李 軍（西安翻譯學(xué)院，西安，710105）

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數(shù)據(jù)包探測(cè)法在解決網(wǎng)絡(luò)故障中的應(yīng)用

李 軍
（西安翻譯學(xué)院，西安，710105）

摘要：網(wǎng)絡(luò)故障排查是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程。本文分析了網(wǎng)絡(luò)故障排查的特點(diǎn)和常用方法，提出了以網(wǎng)絡(luò)探測(cè)數(shù)據(jù)包發(fā)送和確認(rèn)為基礎(chǔ)的通信鏈路檢查方法。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)鏈路；故障排查

0 引言

網(wǎng)絡(luò)是由若干條通信鏈路組成的，通信鏈路是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基礎(chǔ)，其傳輸質(zhì)量是數(shù)據(jù)能否正確傳輸?shù)年P(guān)鍵。一般的網(wǎng)絡(luò)中心對(duì)外有多個(gè)通信鏈路，包括內(nèi)部到各個(gè)外部節(jié)點(diǎn)。在實(shí)際通信過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)由于網(wǎng)絡(luò)故障，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能正常進(jìn)行收發(fā)的情況。

1 通信鏈路及故障檢查常用方法

典型的通信鏈路可以描述如圖1所示。從圖中可以看出，通信鏈路上的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)一般有：①內(nèi)部主機(jī)；②核心交換機(jī)；③通信交換機(jī)；④通信路由器；⑤對(duì)方路由器；⑥對(duì)方交換機(jī)；⑦對(duì)方主機(jī)。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)鏈路發(fā)生故障時(shí)，最直接的處理方法就是人工對(duì)通信線路和網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行配置檢查。人工檢查能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備配置上的錯(cuò)誤，但在某些情況下，難以直觀的從設(shè)備配置上看出故障發(fā)生的原因，即各個(gè)通信節(jié)點(diǎn)配置檢查都正確，但整條鏈路就是不通。而且，由于一個(gè)通信鏈路上的節(jié)點(diǎn)由不同的單位分管，設(shè)備配置檢查往往由各單位自行完成，難免會(huì)出現(xiàn)檢查人員水平參差不齊、對(duì)鏈路配置理解不一致和掌握不準(zhǔn)確的情況，從而導(dǎo)致檢查結(jié)果不夠客觀。

圖1 典型的通信鏈路

在鏈路檢查過(guò)程中，還可以使用PING命令發(fā)送ICMP數(shù)據(jù)包來(lái)驗(yàn)證鏈路的通斷性，對(duì)于有多個(gè)中間通信節(jié)點(diǎn)的鏈路來(lái)說(shuō)，PING命令和TRACEROUTE命令結(jié)合，可以檢查出到哪個(gè)中間節(jié)點(diǎn)鏈路停止響應(yīng)。這種方法具有使用方便的優(yōu)點(diǎn)。但在某些情況下卻不太適用，主要有以下幾種情況：

（1）在中間通信節(jié)點(diǎn)較多的情況下，為了安全，路由設(shè)置不指向所有的中間節(jié)點(diǎn)，僅指向鏈路兩端的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。如在圖1中，節(jié)點(diǎn)④通信路由器配置指向節(jié)點(diǎn)⑦對(duì)方主機(jī)的路由，并不配置指向節(jié)點(diǎn)⑥對(duì)方交換機(jī)的路由。而PING數(shù)據(jù)包是需要通過(guò)返回應(yīng)答包來(lái)確認(rèn)鏈路正確的，由于中間節(jié)點(diǎn)路由配置的特點(diǎn)，往往對(duì)于中間節(jié)點(diǎn)的ICMP數(shù)據(jù)包無(wú)法收到應(yīng)答信息，導(dǎo)致檢查過(guò)程難以進(jìn)行，不能準(zhǔn)確判斷是哪個(gè)中間節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了問(wèn)題導(dǎo)致路由不通。

（2）對(duì)于某些有特殊安全要求的方向，設(shè)置了網(wǎng)絡(luò)加密機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加解密，網(wǎng)絡(luò)加密機(jī)對(duì)于大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行了屏蔽和加密，必須在網(wǎng)絡(luò)中成對(duì)使用。在這種情況下，PING命令往往只能在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)保密機(jī)的兩端進(jìn)行測(cè)試，不能跨過(guò)一個(gè)保密機(jī)到達(dá)鏈路的中間節(jié)點(diǎn)。導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)故障節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確定位。

（3）由于PING命令發(fā)出的ICMP數(shù)據(jù)包協(xié)議類型不同于實(shí)際收發(fā)的組播或點(diǎn)播格式數(shù)據(jù)，因此僅能夠測(cè)試路由鏈路，不能夠測(cè)試組播鏈路的正確性。

2 數(shù)據(jù)包探測(cè)原理及實(shí)現(xiàn)

2.1 基本過(guò)程

數(shù)據(jù)包探測(cè)的基本過(guò)程如圖2所示，該方法需要在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)選擇一臺(tái)能夠與對(duì)方主機(jī)進(jìn)行路由連接的計(jì)算機(jī)作為探測(cè)主機(jī)。主要分為以下步驟：

2.1.1 從內(nèi)網(wǎng)探測(cè)主機(jī)向?qū)Ψ街鳈C(jī)發(fā)送探測(cè)數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包的發(fā)送采用軟件自動(dòng)設(shè)定參數(shù)進(jìn)行，根據(jù)需要可以采用以下兩種方式：

（1）點(diǎn)播。該方式主要是為了驗(yàn)證從內(nèi)網(wǎng)探測(cè)主機(jī)到對(duì)方主機(jī)的路由正確性。在采用點(diǎn)播方式發(fā)送時(shí)，目標(biāo)地址為對(duì)方主機(jī)的IP地址。

（2）組播。該方式主要是為了驗(yàn)證路由及組播協(xié)議配置的正確性。在采用組播方式發(fā)送時(shí)，組播地址和端口號(hào)為內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)向該外部單位實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)的地址和端口。

2.1.2 如果對(duì)方主機(jī)接收到內(nèi)網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，說(shuō)明該方向鏈路通信正常，結(jié)束探測(cè)過(guò)程。如果對(duì)方主機(jī)沒(méi)有接收到內(nèi)網(wǎng)發(fā)送的數(shù)據(jù)，則說(shuō)明該方向鏈路存在問(wèn)題，進(jìn)行下一步的檢測(cè)。

2.2 中間節(jié)點(diǎn)故障定位

在數(shù)據(jù)鏈路的各個(gè)中間節(jié)點(diǎn)上，檢查數(shù)據(jù)包的命令為：show interfaces *。其中 * 表示在該通信節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的端口名稱。該命令輸出的結(jié)果信息如圖3所示，圖中加粗字體部分表示5分鐘內(nèi)輸入輸出該接口的數(shù)據(jù)量，分別以平均位計(jì)數(shù)和平均包計(jì)數(shù)進(jìn)行顯示。因?yàn)榘l(fā)送的探測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)量單位是包，所以僅關(guān)心平均包計(jì)數(shù)的變化。

以每秒發(fā)送50個(gè)數(shù)據(jù)包為例，假設(shè)原來(lái)該端口5分鐘內(nèi)平均輸入速率分別為每秒0個(gè)、1個(gè)、5個(gè)、10個(gè)數(shù)據(jù)包，且均勻分布，則從開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)起，端口的輸入變化和時(shí)間關(guān)系如表1所示。由表中可以看出，當(dāng)開(kāi)始發(fā)送探測(cè)數(shù)據(jù)包后，導(dǎo)致端口速率發(fā)生穩(wěn)定變化，發(fā)送5分鐘后，端口速率達(dá)到穩(wěn)定值。如果端口的輸入速率符合此規(guī)律，則說(shuō)明發(fā)送的探測(cè)數(shù)據(jù)包已經(jīng)到達(dá)該端口，該端口之前的各個(gè)節(jié)點(diǎn)配置和線路沒(méi)有問(wèn)題。

表1：端口包速率變化

2.3 數(shù)據(jù)發(fā)送軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)發(fā)送軟件設(shè)計(jì)為能夠同時(shí)向多個(gè)組播和UDP地址發(fā)送數(shù)據(jù)，也能夠接收任意源和指定源組播。在發(fā)送時(shí)，可以根據(jù)需要設(shè)置每次發(fā)送數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度、個(gè)數(shù)以及兩次數(shù)據(jù)發(fā)送之間的間隔，并能夠進(jìn)行發(fā)送包、接收包統(tǒng)計(jì)。該軟件不僅能夠用于發(fā)送探測(cè)數(shù)據(jù)包，還可以用于通信鏈路的兩端計(jì)算機(jī)上，接收任意組播的數(shù)據(jù)，達(dá)到獨(dú)立檢測(cè)和驗(yàn)證鏈路正確性的目的。

（2）包計(jì)數(shù)。為了在通信鏈路兩端能夠確認(rèn)數(shù)據(jù)包的唯一性，在每個(gè)發(fā)送的數(shù)據(jù)包上加入了包序號(hào)，以此來(lái)判斷是否為本軟件發(fā)送出的包，并且能夠在發(fā)生丟包的時(shí)候準(zhǔn)確定位其在發(fā)送序列中的位置，為進(jìn)一步的故障排除提供了詳細(xì)依據(jù)。簡(jiǎn)化的發(fā)送端實(shí)現(xiàn)代碼如圖5所示。

3 運(yùn)行效果

數(shù)據(jù)包探測(cè)法在處理網(wǎng)絡(luò)鏈路故障時(shí)得到了很好的應(yīng)用。不僅能夠?qū)?wèn)題準(zhǔn)確定位，而且效率較高，使用該方法，經(jīng)常只用幾分鐘就可以解決人工花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)甚至一天多的問(wèn)題。

4 結(jié)論

本文提出的方法能夠滿足日常網(wǎng)絡(luò)故障定位和問(wèn)題解決的需要，該方法有以下特點(diǎn)：

（1）思路明確，針對(duì)性強(qiáng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)鏈路故障特點(diǎn)有很好的適應(yīng)性。

（2）軟件界面可操作性好，工作穩(wěn)定。

（3）檢測(cè)結(jié)論明確，具有足夠的說(shuō)服力。

參考文獻(xiàn)

［1］田萌.一種探測(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男路椒捌湓谙蛄烤W(wǎng)的應(yīng)用［D］.北京交通大學(xué)，2014.

［2］何子昂.10kV架空線故障定位系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)［D］.華南理工大學(xué)，2012.

Application of data packet detection method in solving network fault

Li Jun
（Xi`an FanYi University，Xi`an，710105）

Abstract：Network fault investigation is a very complex process.This paper analyzes the characteristics and common methods of network fault detection， and puts forward a communication link checking method based on network detection packet transmission and confirmation.

Keywords：network link；failure investigation

基金項(xiàng)目：電子商務(wù)專業(yè)綜合改革試點(diǎn)

作者簡(jiǎn)介

性別：男，出生：1977年7月，籍貫：陜西西安，職稱：工程師，西安翻譯學(xué)院電子工程系教師，研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。