CN113014418A - 一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，通过自定义的SNMP‑MIB进行数据采集，基于流进行流量数据采集，然后将流量数据与拓扑数据进行关联，并对此时刻拓扑与流量关联数据进行保存，生成基于时间维度的历史流量拓扑数据；管理员可以通过基于时间维度的历史拓扑流量数据进行检索分析，据此进行故障定位与原因分析，从而快速定位出故障位置与原因。

Description

一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法

技术领域

本发明属于网络通讯领域，具体涉及一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法。

背景技术

计算机网络已经成为人类各种活动中必不可少的一部分。然而，快速增长的用户群体和巨大的数据传输量给网络带来的压力越来越重，网络结构愈渐复杂，网络可控性逐渐降低，网络故障的发生越来越频繁，这极大影响了网络的正常运作，给经济带来巨大的损失。因此，如何对网络进行有效的管理成为人们越来越关注的问题。

网络管理通过对网络设备采取一系列行为和手段，来保证网络可靠、稳定、持续、高效和安全的运行，在实施网络监测的同时能够控制网络的运行情况。网络故障诊断是网络管理的中关键的一部分功能，其目标是定位和排查具体的故障原因。网络故障诊断是恢复网络正常运行的基础。

网络流量管理是网络管理的重要组成部分，网络流量是网络中传输的数据量，是体现网络性能状态和运行状态的关键数据。通过对网络流量进行分析研究，不仅能够起到对网络流量的监测作用，同时还能掌握一定的网络行为规律，实施网络流量预测，对于流量异常情况进行及时告警，以帮助网络管理人员排查和定位网络故障，并为优化网络拓扑和进行网络规划提供科学依据。

当前出现不少网络管理系统，这些系统只能监测到当前的网络状态和进行当前时刻环境的故障诊断，无法对网络的历史状态和故障原因进行回溯，并且不能对流量进行细分，流量的转发路径以及网络拓扑数据并未进行存储，且未和流量数据建立联系，网络管理员只能通过自身对网络的记忆状态，对网络故障进行定位与分析，进而确定故障原因，这种工作对管理员的素质要求很高，故障定位效率低下，且误差很大，并且对于过去时间段的故障一般很难去追溯定位原因。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法解决了现有技术中存在的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，包括以下步骤：

S1、在网络设备中部署收集拓扑与流量的私有SNMP-MIB；

S2、通过SNMP-MIB定时上报网络设备拓扑信息和流量信息至服务器；

S3、将流量信息基于拓扑信息进行关联并保存，得到拓扑流量信息；

S4、根据拓扑流量信息进行故障诊断，并保存故障诊断结果；

S5、登录管理界面，进行拓扑流量信息和故障诊断结果查询，核查故障诊断结果，核实真实故障。

进一步地，所述步骤S2中拓扑信息包括网络设备信息、接口信息和邻居信息；所述流量信息包括基于设备端口的流量统计信息、基于五元组信息的流量统计信息和基于业务流信息的流量统计信息。

进一步地，所述步骤S2中定时上报网络设备拓扑信息和流量信息至服务器的具体方法为：网络设备第一次与服务器建立联系时，上报所有的拓扑信息与流量信息；实时采集拓扑信息的变动信息，将变动信息上报至服务并定时上报流量信息。

进一步地，所述步骤S3中将流量信息基于拓扑信息进行关联并保存的具体方法为：保存拓扑信息的格式为：<起始设备，起始接口，终止设备，终止接口>；保存流量信息的格式为：<所属设备，接口名，流信息匹配项，统计信息>；完成流量信息在拓扑信息中基于具体接口的关联。

进一步地，所述步骤S4包括以下步骤：

S4.1、通过服务器对比前后两次拓扑流量信息，获取异常链路集合；

S4.2、遍历数据流，获取拓扑流量信息中转发路径的异常链路，并将其添加至异常链路集合；

S4.3、对异常链路集合中的异常链路进行故障诊断，获取故障诊断结果并保存。

进一步地，所述步骤S4.1包括以下步骤：

S4.1.1、取第一次和第二次拓扑流量信息中的设备集合分别为S₁＝{S₁₁,S₁₂,...,S_1n}和S₂＝{S₂₁,S₂₂,...,S_2m}，n、m为任意正整数；

S4.1.2、取第一次和第二次拓扑流量信息中的链路集合分别为L₁＝{L₁₁,L₁₂,...,L_1v}和L₂＝{L₂₁,L₂₂,...,L_2u}，v、u为任意正整数；

S4.1.3、选取链路集合L₁中以设备S_1i为起点的链路，获取起点链路集合L_i＝{L_i1,L_i2,...,L_ix,...,L_iX}，S_1i表示集合S₁中的第i个设备，i＝1,2,...,n，X表示最大链路数目，x＝1,2,...,X，L_ix表示以设备S_1i为起点的链路；

选取链路集合L₂中以设备S_2j为起点的链路，获取起点链路集合L_j＝{L_j1,L_j2,...,L_jy,...,L_jY}，S_2j表示S₂中的第j个设备，j＝1,2,...,m，Y表示最大链路数目，y＝1,2,...,Y，L_jy均表示以设备S_2j为起点的链路；

S4.1.4、取集合L_i中的节点L_ix与集合L_j中的节点进行比较，若L_ix＝＝L_jy且x＝＝y，则不做任何处理，否则将节点L_ix置于异常链路集合L_n＝{L_n1,L_n2,...,L_ns,...,L_nS}，并记录链路缺失，s＝1,2,...,S，S为异常链路的最大数目；

S4.1.5、遍历集合L_i中所有节点，获取异常链路集合。

进一步地，所述步骤S4.2包括以下步骤：

S4.2.1、取拓扑流量信息中转发路径集合P＝{P₁,P₂,...,P_h,...,P_H}，P表示网络中两两设备之间的转发路径的集合；h＝1,2,...,H，H表示转发路径总数，P_h表示转发路径，其由多条链路组成的集合；

S4.2.2、筛选转发路径P_h的链路集合L_Ph＝{L₁,L₂,...,L_k,...,L_K}，k＝1,2,...,K，K表示链路总数，L_k表示转发路径P_h中的链路；

S4.2.3、设定带宽利用率安全阈值A，获取链路L_k的起始接口和结束接口的流量信息，并计算其带宽利用率；

S4.2.4、判断链路L_k的带宽利用率是否大于阈值A，若是，将链路L_k置于异常链路集合L_n中，并记录为带宽利用率过高，否则进入步骤S4.3。

进一步地，所述步骤S4.2.3中带宽利用率δ的计算公式为：

其中，B_i表示链路L_k的接口流量，其通过结束接口流量减去起始接口流量获取；B_sum表示链路L_k所在接口总带宽。

进一步地，所述步骤S4.3具体为：

S4.3.1、取异常链路集合L_n中的节点L_ns，判断节点L_ns的记录是否为带宽利用率过高，若是，则将节点L_ns保留并修改记录为带宽利用率过高，链路可能拥塞，故障级别为严重，并进入步骤S4.3.2；否则直接进入步骤S4.3.2；

S4.3.2、判断节点L_ns是否属于转发路径集合P中某一条链路，若是，则将节点L_ns保留并修改记录为关键链路断开，影响业务功能，故障级别为严重，否则修改节点L_ns的记录为非关键路径断开，不影响业务流，故障级别为轻微；

S4.3.2、遍历异常链路集合L_n中所有节点，得到故障诊断结果，并将时间和故障诊断结果共同保存。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，目的在于历史故障原因诊断，且进行自动故障原因初步分析，减少管理员工作量，提高网络管理效率。

(2)本发明提出了一种基于拓扑的流量保存方式，目的在于基于网络拓扑进行历史流量保存，便于进行历史拓扑流量回溯，掌握历史时刻网络的状态和流量状态，从而达到精确定位故障和原因的效果。

(3)本发明通过自定义的SNMP-MIB进行数据采集，基于流进行流量数据采集，然后将流量数据与拓扑数据进行关联，并对此时刻拓扑与流量关联数据进行保存，生成基于时间维度的历史流量拓扑数据。管理员可以通过基于时间维度的历史拓扑流量数据进行检索分析，据此进行故障定位与原因分析，从而快速定位出故障位置与原因。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

下面结合附图详细说明本发明的实施例。

如图1所示，一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，包括以下步骤：

S1、在网络设备中部署收集拓扑与流量的私有SNMP-MIB；

S2、通过SNMP-MIB定时上报网络设备拓扑信息和流量信息至服务器；

S3、将流量信息基于拓扑信息进行关联并保存，得到拓扑流量信息；

S4、根据拓扑流量信息进行故障诊断，并保存故障诊断结果；

S5、登录管理界面，进行拓扑流量信息和故障诊断结果查询，核查故障诊断结果，核实真实故障。

所述步骤S2中拓扑信息包括网络设备信息、接口信息和邻居信息；所述流量信息包括基于设备端口的流量统计信息、基于五元组信息的流量统计信息和基于业务流信息的流量统计信息。

所述步骤S2中定时上报网络设备拓扑信息和流量信息至服务器的具体方法为：网络设备第一次与服务器建立联系时，上报所有的拓扑信息与流量信息；实时采集拓扑信息的变动信息，将变动信息上报至服务并定时上报流量信息。

所述步骤S3中将流量信息基于拓扑信息进行关联并保存的具体方法为：保存拓扑信息的格式为：<起始设备，起始接口，终止设备，终止接口>；保存流量信息的格式为：<所属设备，接口名，流信息匹配项，统计信息>；完成流量信息在拓扑信息中基于具体接口的关联。

所述步骤S4包括以下步骤：

S4.1、通过服务器对比前后两次拓扑流量信息，获取异常链路集合；

S4.2、遍历数据流，获取拓扑流量信息中转发路径的异常链路，并将其添加至异常链路集合；

S4.3、对异常链路集合中的异常链路进行故障诊断，获取故障诊断结果并保存。

所述步骤S4.1包括以下步骤：

S4.1.1、取第一次和第二次拓扑流量信息中的设备集合分别为S₁＝{S₁₁,S₁₂,...,S_1n}和S₂＝{S₂₁,S₂₂,...,S_2m}，n、m为任意正整数；

S4.1.2、取第一次和第二次拓扑流量信息中的链路集合分别为L₁＝{L₁₁,L₁₂,...,L_1v}和L₂＝{L₂₁,L₂₂,...,L_2u}，v、u为任意正整数；

S4.1.3、选取链路集合L₁中以设备S_1i为起点的链路，获取起点链路集合L_i＝{L_i1,L_i2,...,L_ix,...,L_iX}，S_1i表示集合S₁中的第i个设备，i＝1,2,...,n，X表示最大链路数目，x＝1,2,...,X，L_ix表示以设备S_1i为起点的链路；

选取链路集合L₂中以设备S_2j为起点的链路，获取起点链路集合L_j＝{L_j1,L_j2,...,L_jy,...,L_jY}，S_2j表示S₂中的第j个设备，j＝1,2,...,m，Y表示最大链路数目，y＝1,2,...,Y，L_jy均表示以设备S_2j为起点的链路；

S4.1.4、取集合L_i中的节点L_ix与集合L_j中的节点进行比较，若L_ix＝＝L_jy且x＝＝y，则不做任何处理，否则将节点L_ix置于异常链路集合L_n＝{L_n1,L_n2,...,L_ns,...,L_nS}，并记录链路缺失，s＝1,2,...,S，S为异常链路的最大数目；

S4.1.5、遍历集合L_i中所有节点，获取异常链路集合。

所述步骤S4.2包括以下步骤：

S4.2.1、取拓扑流量信息中转发路径集合P＝{P₁,P₂,...,P_h,...,P_H}，P表示网络中两两设备之间的转发路径的集合；h＝1,2,...,H，H表示转发路径总数，P_h表示转发路径，其由多条链路组成的集合；

S4.2.2、筛选转发路径P_h的链路集合L_Ph＝{L₁,L₂,...,L_k,...,L_K}，k＝1,2,...,K，K表示链路总数，L_k表示转发路径P_h中的链路；

S4.2.3、设定带宽利用率安全阈值A，获取链路L_k的起始接口和结束接口的流量信息，并计算其带宽利用率；

S4.2.4、判断链路L_k的带宽利用率是否大于阈值A，若是，将链路L_k置于异常链路集合L_n中，并记录为带宽利用率过高，否则进入步骤S4.3。

所述步骤S4.2.3中带宽利用率δ的计算公式为：

其中，B_i表示链路L_k的接口流量，其通过结束接口流量减去起始接口流量获取；B_sum表示链路L_k所在接口总带宽。

所述步骤S4.3具体为：

S4.3.1、取异常链路集合L_n中的节点L_ns，判断节点L_ns的记录是否为带宽利用率过高，若是，则将节点L_ns保留并修改记录为带宽利用率过高，链路可能拥塞，故障级别为严重，并进入步骤S4.3.2；否则直接进入步骤S4.3.2；

S4.3.2、判断节点L_ns是否属于转发路径集合P中某一条链路，若是，则将节点L_ns保留并修改记录为关键链路断开，影响业务功能，故障级别为严重，否则修改节点L_ns的记录为非关键路径断开，不影响业务流，故障级别为轻微；

S4.3.2、遍历异常链路集合L_n中所有节点，得到故障诊断结果，并将时间和故障诊断结果共同保存。

本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，目的在于历史故障原因诊断，且进行自动故障原因初步分析，减少管理员工作量，提高网络管理效率。

(2)本发明提出了一种基于拓扑的流量保存方式，目的在于基于网络拓扑进行历史流量保存，便于进行历史拓扑流量回溯，掌握历史时刻网络的状态和流量状态，从而达到精确定位故障和原因的效果。

(3)本发明通过自定义的SNMP-MIB进行数据采集，基于流进行流量数据采集，然后将流量数据与拓扑数据进行关联，并对此时刻拓扑与流量关联数据进行保存，生成基于时间维度的历史流量拓扑数据。管理员可以通过基于时间维度的历史拓扑流量数据进行检索分析，据此进行故障定位与原因分析，从而快速定位出故障位置与原因。

Claims (9)

1.一种基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、在网络设备中部署收集拓扑与流量的私有SNMP-MIB；

S2、通过SNMP-MIB定时上报网络设备拓扑信息和流量信息至服务器；

S3、将流量信息基于拓扑信息进行关联并保存，得到拓扑流量信息；

S4、根据拓扑流量信息进行故障诊断，并保存故障诊断结果；

S5、登录管理界面，进行拓扑流量信息和故障诊断结果查询，核查故障诊断结果，核实真实故障。

2.根据权利要求1所述的基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2中拓扑信息包括网络设备信息、接口信息和邻居信息；所述流量信息包括基于设备端口的流量统计信息、基于五元组信息的流量统计信息和基于业务流信息的流量统计信息。

3.根据权利要求2所述的基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S2中定时上报网络设备拓扑信息和流量信息至服务器的具体方法为：网络设备第一次与服务器建立联系时，上报所有的拓扑信息与流量信息；实时采集拓扑信息的变动信息，将变动信息上报至服务并定时上报流量信息。

4.根据权利要求3所述的基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S3中将流量信息基于拓扑信息进行关联并保存的具体方法为：保存拓扑信息的格式为：<起始设备，起始接口，终止设备，终止接口>；保存流量信息的格式为：<所属设备，接口名，流信息匹配项，统计信息>；完成流量信息在拓扑信息中基于具体接口的关联。

5.根据权利要求4所述的基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：

S4.1、通过服务器对比前后两次拓扑流量信息，获取异常链路集合；

S4.2、遍历数据流，获取拓扑流量信息中转发路径的异常链路，并将其添加至异常链路集合；

S4.3、对异常链路集合中的异常链路进行故障诊断，获取故障诊断结果并保存。

6.根据权利要求5所述的基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4.1包括以下步骤：

S4.1.1、取第一次和第二次拓扑流量信息中的设备集合分别为S₁＝{S₁₁,S₁₂,...,S_1n}和S₂＝{S₂₁,S₂₂,...,S_2m}，n、m为任意正整数；

S4.1.2、取第一次和第二次拓扑流量信息中的链路集合分别为L₁＝{L₁₁,L₁₂,...,L_1v}和L₂＝{L₂₁,L₂₂,...,L_2u}，v、u为任意正整数；

S4.1.3、选取链路集合L₁中以设备S_1i为起点的链路，获取起点链路集合L_i＝{L_i1,L_i2,...,L_ix,...,L_iX}，S_1i表示集合S₁中的第i个设备，i＝1,2,...,n，X表示最大链路数目，x＝1,2,...,X，L_ix表示以设备S_1i为起点的链路；

选取链路集合L₂中以设备S_2j为起点的链路，获取起点链路集合L_j＝{L_j1,L_j2,...,L_jy,...,L_jY}，S_2j表示S₂中的第j个设备，j＝1,2,...,m，Y表示最大链路数目，y＝1,2,...,Y，L_jy均表示以设备S_2j为起点的链路；

S4.1.4、取集合L_i中的节点L_ix与集合L_j中的节点进行比较，若L_ix＝＝L_jy且x＝＝y，则不做任何处理，否则将节点L_ix置于异常链路集合L_n＝{L_n1,L_n2,...,L_ns,...,L_nS}，并记录链路缺失，s＝1,2,...,S，S为异常链路的最大数目；

S4.1.5、遍历集合L_i中所有节点，获取异常链路集合。

7.根据权利要求6所述的基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4.2包括以下步骤：

S4.2.1、取拓扑流量信息中转发路径集合P＝{P₁,P₂,...,P_h,...,P_H}，P表示网络中两两设备之间的转发路径的集合；h＝1,2,...,H，H表示转发路径总数，P_h表示转发路径，其由多条链路组成的集合；

S4.2.2、筛选转发路径P_h的链路集合L_Ph＝{L₁,L₂,...,L_k,...,L_K}，k＝1,2,...,K，K表示链路总数，L_k表示转发路径P_h中的链路；

S4.2.3、设定带宽利用率安全阈值A，获取链路L_k的起始接口和结束接口的流量信息，并计算其带宽利用率；

S4.2.4、判断链路L_k的带宽利用率是否大于阈值A，若是，将链路L_k置于异常链路集合L_n中，并记录为带宽利用率过高，否则进入步骤S4.3。

8.根据权利要求7所述的基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4.2.3中带宽利用率δ的计算公式为：

其中，B_i表示链路L_k的接口流量，其通过结束接口流量减去起始接口流量获取；B_sum表示链路L_k所在接口总带宽。

9.根据权利要求8所述的基于网络历史拓扑流量的故障诊断方法，其特征在于，所述步骤S4.3具体为：

S4.3.1、取异常链路集合L_n中的节点L_ns，判断节点L_ns的记录是否为带宽利用率过高，若是，则将节点L_ns保留并修改记录为带宽利用率过高，链路可能拥塞，故障级别为严重，并进入步骤S4.3.2；否则直接进入步骤S4.3.2；

S4.3.2、判断节点L_ns是否属于转发路径集合P中某一条链路，若是，则将节点L_ns保留并修改记录为关键链路断开，影响业务功能，故障级别为严重，否则修改节点L_ns的记录为非关键路径断开，不影响业务流，故障级别为轻微；

S4.3.2、遍历异常链路集合L_n中所有节点，得到故障诊断结果，并将时间和故障诊断结果共同保存。

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