CN100459528C - 通信网络中Qos检测的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信网络中Qos检测的方法，该方法根据配置的Qos参数，定时在IP网络主备接口或主接口上自动发送Ping请求报文，并接收Ping应答报文，然后对Ping应答报文进行Qos各指标参数的计算，判断分析网络是否发生故障以及Qos各指标参数是否超过门限；若网络出现故障或者Qos各指标参数超过要求的门限，则对主备接口进行主备倒换，对非主备接口进行告警，同时对路径上的每一个路由节点进行自动检测，以定位故障点和引起Qos下降的设备或线路。本发明通过自动检测IP承载网的QOS质量，及时进行主备网的倒换保证业务的正常进行；并自动检测和定位故障点和引起Qos下降的设备或线路，提醒用户修复。

Description

通信网络中Qos检测的方法

技术领域

本发明涉及一种通信网络中Qos检测的方法，特别涉及IP承载网领域中路由器、三层交换机或者所有能出IP接口的NGN(下一代网络)设备之间通讯的Qos检测的方法，属于数据通讯领域。

背景技术

在数据通讯领域中，Qos指服务质量(Quality Of Service)，一般用丢包率、抖动、延迟、误码、乱序等指标衡量IP网络的质量。Qos一般是由传输路径上的设备和链路决定，路由设备的拥塞可能会造成丢包、延迟、抖动(不拥塞也会有延迟和抖动)；同一个会话在多个路径上同时传输可能会引起乱序；传输链路因干扰、信号衰减等原因会产生误码和丢包。

传统数据通讯领域，设备之间都是网状连接，IP包从一个设备到达另外一个设备有多个可达路径，设备之间通过IP路由决定IP包在那一个链路上被转发到那一个路由器，除非这个路由方向的链路或者路由器故障，才会引起路由重新收敛，选择其它的路由方向转发报文，否则即使这个路由方向上的Qos很差(如有大量丢包和误码)，也不会重新路由收敛选择其它的IP路由。

在电信领域，特别是在NGN(下一代网络)领域，语音业务对IP网络的服务质量要求很高(一般认为丢包率＝1％，网络抖动＝20ms，时延＝100ms的情况是较差网络环境)，如果出现IP网络较严重丢包、延迟或者抖动，会严重影响通话质量。目前的数据通讯网络都是采用Diff-Serv、MPLS-VPN、VLAN等技术保证网络的Qos，但只能做到在已有资源基础上做Qos保证，对链路质量衰减、拥塞等问题不能有效解决。

特别是对主备组网的情况，如图1所示的以太网组网：

一般情况主以太网接口故障时，若备以太网接口正常，则倒换到备接口。但若备接口没有中断，而线路有严重信号衰减时，若没有及时检测修复，业务倒换到备链路上，因为Qos差，也严重影响业务，类似的需要检测Qos的情况很多；因此需要一种Qos的自动检测和定位方法，以便及时发现网络质量问题，并且能定位出是在哪一段链路或者哪一个路由器上出现了服务质量下降，可以采取措施整改。

现有的数据通讯网络一般是通过Ping和TraceRt(路由跟踪)两种方法来检测和定位故障。用户通过Ping方法可以检测两个IP地址之间是否能连通；在不能连通时，通过TraceRt方法定位是那个路由器上出现故障。

Ping和TraceRt方法在一般的路由器、三层以太网交换机上都提供，是基于标准RFC0792定义的ICMP协议实现的。一般使用方法是用户在发现了某个网络不通时，先用Ping检测，再用TraceRt定位故障。

但现有技术存在如下缺点：

(1)现有的技术只是对网络的通断给出了检测和定位方法，但对服务质量不好的问题不能检测和定位；

(2)检测需要依赖于用户手工操作，不能自动检测和定位。因IP网络流量突发性较多，可能出现大量故障再去定位时，网络质量又恢复正常。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提出一种通信网络中Qos检测的方法，通过此方法可以自动检测任意两个IP地址间通讯路径的连通性和Qos质量，在通讯路径出现故障或者Qos较差时，可以自动定位故障点，并能自动通过主备倒换等方法保证业务正常进行，或通过告警通知用户修复故障。

本发明的目的是这样实现的：

一种通信网络中Qos检测的方法，具体包括以下步骤：根据预先配置的Qos参数，定时在IP网络接口上发送规定数量的Ping请求报文，并接收相应的Ping应答报文；其中，所述预先配置的Qos参数包括源接口或IP地址、目的IP地址、检测发送报文的个数、Ping请求报文的等待响应时长、每次检测时间间隔和Qos门限参数；根据接收的Ping应答报文的情况，进行Qos参数检测；如果所述Qos参数到达规定的Qos的门限参数，则进行主备接口倒换和/或非主备告警；否则重复上述的步骤，直到所述规定数量的Ping请求报文发送完毕。

为了在检测Qos参数的基础上，进一步对故障进行定位，本发明还进一步包括：对通信路径上的每一个路由节点进行自动检测，以定位故障点和引起Qos各指标参数超过门限的设备或线路，即：按Tracert命令的实现原理，依次发送IP头字段TTL＝1、2…的Ping报文，源目的地址和配置的Qos检测报文相同；再对每个TTL＝1的Ping报文，按Qos检测的方法发送多次，并按应答的报文统计丢包率、延时、抖动等参数，并记录每次检测结果；同时记录每个ICMP报文的IP地址；按上述的步骤依次进行TTL＝2，3…的检测，若丢包率＝100％，则停止检测，说明故障点已经找到；否则若收到Ping应答报文，则说明整个路径上的路由节点已经检测完毕，停止检测。

从以上可以看出，本发明提供的IP网络Qos的检测和定位方法，采用定期自动检测任意两IP地址间的故障和Qos的值，当网络出现故障或者Qos值超过门限参数，则主备倒换以保障业务不受影响，或非主备接口告警通知用户维护并且自动检测故障点，和自动检测从源IP地址到路径上各个三层数通设备的Qos，记录作为用户故障定位的依据；可以适用于常用的数通网络，对传输链路和路由器等设备没有特别要求。

通信网络中对Qos要求较高，通过自动检测IP承载网的Qos质量，以便及时通过主备倒换保护业务的正常进行和提醒用户修复；同时自动检测在Qos质量降低是那个时刻、由那个节点或者那个链路引发的，以供用户精确定位问题。

以下通过具体的实施例和附图对本发明进行详细的说明。

附图说明

图1为以太网组网中包含主备组网的结构示意图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为本发明的路由节点示意图。

具体实施方式

本发明的方法适合于一般的IP网络，特别适用于NGN网络，对传输链路和路由器等设备没有特别要求。参见图1，对出主备接口的组网，要求主备接口各配置一个IP地址，使用不同的MAC地址，网络设备正常运行后，主备接口分别自动运行此Qos检测方法，并可以把检测结果作为主备倒换的依据。

NGN承载网Qos检测和定位的方法具体包括以下步骤：首先配置Qos检测必须指定的参数和可选指定的参数，定时在IP网络主备接口或非主备接口上自动定时发送Ping请求报文，并对接收的Ping应答报文进行检测，然后将检测到的Ping应答报文进行Qos各指标参数的计算，并判断分析网络是否发生故障以及Qos各指标参数是否超过门限；若网络出现故障或者Qos各指标参数超过要求的门限，则对主备接口进行主备倒换，对非主备接口进行告警，同时对路径上的每一个路由节点进行自动检测，以定位故障点和引起Qos下降的设备或线路。

对以太网接口也可以使用ARP协议报文检测两个三层设备之间的链路Qos参数；对POS接口也可以用PPP的Echo报文、PPP的LCP协商报文检测两个三层设备之间的链路的Qos。

实施例1

请参阅图2，故障和Qos检测过程开始之前，用户需要配置自动检测故障和Qos值时需要用到的参数，要求配置的参数如下：Qos检测必须配置的参数包括主备接口各自的源接口或者IP地址、目的IP地址、每次检测发送报文的个数、每个Ping报文的等待响应时长、每次检测时间间隔和Qos的门限参数；可选指定的参数为标准Ping命令的可选参数；

Qos的门限参数包括丢包百分比的门限参数，延迟平均时长的门限参数和抖动平均时长的门限参数。

设备正常运行后，对网络的检测是定时启动的，并且每次检测的时间也是确定的，根据配置的参数，由每次检测发送报文的个数决定本次测试的过程长度，由每次检测时间间隔决定两次测试之间的时间间隔，设定的每个Ping报文的等待响应时长用于判定能否收到Ping报文的应答，如果在设定的每个Ping报文的等待响应时长内没有收到Ping报文的应答，则认为丢包，定时在IP网络接口上自动定时发送Ping请求报文并对接收的Ping应答报文进行检测的步骤具体包括以下的步骤：

步骤1：判断每次检测时间间隔是否到时，若到时，执行步骤2，否则等待；

步骤2：在主备接口上发送Ping报文(Ping报文的格式遵从RFC0792要求)，并记录发送的时间，判断在每个Ping报文等待响应时长内是否收到应答报文，若没有，则累加丢包个数，否则执行步骤3；

步骤3：接收在每个Ping报文等待响应时长内收到应答报文，检测应答报文的内容是否正确，包括MAC层、IP协议层、ICMP协议层的内容，若不正确，则累加丢包个数，否则执行步骤4；

步骤4：根据应答报文接收到的时间得到判断收发报文的时间差的时延参数和判断两次收发报文的时延的差的抖动参数，累加时延总和参数和抖动时长总和参数；

步骤5：判断已发送的Ping请求报文的个数是否大于配置要求的每次检测发送报文的个数，若不是，然后执行步骤2，否则，执行步骤1。

检测完成后，将上述步骤中所检测到的Ping应答报文进行Qos各指标参数的计算，各参数计算公式如下：

丢包百分比＝丢包个数/总检测包个数；

平均时延＝时延总和/总的正确应答包个数；

平均抖动时长＝抖动时长总和/总的正确应答包个数。

系统对测试结果(如：丢包百分比、平均时延和平均抖动时长)进行记录，并且分别与Qos的门限参数(包括丢包百分比的门限参数、延迟平均时长的门限参数和抖动平均时长的门限参数)进行比较，判断分析网络是否发生故障以及Qos各指标参数是否超过门限；若网络出现故障或者Qos各指标参数超过要求的门限，则对主备接口进行主备倒换，主备接口发生故障或者Qos各指标参数超过门限包括：检测的丢包的百分比大于用户配置的丢包和错包的百分比；检测的延迟和抖动的平均时长大于用户配置的延迟和抖动的平均时长。

对主备接口进行主备倒换，对非主备接口进行告警，具体包括如下步骤：

步骤11：在系统中记录检测结果，以便用户随时查询；

步骤12：若主备接口或非主备接口发生故障或者Qos各指标参数中的任意参数超过门限参数，则要进行业务倒换或者告警。

步骤13：若是主备接口的主接口故障或者Qos各指标参数超过门限，则当备接口没有故障，而且Qos满足要求，则进行主备倒换，把主接口的业务倒换到备接口，业务恢复正常；

步骤14：对其它非主备或者非主备接口的主接口故障或者Qos各指标参数超过门限，告警并记录接口状态。

从上述过程，我们可以看到以下两点：

(1)利用Ping报文定期自动检测任意两IP地址间的故障和Qos，统计出丢包率、误码率、平均延时、平均抖动等Qos参数。

(2)当故障或者Qos超过门限参数，则主备倒换以保障业务不受影响，告警通知用户维护。

在发生故障或者Qos超过门限参数后，必须检测在Qos质量降低的时刻，是由那个节点或者那个链路引发的，以供用户精确定位问题。

请参阅图3，图3为路由节点示意图，本发明能自动检测各路由节点上的故障节点，从源IP地址到路径上各个三层数通设备的Qos，作为用户故障定位的依据，对路径上的每一个路由节点进行自动检测，以定位故障点和引起Qos各指标参数超过门限的设备或线路步骤具体包括：

步骤31：按Tracert命令的实现原理，从接入设备上发送源地址IP1、目的地址IP2、TTL＝1的IP报文，路由器R1接收到此IP报文，把TTL值减1，若TTL值等于0，则丢弃报文，向源地址IP1发送ICMP报文，原因值是IP报文生命周期失效；若TTL大于0，则查找路由，把报文发送给路由器R2；依次发送IP头字段TTL＝1、2…的Ping报文，源目的地址和配置的Qos检测报文相同；

步骤32：对每个TTL＝1的Ping报文，多次发送TTL＝1的报文即按Qos检测的方法发送多次，并按应答的报文统计丢包率、错包率、延时、抖动等参数，并记录每次检测结果；同时记录每个ICMP(Internet控制管理协议)报文的IP地址。

步骤33：依次TTL值加1，检测到R2、R3的Qos，即按步骤32的方法依次进行TTL＝2，3…的检测，若丢包率＝100％，则停止检测，说明故障点已经找到；当TTL大于n+1时，在路由器Rn上接收到此报文，会转发给目的地址IP2所在的接入设备，这时才会响应正确的Ping应答报文即收到Ping应答报文，则说明整个路径上的路由节点已经检测完毕，停止检测。

应答报文有两种：Ping应答报文，或者路由跳数超过最大值的ICMP报文。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的范围当中。

Claims (10)

1、一种通信网络中Qos检测的方法，其特征在于，包括：

步骤1：根据预先配置的Qos参数，定时在IP网络接口上发送规定数量的Ping请求报文，并接收相应的Ping应答报文；其中，所述预先配置的Qos参数包括源接口或IP地址、目的IP地址、检测发送报文的个数、Ping请求报文的等待响应时长、每次检测时间间隔和Qos门限参数；

步骤2：根据接收的Ping应答报文的情况，进行Qos参数检测；

步骤3：如果所述Qos参数到达规定的Qos的门限参数，则进行主备接口倒换和/或非主备告警；否则执行步骤1，直到所述规定数量的Ping请求报文发送完毕。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述Qos的门限参数包括丢包百分比的门限参数、延迟平均时长的门限参数和抖动平均时长的门限参数。

3、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤201：如果在Ping请求报文的等待响应时长内，未能收到所述Ping应答报文，则累计丢包个数；并根据如下公式计算丢包百分比：

丢包百分比＝丢包个数/检测发送报文的个数；

步骤202：执行步骤3。

4、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤2包括：

步骤211：如果在Ping请求报文的等待响应时长内，收到所述Ping应答报文，则进一步检测所述Ping应答报文的内容是否正确；

步骤212：如果正确，则执行步骤214；如果不正确，则累计误码包个数；并根据如下公式计算误码百分比：

误码百分比＝误码包个数/检测发送报文的个数；

步骤213：执行步骤215；

步骤214：累计总的正确应答包个数、时延总和以及抖动时长总和；并根据如下公式计算平均时延和平均抖动时长：

平均时延＝时延总和/总的正确应答包个数；

平均抖动时长＝抖动时长总和/总的正确应答包个数；

步骤215：执行步骤3。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤211中所述检测所述Ping应答报文的内容是否正确具体包括：对在每个所述Ping请求报文等待响应时长内收到的所述Ping应答报文MAC层、IP协议层、ICMP协议层内容的正确性进行检测。

6、根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的步骤3之后还进一步包括：对通信路径上的每一个路由节点进行自动检测，以定位故障点和引起Qos各指标参数超过门限的设备或线路的步骤，具体包括：

步骤41：按Tracert命令的实现原理，依次发送IP头字段TTL＝1、2...的Ping报文，源目的地址和配置的Qos检测报文相同；

步骤42：对每个TTL＝1的Ping报文，按Qos检测的方法发送多次，并按应答的报文统计丢包率、延时、抖动等参数，并记录每次检测结果；同时记录每个ICMP报文的IP地址；

步骤43：按以上方法依次进行TTL＝2，3...的检测，若丢包率＝100％，则停止检测，说明故障点已经找到；否则若收到Ping应答报文，则说明整个路径上的路由节点已经检测完毕，停止检测。

7、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述Qos参数还包括标准Ping命令的可选参数。

8、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述进行主备接口倒换包括：如果主备接口的主接口故障或者Qos参数超过门限参数，且当备接口没有故障，并且备接口Qos参数未超过门限参数则将主接口的业务倒换到备接口；

所述的主备接口故障为：所述丢包百分比大于或等于丢包百分比的门限参数；所述的Qos参数超过门限参数为：所述平均时延和/或平均抖动时长大于或等于所述延迟平均时长的门限参数和/或抖动平均时长的门限参数。

9、根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述进行非主备告警包括：如果非主备接口发生故障或者Qos各指标参数超过门限，进行告警并记录相应接口的状态信息；

所述的非主备接口故障为：所述丢包百分比大于或等于丢包百分比的门限参数；所述的Qos参数超过门限参数为：所述平均时延和/或平均抖动时长大于或等于所述延迟平均时长的门限参数和/或抖动平均时长的门限参数。

10、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述进行非主备告警包括：在进行非主备告警时，还将所述的Qos检测的结果进行记录。

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