CN114285733A - 基于报文染色的ioam网络设备拥塞及时延检测方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及链路时延检测方法及装置，方法包括入节点在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报相应的入口时间戳至控制器中，同时利用IPFIX引擎上报时延染色报文的出口时间戳；出节点通过ACL匹配接收到的报文，以确定是否进行时延检测，并在进行时延检测时利用IPFIX引擎上报时延染色报文的入口时间戳和出口时间戳至控制器中；控制器计算每个时延染色周期内的平均时延，同时根据时延染色报文在每个节点的入口时间戳和出口时间戳计算每个节点的时延。本发明能够精确检测每个时延检测周期内流量的整体时延情况，同时可准确定位出出现故障的节点。
Description
技术领域
本发明涉及网络通信技术领域，尤其涉及一种基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及时延检测方法及实现该方法的装置。
背景技术
网络性能检测技术是互联网领域和电信领域的共同研究热点，其通过监控、测量、采集网络性能数据，对网络运行状态进行分析、评价、控制、调整，以提供长期稳定、可靠的网络服务。
目前，网络性能检测技术通常分为三类，分别为主动检测技术、被动测量技术以及混合测量技术。其中，主动检测技术指的是通过构造检测报文方式，对检测报文进行时延、丢包等测量，间接获得网络质量；被动测量技术指的是直接对实际业务流进行测量的检测技术；混合测量技术指的是通过构造少量辅助检测报文，对实际业务流进行测量。各个网络性能检测技术各有优缺点，应用场景各不相同。
MPLS IOAM(In-bandoam(operations，administration，andmaintenance)，带内操作管理维护))检测技术是一种被动测量技术，其是一种对实际业务流进行特征标记(染色)，并对特征字段进行丢包、时延测量的随流检测技术。在进行单向时延测量时，入节点在每个测量周期对本周期内被检测业务流的其中一个报文进行时延染色，并将该时延染色报文的入方向时间戳上报集中计算单元中，出节点在对应测量周期内记录该时延染色报文的出口时间戳，通过入口时间戳和出口时间戳可计算出单向时延。而对于双向时延而言，只需上报两个方向上的入口时间戳和出口时间戳便可计算出双向时延。
然而，目前在进行时延测量时只对每个测量周期内的一个报文进行时延染色，而通过单个时延检测报文来测量时延，通常无法准确反应该测量周期内的整体时延情况。同时，在进行时延测量时，只在入节点的入口和出节点的出口处记录时间戳，该时延相当于包含了入节点时延时间、出节点时延时间以及链路时延时间。当节点出现故障并进行故障定位时，只知道某两个节点之间出现问题，无法精确确定哪个节点出现故障。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及链路时延检测方法，能够精确检测每个时延检测周期内流量的整体时延情况，同时可准确定位出出现故障的节点。同时，本发明还提供一种实现该方法的装置。
为实现上述目的，本发明提出一种基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及链路时延检测方法，所述方法包括：
入节点在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳至控制器中，同时使能IPFIX功能并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的出口时间戳至控制器中；
出节点通过ACL匹配接收到的报文，以确定是否进行时延检测，并在进行时延检测时使能IPFIX功能，并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的入口时间戳和出口时间戳至控制器中；
控制器根据每个时延检测周期内每个时延染色报文在入节点的入口时间戳及出节点的出口时间戳计算时延，进一步计算每个时延染色周期内的平均时延，同时根据时延染色报文在每个节点的入口时间戳和出口时间戳计算每个节点的时延。
优选地，所述入节点通过如下步骤在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳：
配置一时延染色定时器；
所述时延染色定时器定时对寄存器进行写处理，所述寄存器用于控制芯片在转发时对报文进行时延染色，同时上报时延染色报文的入口时间戳。
优选地，所述时延染色定时器的定时周期小于时延检测周期。
优选地，所述时延染色定时器为ECPU定时器，且所述ECPU定时器在工作时产生的误差通过如下步骤修正：
获取时延染色定时器启动时的芯片PTP时间T0及时延染色定时器结束时的芯片PTP时间T1；
计算T1与T0的差值并将所述差值与时延染色定时器的定时周期进行比较；
根据比较结果对ECPU定时器进行修正。
优选地，所述出口时间戳通过如下步骤获得：
通过IPFIX引擎获取时延染色报文的入口时间戳以及时延染色报文经过芯片的时间；
将两者相加，获得所述出口时间戳。
优选地，通过ACL匹配报文中携带的流编号字段、检测模式字段以及时延染色标志位，以确定是否进行时延检测，其中，所述流编号字段用于标识报文所述的数据流，所述检测模式用于标识时延检测模式，时延染色标志位用于标识报文是否为时延染色报文。
本发明还揭示了一种基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及链路时延检测装置，所述装置包括：
第一报文处理模块，用于使入节点在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳至控制器中，同时使能IPFIX功能并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的出口时间戳至控制器中；
第二报文处理模块，用于使出节点通过ACL匹配接收到的报文，以确定是否进行时延检测，并在匹配时使能IPFIX功能，并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的入口时间戳和出口时间戳至控制器中；
时延计算模块，用于使控制器根据每个时延检测周期内每个时延染色报文在入节点的入口时间戳及出节点的出口时间戳计算时延，进一步计算每个时延染色周期内的平均时延，同时根据时延染色报文在每个节点的入口时间戳和出口时间戳计算每个节点的时延。
优选地，所述第一报文处理模块通过时延染色定时器在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳，所述时延染色定时器时定时对寄存器进行写处理，所述寄存器控制芯片在转发时对报文进行时延染色，同时上报时延染色报文的入口时间戳。
优选地，所述第二报文处理模块通过ACL匹配报文中携带的流编号字段、检测模式字段以及时延染色标志位，以确定是否进行时延检测，其中，所述流编号字段用于标识报文所述的数据流，所述检测模式用于标识时延检测模式，时延染色标志位用于标识报文是否为时延染色报文。
本发明的有益效果是：
本发明通过在每个时延检测周期内对多个报文进行时延染色，并计算每个时延检测周期内的平均时延，进而可精确检测每个时延检测周期内流量的整体时延情况。同时，通过ACL和IPFIX来获取节点中时延染色报文的入口时间戳和出口时间戳，进而可确定节点的时延情况，因而可根据节点的时延情况定位出出现故障的节点。
附图说明
图1是本发明一实施例中基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及时延检测方法的流程图；
图2是节点连接示意图；
图3是时延检测周期示意图；
图4是入节点报文处理流程示意图；
图5是出节点报文处理流程示意图；
图6是本发明一实施例中基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及时延检测装置的结构框图。
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。
由于现有技术中所采用的时延检测方法，无法精确检测每个时延检测周期内流量的整体时延情况，并且无法对出现故障的节点进行精确定位，而本发明能够精确检测每个时延检测周期内流量的整体时延情况。同时，可确定每个节点的时延，并根据节点的时延情况定位出出现故障的节点。
如图1所示，为本发明所揭示的一种基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及时延检测方法，包括如下步骤：
S100，入节点在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳至控制器中，同时使能IPFIX功能并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的出口时间戳至控制器中；
具体地，如图2所示，在一个检测域内，包含了多个节点，如图中所述的节点NE1、节点NE2和节点NE3，这里的检测域为参与时延检测的所有节点的集合。在这些节点中，根据报文的传输方向，一些节点既可以作为入节点(Ingress)，又可以作为出节点(Egress)，如当报文需要从节点NE1向节点NE2传输时，此时节点NE1为入节点，节点NE2为出节点，而当报文需要从节点NE2向节点NE1传输时，此时节点NE2为入节点，节点NE1为出节点。
为了进行时延检测，入节点首先在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色，同时将每个时延颜色报文的入口时间戳上报至控制器中。这里的时延检测周期可如图3所示，实施时需要检测域内的所有节点进行PTP时间同步，同时需要入节点和出节点的时延检测周期对齐。图3中，对于入节点而言，每个时钟检测周期内的虚线表示在该时刻进行报文时延染色同时进行时间戳上报，而对于出节点而言，每个时钟检测周期内的虚线表示在该时刻接收到时延染色报文并进行时间戳上报。
本实施例中，时延检测周期可通过L定时器进行确定，也即L定时器触发芯片对报文中丢包染色标志为进行交替染色，如第一个时延检测周期内，5个报文中的丢包染色标志位置为1，而第二个时延检测周期内5个报文中的丢包染色标志位置为0，第三个时延检测周期内5个报文中丢包染色标志位置为1，由此可知，当丢包染色标志位发生改变时，表示进入下一个时延检测周期。出节点可通过识别报文中的丢包染色标志位来确定当前报文所属的时延检测周期。
进一步地，入节点通过时延染色定时器(D定时器)对若干个报文进行时延染色，这里的时延染色指的是将报文中的时延标志位置为相应的数值。实施时，时延染色定时器定时去写芯片寄存器，该芯片寄存器进一步控制芯片在转发时将报文中的时延染色标志位进行赋值，同时触发入口时间戳的上报，也就是说，在对报文进行时延染色的同时将该报文的入口时间戳上报至控制器中。
本实施例中，定时器为ECPU软件定时器，并且D定时器的定时周期小于L定时器的定时周期，进而可确保在每个时延检测周期内至少对两个报文进行时延染色。时延染色报文的数量可根据实际需求进行设置。
进一步地，由于定时器采用ECPU软件定时器，其在每个定时周期内会存在一些误差。为确保定时器长时间运行时能够保持对齐，因而需要对定时器在每个定时周期结束时进行校正处理，以防止误差累积出现统计错误的问题。实施时，通过芯片的PTP时间进行定时器的修正，即：首先，在定时器启动时记录芯片的PTP时间，记为T0，在定时器结束时记录芯片的PTP时间，记为T1。其次，计算T1与T0的差值，并将该差值与定时器的定时周期进行比较。当差值小于定时器周期时，表示定时器周期过慢，当差值大于定时器周期时，表示定时器周期过块，因而根据差值可确定下一个定时周期的起始时间。
进一步地，如图4所示，为了检测入节点的时延，还需将时延染色报文的出口时间戳上报至控制器中。实施时，可通过IPFIX引擎来获取时延染色报文的出口时间戳。具体地，芯片中的入方向处理模块在接收到数据流后，可通过报文携带的五元组信息匹配是否需要进行时延测量。当确定需要进行时延测量时，L定时器对报文中的丢包染色标志位置进行赋值，以确定时延检测周期，同时，D定时器对每个时延检测周期内的若干个报文进行时延染色，并将时延染色报文的入口时间戳上报至控制器中。当进行报文时延染色的同时，触发芯片使能IPFIX功能。当使能IPFIX功能并在流量进入出方向编辑模块后，IPFIX引擎会更新当前时延染色报文在芯片中经过的时间，进一步将该时间与时延染色报文的入口时间戳进行叠加，以获得时延染色报文的出口时间戳，也就是说时延染色报文的出口时间戳为时延染色报文的入口时间和报文在芯片中的经过时间之和，即：
TimestampEgress＝TimestampIngress+HopLantency，其中，
TimestampEgress表示出口时间戳，TimestampIngress为入口时间戳，HopLantency为报文经过芯片的时间戳。
S200，出节点根据报文中携带的流标号信息、检测模式信息以及时延染色信息进行ACL匹配，并在匹配时使能IPFIX功能，并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的入口时间戳和出口时间戳至控制器中；
具体地，如图5所示，在进行时延检测时，入节点对每个时延检测周期内的若干个报文进行时延染色，因而在每个检测周期内存在一些未被时延染色的报文。出节点在接收到报文后，通过ACL进行报文匹配，以确定是否执行时延检测的相应操作，如进行时间戳上报等等。实施时，报文中携带有流标号字段、检测模式字段以及时延染色标志位，其中，流编号字段用于标识流编号信息，通过该流编号信息可确定报文是否属于同一个流量；检测模式字段用于标识时延检测模式，可通过检测模式字段来确定是否进行时延检测；时延染色标志位用于标识报文是否用于时延测量。
当获取流编号信息、检测模式信息及时延染色信息后，通过ACL进行匹配。当匹配时，按照预先配置的动作(Action)执行相应操作。本实施例中，在匹配时，使能IPFIX功能，以对当前流量进行学习，获得相应的IPFIX信息，并通过芯片的IPFIX引擎上报时延染色报文的入口时间戳。当时延染色报文进入芯片的出方向处理模块处理时，会进行IPFIX信息的更新，这里的IPFIX信息的更新包括更新时延染色报文在芯片中的经过时间。在更新时延染色报文在芯片中的经过时间时还将该经过时间上报至控制器中，控制器进一步可根据时延染色报文的入口时间戳和报文转发出芯片前在芯片中经过的时间，计算获得报文的出口时间戳，即：
TimestampEgress＝TimestampIngress+HopLantency，其中，
TimestampEgress表示出口时间戳，TimestampIngress为入口时间戳，HopLantency为报文经过芯片的时间戳。
当然，也可直接将时延染色报文的入口时间戳和报文转发出芯片前在芯片中经过的时间相加后，以获得时延染色报文的出口时间戳，进一步将该出口时间戳上报至控制器中。
S300，控制器根据每个时延检测周期内每个时延染色报文在入节点的入口时间戳及出节点的出口时间戳计算时延，进一步计算每个时延染色周期内的平均时延，同时根据时延染色报文在每个节点的入口时间戳和出口时间戳计算每个节点的时延。
具体地，当控制器获取相应时间戳后，进一步计算每个时延检测周期内的平均时延以及每个节点的时延。实施时，每个时延检测周期内，存在若干个时延染色报文，因而首先计算每个时延颜色报文对应的时延，该时延可通过计算该时延染色报文在出节点中的出口时间戳和入节点中的入口时间戳的差值获得。当获取每个时延染色报文的时延后，进一步计算该时延检测周期内的平均时延，也即取多个时延染色报文的时延平均值。如某一时延检测周期内，入节点对三个报文进行时延染色，该三个时延染色报文上报的入口时间戳分别为t1、t2、t3。而出节点在对应时延检测周期内上报的出口时间戳分别为t4、t5、t6。因而三个时延染色报文对应的时延分别为t4-t1、t5-t2、t6-t3。该时延检测周期内的平均时延为：{(t4-t1)+(t5-t2)+(t6-t3)}/3。通过计算平均时延，可精确获得该时延检测周期内的时延数据。
进一步地，由上述可知，每个节点既可以作为入节点，又可以作为出节点，也就是说每个节点均将双向时间戳信息上报至控制器中，因而控制器可依据获得的时间戳计算每个节点的时延，便于在故障诊断排查时更精确地定位，同时也便于获取每个节点的拥塞情况。
如图6所示，为本发明所揭示一种可实现上述基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及时延检测方法的装置，包括第一报文处理模块、第二报文处理模块和时延计算模块。其中，第一报文处理模块用于使入节点在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳至控制器中，同时使能IPFIX功能并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的出口时间戳至控制器中；第二报文处理模块，用于出节点通过ACL匹配接收到的报文，以确定是否进行时延检测，并在匹配时使能IPFIX功能，并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的入口时间戳和出口时间戳至控制器中；时延计算模块，用于使控制器根据每个时延检测周期内每个时延染色报文在入节点的入口时间戳及出节点的出口时间戳计算时延，进一步计算每个时延染色周期内的平均时延，同时根据时延染色报文在每个节点的入口时间戳和出口时间戳计算每个节点的时延。各模块实现的相应功能，详见上述，在此不再一一赘述。
本发明通过在每个时延检测周期内对多个报文进行时延染色，并计算每个时延检测周期内的平均时延，进而可精确检测每个时延检测周期内流量的整体时延情况。同时，通过ACL和IPFIX来获取节点中时延染色报文的入口时间戳和出口时间戳，进而可确定节点的时延情况，因而可根据节点的时延情况定位出出现故障的节点。
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 (9)
1.一种基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及链路时延检测方法，其特征在于，所述方法包括：
入节点在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳至控制器中，同时使能IPFIX功能并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的出口时间戳至控制器中；
出节点通过ACL匹配接收到的报文，以确定是否进行时延检测，并在进行时延检测时使能IPFIX功能，并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的入口时间戳和出口时间戳至控制器中；
控制器根据每个时延检测周期内每个时延染色报文在入节点的入口时间戳及出节点的出口时间戳计算时延，进一步计算每个时延染色周期内的平均时延，同时根据时延染色报文在每个节点的入口时间戳和出口时间戳计算每个节点的时延。
2.根据权利要求1所述的方法，所述入节点通过如下步骤在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳：
配置一时延染色定时器；
所述时延染色定时器定时对寄存器进行写处理，所述寄存器用于控制芯片在转发时对报文进行时延染色，同时上报时延染色报文的入口时间戳。
3.根据权利要求2所述的方法，所述时延染色定时器的定时周期小于时延检测周期。
4.根据权利要求2所述的方法，所述时延染色定时器为ECPU定时器，且所述ECPU定时器在工作时产生的误差通过如下步骤修正：
获取时延染色定时器启动时的芯片PTP时间T0及时延染色定时器结束时的芯片PTP时间T1；
计算T1与T0的差值并将所述差值与时延染色定时器的定时周期进行比较；
根据比较结果对ECPU定时器进行修正。
5.根据权利要求1所述的方法，所述出口时间戳通过如下步骤获得：
通过IPFIX引擎获取时延染色报文的入口时间戳以及时延染色报文经过芯片的时间；
将两者相加，获得所述出口时间戳。
6.根据权利要求1所述的方法，通过ACL匹配报文中携带的流编号字段、检测模式字段以及时延染色标志位，以确定是否进行时延检测，其中，所述流编号字段用于标识报文所述的数据流，所述检测模式用于标识时延检测模式，时延染色标志位用于标识报文是否为时延染色报文。
7.一种基于报文染色的IOAM网络设备拥塞及链路时延检测装置，其特征在于，所述装置包括：
第一报文处理模块，用于使入节点在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳至控制器中，同时使能IPFIX功能并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的出口时间戳至控制器中；
第二报文处理模块，用于使出节点通过ACL匹配接收到的报文，以确定是否进行时延检测，并在匹配时使能IPFIX功能，并利用IPFIX引擎上报时延染色报文的入口时间戳和出口时间戳至控制器中；
时延计算模块，用于使控制器根据每个时延检测周期内每个时延染色报文在入节点的入口时间戳及出节点的出口时间戳计算时延，进一步计算每个时延染色周期内的平均时延，同时根据时延染色报文在每个节点的入口时间戳和出口时间戳计算每个节点的时延。
8.根据权利要求7所述的装置，所述第一报文处理模块通过时延染色定时器在每个时延检测周期内对若干个报文进行时延染色并上报每个时延染色报文的入口时间戳，所述时延染色定时器时定时对寄存器进行写处理，所述寄存器控制芯片在转发时对报文进行时延染色，同时上报时延染色报文的入口时间戳。
9.根据权利要求7所述的装置，所述第二报文处理模块通过ACL匹配报文中携带的流编号字段、检测模式字段以及时延染色标志位，以确定是否进行时延检测，其中，所述流编号字段用于标识报文所述的数据流，所述检测模式用于标识时延检测模式，时延染色标志位用于标识报文是否为时延染色报文。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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