CN112994953B - 一种基于报文追踪的网络调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于报文追踪的网络调试方法，调度中心单元对经过每过报文转发设备的报文，无论是接收状态还是发送状态，均需要记录报文内容、转发设备名称、ID值以及TOS值，还要记录报文的状态。本发明方便了后期对报文的监控以及处理，以及能够快速筛选出故障的报文转发设备。

Description

一种基于报文追踪的网络调试方法

技术领域

本发明涉及网络报文传输技术领域，特别涉及一种基于报文追踪的网络调试方法。

背景技术

互联网的普及，云计算的浪潮，让我们越来越离不开网络环境。随着移动互联网的快速发展，各种应用和服务层出不穷，应用开发商和服务提供商等需要快速实施他们的项目或产品，在传统的IDC数据中心中一般需要布置他们自己或者租用服务器设备并且还需要自己组建复杂的网络，这其间必定需要大量的时间并且非常容易出错，也不容易扩展和实现灾备。

在经典网络中，用户在云上其实是非常缺乏网络管理能力的，用户有一台经典网络的虚拟服务器，用户也只有了和公网通信的能力，最多加上安全组可以做一些安全控制的能力，但如网段规划、子网划分、路由管理、使用NAT管理公网出入等网络管理能力都几乎没有或很弱。

云计算中的网络系统一般有多台不同角色的网络设备共同工作，提供不同组合的网络功能，通常报文从这个网络系统的某个入口进入，再从某个出口发出，完成特定的网络功能，比如NAT地址转换接入公网功能等，由于网络系统中的不同角色间是协同工作的，但对于用户来说此网络系统犹如一个黑盒子，在发生网络问题时不方便调试找出问题原因所在，所以提供一种多节点网络系统调试方法很有必要。

目前与此相关的持术有tcpdump和traceroute等，但是此类技术有比较明显的缺点，tcpdump只能在单台设备上面执行，以观察这台设备上的报文接收和发出的情况，但对于报文在整个多节点的网络系统中的接收和发出情况则没有直观和报文相关联的信息，而traceroute则主要是探测报文可能经过的网络节点，但不能探测出报文在经过不同网络节点时可能发生的变化的情况。

发明内容

本发明为了解决上述问题之一，提供一种基于报文追踪的网络调试方法，通过借用报文IP头部的TOS值和ID值，对报文进行标记，并在每个网络节点中对有标记的报文进行详细的信息输出，调度中心单元获取这些输出的报文信息，使得不同网络节点（报文转发设备）之间的报文就能关联起来，报文在经过每个网络节点时经过什么处理也能直观地体现出来，对于报文的流转信息一目了然，方便后期对报文的监控以及处理，以及能够快速筛选出故障的报文转发设备。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于报文追踪的网络调试方法，其运行于一种基于报文追踪的网络调试系统，所述网络调试系统包括调度中心单元、数据库单元以及若干报文转发设备，每个报文转发设备均与其相邻的报文转发设备进行连接，所述调度中心单元连接数据库单元，所述调度中心单元连接所有报文转发设备；所述报文转发设备数量为N个，对报文转发设备按次序进行命名，其中，所述第一报文转发设备和第N报文转发设备连接外部网络设备；

所述一种基于报文追踪的网络调试方法，包括以下步骤：

步骤S1、第一报文转发设备接收外部网络设备发送过来的报文，并对报文命名为报文C1；

步骤S2、第一报文转发设备向调度中心单元获取一个唯一的ID值，并将ID值替换掉报文C1的IP头部的原ID值；第一报文转发设备对报文C1的TOS值设置一个初始值；

步骤S3、调度中心单元获取报文C1、第一报文转发设备名称、ID值以及TOS值，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为接收状态；

步骤S4、第一报文转发设备根据报文C1的地址信息，判断报文C1是否需要转发至下一个报文转发设备；

若报文C1无需转发至下一个报文转发设备，则第一报文转发设备将报文C1的TOS值清0并将报文C1发送至外部网络设备，同时，调度中心单元获取TOS值清0后的报文C1、第一报文转发设备名称、ID值以及TOS值，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态；

若报文C1需转发至下一个报文转发设备，则第一报文转发设备将报文C1发送至下一个报文转发设备，同时，调度中心单元获取报文C1、第一报文转发设备名称、ID值以及TOS值，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态；

步骤S5、下一个报文转发设备接收到报文C1后，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及接收报文C1的报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为接收状态；

报文转发设备对报文C1的TOS值按一定梯度进行递增，并根据报文C1的地址信息将报文C1转发至下一个报文转发设备，同时，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及接收报文C1的报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态；

步骤S6、重复步骤S5，直至报文C1被发送至第N报文转发设备；

步骤S7、第N报文转发设备接收到报文C1，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及第N报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为接收状态；

步骤S8、第N报文转发设备将报文C1的TOS值清0，并将报文C1发送至外部网络设备，同时，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及第N报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态。

进一步地，所述的一种基于报文追踪的网络调试方法，还包括步骤S9、第一报文转发设备接收外部网络设备发送过来的新报文，并对新报文进行命名，重复步骤S2-S8。

进一步地，所述网络调试系统还包括报文归类单元，所述报文归类单元连接所述数据库单元；所述一种基于报文追踪的网络调试方法还包括步骤S10、重复步骤S9，报文归类单元获取数据库单元上记录的报文信息并进行汇总排列。

进一步地，所述报文转发设备为VPN设备或者NAT设备或者路由设备或者防火墙设备或者限速设备。

进一步地，所述外部网络设备为网关单元或虚拟机单元。

进一步地，所述步骤S2中第一报文转发设备对报文C1的TOS值设置一个初始值，对初始值设为1；

所述步骤S5中报文转发设备对报文C1的TOS值按一定梯度进行递增，具体为：报文转发设备对报文C1的TOS值加2。

采用上述技术方案后，本发明至少具有如下有益效果：本发明通过在网络节点的入口处对符合条件的报文进行打标，通过修改报文IP头部的ID字段和TOS字段来进行打标，向中心获取唯一的ID对需要追踪的报文进行标识，通过奇数TOS值来使得报文在中间网络节点中传输时与其他的报文区分开，由于IP标准设计TOS字段的使用最后1位为保留位，所以一般情况下设置了TOS值的报文都为偶数，所以本方法设置成奇数TOS值的报文就能与其他报文区分开来，然后通过TOS增长来区分报文在不同设备上的流转和处理情况，达到对一个报文从网络节点到中间传输再到最终发现的完整过程的追踪，非常直观地显示了报文的流转和在不同设备上的处理情况，很好地完成了网络调试的功能。

附图说明

图1为本发明一种基于报文追踪的网络调试方法步骤流程图。

图2为本发明实施例2举例的网络调试系统的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本实施例提出一种基于报文追踪的多节点网络系统调试方法，通过借用IP头部的TOS和ID字段，对报文进行标记，并在每个网络节点中对有标记的报文进行详细的信息输出，调度中心单元获取这些输出的报文信息，通过ID字段把每个报文关联起来，这样不同网络节点（报文转发设备）之间的报文就能关联起来，报文在经过每个网络节点时经过什么处理也能直观地体现出来。对于调度中心单元对经过每个报文转发设备的报文，无论是接收状态还是发送状态，均需要记录报文内容、转发设备名称、ID值以及TOS值，还要记录报文的状态。具体过程，下述进行详细说明。

本实施例公开一种基于报文追踪的网络调试方法，其运行于一种基于报文追踪的网络调试系统，所述网络调试系统包括调度中心单元、数据库单元、报文归类单元以及若干报文转发设备，每个报文转发设备均与其相邻的报文转发设备进行连接（众所周知，对于报文转发设备，例如路由器，报文在转发过程中许多情况下都需要经过一系列的路由器进行转发，而每一个路由器都会与一个或多个其他路由器直接连接，那么与其直接连接的其他路由器都称为相邻路由器，也即为相邻的报文转发设备），所述调度中心单元、数据库单元以及报文归类单元依次连接，所述调度中心单元连接每一个报文转发设备；所述报文转发设备数量为N个，对报文转发设备按次序进行命名，由于报文转发设备为若干个，此处设报文转发设备数量为N个，那么根据序列对报文转发设备进行命名，即为第一报文转发设备、第二报文转发设备、第三报文转发设备直至第N报文转发设备，第N报文转发设备即为序列中最后一个报文转发设备，在下文可以知道，只有第一个报文转发设备和最后一个报文转发设备才会与外界连接并进行报文的直接发送或接收；在这里，报文转发设备为VPN设备或者NAT设备，VPN设备会对接收的报文进行封装，NAT设备会对接收的报文进行IP地址的更改，因此，需要记录每个报文转发设备在接收报文时以及发送报文后的报文状态或者信息，后期对所有报文进行汇总就会一目了然；优选地，报文转发设备不止是VPN和NAT设备，报文转发设备可以为任意网络功能设备，比如一般路由设备，防火墙设备，限速设备等等，只是有可能为VPN或NAT设备；

所述第一报文转发设备和第N报文转发设备连接外部网络设备，所述外部网络设备为网关单元或虚拟机单元；

如图1所示，所述一种基于报文追踪的网络调试方法，包括以下步骤：

步骤S1、第一报文转发设备接收外部网络设备发送过来的报文，并对报文命名为报文C1；

步骤S2、第一报文转发设备向调度中心单元获取一个唯一的ID值，并将ID值替换掉报文C1的IP头部的原ID值；第一报文转发设备对报文C1的TOS值设置一个初始值；优选地，初始值设为1，后续每经过一个报文转发设备则相应将TOS值加2，本方法设置成奇数TOS值的报文就能与其他报文区分开来，目的是让中间的报文转发设备可以识别出在第一或第N报文转发设备筛选出来的报文；

步骤S3、调度中心单元获取报文C1、第一报文转发设备名称、ID值以及TOS值，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为接收状态（in_info）；

步骤S4、第一报文转发设备根据报文C1的地址信息，判断报文C1是否需要转发至下一个报文转发设备；其中，路由信息为常规技术，每个报文都会封装有地址信息，每台报文转发设备有相应的路由信息，路由信息规划好所需要通过的报文转发设备，所述报文转发设备根据路由信息直接转发报文即可；其中，每个普通的报文包含地址信息等信息，网络设备是根据报文的地址信息，再通过查找本地的路由信息，最后决定报文该转发到哪个设备的；

若报文C1无需转发至下一个报文转发设备（例如，同一物理机下的多台虚拟机进行报文的传输，那么报文只需要通过第一报文转发设备传输即可，无需经过下一个报文转发设备），则第一报文转发设备将报文C1的TOS值清0并将报文C1发送至外部网络设备，同时，调度中心单元获取TOS值清0后的报文C1、第一报文转发设备名称、ID值以及TOS值，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态（out_info）；

若报文C1需转发至下一个报文转发设备，则第一报文转发设备将报文C1发送至下一个报文转发设备，同时，调度中心单元获取报文C1、第一报文转发设备名称、ID值以及TOS值，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态；

步骤S5、下一个报文转发设备接收到报文C1后，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及接收报文C1的报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为接收状态；

报文转发设备对报文C1的TOS值按一定梯度进行递增（具体为TOS值相应地加2），并根据报文C1的路由信息将报文C1转发至下一个报文转发设备，同时，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及接收报文C1的报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态；

步骤S6、重复步骤S5，直至报文C1被发送至第N报文转发设备；

步骤S7、第N报文转发设备接收到报文C1，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及第N报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为接收状态；

步骤S8、第N报文转发设备将报文C1的TOS值清0，并将报文C1发送至外部网络设备，同时，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及第N报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态；

步骤S9、第一报文转发设备接收外部网络设备发送过来的新报文，并对新报文进行命名，重复步骤S2-S8；对于报文的命名方式，可按次序进行命名，例如报文C1、报文C2、报文C3、报文C4等等一直按递增方式命名；另外，ID值也按序进行递增，每一个报文相应地对ID值加1，且每一个报文相应地对ID值是唯一的；

步骤S10、重复步骤S9，数据库单元得到若干报文（例如报文C1、报文C2、报文C3、报文C4等等）的信息，报文的信息包括经过的报文转发设备名称、ID值以及TOS值，还有报文的所处的状态（包括发送状态和接收状态），报文归类单元获取数据库单元上记录的报文信息并进行汇总排列，具体为：

a) 从数据库中取出每个报文；

b) 把报文按照ID值进行排序，相同ID值的报文再按照TOS值进行排序；

c) 相同ID值的报文，TOS初始值为1的即为原始进入的报文，TOS值为3的报文即为原始报文在第二台设备上的处理情况，TOS值为5的报文则为在第三台设备上的处理情况，如此类推；

d) 把相同ID值的报文，按照TOS升序进行排列显示，即为一个报文在整个网络节点中的传输和处理情况。

上述过程中，从第N报文转发设备开始接收报文也是同样的道理，实际上，第N报文转发设备也是直接与外界的外部网络设备连接，那么相应地也会接收外界发送过来的报文，因此在接收到外界的报文时，其处理的流程跟步骤S1-步骤S10是一样的，此处不做重复描述。

本方法通过在网络节点的入口处对符合条件的报文进行打标，通过修改报文IP头部的ID字段和TOS字段来进行打标，向中心获取唯一的ID对需要追踪的报文进行标识，通过奇数TOS值来使得报文在中间网络节点中传输时与其他的报文区分开，由于IP标准设计TOS字段的使用最后1位为保留位，所以一般情况下设置了TOS值的报文都为偶数，所以本方法设置成奇数TOS值的报文就能与其他报文区分开来，然后通过TOS增长来区分报文在不同设备上的流转和处理情况，达到对一个报文从网络节点到中间传输再到最终发现的完整过程的追踪，非常直观地显示了报文的流转和在不同设备上的处理情况，很好地完成了网络调试的功能。

实施例2

本实施例在实施例1一种基于报文追踪的网络调试方法基础上，公开了一个具体实例进行详细说明。

如图2所示，网络调试系统包括了调度中心单元、数据库单元、报文归类单元和9个报文转发设备，9个报文转发设备分别就是：第1设备、第2设备、第3设备、第4设备、第5设备、第6设备、第7设备、第8设备以及第9设备（也就是第N设备，N即为9）。

1、报文转发设备：

(1)第1设备至第N设备的相连情况如图2所示；

(2)报文必须从第1设备或第N设备进入或发出；

(3)假设第3设备是VPN设备；

(4)假设第7设备是NAT设备；

2、调度中心单元：

(1)在第1设备或第N设备处，对符合的报文打标；

(2)把报文的TOS值设为1；

(3)向调度中心单元获取一个ID值，如报文C1从第1设备进入，向调主度中心获取了ID 100，报文C2从第N设备进入，向调度中心获取了ID 101，将获取的值更新报文IP头上的ID字段；

(4)中间设备收到TOS值为奇数的报文，把TOS字段值累加2再发送出去，如第3设备收到报文C1时的TOS值为1，发送出去时的TOS值变成了3；

(5)在第1设备或第N设备处，把接收到的TOS值为奇数的报文清0再发送出去，如报文C1在经过第N设备后，发送出去的TOS值由9变为0，报文C2进入第1设备时TOS值为9，发出之前也需要把TOS值清0；

(6)第3设备等VPN设备在收到报文C1时，在封装了新的IP头后，新的IP头也需要把TOS值设置为被封装的原IP头的TOS值，把ID值设为被封装的原IP头的ID值；

3、调度中心单元：

(1) 调度中心单元向第1设备和第N设备提供唯一的ID值；

(2) 调度中心单元负责接收调试任务并且向第1设备和第N设备发布报文的抓取条件；

(3) 调度中心单元向所有设备获取各设备抓取到的报文信息，拆分报文中的每一项信息，记录到数据库单元；

4、报文归类单元：

(1)从数据库单元中读取每个报文信息；

(2)ID 100的为报文C1，ID 101为报文C2；

(3)[ID 100 TOS1]报文即为原始报文，从第1设备进入并发出，第3设备收到TOS值为1的报文再次转发出去时，报文的信息变为[ID 100 TOS 3]，如此类推；

(4)[ID 101 TOS1]报文是从第N设备进入的原始报文C2。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种等效的变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (6)

1.一种基于报文追踪的网络调试方法，其运行于一种基于报文追踪的网络调试系统，所述网络调试系统包括调度中心单元、数据库单元以及若干报文转发设备，每个报文转发设备均与其相邻的报文转发设备进行连接，所述调度中心单元连接数据库单元，所述调度中心单元连接所有报文转发设备；所述报文转发设备数量为N个，对报文转发设备按次序进行命名，其中，第一报文转发设备和第N报文转发设备连接外部网络设备；

所述一种基于报文追踪的网络调试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、第一报文转发设备接收外部网络设备发送过来的报文，并对报文命名为报文C1；

步骤S2、第一报文转发设备向调度中心单元获取一个唯一的ID值，并将ID值替换掉报文C1的IP头部的原ID值；第一报文转发设备对报文C1的TOS值设置一个初始值；

步骤S3、调度中心单元获取报文C1、第一报文转发设备名称、ID值以及TOS值，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为接收状态；

步骤S4、第一报文转发设备根据报文C1的地址信息，判断报文C1是否需要转发至下一个报文转发设备；

若报文C1无需转发至下一个报文转发设备，则第一报文转发设备将报文C1的TOS值清0并将报文C1发送至外部网络设备，同时，调度中心单元获取TOS值清0后的报文C1、第一报文转发设备名称、ID值以及TOS值，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态；

若报文C1需转发至下一个报文转发设备，则第一报文转发设备将报文C1发送至下一个报文转发设备，同时，调度中心单元获取报文C1、第一报文转发设备名称、ID值以及TOS值，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态；

步骤S5、下一个报文转发设备接收到报文C1后，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及接收报文C1的报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为接收状态；

报文转发设备对报文C1的TOS值按一定梯度进行递增，并根据报文C1的地址信息将报文C1转发至下一个报文转发设备，同时，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及接收报文C1的报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态；

步骤S6、重复步骤S5，直至报文C1被发送至第N报文转发设备；

步骤S7、第N报文转发设备接收到报文C1，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及第N报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为接收状态；

步骤S8、第N报文转发设备将报文C1的TOS值清0，并将报文C1发送至外部网络设备，同时，调度中心单元获取报文C1、ID值、TOS值以及第N报文转发设备名称，并记录于数据库单元，标注此时的报文C1为发送状态。

2.如权利要求1所述的一种基于报文追踪的网络调试方法，其特征在于，还包括步骤S9、第一报文转发设备接收外部网络设备发送过来的新报文，并对新报文进行命名，重复步骤S2-S8。

3.如权利要求2所述的一种基于报文追踪的网络调试方法，其特征在于，所述网络调试系统还包括报文归类单元，所述报文归类单元连接所述数据库单元；所述一种基于报文追踪的网络调试方法还包括步骤S10、重复步骤S9，报文归类单元获取数据库单元上记录的报文信息并进行汇总排列。

4.如权利要求1所述的一种基于报文追踪的网络调试方法，其特征在于，所述报文转发设备为VPN设备或者NAT设备或者路由设备或者防火墙设备或者限速设备。

5.如权利要求1所述的一种基于报文追踪的网络调试方法，其特征在于，所述外部网络设备为网关单元或虚拟机单元。

6.如权利要求1所述的一种基于报文追踪的网络调试方法，其特征在于，所述步骤S2中第一报文转发设备对报文C1的TOS值设置一个初始值，对初始值设为1；

所述步骤S5中报文转发设备对报文C1的TOS值按一定梯度进行递增，具体为：报文转发设备对报文C1的TOS值加2。

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