CN101001179A - 一种承载网检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种承载网检测方法，包括以下步骤：步骤1，设置承载网检测的参数，其中包括发包间隔、测试时长和/或上报周期；步骤2，测试的发送端构造发送报文，并按照所述步骤1中设定的所述发包间隔向测试的接收端连续、定时发送；步骤3，所述接收端接收到所述发送报文后，返回对应的响应报文；所述发送端接收该响应报文，并进行报文统计；以及步骤4，所述发送端整理所述测试时长内的报文统计结果，并对整理结果进行处理。通过使用本方法可以循环定时的反馈承载网的丢包率、延时等信息；并且还可以按照指定的目的地址逐级测试网络的可达性，并根据测试结果进行相应的告警和/或切换网口等操作。

Description

一种承载网检测方法

技术领域

本发明涉及数据通讯领域中承载网的检测，特别涉及针对网元设备间IP数据通讯故障排除以及承载网服务质量报告而采取的检测方法。

背景技术

网络设备，例如网关设备，利用本侧的IP(Internet Protoco1，网际协议)接口单板作为IP接入口，并通过IP承载网(Bearer Network)连接其它的远端网元设备，如SS(Soft Switch，软交换机)、IAD(Integrated AccessDevice，综合接入设备)或其它网关设备等。所有从网关设备侧出入的媒体报文和信令报文都通过该承载网发送到远端设备。对于各种网关设备，其服务质量(Quality of Service，QoS)一方面依赖于自身稳定性，另一方面也依赖于连接各网元设备的承载网的服务质量及其运行稳定性。网络设备自身提供了服务质量检测以及相关的服务统计工具，以保障设备自身的运行稳定生。而设备间不透明的承载网通常由多个厂商的设备连接构成，其可用性、稳定性以及各种数据报文的QoS性能反馈就成为数据网络侧的难点，因此提供这方面服务的工具或方法显得尤为必要。

传统的承载网检测方法主要通过ICMP ECHO(Internet Control MessageProtocol ECHO，因特网控制信息协议响应)方法、承载网设备间的路由Trace(跟踪)方法、外接收发包设备，例如SmartBits，并分析收发报文统计结果的方法等，对网关设备承载网进行检测，或由承载网本身进行故障定位。接下来，对这几种方法具体说明。

ICMP ECHO方法的原理，是直接向目的设备发送ICMP报文，如果在规定时间内未收到响应，则视为超时。不同的ICMP实现会在结果统计中报告例如ICMP报文响应延迟，丢包个数。此种方法的优点是具有通用性，但由于其通用性，使得很多网络层的设备，例如防火墙，会通过人为设置禁止转发或响应ICMP报文而造成网络不通的假相。另外，由于ICMP响应需要人为的干预，而又无法保存历史数据，因而不能反映承载网的QoS波动对数据传送的影响。

路由trace方法主要用于定位报文路由的方向，其原理是由源节点不断向外发送TTL(Time To Live，生命期)逐步增加的IP报文，同时根据路由中设备返回的ICMP超时信息确定路由中的每一个转发点。该方法通常用于路由交换设备之间连接不可达的情况，同样也需要人为干预，因此也不能保存承载网QoS波动的历史记录。该方法主要针对路由交换设备，而对于很多不支持ICMP端口不可达功能的终端设备，在trace发往的网元设备终端的特定端口不在服务端口中的情况下，终端通常不返回端口不可达的ICMP差错报文，使得无法判断路由trace过程的结束而只能等待整个过程超时。另外，该方法的UDP(User Datagram Protocol，用户数据包协议)端口通常不可设定。

另外，可以在承载网中各个不同的网元设备节点间直接接入辅助的专有测试仪器，通过截取大量的报文并对其进行分析、统计，专有设备能够通过较丰富的图形、表格反映QoS等指标。但是，人为的干预、接入点的选择以及外接设备对现有网络运行业务的未知影响，使得该方法的需慎重使用，因而不够方便。

此外还有一种方法，其目的旨在主动探测对端节点的活性，即链路的可用性，以在较短的时间内以较短的间隔发送多个请求报文，并在未收到响应的情况下，判断网络链路上出现的问题并做出相应的切换操作。该方法侧重问题的规避，而不能反映承载网在某个时间段内的服务质量。

因此，提出一种更为简单、高效、无需人为干预并且长时间稳定的承载网检测方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种无需人工干预、可灵活配置、不间断、并具有历史记录的承载网检测方法，以解决现有的承载网检测方法中的一个或多个不足，同时也可为在该承载网上运行的各种网元设备活性检测提供参考。

为了实现上述目的，本发明提出了一种承载网检测方法，包括以下步骤：步骤1，设置承载网检测的参数，其中包括发包间隔、测试时长和/或上报周期；步骤2，测试的发送端构造发送报文，并按照所述步骤1中设定的所述发包间隔向测试的接收端连续、定时发送；步骤3，所述接收端接收到所述发送报文后，返回对应的响应报文；所述发送端接收该响应报文，并进行报文统计；以及步骤4，所述测试时长到时后，所述发送端整理所述测试时长内的报文统计结果，并对整理结果进行处理。

在这里，所述发送端和所述接收端为分别与所述承载网相连的网络设备。

在这里，所述报文为用户数据包协议报文，其中包括报文序列号和/或相对时间值，以反映所述承载网的延时和/或抖动。

在所述步骤1中还包括对所设置的参数进行校验，如果校验成功，则执行所述步骤2；如果失败，则反馈失败原因和故障报告并结束此次检测，其中，所述校验包括，检查是否满足所述上报周期大于所述测试时长，且所述测试时长大于所述发包间隔。

在所述步骤2之前还包括，对所述发包间隔、所述测试时长和/或所述上报周期进行计时。

所述步骤3中还包括，当所述发送报文发送失败后，也进行所述报文统计。

在所述步骤4之前，当所述发包间隔到时后，对其重新进行计时，并且重复执行所述步骤2和所述步骤3，以获得多个所述报文统计的结果。

所述步骤4中还包括取消对所述发包间隔的计时。

所述步骤4进一步包括，在所述上报周期到时后，所述发送端上报通过整理得到的承载网服务质量信息，包括丢包率、平均时延和抖动。

所述步骤4中还包括，重新对所述发包间隔、所述测试时长和所述上报周期进行计时，并返回执行所述步骤2。

为实现上述目的，根据本发明的承载检测方法进一步包括直连测试方法，用于保证网关设备的运行可靠性，其中，所述发送端和所述接收端为彼此直接相连的网络设备，并且可以将上一级测试的所述接收端作为下一级测试的所述发送端，从而能够按照指定的目的地址逐级测试网络的可达性。

其中，所述报文为因特网控制信息协议报文。

另外，所述步骤4中进一步包括，所述发送端根据所述整理结果，判断是否生成告警信息和/或是否对网络接入模块进行切换。

通过本发明的方法，可以为承载网及其上连接的网络设备的问题检测、排查提供有效的手段。与传统的检测方法相比，本发明的方法可以提供主动测试机制，从而能够定时反馈相关数据。根据本发明的方法，还能够排查网络设备自身的问题，提供外部承载网络的QoS基本信息，以及不间断的反映测试开始后所有时间段的网络状况。另外，利用本发明的方法能够在承载网软中断的情况下，如交换设备端口关闭而不转发或者响应任何报文时，提供网关设备的检测告警以及保护机制。

下面结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为根据本发明的网关设备、承载网及其它网元设备间的连接示意图；

图2为根据本发明的网关设备之间以及网关设备与直连RF(RouteFunction，路由功能)模块之间的直连测试示意图；以及

图3为根据本发明的承载网检测的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，网关设备10通过RF模块12接入承载网100，从而通过承载网100与其他网元设备进行通讯；SS设备20直接与承载网100相连；而多个IP电话用户终端32通过IDA(Integrated Digital Access，综合数字接入)设备30接入承载网100。多个网关设备10之间、网关设备10与IP电话用户终端32之间均通过媒体流交互；而SS设备20通过承载网以信令方式控制各网元设备间的数据通讯，即，通过信令流交互。承载网内部对各网元设备的节点来说是不可见的。

由于承载网服务质量对通话数据转发的决定性影响，因此需要在各网元设备之间设置点到点的测试，如图2所示。该测试可存在于任意两节点之间，并且这两个节点可同时作为被测端；同时，每个节点可以同时处理多个来自其它节点的测试请求报文，并在处理后将响应返回。主动发起测试的节点按照预定的时间间隔构造特殊的UDP报文发送到目的端，并接收目的端返回的响应报文，请求报文载荷中存储有系统相对时间，响应报文无需改动请求报文载荷，用以统计报文的发送延时、抖动信息。发送端在指定的上报周期报告承载网络的平均时延、最大时延、丢包以及抖动等信息。对于IP话音网络，其语音质量只有在延时小于400ms左右时才能保证基本的通话，而承载网络在高负荷情况下允许其有较大的时延。因此，为准确反映承载网的服务状况，在测试时间超时之前450～500ms的时间内就不再发送测试请求报文，以免因无法及时接收响应报文而造成丢包增多。

如图2所示，在网关设备10和与其直接相连的RF模块12之间还设有直连测试。直连测试属于网元设备间承载网测试的一种，用于保证网关设备的运行可靠性。其通过长期定时向测试的目的端节点发送ICMP报文，判断与该节点之间的连通性，并且对于存在故障的地址给予告警或切换网络接入模块。

下面，将结合图3对根据本发明的承载网检测的流程做具体说明。如图3所示，对承载网的检测主要包括以下步骤。

步骤1，在后台设置承载网检测所需的各种参数，包括待检测的目的端地址、测试发包间隔t1、测试时长t2、上报周期t3、报文长度、端口号等，并触发测试工具，以进行测试(S11)。

步骤2，对前面设置的测试参数进行校验(S12)，例如校验测试发包间隔t1、测试时长t2和上报周期t3之间是否满足t1+σt1＜t2+σt2＜t3。其中σt1和σt2分别为根据经验的发包间隔时间校正和测试时长时间校正，其通常大于1s。如果参数校验失败，包括已经存在承载网测试，或者存在其他错误，如目的端的网络不可达等情况，则直接反馈故障报告以及失败原因(S13)；如果校验成功，继续步骤3。

步骤3，设置发包间隔定时器、测试时长定时器以及上报周期等定时器，以分别对报文的发送间隔时间、承载网检测过程中的测试时长以及上报报文的周期进行计时(S14)。

步骤4，发送端按约定的格式构造UDP报文，并发送至接收端(S16)。该报文包括报文序列号、相对时间值等信息，以反映网络延时、抖动等指标，其中的相对时间值以10ms为精度。

步骤5，如果报文发送成功，则接收端在接收该种报文后，会返回响应报文；发送端接收该响应报文(S18)，对报文进行统计、更新(S19)，同时记录网络服务相关消息。如果报文发送失败，则发送端也要进行报文的统计、更新工作(S19)。

步骤6，发包间隔定时器超时(S20)后，发送端重新设置发包间隔定时器(S21)，并返回执行步骤4。该循环直到测试时长定时器超时为止。

步骤7，当测试时长定时器超时后，发送端取消发包间隔定时器(S22)，整理报文统计的结果，即承载网检测结果(S23)，并等待上报周期的到来。

步骤8，上报周期定时器超时(S24)，发送端上报整理过的承载网检测结果(S25)，其中可以包括丢包率、平均时延、抖动等网络QoS信息。之后返回执行步骤3。

至此，就实现了承载网的检测。在如图3所示的方法中，可以不断的重复执行步骤3到步骤8，直到检测被取消。

直连测试作为承载网检测方法的一种，用于定位承载网的故障、排除网关自身问题。其通过配置的方法设置测试的目的端节点，如网关设备的下一跳或指定的目的端等；之后构造ICMP报文并按指定周期，如1s，向被测目的端连续发送该报文；在一定时间内统计收发报文结果并进行判断，以决定是否生成告警信息和/或是否对网络接入模块进行切换。直连测试的具体步骤与图3所示的类似，在这里不再赘述。

需要注意，定时器是比较消耗系统资源的工具，因此为降低CPU占用时间，在本发明方法的实施过程中，可以利用回调函数来实现发包间隔定时器的功能，由系统任务回调来实现按不同间隔发送测试报文；同时将上报周期定时器设置成循环定时器，以减少设置定时器所需的额外开销。

根据本发明的承载网检测方法，可以在网络开销和CPU负荷较小的情况下，为网络设备，特别是网关系列设备提供可靠、稳定的承载网服务质量数据反馈。以通常的呼叫媒体报文为例，一个UDP报文开销约为200字节，预先设定的发包间隔为10ms，测试时间为10秒，上报周期为15秒。这样，由于传输过程是双向的，在一个上报周期内所占用的网络开销为10s/10ms×200Byte×8(bits/Byte)×2＝321kbit，即，10秒内的流量平均为32kbit/s，这相对于网关设备400Mbit/s的总流量是很小的开销。

利用本发明的方式能够循环定时反馈承载网的丢包率、延时等信息。另外，通过直连测试，还可以按照指定目的地址逐级测试网络的可达性，并根据测试结果的响应进行相应的告警和/或切换网口等操作，从而，将直连测试扩展为非直连测试，以使本方法具有更广泛的适应性。

如上所述，本发明以网关设备为例对承载网检测方案进行了描述，但是应当清楚，本发明还适用于连接在承载网上的其它网元设备，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还可有其它多种实施方式。熟悉本领域的技术人员显然可以对本发明做出各种的改变和改进，但这些改变和改进都应当属于本发明所附权利要求及其等效物所保护的范围内。

Claims (13)

1、一种承载网检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设置承载网检测的参数，其中包括发包间隔、测试时长和/或上报周期；

步骤2，测试的发送端构造发送报文，并按照所述步骤1中设定的所述发包间隔向测试的接收端连续、定时发送；

步骤3，所述接收端接收到所述发送报文后，返回对应的响应报文；所述发送端接收该响应报文，并进行报文统计；以及

步骤4，所述测试时长到时后，所述发送端整理所述测试时长内的报文统计结果，并对整理结果进行处理。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送端和所述接收端为分别与所述承载网相连的网络设备。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述报文为用户数据包协议报文，其中包括报文序列号和/或相对时间值，以反映所述承载网的延时和/或抖动。

4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中还包括对所设置的参数进行校验，如果校验成功，则执行所述步骤2；如果失败，则反馈失败原因和故障报告并结束此次检测，其中，

所述校验包括，检查是否满足所述上报周期大于所述测试时长，且所述测试时长大于所述发包间隔。

5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2之前还包括，对所述发包间隔、所述测试时长和/或所述上报周期进行计时。

6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3中还包括，当所述发送报文发送失败后，也进行所述报文统计。

7、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步骤4之前，当所述发包间隔到时后，对其重新进行计时，并且重复执行所述步骤2和所述步骤3，以获得多个所述报文统计的结果。

8、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤4中还包括取消对所述发包间隔的计时。

9、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括，在所述上报周期到时后，所述发送端上报通过整理得到的承载网服务质量信息，包括丢包率、平均时延和抖动。

10、根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤4中还包括，重新对所述发包间隔、所述测试时长和所述上报周期进行计时，并返回执行所述步骤2。

11、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述承载检测方法进一步包括直连测试方法，用于保证网关设备的运行可靠性，其中，所述发送端和所述接收端为彼此直接相连的网络设备，并且可以将上一级测试的所述接收端作为下一级测试的所述发送端，从而能够按照指定的目的地址逐级测试网络的可达性。

12、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述报文为因特网控制信息协议报文。

13、根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述步骤4中进一步包括，所述发送端根据所述整理结果，判断是否生成告警信息和/或是否对网络接入模块进行切换。

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