CN112532477B - 一种链路丢包检测方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种链路丢包检测方法及装置，方法包括接收报文并解析，获取报文携带的第一VLAN标签和第二VLAN标签，第一VLAN标签携带用于标识数据流信息的索引字段，第二VLAN标签携带用于标识端口统计信息的计数字段；在入方向报文转发处理上，使能链路丢包检测功能后根据索引字段查找数据流，并判断当前报文中计数字段的数值是否为该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，若是，则未发生丢包，否则，发生丢包或乱序或链路异常；在出方向报文转发处理上，获取报文所对应的出端口的统计计数信息和数据流索引信息并生成新的第一VLAN标签和第二VLAN标签，替换原标签后转发。本发明能够实时检测链路是否发生丢包和乱序。

Description

一种链路丢包检测方法及装置
技术领域
本发明涉及网络技术领域，尤其是涉及一种链路丢包检测方法及装置。
背景技术
在网络中，网络交换设备及连接网络交换设备的数据链路上容易发生丢包现象，其中，对于网络交换设备上发生的丢包现象，可通过网络交换设备的可视化功能予以记录，而对于数据链路上发生的丢包，则可以通过基于端口的数据统计对比得出。网络交换设备的数据统计(Stats)功能可用于数据流的报文统计，其支持基于端口、VLAN等使能。
在业务数据流生命周期内，沿途经过的网络交换设备的互联端口均具有数据统计功能，等到数据流结束后，可分析得到各个网络交换设备各个端口的数据统计结果。如果网络交换设备的端口的数据统计与服务器发送端的数据包数量不一致，或者某个网络交换设备的出端口的数据统计与下一跳设备的入端口的数据统计不一致，就可以确定丢包发生以及发生在哪些交换机和链路上。由于数据包到达沿途网络交换设备的时间并不相同，导致在同一时间点，沿途各网络交换设备基于端口的数据统计结果注定是不一样的，一方面导致无法实时的发现链路是否丢包，另一方面仅凭借端口数据统计结果的不同，不仅无法判断是否发生丢包，丢了多少数据包，甚至无法判断业务是否一直是正常状态，只有将全部数据流停止，才能通过对比基于端口的数据统计发现是否丢包。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可实时检测链路是否发生丢包的链路丢包检测方法及装置。
为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：一种链路丢包检测方法，所述方法包括
接收报文并解析，获取报文携带的多层VLAN标签，所述多层VLAN标签包括均携带标签协议标识字段的第一VLAN标签和第二VLAN标签，且所述第一VLAN标签还携带用于标识数据流信息的索引字段，所述第二VLAN标签还携带用于标识端口统计计数信息的计数字段；
在入方向报文转发处理上，根据所述标签协议标识字段判断是否使能链路丢包检测功能，并在使能时根据所述索引字段进行数据流查找，并判断当前报文中计数字段的数值是否为该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，若是，则未发生丢包，否则，发生丢包或乱序或链路异常；
在出方向报文转发处理上，获取报文所对应的出端口的统计计数信息和数据流索引信息，并在报文已携带第一VLAN标签和第二VLAN标签时根据数据流索引信息生成新的第一VLAN标签并替换原第一VLAN标签，根据统计计数信息生成新的第二VLAN标签并替换原第二VLAN标签后转发。
优选地，所述是否使能链路丢包检测功能通过如下步骤判断：
判断所述第一VLAN标签中标签协议标识字段的值是否为自定义数值，若是，则表示使能链路丢包检测功能；否则，表示未使能链路丢包检测功能。
优选地，所述发生丢包通过如下步骤判断：
若当前报文中计数字段的数值大于该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，则发生丢包。
优选地，所述乱序通过如下步骤判断：
若当前报文中计数字段的数值小于该数据流内上一个报文中计数字段的数值，则发生乱序。
优选地，所述链路异常通过如下步骤判断：
若当前报文中计数字段的数值等于该数据流内上一个报文中计数字段的数值，则发生链路异常。
本发明还揭示了一种链路丢包检测装置，所述链路丢包检测装置包括
报文解析模块，用于接收报文并解析，获取报文携带的多层VLAN标签，所述多层VLAN标签包括均携带标签协议标识字段的第一VLAN标签和第二VLAN标签，且所述第一VLAN标签还携带用于标识数据流信息的索引字段，所述第二VLAN标签还携带用于标识端口统计计数信息的计数字段；
丢包检测使能判断模块，用于在入方向报文转发处理上，根据所述标签协议标识字段判断是否使能链路丢包检测功能；
入方向丢包检测模块，用于在使能链路丢包检测时根据所述索引字段进行数据流查找，并判断当前报文中计数字段的数值是否为该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，若是，则未发生丢包，否则，发生丢包或乱序或链路异常；
出方向报文序列化模块，用于在出方向报文转发处理上，获取报文所对应的出端口的统计计数信息和数据流索引信息，并在报文已携带第一VLAN标签和第二VLAN标签时根据数据流索引信息生成新的第一VLAN标签并替换原第一VLAN标签，根据统计计数信息生成新的第二VLAN标签并替换原第二VLAN标签。
优选地，所述入方向丢包检测模块通过判断所述第一VLAN标签中标签协议标识字段的值是否为自定义数值，并在是的情况下确定为使能链路丢包检测功能，在否的情况下确定为未使能链路丢包检测功能。
优选地，所述入方向丢包检测模块通过判断当前报文中计数字段的数值是否大于该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一以确定是否发生丢包，并在是的情况下确定为发生丢包。
优选地，所述入方向丢包检测模块通过判断当前报文中计数字段的数值是否小于该数据流内上一个报文中计数字段的数值以确定是否发生乱序，并在是的情况下确定为发生乱序。
优选地，所述入方向丢包检测模块通过判断当前报文中计数字段的数值是否等于该数据流内上一个报文中计数字段的数值以确定是否发生链路异常，并在是的情况下确定为发生链路异常。
本发明的有益效果是：
本发明通过利用端口数据统计的数值实现对数据流中报文的序列化处理，也即将端口数据统计的数值作为报文的报文序列号并编辑到报文中，通过报文携带的端口数据统计信息能够实时检测链路是否发生丢包和乱序；同时，通过扩展VLAN来携带端口数据统计信息，能够实现沿途各个网络交换设备的链路丢包检测，满足端到端的丢包检测需求。
附图说明
图1是本发明的方法流程图示意图；
图2是本发明的报文格式示意图；
图3是本发明的两层VLAN标签结构示意图；
图4是本发明的结构框图示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
结合图1～图3所示，为本发明所揭示的一种链路丢包检测方法，能够实时检测链路是否发生丢包，链路丢包检测方法包括：
S100，接收报文并解析，获取报文携带的多层VLAN标签，所述多层VLAN标签包括均携带标签协议标识字段的第一VLAN标签和第二VLAN标签，且所述第一VLAN标签还携带用于标识数据流信息的索引字段，所述第二VLAN标签还携带用于标识端口数据统计信息的计数字段；
具体地，网络交换芯片的端口数据统计(Stats)功能，可用于统计数据流的报文数量，在入端口接收到报文或者出端口转发报文时，网络交换芯片均会进行端口数据统计，也即进行入端口或者出端口的报文计数处理。由于数据流按照先后顺序在入端口被接收处理，因此本发明利用端口数据统计的数值实现对数据流中报文的序列化处理，也即将端口数据统计的数值作为报文的报文序列号并编辑到报文中，如入端口接收到当前报文后，此时端口数据统计的数值为100，则将该数值100作为当前报文的报文序列号，当入端口接收到下一个报文后，此时端口数据统计的数值为101，则将该数值100作为下一个报文的报文序列号。进一步可依据序列化处理后的数据流可判断链路是否发生丢包。
进一步地，报文对应的报文序列号可通过在报文中配置计数字段(Stats Value)来标识，也即在报文中配置计数字段(Stats Value)来标识端口数据统计信息，端口数据统计的数值作为计数字段的值，计数字段的值也就是报文序列号。具体地，由于报文经过的每个节点(网络交换设备)均需要开启丢包检测功能，因此本发明通过在VLAN标签(VLAN TAG)中配置计数字段。VLAN作为传统二层转发，网络交换芯片可完美支持，并且扩展难度低，通过在VLAN标签来配置计数字段，能够降低芯片支持难度，降低报文序列号的开销占比，使得在标准VLAN定义的基础上充分利用芯片已有的功能，以最小程度的扩展实现链路丢包检测。
进一步地，为简化丢包检测机制实现的复杂度，本发明利用两层VLAN标签，其中第一层VLAN标签中(记为第一VLAN标签)配置有可自定义的标签协议标识字段(TPID，)和用于标识端口信息或者数据流信息的索引字段(Stats flow index)，实施时，可通过设置索引字段不同的数值来标识不同的端口信息或者数据流信息；第二层VLAN标签(记为第二VLAN标签)配置有可自定义的标签协议标识字段(TPID)和上述用于标示端口数据统计信息的计数字段。本实施例中，各字段的长度均为16bit。
在进行丢包检测时，芯片接收到报文并对该报文进行解析，可获得报文携带的一些信息，如MACDA、MACSA、IPDA、IPSA及多层VLAN标签，该多层VLAN标签包括但不限于上述所述的第一VLAN标签和第二VLAN标签，报文携带的这些信息可用于后续的报文处理流程。
S200，在入方向报文转发处理上，根据所述标签协议标识字段判断是否使能链路丢包检测功能，并在使能时根据所述索引字段进行数据流查找，进一步判断当前报文中计数字段的数值是否为该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，若是，则未发生丢包，否则，发生丢包或乱序或链路异常。
具体地，当获取第一VLAN标签和第二VLAN标签后，进一步根据标签协议标识字段判断是否使能链路丢包检测功能，如果该标签协议标识字段的值为自定义数值，则表示使能了链路丢表检测功能，如果为非自定义数值，则表示未使能链路丢包检测功能。
当使能了链路丢包检测功能时，进一步将索引字段标识的数据流信息作为关键字进行数据流查找，并判断当前报文中计数字段的数值是否为该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，若是，则表示链路中数据报文传输正常，未发生丢包和乱序，无需上报系统，否则，表示链路发生丢包或者乱序或者链路异常情况。
进一步地，通过如下方式区分链路是发生丢包，还是发生乱序，又或者是链路异常。具体地，若当前报文中计数字段的数值大于该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，则表示链路可能发生丢包，需要上报系统。若当前报文中计数字段的数值小于该数据流内上一个报文中计数字段的数值，则表示数据流在链路传输过程中发生乱序，需要上报系统。若当前报文中计数字段的数值等于该数据流内上一个报文中计数字段的数值，则发生链路异常，需要上报系统。
S300，在出方向报文转发处理上，获取报文所对应的出端口的统计计数信息和数据流索引信息，并在报文已携带第一VLAN标签和第二VLAN标签时根据数据流索引信息生成新的第一VLAN标签并替换原第一VLAN标签，根据统计计数信息生成新的第二VLAN标签并替换原第二VLAN标签。
具体地，在出方向报文转处理时，需要根据不同的出端口分别将报文的基于出端口的数据统计信息和数据流索引信息都编辑到报文的VLAN标签中，供下一跳网络交换设备处理。实施时，将报文对应的出端口的统计计数信息添加至第二VLAN标签的计数字段中，同时将数据流索引信息添加至第一VLAN标签的索引字段中。也可根据实际需求配置第一VLAN标签和第二VLAN标签中标签协议标识字段的数值，以确定是否使能链路丢包检测功能。
进一步地，如果芯片接收到的报文未携带第一VLAN标签和第二VLAN标签，则根据相应信息生成第一VLAN标签和第二VLAN标签并插入到报文中。如果芯片接收到的报文携带了第一VLAN标签和第二VLAN标签，则将根据相应信息生成第一VLAN标签和第二VLAN标签替换报文中原第一VLAN标签和第二VLAN标签。当完成报文编辑后，将报文从出端口转发至下一跳网络交换设备中。
如图4所示，本发明还揭示了一种链路丢包检测装置，包括报文解析模块、丢包检测使能判断模块、入方向丢包检测模块和出方向报文序列化模块，其中，报文解析模块用于接收报文并解析，获取报文携带的多层VLAN标签，所述多层VLAN标签包括均携带标签协议标识字段的第一VLAN标签和第二VLAN标签，且所述第一VLAN标签还携带用于标识数据流信息的索引字段，所述第二VLAN标签还携带用于标识端口统计信息的计数字段；丢包检测使能判断模块用于在入方向报文转发处理上，根据所述标签协议标识字段判断是否使能链路丢包检测功能；入方向丢包检测模块用于在使能链路丢包检测时根据所述索引字段进行数据流查找，并判断当前报文中计数字段的数值是否为该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，并在是的情况下确定为未发生丢包，在否的情况下确定为发生丢包或乱序或链路异常；出方向报文序列化模块用于在出方向报文转发处理上，获取报文所对应的出端口的统计计数信息和数据流索引信息，并根据数据流索引信息生成新的第一VLAN标签并替换原第一VLAN标签，根据统计计数信息生成新的第二VLAN标签并替换原第二VLAN标签。
具体地，网络交换芯片通常包括用于对报文进行处理的入方向转发处理模块和出方向转发处理模块。在进行丢包检测时，芯片接收到报文并通过报文解析模块对该报文进行解析，可获得报文携带的一些信息，如MACDA、MACSA、IPDA、IPSA及多层VLAN标签，该多层VLAN标签包括但不限于上述所述的第一VLAN标签和第二VLAN标签。报文携带的这些信息可用于后续的报文处理流程。
在入方向转发处理模块中，当获取第一VLAN标签和第二VLAN标签后，进一步通过丢包检测使能判断模块判断是否使能了链路丢包检测功能，丢包检测使能判断模块根据标签协议标识字段判断是否使能链路丢包检测功能，如果该标签协议标识字段的值为自定义数值，则表示使能了链路丢表检测功能，如果为非自定义数值，则表示未使能链路丢包检测功能。
当使能了链路丢包检测功能时，入方向丢包检测模块进一步将索引字段标识的数据流信息作为关键字进行数据流查找，并判断当前报文中计数字段的数值是否为该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，若是，则表示链路中数据报文传输正常，未发生丢包和乱序，无需上报系统，否则，表示链路发生丢包或者乱序或者链路异常情况。
进一步地，入方向丢包检测模块还通过如下方式区分链路是发生丢包，还是发生乱序，又或者是链路异常。具体地，若当前报文中计数字段的数值大于该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，则表示链路可能发生丢包，需要上报系统。若当前报文中计数字段的数值小于该数据流内上一个报文中计数字段的数值，则表示数据流在链路传输过程中发生乱序，需要上报系统。若当前报文中计数字段的数值等于该数据流内上一个报文中计数字段的数值，则发生链路异常，需要上报系统。
进一步地，在出方向报文转处理时，需要根据不同的出端口分别将报文的基于出端口的数据统计信息和数据流索引信息都编辑到报文的VLAN标签中，供下一跳网络交换设备处理。实施时，出方向报文序列化模块将报文对应的数据流索引信息添加至第一VLAN标签的索引字段中，将出端口的统计计数信息添加至第二VLAN标签的计数字段中，作为报文的序列号，实现报文序列化。另外，可根据实际需求配置第一VLAN标签和第二VLAN标签中标签协议标识字段的数值，以确定是否使能链路丢包检测功能。
进一步地，如果芯片接收到的报文未携带第一VLAN标签和第二VLAN标签，则根据相应信息生成第一VLAN标签和第二VLAN标签并插入到报文中。如果芯片接收到的报文携带了第一VLAN标签和第二VLAN标签，则将根据相应信息生成第一VLAN标签和第二VLAN标签替换报文中原第一VLAN标签和第二VLAN标签。当完成报文编辑后，将报文从出端口转发至下一跳网络交换设备中。
本发明通过利用端口数据统计的数值实现对数据流中报文的序列化处理，也即将端口数据统计的数值作为报文的报文序列号并编辑到报文中，通过报文携带的端口数据统计信息能够实时检测链路是否发生丢包和乱序；同时，通过扩展VLAN来携带端口数据统计信息，能够实现沿途各个网络交换设备的链路丢包检测，满足端到端的丢包检测需求。
本发明的技术内容及技术特征已揭示如上，然而熟悉本领域的技术人员仍可能基于本发明的教示及揭示而作种种不背离本发明精神的替换及修饰，因此，本发明保护范围应不限于实施例所揭示的内容，而应包括各种不背离本发明的替换及修饰，并为本专利申请权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种链路丢包检测方法，其特征在于，所述方法包括
接收报文并解析，获取报文携带的多层VLAN标签，所述多层VLAN标签包括均携带标签协议标识字段的第一VLAN标签和第二VLAN标签，且所述第一VLAN标签还携带用于标识数据流信息的索引字段，所述第二VLAN标签还携带用于标识端口统计计数信息的计数字段；
在入方向报文转发处理上，根据所述标签协议标识字段判断是否使能链路丢包检测功能，并在使能时根据所述索引字段进行数据流查找，并判断当前报文中计数字段的数值是否为该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，若是，则未发生丢包，否则，发生丢包或乱序或链路异常；
在出方向报文转发处理上，获取报文所对应的出端口的统计计数信息和数据流索引信息，并在报文已携带第一VLAN标签和第二VLAN标签时根据数据流索引信息生成新的第一VLAN标签并替换原第一VLAN标签，根据统计计数信息生成新的第二VLAN标签并替换原第二VLAN标签后转发，其中，
所述发生丢包通过如下步骤判断：
若当前报文中计数字段的数值大于该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，则发生丢包；
所述乱序通过如下步骤判断：
若当前报文中计数字段的数值小于该数据流内上一个报文中计数字段的数值，则发生乱序；
所述链路异常通过如下步骤判断：
若当前报文中计数字段的数值等于该数据流内上一个报文中计数字段的数值，则发生链路异常。
2.根据权利要求1所述的链路丢包检测方法，其特征在于，所述是否使能链路丢包检测功能通过如下步骤判断：
判断所述第一VLAN标签中标签协议标识字段的值是否为自定义数值，若是，则表示使能链路丢包检测功能；否则，表示未使能链路丢包检测功能。
3.一种基于权利要求1所述链路丢包检测方法的链路丢包检测装置，其特征在于，所述链路丢包检测装置包括
报文解析模块，用于接收报文并解析，获取报文携带的多层VLAN标签，所述多层VLAN标签包括均携带标签协议标识字段的第一VLAN标签和第二VLAN标签，且所述第一VLAN标签还携带用于标识数据流信息的索引字段，所述第二VLAN标签还携带用于标识端口统计计数信息的计数字段；
丢包检测使能判断模块，用于在入方向报文转发处理上，根据所述标签协议标识字段判断是否使能链路丢包检测功能；
入方向丢包检测模块，用于在使能链路丢包检测时根据所述索引字段进行数据流查找，并判断当前报文中计数字段的数值是否为该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一，若是，则未发生丢包，否则，发生丢包或乱序或链路异常；
出方向报文序列化模块，用于在出方向报文转发处理上，获取报文所对应的出端口的统计计数信息和数据流索引信息，并在报文已携带第一VLAN标签和第二VLAN标签时根据数据流索引信息生成新的第一VLAN标签并替换原第一VLAN标签，根据统计计数信息生成新的第二VLAN标签并替换原第二VLAN标签，其中，
入方向丢包检测模块通过判断当前报文中计数字段的数值是否大于该数据流内上一个报文中计数字段的数值加一以确定是否发生丢包，并在是的情况下确定为发生丢包；
入方向丢包检测模块通过判断当前报文中计数字段的数值是否小于该数据流内上一个报文中计数字段的数值以确定是否发生乱序，并在是的情况下确定为发生乱序；
入方向丢包检测模块通过判断当前报文中计数字段的数值是否等于该数据流内上一个报文中计数字段的数值以确定是否发生链路异常，并在是的情况下确定为发生链路异常。
4.根据权利要求3所述的链路丢包检测装置，其特征在于，所述入方向丢包检测模块通过判断所述第一VLAN标签中标签协议标识字段的值是否为自定义数值，并在是的情况下确定为使能链路丢包检测功能，在否的情况下确定为未使能链路丢包检测功能。
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