摘要：隨著SRv6技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中扮演著越來(lái)越重要的角色，對(duì)SRv6的有效運(yùn)維顯得尤為重要。本文先介紹了網(wǎng)絡(luò)性能檢測(cè)技術(shù)分類，對(duì)比了傳統(tǒng)性能檢測(cè)工具Ping/Tracert和SRv6場(chǎng)景中用到的SRv6 SIDPing&Tracert等工具，都可以作為鏈路連通性檢測(cè)和故障定位的重要手段，然后重點(diǎn)介紹了In-bandOAM檢測(cè)技術(shù)的概念和實(shí)現(xiàn)原理，該技術(shù)能夠提供逐跳或者端到端的時(shí)延、丟包、抖動(dòng)等實(shí)時(shí)檢測(cè)能力，可快速感知到網(wǎng)絡(luò)故障，并精準(zhǔn)定位和排障，是未來(lái)5G承載網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的重要手段。

關(guān)鍵詞：SRv6技術(shù);5G;In-Band OAM性能;檢測(cè)

引言

隨著5G技術(shù)和云業(yè)務(wù)的發(fā)展，通信已經(jīng)從人與人之間的連接拓展到了人與物，以及物與物之間的海量連接，以及高可靠低時(shí)延通信的需求。隨著各種網(wǎng)絡(luò)功能更加靈活，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)也變得更加復(fù)雜，對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)提出了更多差異化服務(wù)的需求，為保障高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)精細(xì)感知，因此對(duì)承載網(wǎng)性能檢測(cè)技術(shù)提出了巨大挑戰(zhàn)。技術(shù)上需要有更有效的故障定位手段，提升運(yùn)維效率。

1網(wǎng)絡(luò)性能檢測(cè)技術(shù)

根據(jù)RFC 7799的分類，網(wǎng)絡(luò)性能檢測(cè)技術(shù)可分為如下三類：

主動(dòng)測(cè)量：通過(guò)構(gòu)造專用檢測(cè)報(bào)文，來(lái)測(cè)量時(shí)延，丟包等性能數(shù)據(jù)，從而間接獲得目標(biāo)業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，如Ping、tracert、TWAMP等均為主動(dòng)測(cè)量技術(shù)。由于測(cè)量的是特定的報(bào)文而不是真實(shí)業(yè)務(wù)流量，主動(dòng)測(cè)量的準(zhǔn)確度與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)存在一定偏差。主動(dòng)方式需要注入一些報(bào)文完成測(cè)量，會(huì)系統(tǒng)帶來(lái)了一定的額外開銷。

被動(dòng)測(cè)量：指直接對(duì)實(shí)際業(yè)務(wù)流量進(jìn)行測(cè)量的檢測(cè)技術(shù)，如鏡像和網(wǎng)流采樣等技術(shù)。被動(dòng)測(cè)量基于實(shí)際業(yè)務(wù)流，精度比較高，但難以保留每報(bào)文的精確數(shù)據(jù)。而且這種方式的開銷太大，對(duì)系統(tǒng)帶來(lái)很大的額外吞吐量，不適合規(guī)模部署。

混合測(cè)量：介于主動(dòng)測(cè)量和被動(dòng)測(cè)量之間，通過(guò)構(gòu)造少量輔助檢測(cè)報(bào)文，對(duì)實(shí)際業(yè)務(wù)流進(jìn)行測(cè)量，如Y.1731、CFM等。由于部分測(cè)量是基于實(shí)際業(yè)務(wù)流，其測(cè)量精度也較高。但由于要帶內(nèi)攜帶逐點(diǎn)采集信息，測(cè)量開銷也很大。

1.1傳統(tǒng)性能檢測(cè)技術(shù)

關(guān)于IP性能測(cè)量工具，大家比較熟悉的就是ping這種手段，通過(guò)ping命令查看IP所在的主機(jī)是否穩(wěn)定，相應(yīng)的其他工具還包括echo數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議和traceroute這幾個(gè)IP檢測(cè)的工具。這些傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性能檢測(cè)方法大多采用間接方式，通過(guò)構(gòu)造檢測(cè)報(bào)文來(lái)獲得端到端時(shí)延，丟包以及帶寬等網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量數(shù)據(jù)。但是間接模擬出來(lái)的測(cè)試報(bào)文并非真實(shí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，其次，這種檢測(cè)方式的信息采集周期為分鐘級(jí)，無(wú)法感知到網(wǎng)絡(luò)突發(fā)異常。另外，傳統(tǒng)檢測(cè)方法不支持逐跳檢測(cè)，難以快速定界故障。往往導(dǎo)致問(wèn)題定位周期長(zhǎng)。

5G網(wǎng)絡(luò)功能日趨靈活，各種垂直行業(yè)的應(yīng)用產(chǎn)了差異化的需求，對(duì)網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)檢測(cè)精度要求越來(lái)越高，依靠傳統(tǒng)的、人工為主的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用要求。自動(dòng)化、智能化的運(yùn)維手段成為必然。因此綜合看來(lái)，傳統(tǒng)性能檢測(cè)已不能支撐新業(yè)務(wù)承載的需求。

1.3 SRv6 SID Ping/Tracert

針對(duì)5G場(chǎng)景需要提供基于業(yè)務(wù)流級(jí)的網(wǎng)絡(luò)性能檢測(cè)方法。首先要具備高實(shí)時(shí)、高精度的檢測(cè)機(jī)制。同時(shí)，對(duì)于時(shí)延敏感類比如在線游戲，自動(dòng)駕駛等業(yè)務(wù)，性能監(jiān)測(cè)還需要提供全網(wǎng)逐跳和端到端的時(shí)延情況，能夠監(jiān)控到時(shí)延異常，并能針對(duì)異常路徑及時(shí)調(diào)整選路。對(duì)承載網(wǎng)外部故障，需要提供快速、精準(zhǔn)的檢測(cè)手段來(lái)支持問(wèn)題分析，對(duì)承載網(wǎng)內(nèi)部故障，需要提供快速排障定界手段，快速定位到故障點(diǎn)，對(duì)故障進(jìn)行隔離，修復(fù)。依靠全網(wǎng)實(shí)時(shí)性能檢測(cè)數(shù)據(jù)，構(gòu)建大數(shù)據(jù)智能運(yùn)維系統(tǒng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行提取感知、調(diào)整、優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化運(yùn)維。

在SRv6網(wǎng)絡(luò)中，目前主要鏈路檢測(cè)手段有SRv6SIDPing/Tracert等。如果SRv6轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)失敗，負(fù)責(zé)建立SRv6的控制平面將無(wú)法檢測(cè)到這種錯(cuò)誤，給網(wǎng)絡(luò)維護(hù)帶來(lái)困難。SRv6SIDPing/Tracert為用戶提供了發(fā)現(xiàn)這種錯(cuò)誤，并及時(shí)定位失效節(jié)點(diǎn)的機(jī)制。其中SRV6 Ping可用來(lái)檢查網(wǎng)絡(luò)連接及主機(jī)是否可達(dá)。SRv6 SIDTracert在檢查網(wǎng)絡(luò)連接是否可達(dá)的同時(shí)，還可以分析網(wǎng)絡(luò)在哪個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)生了故障。

1.4 In-bandOAM

In-bandOAM是一種混合測(cè)量技術(shù)，主要技術(shù)特點(diǎn)就是精度高，同時(shí)支持二層和三層混用場(chǎng)景，并且在報(bào)文亂序場(chǎng)景下也能保持高精度，由于它在帶內(nèi)只攜帶少量采集指令，無(wú)須攜帶采集信息，因此測(cè)量開銷也很小，具備傳統(tǒng)帶內(nèi)技術(shù)所不具備的優(yōu)勢(shì)。IOAM提供IP/IPv6業(yè)務(wù)流逐跳或者端到端的時(shí)延、丟包、抖動(dòng)等實(shí)時(shí)檢測(cè)能力，可快速感知到網(wǎng)絡(luò)故障，并精準(zhǔn)定位和排障，是未來(lái)5G承載網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的重要手段。

2 In-BandOAM原理介紹

In-BandOAM是利用正常轉(zhuǎn)發(fā)的業(yè)務(wù)流，插入指定的檢測(cè)控制信息，依次經(jīng)過(guò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和采集，最后上報(bào)給SDN控制器來(lái)集中計(jì)算和呈現(xiàn)，能夠精準(zhǔn)檢測(cè)每個(gè)業(yè)務(wù)流的時(shí)延和丟包等性能數(shù)據(jù)，做到快速故障定位。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)模型如圖1.

2.1 目標(biāo)業(yè)務(wù)流

目標(biāo)業(yè)務(wù)流是In-bandOAM的統(tǒng)計(jì)分析對(duì)象。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，通常需要在同一網(wǎng)絡(luò)的多個(gè)設(shè)備上針對(duì)多條目標(biāo)業(yè)務(wù)流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。業(yè)務(wù)流之間的不同特征可以通過(guò)以太網(wǎng)二層三元組三層五元組進(jìn)行區(qū)分，其中，二層信息包括MAC、VLAN、VLAN優(yōu)先級(jí)等，三層信息包括IP五元組，即源IP，目的IP，源端口，目的端口，協(xié)議端口號(hào)。為了方便對(duì)它們進(jìn)行區(qū)分統(tǒng)計(jì)，In-bandOAM使用測(cè)量對(duì)象標(biāo)識(shí)來(lái)唯一標(biāo)識(shí)一條目標(biāo)業(yè)務(wù)流。

目標(biāo)業(yè)務(wù)流的管理有分布式和集中控制兩種方式：

分布式控制：設(shè)備提供目標(biāo)業(yè)務(wù)流的特征篩選和控制功能，實(shí)際業(yè)務(wù)流中一旦存在匹配該特征的業(yè)務(wù)流時(shí)，設(shè)備即對(duì)該業(yè)務(wù)流分配測(cè)量對(duì)象標(biāo)識(shí)，并基于其進(jìn)行統(tǒng)計(jì);

集中控制：控制器提供目標(biāo)業(yè)務(wù)流的特征篩選和控制功能，設(shè)備只負(fù)責(zé)采集業(yè)務(wù)流信息上報(bào)控制器，和接受控制器的控制指令執(zhí)行動(dòng)作。基本流程是：設(shè)備采集上報(bào)的業(yè)務(wù)流信息中，一旦存在匹配控制器設(shè)置的篩選條件時(shí)，控制器把對(duì)該業(yè)務(wù)流分配測(cè)量對(duì)象標(biāo)識(shí)，并基于其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的指令下發(fā)給設(shè)備，設(shè)備執(zhí)行指令即可。

2.2 目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)

目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)是承載目標(biāo)業(yè)務(wù)流的網(wǎng)絡(luò)，目標(biāo)業(yè)務(wù)流會(huì)在進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在入口打上測(cè)量對(duì)象標(biāo)識(shí)，出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在出口上完成統(tǒng)計(jì)并剝離掉標(biāo)記。整個(gè)功能的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要包含網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和控制器的集合，主要包括：

首節(jié)點(diǎn)：目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的入口設(shè)備，根據(jù)配置的規(guī)則篩選目標(biāo)業(yè)務(wù)流，封裝In-BandOAM報(bào)文頭，對(duì)打上標(biāo)記的目標(biāo)業(yè)務(wù)流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后上報(bào)給控制器。

中間節(jié)點(diǎn)和尾節(jié)點(diǎn)：負(fù)責(zé)根據(jù)報(bào)文中是否包含In-BandOAM報(bào)文頭來(lái)確定目標(biāo)業(yè)務(wù)流，再根據(jù)報(bào)文頭攜帶的檢測(cè)類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并上報(bào)給控制器。其中尾節(jié)點(diǎn)還負(fù)責(zé)剝離目標(biāo)業(yè)務(wù)流的In-BandOAM報(bào)文頭。

控制器：負(fù)責(zé)提供目標(biāo)業(yè)務(wù)流的特征篩選和控制功能。當(dāng)收到設(shè)備采集上報(bào)的業(yè)務(wù)流信息中，一旦存在匹配特征篩選條件的業(yè)務(wù)流時(shí)，就為該業(yè)務(wù)流分配測(cè)量對(duì)象標(biāo)識(shí)，并基于其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的指令下發(fā)給設(shè)備，負(fù)責(zé)收集各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上送的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并完成數(shù)據(jù)的匯總和計(jì)算。

2.3 測(cè)量點(diǎn)

In-BandOAM通過(guò)不同的測(cè)量對(duì)象標(biāo)識(shí)來(lái)區(qū)分不同目標(biāo)業(yè)務(wù)流，一個(gè)測(cè)量對(duì)象標(biāo)識(shí)綁定一條目標(biāo)業(yè)務(wù)流，在設(shè)備上通過(guò)配置多個(gè)測(cè)量對(duì)象標(biāo)識(shí)，綁定多條目標(biāo)業(yè)務(wù)流，設(shè)備可按照不同的測(cè)量對(duì)象標(biāo)識(shí)，同時(shí)測(cè)量和統(tǒng)計(jì)多條目標(biāo)業(yè)務(wù)流的收發(fā)包計(jì)數(shù)和時(shí)間戳信息。

測(cè)量點(diǎn)是執(zhí)行In-BandOAM測(cè)量的端口，通過(guò)逐個(gè)測(cè)量點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)和上報(bào)數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)端到端和逐點(diǎn)統(tǒng)計(jì)功能，其中：端到端性能統(tǒng)計(jì)用于測(cè)量目標(biāo)業(yè)務(wù)流從首節(jié)點(diǎn)到尾節(jié)點(diǎn)之間的丟包和時(shí)延情況。逐點(diǎn)丟包統(tǒng)計(jì)場(chǎng)景用于測(cè)量目標(biāo)業(yè)務(wù)流在更小網(wǎng)絡(luò)單元內(nèi)的丟包和時(shí)延情況，它的應(yīng)用場(chǎng)合一般是在發(fā)現(xiàn)端到端之間存在丟包或者時(shí)延后才實(shí)施，用于進(jìn)一步定位故障所在的網(wǎng)元位置，

3 In-BandOAM工作過(guò)程

3.1 PTP時(shí)間同步

In-BandOAM的測(cè)量基礎(chǔ)是高精度的時(shí)間同步。首先所有參與In-BandOAM檢測(cè)的設(shè)備先完成PTP時(shí)間同步，確保每臺(tái)設(shè)備都能夠基于同一個(gè)測(cè)量周期進(jìn)行報(bào)文統(tǒng)計(jì)和上報(bào)。如果時(shí)間不同步，會(huì)使得控制器無(wú)法對(duì)齊測(cè)量區(qū)間，導(dǎo)致無(wú)法整體呈現(xiàn)測(cè)量結(jié)果。

3.2 丟包測(cè)量機(jī)制

In-BandOAM的丟包測(cè)量機(jī)制如下：同一條目標(biāo)業(yè)務(wù)流，每個(gè)周期內(nèi)從首節(jié)點(diǎn)進(jìn)入的報(bào)文總數(shù)應(yīng)等于尾節(jié)點(diǎn)離開的報(bào)文總數(shù)，如果不相等，則說(shuō)明目標(biāo)業(yè)務(wù)流在目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)存在丟包情況。逐點(diǎn)測(cè)量場(chǎng)景下，每個(gè)周期內(nèi)任意測(cè)量點(diǎn)的報(bào)文總數(shù)應(yīng)相等。如果不相等，說(shuō)明目標(biāo)業(yè)務(wù)流在此兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間傳輸時(shí)存在丟包情況。

為確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，In-BandOAM會(huì)對(duì)相鄰周期的目標(biāo)業(yè)務(wù)報(bào)文的特定比特位進(jìn)行交替標(biāo)記，即L比特按周期交替設(shè)置為1和0，然后對(duì)L比特位1和0的報(bào)文進(jìn)行交替統(tǒng)計(jì)上報(bào)給控制器，控制器按每個(gè)周期計(jì)算丟包情況。報(bào)文格式見圖2。

3.3 時(shí)延測(cè)量機(jī)制

同一條目標(biāo)業(yè)務(wù)流，按周期記錄每個(gè)周期內(nèi)收到的第一個(gè)報(bào)文的時(shí)間戳，任意兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的時(shí)間戳差值即為目標(biāo)業(yè)務(wù)流在這兩個(gè)測(cè)量點(diǎn)之間的傳輸時(shí)延。同樣的，為確保測(cè)量的準(zhǔn)確性，In-BandOAM會(huì)對(duì)每個(gè)周期目標(biāo)業(yè)務(wù)流的第一個(gè)報(bào)文的特定比特位進(jìn)行標(biāo)記，即此報(bào)文的D比特設(shè)置為1，然后設(shè)備針對(duì)D比特為1的報(bào)文記錄時(shí)間戳上報(bào)給控制器，控制器按照每個(gè)周期計(jì)算時(shí)延情況。

3.4 Telemetry上報(bào)

In-BandOAM采集的性能數(shù)據(jù)通過(guò)Telemetry技術(shù)上報(bào)給控制器，Telemetry是一種遠(yuǎn)程從設(shè)備上高速采集數(shù)據(jù)的技術(shù)，通過(guò)push模式周期性主動(dòng)向控制器上報(bào)性能數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)的pull模式，提供了更實(shí)時(shí)更快速的數(shù)據(jù)采集功能。為網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的快速定位，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量?jī)?yōu)化調(diào)整提供了更重要的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4小結(jié)

基于SRv6網(wǎng)絡(luò)的In-BandOAM技術(shù)能夠提供微秒級(jí)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)業(yè)務(wù)感知的能力，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)用戶流時(shí)延和丟包，快速發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)智能路由發(fā)展，確保電信級(jí)業(yè)務(wù)可靠性，是未來(lái)5G承載網(wǎng)絡(luò)的重要運(yùn)維手段。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：孫成志（1983-），山東聊城人，現(xiàn)就職于中興通訊股份有限公司，負(fù)責(zé)高端路由器的商用測(cè)試和方案交付，系統(tǒng)測(cè)試工程師。研究方向：SegmentRouting，SRv6，網(wǎng)絡(luò)切片等新技術(shù)研究。