我們接著《網(wǎng)絡(luò)體檢技術(shù)大揭秘》的上篇聊。在上篇中我們介紹了網(wǎng)絡(luò)體檢的必要性，并提前和大家劇透了下我們將從OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型或TCP/IP模型的二三層分別和大家一起認(rèn)識一些標(biāo)準(zhǔn)的、主流的網(wǎng)絡(luò)體檢手段，接著給大家展示了一種名曰EFM的二層體檢手段。

記憶力好的同學(xué)應(yīng)該能猜到我們今天要講點(diǎn)啥，因?yàn)槲覀冊谏掀杏靡粋€(gè)表格給大家展示了兩種二層體檢手段的異同。沒錯，上篇的EFM應(yīng)用范圍屬于鏈路級，所以也比較簡單。

今天打算和大家一起認(rèn)識的這位大兄弟能耐比EFM高，它的應(yīng)用范圍屬于網(wǎng)絡(luò)級的，也就是所整個(gè)二層網(wǎng)絡(luò)(不管有多大，只要是二層的就行)它都能搞定。NB的人物必須配備NB的接待規(guī)格，NB的技術(shù)我們就單設(shè)個(gè)中篇來描述，也算是一種對NB技術(shù)的致敬吧~

2. CFD技術(shù)

(1) 概念介紹

· MD

MD(Maintenance Domain，維護(hù)域)是指連通錯誤檢測所覆蓋的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)絡(luò)的一部分，它以"MD名稱"來標(biāo)識。

為了準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，在MD中引入了級別(層次)的概念。MD共分為八級，用整數(shù)0～7來表示，數(shù)字越大級別越高，MD的范圍也就越大。不同MD之間可以相鄰或嵌套，但不能交叉，且嵌套時(shí)只能由高級別MD向低級別MD嵌套，即低級別MD必須包含在高級別MD內(nèi)部。低級別MD的CFD PDU進(jìn)入高級別MD后會被丟棄;高級別MD的CFD PDU則可以穿越低級別MD;相同級別的MD的CFD PDU不可以互相穿越。

圖4 MD嵌套示意圖

在實(shí)際應(yīng)用中，要對MD進(jìn)行合理規(guī)劃：如圖4所示，有MD_A和MD_B兩個(gè)MD，MD_B嵌套在MD_A中，要在MD_A中進(jìn)行連通性檢測，就要求MD_A的CFD PDU能夠穿越MD_B，因此需要將MD_A的級別配置得比MD_B高。這樣，MD_A的CFD PDU就可以穿越MD_B，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)MD_A的連通性故障管理，而MD_B的CFD PDU則不會擴(kuò)散到MD_A中。

· MA

MA(Maintenance Association，維護(hù)集)是MD的一部分，一個(gè)MD可劃分為一個(gè)或多個(gè)MA。MA以"MD名稱+MA名稱"來標(biāo)識。

一個(gè)MA服務(wù)于一個(gè)VLAN，MA中的MP所發(fā)送的報(bào)文都帶有該VLAN的標(biāo)簽，同時(shí)MA中的MP可以接收由本MA中其它MP發(fā)來的報(bào)文。

· MP

MP(Maintenance Point，維護(hù)點(diǎn))配置在接口上，屬于某個(gè)MA，可分為MEP(Maintenance association End Point，維護(hù)端點(diǎn))和MIP(Maintenance association Intermediate Point，維護(hù)中間點(diǎn))兩種。

· MEP

MEP確定了MA的邊界，它以"MEP ID"來標(biāo)識。

MEP所屬的MA確定了該MEP發(fā)出的報(bào)文所屬的VLAN;MEP的級別等于其所屬M(fèi)D的級別，MEP發(fā)出的報(bào)文的級別等于該MEP的級別。MEP的級別決定了其所能處理的報(bào)文的級別：當(dāng)MEP收到高于自己級別的報(bào)文時(shí)不會進(jìn)行處理，而是將其按原有路徑轉(zhuǎn)發(fā);而當(dāng)MEP收到小于等于自己級別的報(bào)文時(shí)才會進(jìn)行處理。需要注意的是，本段是針對同一VLAN內(nèi)的報(bào)文處理方式進(jìn)行描述，不同VLAN內(nèi)的報(bào)文之間是相互隔離的，不會相互影響。

MEP具有方向性，分為內(nèi)向MEP和外向MEP兩種：

• 內(nèi)向MEP通過除其所在的接口以外的所有接口向外發(fā)送CFD PDU，即在其所屬M(fèi)A所服務(wù)的VLAN中進(jìn)行廣播。
• 外向MEP則直接通過其所在的接口向外發(fā)送CFD PDU。

· MIP

MIP位于MA的內(nèi)部，不能主動發(fā)出CFD PDU，但可以處理和響應(yīng)CFD PDU。MIP可以配合MEP完成類似于ping和tracert的功能。當(dāng)MIP收到不等于自己級別的報(bào)文時(shí)不會進(jìn)行處理，而是將其按原有路徑轉(zhuǎn)發(fā);只有當(dāng)MIP收到等于自己級別的報(bào)文時(shí)才會進(jìn)行處理。

圖5 CFD的分級配置

圖5所示為CFD的一種分級配置方式，圖中共有0、2、3、5四個(gè)級別的MD，標(biāo)識號較大的MD的級別高、控制范圍廣;標(biāo)識號較小的MD的級別低、控制范圍小。在Device A～Device F的各接口上配置了MP，譬如Device B的接口Ethernet1/1上配置有：級別為5的MIP、級別為3的內(nèi)向MEP、級別為2的內(nèi)向MEP和級別為0的外向MEP。

(2) 協(xié)議報(bào)文

CFD的協(xié)議報(bào)文被稱為CFD PDU。不同的CFD PDU具有相同的報(bào)文頭，通過頭部的類型字段來區(qū)分報(bào)文類型。

圖6 CFD PDU報(bào)文格式示意圖

圖6所示為CFD PDU的報(bào)文格式和常見的CFD PDU，CFD PDU中重要字段的含義如表4所示。

表4 CFD PDU重要字段含義

表5和表6對常見CFD PDU的類型、目標(biāo)MAC地址、用途等給大家做了個(gè)直觀的展示。

表5 常見的CFD PDU表6 組播地址中x和y的取值

表6 組播地址中x和y的取值

(3) 連續(xù)性檢測功能

MEP之間的連通失敗可能由設(shè)備故障或配置錯誤造成，連續(xù)性檢測(Continuity Check，CC)功能就是用來檢測MEP之間的連通狀態(tài)。該功能的實(shí)現(xiàn)方式是：由MEP周期性地發(fā)送CCM PDU，相同MA的其它MEP接收該報(bào)文，并由此獲知遠(yuǎn)端狀態(tài)。若MEP在3.5個(gè)CCM PDU發(fā)送周期內(nèi)未收到遠(yuǎn)端MEP發(fā)來的CCM PDU，則認(rèn)為鏈路有問題，會輸出日志報(bào)告。當(dāng)MD中的多個(gè)MEP在發(fā)送CCM PDU時(shí)，就實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)到多點(diǎn)之間的鏈路檢測。

CCM PDU中時(shí)間間隔域(Interval域)的值、CCM PDU的發(fā)送間隔和遠(yuǎn)端MEP的超時(shí)時(shí)間這三者之間的關(guān)系如表7所示。 

(4) 環(huán)回測試功能

環(huán)回測試(Loopback，LB)功能類似于IP層的ping功能，用于驗(yàn)證源MEP與目標(biāo)MP之間的連接狀態(tài)。該功能的實(shí)現(xiàn)方式是：由源MEP發(fā)送LBM PDU給目標(biāo)MP，并根據(jù)能否收到對端反饋的LBR PDU來檢驗(yàn)鏈路狀態(tài)。

圖7 環(huán)回測試示意圖

如圖7所示，在Device A與Device C之間進(jìn)行環(huán)回測試的過程如下：

• Device A向Device C發(fā)送LBM PDU，其中攜帶有該報(bào)文的發(fā)送時(shí)間;
• Device C收到該報(bào)文后，回復(fù)LBR PDU給Device A，其中攜帶有LBM PDU的發(fā)送和接收時(shí)間，以及LBR PDU的發(fā)送時(shí)間。

在超時(shí)時(shí)間內(nèi)，如果Device A收到了Device C回應(yīng)的LBR PDU，則可以根據(jù)其中攜帶的時(shí)間信息算出Device A到Device C的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延;否則，便認(rèn)為Device A到Device C不可達(dá)。此外，通過連續(xù)發(fā)送多個(gè)LBM PDU并觀察LBR PDU的返回情況，還可以了解網(wǎng)絡(luò)的丟包情況。

(5) 鏈路跟蹤功能

鏈路跟蹤(Linktrace，LT)功能類似于IP層的tracert功能，用于確定源MEP到目標(biāo)MEP的路徑，其實(shí)現(xiàn)方式是：由源MEP發(fā)送LTM PDU給目標(biāo)MEP，目標(biāo)MEP及LTM PDU所經(jīng)過的MIP收到該報(bào)文后，會發(fā)送LTR PDU給源MEP，源MEP則根據(jù)收到的LTR PDU來確定到目標(biāo)MEP的路徑。

圖8 鏈路跟蹤示意圖

如圖8所示，在Device A與Device C之間進(jìn)行鏈路跟蹤的過程如下：

• Device A向Device C發(fā)送LTM PDU，其中攜帶有TTL值和目標(biāo)MEP的MAC地址;
• Device B收到該報(bào)文后，先將其TTL值減1，再繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)給Device C，并回復(fù)LTR PDU給Device A，其中也攜帶有TTL值(等于Device A發(fā)送來的LTM PDU中的TTL值減1);
• Device C收到該報(bào)文后，回復(fù)LTR PDU給Device A，其中也攜帶有TTL值(等于Device B轉(zhuǎn)發(fā)來的LTM PDU中的TTL值再減1)。由于根據(jù)LTM PDU中攜帶的目標(biāo)MEP的MAC地址，Device C可以判斷出自己就是目標(biāo)MEP，因此不會再轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文。

如果Device A到Device C之間的路徑有故障，則故障點(diǎn)下游的設(shè)備將無法收到LTM PDU，也不會回復(fù)LTR PDU，據(jù)此可判定故障點(diǎn)的位置。例如，若Device A能收到Device B回復(fù)的LTR PDU，但收不到Device C回復(fù)的LTR PDU，就可以判定Device B和Device C之間的路徑有故障。

(6) 告警抑制功能

告警抑制功能是ITU-T Y.1731基于CFD定義的擴(kuò)展功能，用來減少M(fèi)EP故障告警的數(shù)量。如果MEP在3.5個(gè)CCM PDU發(fā)送周期內(nèi)未收到遠(yuǎn)端MEP發(fā)來的CCM PDU，便立刻開始周期性地發(fā)送AIS(Alarm Indication Signal，告警指示信號) PDU，該報(bào)文的發(fā)送方向與CCM PDU相反。其它MEP在收到AIS PDU后，會抑制本端的故障告警，并繼續(xù)發(fā)送AIS PDU。此后，如果MEP收到了CCM PDU，便停止發(fā)送AIS PDU并恢復(fù)故障告警。

圖9 告警抑制示意圖

如圖9所示，告警抑制的觸發(fā)過程如下：

• 當(dāng)Device B和Device C之間的鏈路出現(xiàn)故障，Device B和Device C之間的連續(xù)性檢測失敗，向用戶發(fā)出故障告警信息;
• 檢測到故障后，Device B向Device A發(fā)送AIS PDU，而Device C則向Device D發(fā)送AIS PDU;
• Device A和Device D收到AIS PDU后，都進(jìn)入告警抑制狀態(tài)。此后，如果Device A和Device D之間的連續(xù)性檢測失敗，將不再向用戶發(fā)出故障告警信息。

AIS PDU的缺省發(fā)送周期為1秒，由于告警抑制功能可以配置很多發(fā)送VLAN，而報(bào)文發(fā)送數(shù)量過多將對設(shè)備CPU造成負(fù)擔(dān)，因此在這種情況下可將AIS PDU的發(fā)送周期調(diào)整為1分鐘，從而減少報(bào)文發(fā)送數(shù)量。

(7) 單向丟包測試功能

單向丟包測試(Loss Measurement，LM)功能用來檢測MEP之間的單向丟包情況，其實(shí)現(xiàn)方式是：由源MEP發(fā)送LMM(Loss Measurement Message，丟包測試報(bào)文) PDU給目標(biāo)MEP，目標(biāo)MEP收到該報(bào)文后，會發(fā)送LMR(Loss Measurement Reply，丟包測試應(yīng)答) PDU給源MEP，源MEP則根據(jù)兩個(gè)連續(xù)的LMR PDU來計(jì)算源MEP和目標(biāo)MEP間的丟包數(shù)，即源MEP從收到第二個(gè)LMR PDU開始，根據(jù)本LMR PDU和前一個(gè)LMR PDU的統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)來計(jì)算源MEP和目標(biāo)MEP間的丟包數(shù)。

源MEP發(fā)送LMM PDU時(shí)會填充當(dāng)前接口的發(fā)包統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)TxFCf，目標(biāo)MEP收到該報(bào)文后，會獲取當(dāng)前接口的收發(fā)包統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)，并向源MEP回應(yīng)。LMR PDU中攜帶以下統(tǒng)計(jì)值：

• TxFCf：從收到的最后一個(gè)LMM PDU中的TxFCf字段復(fù)制而來。
• RxFCf：收到最后一個(gè)LMM PDU時(shí)，當(dāng)前接口的收包統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。
• TxFCb：發(fā)送LMR PDU時(shí)，當(dāng)前接口的發(fā)包統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。

源MEP收到LMR PDU后(至少需要兩次報(bào)文交互過程)，進(jìn)行丟包統(tǒng)計(jì)的計(jì)算公式如下：

• 遠(yuǎn)端丟包數(shù)=|TxFCb[tc] – TxFCb[tp]| – |RxFCb[tc] – RxFCb[tp]|
• 本端丟包數(shù)=|TxFCf[tc] – TxFCf[tp]| – |RxFCl[tc] – RxFCl[tp]|

其中，tc表示前一次收發(fā)的測試報(bào)文，tp表示當(dāng)前一次收發(fā)的報(bào)文。

圖10 單向丟包測試示意圖

如圖10所示，Device A與Device B之間的單向丟包測試過程如下：

• Device A以100毫秒為間隔向Device B發(fā)送指定數(shù)量(缺省為5個(gè))的LMM PDU，報(bào)文中填充有發(fā)送接口的發(fā)包統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)TxFCf。
• Device B收到LMM PDU時(shí)，先獲取當(dāng)前接口的收包統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)RxFCf，并在向Device A回應(yīng)LMR PDU時(shí)獲取當(dāng)前接口的發(fā)包統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)TxFCb。LMR PDU中會同時(shí)填充有TxFCf、RxFCf和TxFCb。后向Device A回應(yīng)DMR PDU，其中填充有TxTimef、RxTimef和TxTimeb
• Device A收到LMR PDU時(shí)，先獲取當(dāng)前接口的收包統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)RxFCl。從收到第二個(gè)LMR PDU開始，Device A就按前面的公式分別計(jì)算遠(yuǎn)端和本端的丟包數(shù)，并記錄本次交互的計(jì)算結(jié)果。在本次測試完成后再進(jìn)行平均的測試統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

單向丟包測試結(jié)果的準(zhǔn)確度依賴于發(fā)送LMM PDU和LMR PDU，以及接收LMM PDU時(shí)，獲取硬件統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)的及時(shí)性和和準(zhǔn)確性。一般需要硬件支持直接向報(bào)文中填充報(bào)文的收發(fā)統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)。

(8) 幀時(shí)延測試功能

幀時(shí)延測試(Delay Measurement，DM)功能用來檢測MEP之間報(bào)文傳輸?shù)臅r(shí)延情況，分為單向時(shí)延測試和雙向時(shí)延測試兩種：

a. 單向時(shí)延測試

單向時(shí)延測試功能的實(shí)現(xiàn)方式是：源MEP發(fā)送1DM(One-way Delay Measurement，單向時(shí)延測試) PDU給目標(biāo)MEP，該報(bào)文中攜帶有其發(fā)送時(shí)間。目標(biāo)MEP收到該報(bào)文后記錄其接收時(shí)間，并結(jié)合其發(fā)送時(shí)間來計(jì)算并記錄鏈路傳輸?shù)臅r(shí)延和抖動(即時(shí)延變化值)。

1DM PDU中的TxTimeStampf字段填充源MEP的發(fā)送時(shí)間TxTimef，RxTimeStampf字段填充目標(biāo)MEP的接收時(shí)間RxTimef。源MEP會以100毫秒為間隔發(fā)送指定數(shù)量(缺省為5個(gè))的1DM PDU。目標(biāo)MEP收到該報(bào)文后，計(jì)算RxTimef與TxTimef的差值即為此次測試的時(shí)延。時(shí)延抖動則是本次測出的時(shí)延與已測出的最小時(shí)延的差值。單向時(shí)延測試要求測試設(shè)備之間已完成時(shí)鐘同步，否則測試出的時(shí)延有較大誤差，而只能進(jìn)行時(shí)延抖動測試。

b. 雙向時(shí)延測試

雙向時(shí)延是用于測量報(bào)文從本端發(fā)送到接收的一次往返過程中，報(bào)文在鏈路上的消耗時(shí)間。測試是從源MEP向目的MEP發(fā)送測試請求報(bào)文，然后在接收到目的MEP的應(yīng)答報(bào)文后，根據(jù)應(yīng)答報(bào)文的接收時(shí)間和測試請求的發(fā)送時(shí)間的差值計(jì)算雙向報(bào)文時(shí)延。

DMM PDU中的TxTimeStampf字段填充源MEP的發(fā)送時(shí)間TxTimef，目標(biāo)MEP收到此報(bào)文后直接將其中的TxTimef填充到DMR PDU中，并在DMR PDU中填充上DMM PDU的接收時(shí)間RxTimef和DMR PDU的發(fā)送時(shí)間TxTimeb。

源MEP在收到DMR PDU后，需要獲取到DMR PDU的接收時(shí)間RxTimeb。如果報(bào)文中填充了DMM PDU的接收時(shí)間和DMR PDU的發(fā)送時(shí)間，則可根據(jù)以下公式計(jì)算出報(bào)文往返消耗在鏈路上的雙向時(shí)延：雙向鏈路時(shí)延= (RxTimeb – TxTimef) – (TxTimeb – RxTimef);否則，只能計(jì)算出雙向報(bào)文時(shí)延= RxTimeb – TxTimef。

如圖11所示，Device A與Device B之間的雙向時(shí)延測試過程如下：

• Device A以100毫秒為間隔向Device B發(fā)送指定數(shù)量(缺省為5個(gè))的DMM PDU，報(bào)文中填充有發(fā)送時(shí)間TxTimef。
• Device B收到DMM PDU后向Device A回應(yīng)DMR PDU，其中填充有TxTimef、RxTimef和TxTimeb。
• Device A收到DMR PDU后，計(jì)算出本此交互的雙向鏈路時(shí)延。從收到第二個(gè)DMR PDU開始，還要計(jì)算出雙向時(shí)延抖動和平均雙向時(shí)延。

(9) 比特錯誤測試功能

比特錯誤測試功能用來測試MEP之間的報(bào)文比特錯誤。由源MEP發(fā)送指定數(shù)量的TST(Test，比特錯誤測試) PDU給目標(biāo)MEP(每個(gè)TST PDU都攜帶不同的遞增序號)，該報(bào)文中攜帶有偽隨機(jī)序列或全0值。目標(biāo)MEP收到該報(bào)文后，根據(jù)其中指定的測試模式和測試比特內(nèi)容進(jìn)行計(jì)算和比較，從而確定報(bào)文是否有比特錯誤。測試的比特長度為32位，有以下幾種測試模式：

• 全0比特不帶校驗(yàn)和
• 全0比特帶校驗(yàn)和
• 偽隨機(jī)比特帶校驗(yàn)和
• 偽隨機(jī)比特不帶校驗(yàn)和