計算的方式，將網(wǎng)絡(luò)上的配置、拓?fù)涞燃械椒抡孳浖?，計算出業(yè)務(wù)的預(yù)期路徑。

預(yù)期建立之后，采用OSS軟件定期獲取路徑的現(xiàn)狀并與預(yù)期對比的方式，若不一致即發(fā)送告警，并提示管理員發(fā)生了IP網(wǎng)絡(luò)故障。中小型、簡單網(wǎng)絡(luò)可以采用TraceRt獲取路徑。大型、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)一般都會存在ECMP(Equal-Cost MultiPath等價多路徑)，此類情況一般可以綜合TraceRt、轉(zhuǎn)發(fā)表查詢等方式來詳細(xì)判斷業(yè)務(wù)流的路徑。另一種方式是通過分析IGP的泛洪報文，掌握路徑建立的詳細(xì)過程，根據(jù)路由算法和配置來掌握轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

轉(zhuǎn)發(fā)預(yù)期和檢測

在轉(zhuǎn)發(fā)平面上，預(yù)期的建立和檢測非常密切，按照實現(xiàn)方式的不同，可以分為三種情況：非業(yè)務(wù)隨路檢測、業(yè)務(wù)隨路檢測和業(yè)務(wù)分析。

第一種是非業(yè)務(wù)隨路檢測。簡單地說，就是自行定義預(yù)期，在網(wǎng)絡(luò)上注入OAM檢測報文。由于接收方已預(yù)先掌握了檢測報文的大小、時間間隔等特征，當(dāng)收到的報文不符合自行定義的預(yù)期特征時，即是發(fā)生IP網(wǎng)絡(luò)故障。

這種方式的優(yōu)點是容易獲取和實施，網(wǎng)絡(luò)各層面均有OAM檢測協(xié)議可以使用，如BFD、EthOAM、ICMP Ping、MPLS OAM等，缺點是OAM檢測報文特征與業(yè)務(wù)流量特征不完全一致，可能會出現(xiàn)檢測未發(fā)現(xiàn)問題，但實際業(yè)務(wù)卻發(fā)生了問題的情況。

第二種方式是業(yè)務(wù)隨路檢測，直接對業(yè)務(wù)流進(jìn)行度量，典型代表是ITU-T Y.1731標(biāo)準(zhǔn)中定義的丟包統(tǒng)計功能，其原理簡單地說就是“包守恒”，體現(xiàn)在以下的公式：

接收報文數(shù)量＝發(fā)送報文數(shù)量

具體實現(xiàn)上，發(fā)送方和接受方都對業(yè)務(wù)流進(jìn)行計數(shù)統(tǒng)計，發(fā)送方定時將計數(shù)發(fā)送到接收方，由接收方進(jìn)行核對，核對出錯即是IP網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生。

第三種是業(yè)務(wù)分析。這種方式度量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并和預(yù)定義的標(biāo)準(zhǔn)閾值進(jìn)行對比，如針對IPTV業(yè)務(wù)，采用專用硬件掛接在設(shè)備端口上，直接度量網(wǎng)絡(luò)上IPTV流量的vMOS值等業(yè)務(wù)指標(biāo)。這種方式需要采用DPI等方式，對實際業(yè)務(wù)報文進(jìn)行采樣統(tǒng)計或深度解析，按照業(yè)務(wù)已經(jīng)定義的預(yù)期，分析其是否出現(xiàn)問題。該方式的優(yōu)點是真實，缺點是設(shè)備部署和維護(hù)的成本高。

這三種方式不是非此即彼的關(guān)系，需要根據(jù)業(yè)務(wù)SLA目標(biāo)，綜合采購、維護(hù)成本等因素進(jìn)行考慮和選擇。

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