CN110061891A - 一种低侵扰的高效多目标ip阻断监测调度方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法,建立两个独立运行的线程,一个是发包线程,用于负责发送探测包及统计每轮测量的结果;另一个是收包线程,只负责接收响应包,根据收到的响应包修改设备信息数组中相应设备的状态;发包线程内发包是顺序发包模式,按测量间隔进行周期性测量,每轮测量开始按固定策略依次向每个目标设备发包,发包完毕后,收包线程等待最后一个包的响应超时,统一处理本轮测量结果,若有设备状态发生了翻转,则报告对应设备当前状态,否则只在报告间隔结束时报告所有设备状态。本发明具有监测目标多、测量耗时少、资源占用少、网络侵扰少、阻断发现快等明显的优点。

Description

一种低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法和系统
技术领域
本发明属于网络运行维护技术领域,特别涉及一种低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法和系统。
背景技术
在IP网络的值勤维护工作中,通常需要快速发现网络中哪些设备发生了阻断(IP不可达)现象,但又不能为了实现监测目的而产生明显的网络负担。目前主要是通过监测端性能的方法来附带发现设备阻断情况,即当某设备IP端性能平均往时延为-1或丢包率为100%时,被视为发生了阻断。
发现阻断的方法有以下几种:
方案一:通过ping工具手工测试发现阻断:该方案通过手工运行操作系统自带的ping程序,对目标进行测试,例如:
ping 192.9.201.1-n 10-l 64
运行以上命令时,可对目标设备(192.9.201.1)发起测量,发包数10,包长为64字节,测量完成,当目标可达时,可得往返时延、丢包率;当目标不可达时,得到不可达信息。这种方式对网络的侵扰可以忽略不计。
该方案的显著缺点:(1)手工操作,效率低,不利于监测多目标。(2)结果数据难以有效利用,不能进行直接存储、展现、统计分析。
方案二:通过编程获取端性能数据发现阻断:现有方案通过多进程或多线程方式对多个目标的端性能进行周期性测量,根据端性能值判断某设备是否生了阻断。
该方案有如下缺点:(1)监测功能针对性不强。主要用于监测端性能,如往返时延与丢包率。(2)每轮测量耗时较多。为了得到往返时延与丢包率,需要发多个包,并等待响应包。(3)占用资源多。需要为每个设备分配存储空间,以存放每个包对应的往返时延值。(4)网络侵扰流量多。由于发包数多,发包频率高,且存在长包,会产生一些网络侵扰流量(侵扰流量的大小与包长、包数、调度方法有关)。(5)-测量结果的存储占用资源多。因为要存储每次测量得到的端性能,若测量结果需要传输,也会增加传输流量和复杂性。(6)阻断发现不及时。为了减少对网络的侵扰,一般会增大测量间隔(如设为x分钟),在对阻断告警即时性要求较高(x秒)的场合,这种方法就不能满足要求。(7)对于连续阻断或离散阻断判断不精确。因为测量周期较长,区分两次连续告警的分隔值大于测量间隔,不利于精确划分。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷,提供一种低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法和系统。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术方案:一种低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法,包括:
在内存中建立一张全局设备信息数组,每个设备占一项,每项信息包括设备IP地址及连续两次测量的状态;
建立两个独立运行的线程,一个是发包线程,用于负责发送探测包及统计每轮测量的结果;另一个是收包线程,只负责接收响应包,根据收到的响应包修改设备信息数组中相应设备的状态;
发包线程内发包是顺序发包模式,按测量间隔进行周期性测量,每轮测量开始按固定策略依次向每个目标设备发包,发包完毕后,收包线程等待最后一个包的响应超时,统一处理本轮测量结果,若有设备状态发生了翻转,则报告对应设备当前状态,否则只在报告间隔结束时报告所有设备状态;
展示、储存、统计设备的阻断信息。
进一步的,测量间隔为2s,所述固定策略为包数为3,包长为64字节,报告间隔为30s。
进一步的,发包线程执行过程如下:
步骤1:创建ICMP原生套接字;
步骤2:检查是否是到达检测间隔,若到达进入步骤3,若没有则休眠10毫秒后进入步骤7;步骤3:在全局设备信息数组内置所有设备数组当前状态为阻断;
步骤4:依次向每个设备发送k个序号相同的ICMP ECHO报文;
步骤5:等待一个预设时间的超时;
步骤6:计算每个设备的状态变化,若有设备状态发生了翻转,则将发生了翻转的设备状态上报,否则只在报告间隔结束时上报所有设备状态;
步骤7:检测是否有结束信号,若没有,返回步骤2,若有进入步骤8;
步骤8:结束处理。
进一步的,发包线程步骤5的超时预设时间为200ms。
进一步的,收包线程执行过程如下:
步骤1:创建ICMP接收原生套接字;
步骤2:等待收包,超时为预设时间,如果收到设备的响应包,则修改其在全局设备信息数组中的状态为通达后进入步骤3;没有收到响应包的设备不修改状态;
步骤3:检测是否有结束信号,若没有,返回步骤2,若有进入步骤4;
步骤4:结束处理。
进一步的,收包线程步骤2的超时预设时间为200ms。
一种低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度系统,包括:主模块、发包模块和收包模块;其中所述主模块用于监测程序运行环境的初始化以及设备数组的初始化,并用于给发包模块和收包模块发送结束信号;
所述发包模块用于周期性地根据设备数组、发包策略进行发包,并在每轮发包结束后,等待一个超时,再统一计算每个设备的状态变化情况,若有发生变化的设备,则生成这些设备的对应状态报告数据;若没有发生状态变化的设备,则按上报间隔生成所有设备的状态数据;所述收包模块用于接收响应包,并根据响应包中的设备索引号修改指定设备的当前状态,收到响应包,则对应设备当前状态为通达。
本专利存在如下几个关键技术:
1)基于双线程的高效IP阻断监测调度技术,避免了采用多个线程或多个进程来监测多个目标的方法所产生的CPU、内存资源消耗缺陷;
2)低测量耗时、低资源占用、低网络侵扰的多目标IP阻断监测调度技术,该技术易于在各监测系统或设备上应用实现,从而提高其监测性能;
3)无同步互斥的线程协作技术,该项技术避免了多线程、多进程环境下增加的协作复杂性,降低了编程实现难度。
专利201510360110.3一种串并结合的高效多目标IP端性能监测调度方法是申请人前期的申请,本申请与专利201510360110.3相比,本申请的主要技术区别及优点在于:
1)实现目标不同,本申请的技术实现目标是高效发现阻断,而专利201510360110.3的主要技术实现目标在于高效获取端性能;
2)监测策略不同,本申请采用的监测策略更简洁;
3)监测效率不同,本申请可以采用更小的测量周期(如2秒),而专利201510360110.3不宜采用较小的测量周期;
4)资源占用不同,本申请所使用的技术中,设备数组不需要存放每个包时延信息,因此占用更少的内存资源;
5)网络侵扰不同,本申请发包线程发送的测试包长度更小(<=64字节)、包数更少(<=3),因此产生的网络流量更小;上报的测量结果更简洁,只有通断状态描述;
6)目标设备数组测量结果计算速率不同,本申请中每轮测量结束,可直接获取每个设备的结果,而专利201510360110.3中需要根据每个设备的每个包RTT数组进行统计;
7)包的封装与解析不同,本申请中发送的测试包封装更简洁,而专利201510360110.3中测试包封装稍复杂;本申请中收到的响应包解析更简单,而专利201510360110.3中收到的响应包解析稍复杂。
与传统的监测调度方法相比,本发明具有监测目标多、测量耗时少、资源占用少、网络侵扰少、阻断发现快等明显的优点,可以将本发明技术应用到linux、windows等不同平台操作系统下的监测软件中,尤其那些硬件性能要求低的监测系统或设备上,这将极大提高其监测效率,更为明显的效益是在实现所需高效监测功能的同时,对网络产生的影响极小,可以忽略不计。
附图说明
图1是实施例主模块的流程图。
图2是实施例发包模块的流程图。
图3是实施例收包模块的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是,本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
一种低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法,该方法的思路如下:
(1)设计监测策略为:包数=3,包长=64字节,测量间隔=2秒,报告间隔=30秒。这里报告间隔为30秒的含义是:当所有设备状态无变化时,每次测量信息不报告,仅当到了报告周期时才统一报告一次。
(2)在内存中建立一张全局设备信息数组,每个设备占一项,每项信息包括设备IP地址及连续两次测量的状态(1=通,0=断)。
(3)建立两个线程,一个是发包线程,只负责发送探测包及统计每轮测量的结果;另一个是收包线程,只负责接收响应包,根据收到的响应包修改设备信息数组中相应设备的状态。
(4)发包线程与收包线程各自独立运行;在发包线程内发包是顺序发包模式,可在连续两个包之间加入少量时延,以减少对网络的侵扰。
(5)发包线程按测量间隔(2秒)进行测量,每轮测量开始按固定策略(包数=3)依次向每个目标设备发包,发包完毕后,等待最后一个包的响应超时,统一处理本轮测量结果,若有设备状态发生了翻转,则将报告对应设备当前状态,否则只在报告间隔到时才报告其状态。
(6)为了展示或统计设备的阻断信息,需要在监测主机或监测中心数据库定义一张设备阻断状态信息表,用于存储每次报告的设备状态。
数据结构
为实现以上思路,需要定义如下数据结构:
(1)设备阻断信息
_DeviceIntrStat结构用于记录单个设备的IP及连续两次测量的状态。
(2)设备数组
struct_DeviceIntrStatg_device_stat_array[n];//设备数组,n=设备数
定义初始化过程:
(3)设备阻断信息表(EQUIP_INTRSTAT)
设备阻断信息表(EQUIP_INTRSTAT)用于存放每次测量的设备阻断信息,以便监测主机或监测中心进行图形界面展示或查询统计。
监测主要上的监测进程负责实现监测,监测结果存放在此表1中,结果展示依据此表进行。
表1
说明:
记录编号:主键,自动增长。
测量主体:监测主机IP
测量目标:测量目标IP
首次测量时间:对指定目标执行首次测量的时间,对于多次测量,若目标状态未变化,则存为同一记录。若目标状态变化,则新插入一条记录。
最新测量时间:对指定目标执行最近一次测量的时间。
阻断情况:本次测量是否为阻断,1=阻断、0=非阻断。
处理标记:本次阻断是否处理过,1=已处理、0=未处理。
最新测量时间:对于多次测量,指定目标阻断状态未变化,该时间记录最近一次测量时间
监测调度流程
实现监测调度的程序主要由三个主要模块组成,分别是主模块、发包模块和收包模块。
主模块负责监测程序运行环境的初始化以及设备数组的初始化,并用于给发包模块和收包模块发送结束信号,对应的流程如图1所示。
发包线程模块负责周期性地根据设备数组、发包策略进行发包,并在每轮发包结束后,等待一个超时,再统一计算每个设备的状态变化情况,若有发生变化的设备,则生成这些设备的对应状态报告数据;若没有发生状态变化的设备,则按上报间隔生成所有设备的状态数据。发包线程模块对应的流程如图2所示。
收包线程模块负责接收响应包,并根据响应包中的设备索引号修改指定设备的当前状态,收到响应包,则对应设备当前状态为:通达。收包线程模块对应的流程如图3所示。
技术效果
本专利中的方案与前两种方案相比,存在监测目标多、测量耗时少、资源占用少、网络侵扰少、阻断发现快等明显的优点,下面分别进行描述。
1、监测目标数分析
根据本专利方案,每个设备占用内存6字节,同一个监测任务的监测目标数主要不是受限于内存容量,而是受限于阻断发现最小时间的限制。例如:
设:阻断发现最小时间要求为F=10秒,网络带宽W=1000Mbps,监测策略中,包数为K=3、包长L=64字节、包间隔I=1毫秒,接收响应包时延R=200毫秒,则:
包发送时延为S毫秒,设备数为N
S=(L*8*1000)/(W*1000000)=(64*8*1000)/(1000*1000000)=0.000512毫秒
N*K*(I+S)+R<=F*1000
N<=(F*1000–R)/(K*(I+S)) (式1)
依据式1,当改变F,其他参数不变时,得到几个典型阻断发现最小时间与设备数量限制的对应表,如表2所示。
表2设备数量与阻断发现最小时间对应关系
2、测量耗时分析
根据前面设定的策略参数,完成一轮测量(N个设备的测量)需要的时间耗费计算如下:
设测量耗时为T秒,则:
T=(N*K*(I+S)+R)/1000 (式2)
依据式2,当改变N,其他参数不变时,得到几个典型设备数量与测量耗时的对应表,如表3所示。
表3设备数量与测量耗时对应关系
3、资源占用分析
本申请方案中测量程序只定义了两个全局线程,设备信息每项只占6字节,故CPU和内存的占用是较少的。
4、网络侵扰分析
本申请方案发包线程是顺序发包,且在连续两个包之间引入了时延(发包间隔1毫秒),在千兆网中,单个包(64字节)发送时延为0.000512毫秒,因此由监测主机发包引起的网络侵扰可以忽略不计。
5、程序复杂性分析
本申请方案虽然是多线程运行,但只增加了两个线程,而且这两个线程在程序启动时创建,不需要动态的创建或/删除,无需复杂的线程协作机制,操作的全局设备数组也不用考虑同步互斥问题,因此程序复杂性远低于其他每个子进程或线程只监测一个目标的方案。
6、阻断发现能力
在本申请方案中,当设备数小于1000时,可以在3秒内发现某设备是否发生了IP阻断,这对IP网络的值勤维护有重要意义。
上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法,其特征在于包括:
在内存中建立一张全局设备信息数组,每个设备占一项,每项信息包括设备IP地址及连续两次测量的状态;
建立两个独立运行的线程,一个是发包线程,用于负责发送探测包及统计每轮测量的结果;另一个是收包线程,只负责接收响应包,根据收到的响应包修改设备信息数组中相应设备的状态;
发包线程内发包是顺序发包模式,按测量间隔进行周期性测量,每轮测量开始按固定策略依次向每个目标设备发包,发包完毕后,收包线程等待最后一个包的响应超时,统一处理本轮测量结果,若有设备状态发生了翻转,则报告对应设备当前状态,否则只在报告间隔结束时报告所有设备状态;
展示、储存、统计设备的阻断信息,通过在监测中心数据库建立一张设备阻断信息表来存储所有监测目标设备的阻断状态,从而进行有效展示或统计分析。
2.根据权利要求1所述的低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法,其特征在于:所述测量间隔为2s,所述固定策略为包数为3,包长为64字节,报告间隔为30s。
3.根据权利要求1所述的低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法,其特征在于:所述发包线程执行过程如下:
步骤1:创建ICMP原生套接字;
步骤2:检查是否是到达检测间隔,若到达进入步骤3,若没有则休眠10毫秒后进入步骤7;
步骤3:在全局设备信息数组内置所有设备数组当前状态为阻断;
步骤4:依次向每个设备发送k个序号相同的ICMP ECHO报文;
步骤5:等待一个预设时间的超时;
步骤6:计算每个设备的状态变化,若有设备状态发生了翻转,则将发生了翻转的设备状态上报,否则只在报告间隔结束时上报所有设备状态;
步骤7:检测是否有结束信号,若没有,返回步骤2,若有进入步骤8;
步骤8:结束处理。
4.根据权利要求3所述的低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法,其特征在于:所述发包线程步骤5的超时预设时间为200ms。
5.根据权利要求1所述的低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法,其特征在于:所述收包线程执行过程如下:
步骤1:创建ICMP接收原生套接字;
步骤2:等待收包,超时为预设时间,如果收到设备的响应包,则修改其在全局设备信息数组中的状态为通达后进入步骤3;没有收到响应包的设备不修改状态;
步骤3:检测是否有结束信号,若没有,返回步骤2,若有进入步骤4;
步骤4:结束处理。
6.根据权利要求3所述的低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度方法,其特征在于:所述收包线程步骤2的接收超时预设时间为200ms。
7.一种低侵扰的高效多目标IP阻断监测调度系统,其特征在于包括:主模块、发包模块和收包模块;
其中所述主模块用于监测程序运行环境的初始化以及设备数组的初始化,并用于给发包模块和收包模块发送结束信号;
所述发包模块用于周期性地根据设备数组、发包策略进行发包,并在每轮发包结束后,等待一个超时,再统一计算每个设备的状态变化情况,若有发生变化的设备,则生成这些设备的对应状态报告数据;若没有发生状态变化的设备,则按上报间隔生成所有设备的状态数据;
所述收包模块用于接收响应包,并根据响应包中的设备索引号修改指定设备的当前状态,收到响应包,则对应设备当前状态为通达。
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