CN101594265B - 一种网络故障诊断方法、装置和网络设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种网络故障诊断方法、装置和网络设备，属于数据通信技术领域。所述方法包括：根据预先配置的访问控制列表ACL规则对待诊断数据流进行流量统计，并根据统计信息计算出待诊断数据流在待诊断设备上的数据流量信息；根据所述数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确。本发明在网络设备传送实际业务流量时可以快速有效的定位网络节点间的通信故障，并且使用简单，由于大多数网络设备均支持ACL功能，且操作配置简单，因此本方法实现简单，适应性强，便于用户学习掌握，改善了用户对网络进行维护的困难。

Description

一种网络故障诊断方法、装置和网络设备

技术领域

本发明涉及一种网络故障诊断方法、装置和网络设备，属于数据通信技术领域。

背景技术

在信息技术日新月异发展的今天，人们的日常生活对数据通信网络的依赖程度越来越高，网络通信出现故障造成影响的严重性日渐增强，这种影响会随着故障持续时间的增加而增加，因此，出现网络通信故障时能快速准确的定位进而排除网络故障的诊断方法日渐成为网络设备用户关注的焦点。

网络通信环节中经常需要解决处理的一类故障现象是两个网络节点间跨网络的通信故障，主要的故障现象体现为两种，一种是两节点间通信完全中止；另一种是两节点间的通信信息存在丢失现象。这类故障现象通过网络设备提供的诊断方法诊断两节点间通信数据流在所需要经过的网络设备的转发是否正确可加以定位。

现有的网络故障诊断方法主要有两类，一类是发送诊断数据流进行故障诊断，在故障诊断期间，待诊断的网络中只有诊断数据流，不允许存在其它数据流，例如专利《一种链路故障诊断方法及系统》(申请号200610058790.4)提供了一种进行链路故障诊断的方法，通过创建基于流量确定链路故障的诊断链路；向诊断链路发送数据，周期性获取器件上的流量统计值，根据所述流量值判断器件状态。但本方案需要向诊断链路发送诊断数据流，因此被诊断的链路无法进行正常的数据通信。

另一类是利用实际网络中的业务流量进行网络故障诊断，现有路由器、交换机上诊断通过数据流在该设备上转发是否正常的方法主要有以下几种：

1、利用设备支持的镜像功能将待诊断接口设置为镜像源口，同时找出该设备上一空闲接口设置为镜像目的口，将镜像目的口连接到监控设备，通过监控设备分析来源于镜像源口的输入/输出数据流，进而判断出数据流在该设备上是否转发正常。

镜像是大多数交换机上采用的一种故障诊断方法，就是将交换机某个端口的流量拷贝到另一端口(镜像端口)，便于进行监测。

这种方法诊断的优点是诊断过程不会对实际数据流的转发造成任何干扰，缺点在于诊断需要具备的前提条件较多，除了需要诊断设备支持镜像功能外，还需要额外提供监控口外接监控设备才能进行诊断。

2、对于完全由软件进行转发的数据流，一般通过打开设备的调试开关，由收集的调试信息就能诊断数据流的转发是否正确。

这种方法的优点在于数据转发环节的调试信息可灵活控制进而精确定位故障原因；缺点在于诊断过程中调试信息的输出会对实际数据流的转发造成一定的干扰，尤其是当数据流量较大时，可能会导致数据转发的性能大大降低；此外，这种诊断手段过于专业，不利于学习掌握。

3、利用设备支持的sFlow技术，sFlow技术是一种向采集器发送报告的推送技术。采用内置在硬件中的专用芯片实现。基本原理为：分布在网络不同位置的sFlow代理把sFlow数据报源源不断地传送给中央sFlow采集器，采集器对sFlow数据报进行分析并生成丰富的、实时的、全网范围的传输流视图。

设备担当sFlow代理(Agent)的角色对网络流量进行采样监控，将收集到的数据流采样信息发送给担任sFlow分析器角色的数据收集中心进行汇总分析，可直接由数据收集中心收集到的与待诊断数据流相关的统计信息直接诊断在设备上的转发是否正确。

这种方法的优点是诊断过程不会对实际数据流的转发造成任何干扰；缺点在于需要诊断设备支持sFlow技术，由于现有网络设备大多不支持sFlow功能，此外还需要有担任sFlow分析器角色的数据收集中心配合才能实施诊断，因此这种方法的适用性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种网络故障诊断方法、装置和网络设备，在网络设备传送实际业务流量时即可进行网络故障诊断，使用简单并可以快速有效的定位网络节点间的通信故障。

为实现上述目的，本发明提供了一种网络故障诊断方法，所述方法包括：

提取出待诊断数据流的数据特征，根据提取出的数据特征配置对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则；将所述ACL规则下发到待诊断设备的待诊断接口上；

根据预先配置的访问控制列表ACL规则对待诊断数据流进行流量统计，并根据统计信息计算出待诊断数据流在待诊断设备上的数据流量信息；

根据所述数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确。

为了实现上述目的，本发明又提供了一种网络故障诊断装置，所述装置包括：特征提取模块、规则配置模块、规则下发模块、数据流量分析模块和故障诊断模块；

所述特征提取模块，与规则配置模块连接，用于提取出待诊断数据流的数据特征；

所述规则配置模块，用于根据所述数据特征配置对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则；

所述规则下发模块，与数据流量分析模块和规则配置模块连接，用于将所述ACL规则下发到待诊断设备的待诊断接口上；

所述数据流量分析模块用于根据预先配置的访问控制列表ACL规则对待诊断数据流进行流量统计，并根据统计信息计算出待诊断数据流在待诊断设备上的数据流量信息；

所述故障诊断模块与数据流量分析模块连接，用于根据所述数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种包括上述网络故障诊断装置的网络设备。

本发明通过预先配置的ACL规则对待诊断数据流进行流量统计，并根据计算得到的数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确，在网络设备传送实际业务流量时可以快速有效的定位网络节点间的通信故障，并且使用简单，由于大多数网络设备均支持ACL功能，且操作配置简单，因此本方法实现简单，适应性强，便于用户学习掌握，改善了用户对网络进行维护的困难。

附图说明

图1为本发明一种网络故障诊断方法实施例一示意图

图2为本发明一种网络故障诊断方法实施例二示意图

图3为本发明一种网络故障诊断方法实施例三示意图

图4为本发明一种网络故障诊断方法实施例四示意图

图5为本发明一种网络故障诊断方法实施例五示意图

图6为网络通讯故障系统结构示意图

图7为本发明一种网络故障诊断方法实施例六示意图

图8为本发明一种网络故障诊断装置实施例一示意图

图9为本发明一种网络故障诊断装置实施例二示意图

图10为本发明一种网络故障诊断装置实施例三示意图

图11为本发明一种网络故障诊断装置实施例四示意图

图12为本发明一种网络故障诊断装置实施例五示意图

图13为本发明一种网络设备实施例示意图

具体实施方式

本发明实施例提供了一种网络故障诊断方法、装置和网络设备，在网络设备传送实际业务流量时即可进行网络故障诊断，使用简单并可以快速有效的定位网络节点间的通信故障，下面结合附图对本发明进行具体的说明。

图1给出了本发明一种网络故障诊断方法实施例一示意图，所述方法包括：

步骤S1，根据预先配置的访问控制列表(Access Control List，简称ACL)规则对待诊断数据流进行流量统计，并根据统计信息计算出待诊断数据流在待诊断设备上的数据流量信息；

ACL规则是指网络设备所提供的一种访问控制技术，及使用包过滤技术，在网络设备上根据转发报文的中携带的信息如源因特网协议(Internet Protocol，简称IP)地址、目的IP地址、传输控制协议(Transmission Control Protocol，简称TCP)/用户数据报协议(UserDatagram Protocol，简称UDP)源端口、TCP/UDP目的端口等，根据预先定义好的规则对报文进行过滤、统计计数、限速等，从而达到访问控制的目的。

所述数据流量信息可以包括在待诊断源入口上的输入数据流量信息，和待诊源出口上的输出数据流量信息；所述数据流量信息可以包括数据流量大小等信息。所述统计信息可以包括在待诊断接口上统计得到的待诊断数据流的总报文数、总字节数、某个时间段内待诊断数据流的报文数、字节数等信息。

不同网络设备上的ACL规则实现方式不用，ACL规则可以由硬件实现，例如在交换机上大多由交换芯片上的三态内容寻址存储器(TernaryContent Addressable Memory，简称TCAM)实现，内容可寻址存储器(Content Addressable Memory，简称CAM)是一种专用于进行查表操作的硬件芯片，三态内容寻址存储器TCAM允许对位域进行0、1或X(忽略)三种方式的屏蔽，因此可以用来确定最长前缀匹配，广泛应用与交换机路由器上实现路由表的快速查询；ACL规则也可以由软件实现，例如在数据流完全由软件进行转发的网络设备上由软件实现ACL规则行为。

ACL规则如果由硬件实现，则诊断方法在诊断环节不会对设备上数据流的转发产生任何影响；如果由软件实现，则诊断方法由于需要对软件转发的数据流进行流过滤统计，在诊断环节会造成设备的转发性能下降，但造成的影响是可控可评估的。

步骤S2，根据所述数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确。

本发明通过预先配置的ACL规则对待诊断数据流进行流量统计，并根据计算得到的数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确，在网络设备传送实际业务流量时可以快速有效的定位网络节点间的通信故障，并且使用简单，由于大多数网络设备均支持ACL功能，且操作配置简单，因此本方法实现简单，适应性强，便于用户学习掌握，改善了用户对网络进行维护的困难。

图2给出了本发明一种网络故障诊断方法实施例二示意图，本实施例除了包括方法实施例一的步骤外，在步骤S1之前还包括：

步骤S3，配置对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则；

通过配置ACL规则，明确需要进行流量统计的数据为待诊断数据流，将需要诊断的数据流与非诊断数据流明确区分开来。

步骤S4，将所述ACL规则下发到待诊断设备的待诊断接口上。

下发应用到待诊断接口输入/输出方向上的统计ACL规则可对该接口上输入/输出的匹配数据流数量进行计数，如果有待诊断的数据流由诊断接口上输入/输出，对应数据流的流量计数就会增加。

图3给出了本发明一种网络故障诊断方法实施例三示意图，本实施例除了包括方法实施例二的步骤外，在步骤S3之前还包括：

步骤S5，提取出待诊断数据流的数据特征；

所述数据特征可以包括数据流的源媒体访问控制(Media AccessControl，简称MAC)地址和目的MAC地址，也可以包括数据流的源IP地址和目的IP地址，等等。所述数据特征可以唯一标识待诊断的数据流，通过在ACL规则中设置所述数据特征，可以对待诊断数据流进行流量统计。

所述步骤S3具体为：根据所述数据特征配置对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则。

图4给出了本发明一种网络故障诊断方法实施例四示意图，本实施例除了包括方法实施例二的步骤外，所述步骤S4具体包括：

步骤S41，将在输入方向上对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则下发到待诊断源入口上；

步骤S42，将在输出方向上对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则下发到待诊断源出口上。

下发应用到待诊断接口输入/输出方向上的统计ACL规则可对该接口上输入/输出的匹配数据流数量进行计数，如果有待诊断的数据流由诊断接口上输入/输出，对应数据流的流量计数就会增加。

步骤S41可以在步骤S42之前执行，也可以在步骤S42之后执行，或者与步骤S42同步执行。

本实施例除了可以在方法实施例二的基础上进行上述扩展外，还可以在方法实施例三的基础上进行上述扩展。

图5给出了本发明一种网络故障诊断方法实施例五示意图，本实施例除了包括方法实施例四的步骤外，所述步骤S2具体包括：

步骤S21，比较待诊断数据流在待诊断源入口的数据流量大小与待诊断源出口的数量流量大小的差值是否超过预先设置的门限，如果是则执行步骤S22，否则执行步骤S23；

步骤S22，判断待诊断数据流在待诊断设备上转发正确；

步骤S23，判断待诊断数据流在待诊断设备上转发错误。

对于待诊断的数据流，在正常情况下，从待诊断源入口输入的数据流量应该与从待诊断源出口输出的数据流量相同，因此通过比较待诊断数据流在待诊断源入口的数据流量大小与待诊断源出口的数量流量大小的差值是否超过预先设置的门限值，即可以判断出待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确。门限值可以根据在正常情况下检测得到的流量大小经验值预先设置一个合理的值。

如图6所示，假设网络节点1与网络节点2通过中间N个网络设备连接进行通讯，其中一台网络设备出现故障导致从网络节点1发往网络节点2的数据大量丢失。图7给出了本发明一种网络故障诊断方法实施例六示意图，本实施例为本发明的一个较优实施例，具体步骤如下：

步骤101，根据由网络节点1发往网络节点2的数据流的特征提取出数据特征，通过ACL规则定义区分出待诊断数据流。假设两节点间通信的数据流为IP数据流，网络节点1的IP地址为IP1，网络节点2的IP地址为IP2，则可提取数据流的源IP和目的IP为数据特征，通过ACL规则定义源IP为IP1，目的IP为IP2的数据流为待诊断数据流；例如IP1对应地址为192.168.1.100，IP2对应地址为192.168.3.100，对应的ACL规则定义对应配置可以为：

ip access-list extended 100

10 permit ip host 192.168.1.100 host 192.168.3.100

步骤102，设置ACL规则的行为对匹配的数据流进行流量统计。网络设备上下发的具有统计行为的ACL规则可以对匹配数据流的报文个数进行计数，将具有统计行为的ACL规则下发应用到图6中的待诊断设备的诊断源入口上，则所有由该接口输入的匹配ACL规则的报文数量会被统计到；例如ACL规则可以直接下发到硬件，由硬件对ACL匹配的报文数量进行统计计数。

步骤103，根据网络连接及配置情况分析出待诊断的数据流在网络设备上的输入及输出接口，将具有统计行为的ACL规则下发到这些接口上统计匹配数据流的统计信息。例如图6中的待诊断设备分析出的诊断数据流的输入输出接口分别为图中所示的诊断源入口及诊断源出口，然后在诊断源入口上下发输入方向的具有统计行为的ACL规则，在诊断源出口上下发输出方向的具有统计行为的ACL规则，分别统计出待诊断数据流在该设备上的报文计数统计信息；例如待诊断数据流的入口为interface gigabitEthernet 3/1，出口为interface gigabitEthernet 3/2，在对应的接口上对待诊断数据流的输入/输出统计的配置可以为：

flow-counter session 1 source interface GigabitEthernet 3/1 acl100

flow-counter session 1 dest interface GigabitEthernet 3/2 acl 100

步骤104，网络设备上的数据流量分析模块周期性的收集下发统计行为ACL规则的接口上的流量统计信息，根据该信息计算出该设备上的输入输出接口上的待诊断数据流的数据流量信息。例如在图6待诊断设备上的诊断源入口和诊断源出口分别进行流量统计，收集流量统计信息的周期为10秒，前后10秒读取到的诊断源入口上的数据包统计数量分别为10000和20000，而前后10秒读取到的诊断源出口上的数据包统计数量分别为5000和10000，则可计算出待诊断数据流在诊断源入口上的数据流量大小为1000数据包/秒(Packet Per Second，简称pps)，在诊断源出口上的数据流量大小为500pps；例如可以通过如下操作可查询到待诊断数据流在待诊断设备上的流量统计信息：

Show flow-counter session 1

sess-num：1

acl：100

src-intf：GigabitEthernet 3/1

pps：1000

total：20000

dest-intf：GigabitEthernet 3/2

pps：500

total：10000

步骤105，跟据待诊断数据流在设备输入输出接口上的流量统计信息直接判断故障是否由本设备引发。根据步骤104上收集到的图6中的待诊断设备上的待诊断数据流的输入输出数据流量大小分别为1000pps和500pps，两者差距较大，由此可判断待诊断数据流在待诊断设备上转发错误，网络节点1发往网络节点2的数据大量丢失的故障是由图6中的待诊断设备引发。

图8给出了本发明一种网络故障诊断装置实施例一示意图，所述装置包括数据流量分析模块M1和故障诊断模块M2；

所述数据流量分析模块M1用于根据预先配置的访问控制列表ACL规则对待诊断数据流进行流量统计，并根据统计信息计算出待诊断数据流在待诊断设备上的数据流量信息；

所述故障诊断模块M2与数据流量分析模块M1连接，用于根据所述数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确。

所述数据流量分析模块M1可以提供接口供管理人员获取故障诊断的结果，管理人员可以通过远程登陆服务Telnet或简单网络管理协议(SimpleNetwork Management Protocol，简称SNMP)等方式进行访问。

图9给出了本发明一种网络故障诊断装置实施例二示意图，本实施例除了包括装置实施例一的结构特征外，还包括规则配置模块M3和规则下发模块M4；

所述规则配置模块M3用于配置对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则；

所述规则配置模块M3可以提供接口供管理人员进行ACL规则配置，管理人员可以通过远程登陆服务Telnet或简单网络管理协议(Simple NetworkManagement Protocol，简称SNMP)等方式进行访问。

所述规则下发模块M4与数据流量分析模块M1和规则配置模块M3连接，用于将所述ACL规则下发到待诊断设备的待诊断接口上。

图10给出了本发明一种网络故障诊断装置实施例三示意图，本实施例除了包括装置实施例二的结构特征外，还包括特征提取模块M5，与规则配置模块M3连接，用于提取出待诊断数据流的数据特征；

所述规则配置模块M3具体用于根据所述数据特征配置对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则。

图11给出了本发明一种网络故障诊断装置实施例四示意图，本实施例除了包括装置实施例二的结构特征外，所述规则下发模块M4具体包括输入规则下发单元M41和输出规则下发单元M42；

所述输入规则下发单元M41用于将在输入方向上对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则下发到待诊断源入口上；

所述输出规则下发单元M42用于将在输出方向上对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则下发到待诊断源出口上。

本实施例除了可以在装置实施例二的基础上进行上述扩展外，还可以在装置实施例三的基础上进行上述扩展。

图12给出了本发明一种网络故障诊断装置实施例五示意图，本实施例除了包括装置实施例四的结构特征外，所述故障诊断模块M2具体包括流量比较单元M21、第一判断单元M22和第二判断单元M23；

所述流量比较单元M21用于比较待诊断数据流在待诊断源入口的数据流量大小与待诊断源出口的数量流量大小的差值是否超过预先设置的门限，如果是则调用第一判断单元M22，否则调用第二判断单元M23；

所述第一判断单元M22与流量比较单元M21连接，用于判断待诊断数据流在待诊断设备上转发正确；

所述第二判断单元M23与流量比较单元M21连接，用于判断待诊断数据流在待诊断设备上转发错误。

图13给出了本发明一种网络设备实施例示意图，所述网络设备包括上述网络故障诊断装置实施例一至网络故障诊断装置实施例五所述的任一装置。

通过使用本发明提供的网络故障诊断方法、装置和网络设备，在网络设备传送实际业务流量时可以快速有效地定位网络节点间的通信故障，且操作配置简单，便于用户学习掌握，改善用户对网络进行维护的困难。该诊断方法与现有诊断方法相比较，适应性强，可有效规避现有诊断方法存在的缺陷。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种网络故障诊断方法，其特征在于，所述方法包括：

提取出待诊断数据流的数据特征，根据提取出的数据特征配置对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则；将所述ACL规则下发到待诊断设备的待诊断接口上；

根据预先配置的访问控制列表ACL规则对待诊断数据流进行流量统计，并根据统计信息计算出待诊断数据流在待诊断设备上的数据流量信息；

根据所述数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述ACL规则下发到待诊断设备的待诊断接口上具体为：

将在输入方向上对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则下发到待诊断源入口上；

将在输出方向上对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则下发到待诊断源出口上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确具体为：

比较待诊断数据流在待诊断源入口的数据流量大小与待诊断源出口的数量流量大小的差值是否超过预先设置的门限，如果是则判断待诊断数据流在待诊断设备上转发正确，否则判断待诊断数据流在待诊断设备上转发错误。

4.一种网络故障诊断装置，其特征在于，包括：特征提取模块、规则配置模块、规则下发模块、数据流量分析模块和故障诊断模块；

所述特征提取模块，与规则配置模块连接，用于提取出待诊断数据流的数据特征；

所述规则配置模块，用于根据所述数据特征配置对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则；

所述规则下发模块，与数据流量分析模块和规则配置模块连接，用于将所述ACL规则下发到待诊断设备的待诊断接口上；

所述数据流量分析模块用于根据预先配置的访问控制列表ACL规则对待诊断数据流进行流量统计，并根据统计信息计算出待诊断数据流在待诊断设备上的数据流量信息；

所述故障诊断模块与数据流量分析模块连接，用于根据所述数据流量信息判断待诊断数据流在待诊断设备上转发是否正确。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述规则下发模块具体包括输入规则下发单元和输出规则下发单元；

所述输入规则下发单元用于将在输入方向上对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则下发到待诊断源入口上；

所述输出规则下发单元用于将在输出方向上对待诊断数据流进行流量统计的ACL规则下发到待诊断源出口上。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述故障诊断模块具体包括流量比较单元、第一判断单元和第二判断单元；

所述流量比较单元用于比较待诊断数据流在待诊断源入口的数据流量大小与待诊断源出口的数量流量大小的差值是否超过预先设置的门限，如果是则调用第一判断单元，否则调用第二判断单元；

所述第一判断单元与流量比较单元连接，用于判断待诊断数据流在待诊断设备上转发正确；

所述第二判断单元与流量比较单元连接，用于判断待诊断数据流在待诊断设备上转发错误。

7.一种包括权利要求4-6任一所述网络故障诊断装置的网络设备。

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