CN115361305B - 一种网络监测方法、系统、终端及存储介质 - Google Patents

一种网络监测方法、系统、终端及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种网络监测方法、系统、终端及存储介质，本发明通过对目标网络中的各目标探测路径进行探测得到各目标探测路径的路径健康率，根据各目标探测路径的路径健康率分析出各链路的链路健康率，最后根据各链路的链路健康率直接定位目标网络中存在故障的链路，无需启用定位工具。解决了现有的网络测量方式需要依赖故障探测工具和故障定位工具，由于网络故障具有随机性、零散性的特点，因此采用不同工具分别执行探测和定位工作难以高效查找出网络故障的问题。

Description

一种网络监测方法、系统、终端及存储介质
技术领域
本发明涉及网络监测领域，尤其涉及的是一种网络监测方法、系统、终端及存储介质。
背景技术
常见的数据中心网络的架构包括三层，核心层(Core Layer)，汇聚层(Aggregation Layer)，接入层(Access Layer)。各层分别包含有多个节点，不同层之间的节点具有固定的数据传输关系，从而形成网状交织的网络结构。由于数据中心网络包含的节点数据较多，难免会出现故障节点，因此需要通过网络测量方式对数据中心网络进行性能监测和故障定位，即在数据中心网络中，不改变基础网络设施(例如交换机设备，交换机协议等)的前提下，能够进行网络探测，完成性能监测并高效定位故障发生的位置，以及时恢复网络性能，减少故障带来的损失。然而传统的网络测量方式是通过使用探测工具监测到性能状态下降，再通过定位工具进行网络故障定位。由于数据中心网络的故障具有随机性，零散性等特点，因此采用不同工具分别执行探测和定位工作难以高效查找出网络故障。
因此，现有技术还有待改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种网络监测方法、系统、终端及存储介质，旨在解决现有的网络测量方式需要依赖故障探测工具和故障定位工具，由于网络故障具有随机性、零散性的特点，因此采用不同工具分别执行探测和定位工作难以高效查找出网络故障的问题。
本发明解决问题所采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种网络监测方法，其中，所述方法包括：
获取目标网络对应的若干目标探测路径；
对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的路径健康率，其中，每一所述目标探测路径对应的所述路径健康率用于反映该目标探测路径对应的数据包传递状况；
根据各所述路径健康率，确定各所述目标探测路径分别对应的链路集合中各链路的链路健康率，其中，每一所述链路对应的所述链路健康率用于反映该链路对应的数据包传递状况；
根据各所述链路分别对应的所述链路健康率，判断所述目标网络是否存在故障链路。
在一种实施方式中，所述获取目标网络对应的若干目标探测路径，包括：
获取所述目标网络对应的拓扑信息，其中，所述目标网络包括若干核心层节点和若干汇聚层节点，所述拓扑信息用于反映所述目标网络中各节点之间的连接关系；
根据所述拓扑信息，确定若干所述目标探测路径，其中，各所述目标探测路径分别对应的所述核心层节点和所述汇聚层节点的组合互不相同。
在一种实施方式中，所述对各所述目标探测路径进行探测的步骤通过具有双向路径测量功能的探测工具执行。
在一种实施方式中，各所述目标探测路径分为若干等价路径组，每一所述等价路径组中各所述目标探测路径分别对应的源地址和目标地址的组合相同，所述对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的路径健康率，包括：
获取各所述等价路径组分别对应的原探测报文，根据各所述等价路径组分别对应的所述原探测报文确定各所述等价路径组中每一所述目标探测路径对应的探测报文；
根据各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康率。
在一种实施方式中，所述获取各所述等价路径组分别对应的原探测报文，根据各所述等价路径组分别对应的所述原探测报文确定各所述等价路径组中每一所述目标探测路径对应的探测报文，包括：
根据每一所述等价路径组中的一条所述目标探测路径，获取该等价路径组对应的原探测报文；
对所述原探测报文的包头信息进行修改，得到该等价路径组中除所述原探测报文对应的所述目标探测路径之外各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文。
在一种实施方式中，所述对所述原探测报文的包头信息进行修改，得到该等价路径组中除所述原探测报文对应的所述目标探测路径之外各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文，包括：
获取所述目标网络对应的等价多路径信息，其中，所述等价多路径信息用于反映包头信息中不同比特位的修改分别对应的路径变化；
根据所述等价多路径信息对所述原探测报文的包头信息进行修改，得到该等价路径组中除所述原探测报文对应的所述目标探测路径之外各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文。
在一种实施方式中，所述根据各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康率，包括：
根据各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的测量值，其中，所述测量值包括路径往返延迟，双向路径数据包丢包率以及双向路径数据包乱序率中的至少一种数值；
根据各所述目标探测路径分别对应的所述测量值，确定各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康率。
在一种实施方式中，所述链路健康率为标准分，所述根据各所述路径健康率，确定各所述目标探测路径分别对应的链路集合中各链路的链路健康率，包括：
将各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康概率输入预设的套索线性回归算法，得到各所述目标探测路径分别对应的所述链路集合中各链路的初始链路健康率；
根据各所述链路分别对应的所述初始链路健康率确定健康率均值；
根据各所述链路分别对应的所述初始链路健康率和所述健康率均值，确定各所述链路分别对应的所述标准分，其中，每一所述链路对应的所述标准分用于反映该链路对应的所述初始链路健康率与所述健康率均值之间的偏离程度。
在一种实施方式中，所述根据各所述链路分别对应的所述链路健康率，判断所述目标网络是否存在故障链路，包括：
将各所述链路分别对应的所述链路健康率与故障阈值进行对比；
根据各所述链路中所述链路健康率小于所述故障阈值的链路，确定所述故障链路。
在一种实施方式中，所述方法还包括：
根据各所述链路中所述链路健康率大于或者等于所述故障阈值，且小于报警阈值的链路，确定预警链路，其中，所述报警阈值大于所述故障阈值；
增加所述预警链路对应的探测频率。
第二方面，本发明实施例还提供一种网络监测系统，其中，所述系统包括：
拓扑数据库，用于获取目标网络对应的若干目标探测路径，其中，每一所述目标探测路径对应一个核心层节点和两个汇聚层节点，各所述目标探测路径分别对应的所述核心层节点和所述汇聚层节点的组合互不相同；
控制模块，用于对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的路径健康率，其中，每一所述目标探测路径对应的所述路径健康率用于反映该目标探测路径对应的数据包传递状况；
分析模块，用于根据各所述路径健康率，确定各所述目标探测路径分别对应的链路集合中各链路的链路健康率，其中，每一所述链路对应的所述链路健康率用于反映该链路对应的数据包传递状况；
根据各所述链路分别对应的所述链路健康率，判断所述目标网络是否存在故障链路。
第三方面，本发明实施例还提供一种终端，其中，所述终端包括有存储器和一个或者一个以上处理器；所述存储器存储有一个或者一个以上的程序；所述程序包含用于执行如上述任一所述的网络监测方法的指令；所述处理器用于执行所述程序。
第四方面，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有多条指令，其中，所述指令适用于由处理器加载并执行，以实现上述任一所述的网络监测方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明实施例通过对目标网络中的各目标探测路径进行探测得到各目标探测路径的路径健康率，根据各目标探测路径的路径健康率分析出各链路的链路健康率，最后根据各链路的链路健康率直接定位目标网络中存在故障的链路，无需启用定位工具。解决了现有的网络测量方式需要依赖故障探测工具和故障定位工具，由于网络故障具有随机性、零散性的特点，因此采用不同工具分别执行探测和定位工作难以高效查找出网络故障的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的网络监测方法的流程示意图。
图2是本发明实施例提供的网络监测系统流程图。
图3是本发明实施例提供的数据中心拓扑图。
图4是本发明实施例提供的根据Hash线性特征确定探测路径的示例图。
图5是本发明实施例提供的网络监测系统的内部模块示意图。
图6是本发明实施例提供的终端的原理框图。
具体实施方式
本发明公开了一种网络监测方法、系统、终端及存储介质，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
针对现有技术的上述缺陷，本发明提供一种网络监测方法，所述方法包括：获取目标网络对应的若干目标探测路径；对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的路径健康率，其中，每一所述目标探测路径对应的所述路径健康率用于反映该目标探测路径对应的数据包传递状况；根据各所述路径健康率，确定各所述目标探测路径分别对应的链路集合中各链路的链路健康率，其中，每一所述链路对应的所述链路健康率用于反映该链路对应的数据包传递状况；根据各所述链路分别对应的所述链路健康率，判断所述目标网络是否存在故障链路。本发明通过对目标网络中的各目标探测路径进行探测得到各目标探测路径的路径健康率，根据各目标探测路径的路径健康率分析出各链路的链路健康率，最后根据各链路的链路健康率直接定位目标网络中存在故障的链路，无需启用定位工具。解决了现有的网络测量方式需要依赖故障探测工具和故障定位工具，由于网络故障具有随机性、零散性的特点，因此采用不同工具分别执行探测和定位工作难以高效查找出网络故障的问题。
如图1所示，所述方法包括如下步骤：
步骤S100、获取目标网络对应的若干目标探测路径。
具体地，本实施例中的目标网络可以是任意一个需要进行故障监测的网络，各目标探测路径即为在目标网络中选定的需要进行故障探测的路径。本实施例通过对各目标探测路径进行探测可以判断目标网络的当前状态。
在一种实现方式中，所述步骤S100具体包括如下步骤：
步骤S101、获取所述目标网络对应的拓扑信息，其中，所述目标网络包括若干核心层节点和若干汇聚层节点，所述拓扑信息用于反映所述目标网络中各节点之间的连接关系；
步骤S102、根据所述拓扑信息，确定若干所述目标探测路径，其中，各所述目标探测路径分别对应的所述核心层节点和所述汇聚层节点的组合互不相同。
具体地，本实施例中的目标网络为数据中心网络，数据中心网络的常见架构包括三层，即核心层、汇聚层以及接入层，因此数据中心网络中包含有多个核心层节点和多个汇聚层节点。为了减少冗余的探测路径，从而达到减少探测成本的目的，本实施例需要获取目标网络的拓扑信息，然后根据拓扑信息筛选出核心层节点和汇聚层节点的组合互不相同的多个目标探测路径。
举例说明，如图3所示，假设核心层包括节点C0、C1、C2、C3，汇聚层包括节点A0、A1、A2、A3，接入层包括节点R0、R1、R2、R3，探测路径a为R0-A0-C0-A2-R2，探测路径b为R0-A0-C0-A2-R2，则探测路径a和探测路径b对应的核心层节点和汇聚层节点的组合均为A0、C0、A2，因此探测路径a和探测路径b不能一同作为目标探测路径。
在一种实现方式中，所述目标网络还包括若干服务器节点，每一所述服务器节点与一个接入层节点连接，所述根据所述拓扑信息，确定若干所述目标探测路径，具体包括如下步骤：
根据所述拓扑信息，确定用于执行测量任务的若干目标服务器节点(即测量节点)，其中，各所述目标服务器节点满足一下条件：
各所述目标服务器节点分别对应不同的所述接入层节点，即每一ToR交换机仅连接一台服务器；
根据各所述目标服务器节点，确定各所述目标探测路径，其中，各所述目标探测路径满足：
只保留单侧测量任务。例如R0->R1和R1->R0两个测量任务同一路径不同方向的测量任务，因此两个测量任务只保留其中一个。
同一分支下只保留一个测量任务。例如，如图2所示，机架R0、R1同为A0的分支，R2与R3同为A2的分支，由于它们都重复探测链路A0-C0，A2-C0的链路，因此在同一分支下只保留一个机架，比如只保留R0->R2，删除同样经过节点A0和C0的探测任务R0->R3、R1->R2、R1->R3。
如图1所示，所述方法还包括如下步骤：
步骤S200、对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的路径健康率，其中，每一所述目标探测路径对应的所述路径健康率用于反映该目标探测路径对应的数据包传递状况。
具体地，本实施例通过对各目标探测路径进行探测，以获知各目标探测路径的数据包传递状况，并将数据包传递状况以路径健康率的形式呈现。针对每一目标探测路径而言，该目标探测路径的路径健康率越高，表示该目标探测路径的数据包传递状况越好，反之越差。
在一种实现方式中，所述步骤S200通过具有双向路径测量功能的探测工具执行。
具体地，为了减少探测成本，本实施例可以采用具有双向路径测量功能的探测工具执行探测任务。例如，探测工具可以采用基于HTTPS/TCP的tcpprobe，它是具有多个测量指标的网络测量工具，可以测量路径往返延迟，双向路径数据包丢包率以及双向路径的数据包乱序率。由于tcpprobe具有双向路径测量的特点，因此只需要测量端单测部署，就可以测量到源节点到目标节点和目标节点到源节点的双向路径。
在一种实现方式中，各所述目标探测路径分为若干等价路径组，每一所述等价路径组中各所述目标探测路径分别对应的源地址和目标地址的组合相同，所述步骤S200具体包括如下步骤：
步骤S201、获取各所述等价路径组分别对应的原探测报文，根据各所述等价路径组分别对应的所述原探测报文确定各所述等价路径组中每一所述目标探测路径对应的探测报文；
步骤S202、根据各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康率。
具体地，本实施例首先可以根据每一目标探测路径对应的源地址和目标地址的组合，将各目标探测路径分为多个等价路径组。位于同一等价路径组中的目标探测路径的源地址和目标地址的组合相同，因此针对同一等价路径组中的各目标探测路径，可以在该等价路径组对应的原探测报文上进行修改得到该等价路径组中各目标探测路径分别对应的探测报文。最后针对每一目标探测路径，根据该目标探测路径对应的探测报文执行探测任务，即可得到该目标探测路径的路径健康率。
在一种实现方式中，所述步骤S201具体包括如下步骤：
步骤S2011、根据每一所述等价路径组中的一条所述目标探测路径，获取该等价路径组对应的原探测报文；
步骤S2012、对所述原探测报文的包头信息进行修改，得到该等价路径组中除所述原探测报文对应的所述目标探测路径之外各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文。
具体地，针对每一等价路径组，本实施例根据该等价路径组中的一条目标探测路径得到该等价路径组对应的原探测报文。由于探测报文中的包头信息用于指示路由转发的路径，而该等价路径组中的各目标探测路径分别对应的源地址和目标地址的组合相同，只是路由转发路径不同。因此可以在该等价路径组对应的原探测报文的基础上，通过修改包头信息得到该等价路径组中除原探测报文对应的目标探测路径之外的其他目标探测路径的探测报文。
在一种实现方式中，所述步骤S2012具体包括如下步骤：
步骤S20121、获取所述目标网络对应的等价多路径信息，其中，所述等价多路径信息用于反映包头信息中不同比特位的修改分别对应的路径变化；
步骤S20122、根据所述等价多路径信息对所述原探测报文的包头信息进行修改，得到该等价路径组中除所述原探测报文对应的所述目标探测路径之外各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文。
具体地，本实施例中等价多路径信息可以反映探测报文的包头信息中不同比特位的修改分别对应的路径变化，因此针对每一等价路径组中除原探测报文对应的目标探测路径之外的任意一条目标探测路径，通过等价多路径信息修改该目标探测路径对应的原探测报文的包头信息的单比特位，即可得到该目标探测路径对应的探测报文。
举例说明，在数据中心网络中，由于任意两个终端之间存在多条等价路径，因此下一跳路由的选择需要路径选择算法。具体地，将包头信息对应的五元组信息h作为输入，通过ECMP Hash算法得到下一条的路由选择，即Hash(h)。ECMP Hash算法通常采用异或运算，CRC(循环冗余校验)运算或者它们的变式运算，这些算法均满足线性特征，即公式(1)：
公式(1)：
其中，hi为任意报文包头，Δ为报文包头的相对变化，h0是一个常数，表示全为零的包头信息，Hash(h0)取决于哈希种子。Hash(h)表示路由选择，用二进制数表示。
公式(2)：
其中，公式(2)为公式(1)的变式，表示相对路径变化。/>
如表1所示，等价多路径信息可以为采用异或运算的ECMP Hash算法形成的ECMP线性特征表。ECMP线性特征表为K*N的表格，其中，K是包头中可控制的位数(bit)，N是路由跳数。ECMP线性特征表包含报文包头的相对变化Δ和每一跳的相对路径变化O(Δ)，其中Δ有K位二进制数，位数0到K之间只有一位有效位为1，其余位为0，例如0..000100。
表1.ECMP线性特征表
如图4所示，假设原探测报文对应的目标探测路径为(T0→L0→S0→T1)，现要构建同一等价路径组中的目标探测路径(T0→L1→S0→T1)的探测报文，则需要在原探测报文的基础上，修改单比特位得到新的探测报文，从而指定新的探测报文的路径为(T0→L1→S0→T1)。原探测报文的包头信息为hi，在第一跳，路由结果是第一个表项，在第二跳，hi路由结果是第一个表项。根据线性特征公式(2)，已知O(Δ)和Hash(hi)，可以求得包头信息hk的路由结果在第一跳，路由结果是第二个表项/>在第二跳，hi路由结果是第一个表项(00⊕00＝00)，即O1(Δ)＝01，O2(Δ)＝00。通过查等价多路径线性特征(表1)得到，当包头信息相对变化Δ＝0001时，相对路径变化O1(Δ)＝01，O2(Δ)＝00。
在一种实现方式中，所述步骤S202具体包括如下步骤：
步骤S2021、根据各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的测量值，其中，所述测量值包括路径往返延迟，双向路径数据包丢包率以及双向路径数据包乱序率中的至少一种数值；
步骤S2022、根据各所述目标探测路径分别对应的所述测量值，确定各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康率。
具体地，针对每一目标探测路径，将该目标探测路径对应的探测报文发送给对应的测量节点，使测量节点基于该探测报文执行探测任务，进而得到该目标探测路径对应的测量值，例如路径往返延迟，双向路径数据包丢包率以及双向路径数据包乱序率。根据该目标探测路径对应的测量值，可以计算出该目标探测路径对应的路径健康率。
如图1所示，所述方法还包括如下步骤：
步骤S300、根据各所述路径健康率，确定各所述目标探测路径分别对应的链路集合中各链路的链路健康率，其中，每一所述链路对应的所述链路健康率用于反映该链路对应的数据包传递状况。
具体地，由于各个目标探测路径中存在重叠的链路，因此将各目标探测路径的路径健康率发送至分析器，通过分析器综合考量各目标探测路径的路径健康率，可以分析出每一目标探测路径对应的各链路的数据包传递状况，即得到各链路的链路健康率。
在一种实现方式中，所述链路健康率为标准分，所述步骤S300具体包括如下步骤：
步骤S301、将各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康概率输入预设的套索线性回归算法，得到各所述目标探测路径分别对应的所述链路集合中各链路的初始链路健康率；
步骤S302、根据各所述链路分别对应的所述初始链路健康率确定健康率均值；
步骤S303、根据各所述链路分别对应的所述初始链路健康率和所述健康率均值，确定各所述链路分别对应的所述标准分，其中，每一所述链路对应的所述标准分用于反映该链路对应的所述初始链路健康率与所述健康率均值之间的偏离程度。
简单来说，本实施例通过结合套索线性回归方法计算出各链路的初始链路健康率，再通过假设检验方法确定各链路的标准分，通过标准分确定与健康率均值偏离程度较大的链路，则这类链路存在故障的概率较大。具体地，将各路径健康率一起输入预先构建的套索线性回归算法(即LASSO线性回归算法)，套索线性回归算法基于输入的各路径健康率进行套索线性回归分析，从而输出各链路的初始链路健康率。通过各链路的初始链路健康率可以初步确定可疑的异常链路。然而为了提高故障定位的准确性，本实施例还需要比较各链路的初始链路健康率与健康率均值之间的偏差，以得到各链路分别对应的标准分，通过标准分准确判定故障概率较大的链路。
具体地，套索线性回归算法的原理为：假设每个路径的健康概率是由每个链路的健康概率的乘积组合起来的，如公式(3)。通过将等式两边同时对数处理，转化成公式(4)，其中βj是链路健康概率的对数，βj越接近0，链路健康概率越高。由于简单的回归线性拟合得到的链路数据会产生过拟合现象，而出现误报的情况。因此为了减少过拟合现象，使用LASSO(套索)线性回归方法推测每个链路的健康概率。LASSO(套索)线性回归目标是使得公式(5)取得最小值，在线性回归基础上增加L1-范数的正则化项，使得大部分系数βj都接近或者等于0(因为链路大部分都是健康链路，βj＝0)。
公式(3)：P(路径i是健康的)＝∏链路j∈路径iP(链路j是健康的)，P表示概率。
公式(4)：其中，yi＝log(P(路径i是健康的))，xij＝1，表示路径i包含链路j，xij＝0，表示路径i不包含链路j，βj＝log(P(链路j是健康的))，εi表示噪音。
公式(5)：
具体地，假设检验方法的原理为：进行假设。原假设H0：链路健康概率等于链路集合健康概率的均值，备择假设H1：链路健康概率小于链路集合均值的健康概率；
通过公式(6)计算标准分(Z-score)，其中，标准分代表链路的健康概率偏离均值多少个标准差σ。
公式(6)：
Z＝(x-μ)/σ
其中，x为某一链路健康概率，μ为链路集合健康概率的均值，σ为标准差。
计算概率值-P值。计算Z-score之后，查询标准正态分布表得到P值。P值越小，拒绝原假设的理由越充分，即认为链路为故障链路的理由越充分。对于P值小于故障阈值(例如，0.01)的链路，认定其为故障链路。
例如，链路的健康概率：A-87％，B-37％，C-83％，剩余的97个链路都为100％。
计算Z-score，Z(A)：-1.83212，Z(B)：-9.42168，Z(C)：-2.43928。
计算P值，P(A)：0.0334，P(B)：2.21*10-21，P(C)：0.007。
因为P(B)<0.01，P(C)<0.01，因此判断链路B，C为故障链路。
如图1所示，所述方法还包括如下步骤：
步骤S400、根据各所述链路分别对应的所述链路健康率，判断所述目标网络是否存在故障链路。
具体地，针对每一链路，该链路的链路健康率越高表示该链路存在故障的可能性越低，反之越高。因此根据各链路的链路健康率可以准确判断并定位出目标网络中的故障链路。
在一种实现方式中，所述步骤S400具体包括如下步骤：
步骤S401、将各所述链路分别对应的所述链路健康率与故障阈值进行对比；
步骤S402、根据各所述链路中所述链路健康率小于所述故障阈值的链路，确定所述故障链路。
具体地，本实施例预设了故障阈值以衡量每一链路的故障概率的高低。针对每一链路，若该链路对应的链路健康率小于故障阈值，表示该链路存在故障的风险过高，则将其判定为故障链路；若该链路对应的链路健康率大于或者等于故障阈值，表示该链路存在故障的风险过低，则将其判定为正常链路。
在一种实现方式中，所述方法还包括如下步骤：
步骤S500、根据各所述链路中所述链路健康率大于或者等于所述故障阈值，且小于报警阈值的链路，确定预警链路，其中，所述报警阈值大于所述故障阈值；
步骤S501、增加所述预警链路对应的探测频率。
具体地，本实施例还预设了报警阈值为报警阈值。针对每一链路，若该链路的链路健康率大于或者等于所述故障阈值，且小于报警阈值，则表示该链路不是故障链路，但是存在故障的风险较高，因此为了保障目标网络安全，需要增加这类链路的探测频率，以确保未来能及时监测到这类链路的故障，提高探测准确率。
举例说明，某一链路的链路健康率为P(A)＝0.0334,假设故障阈值0.01，报警阈值0.05。因为0.01<P(A)<0.05，判断链路A为非故障链路，但是需要相应的提高探测频率，进一步监测链路。
为了便于理解，本实施例示例一种本发明的实际应用流程：
步骤一：控制模块从节点获取ECMP线性特征表。
步骤二：控制模块设计探测矩阵并基于ECMP线性特征表(表1)去构造探测报文以确定探测路径。
步骤三：控制模块将探测报文包头信息和探测任务发送到测量节点。
步骤四：测量节点执行探测。根据控制模块的探测任务和探测数据包信息，构造探测包，然后发送到目标节点进行探测，其中探测工具采用基于HTTPS/TCP的tcpprobe。它具有多个测量指标的网络测量工具，可以测量路径往返延迟，双向路径数据包丢包率以及双向路径的数据包乱序率。由于tcpprobe具有双向路径测量的特点，因此只需要测量端单测部署，从达到减少了探测数据包数量的目的。
步骤五：测量节点将测量结果发送给分析器。
步骤六：分析器进行故障推测。首先，分析器会使用LASSO(套索)线性回归方法将收集到路径成功率推测到每个链路的成功概率；然后，分析器通过假设检验算法找出异常链路。原假设：链路成功概率等于链路集合均值的成功概率，备择假设：链路成功概率小于链路集合均值的成功概率，每个链路计算结果得到概率值P值。P值越小，拒绝原假设的理由越充分。当P值小于阈值(例如，1％)的链路，认定为故障链路。
步骤七：设置报警阈值，反馈控制模块。如果链路的P值大于故障阈值，但小于报警阈值，将链路信息发送给控制模块，提高相应路径的探测频率，以提高探测准确率。
本发明的优点在于：
第一，现有的探测方法存在着探测成本较高的问题，现有的测量系统使用大量探测包来监测网络状态，而较高的探测成本会影响网络业务流的转发，本发明剪裁了冗余的探测路径，减少了探测成本。
第二，现有的探测方法存在着部署成本较高的问题，需要硬件设备或者修改软件堆栈去支持，很难部署在数据中心生产环境中，本发明可以在不改变基础网络设施(例如交换机设备，交换机协议等)的前提下，完成网络的故障检测和定位。
第三，现有的探测方法存在探测效率不高的问题，不能高效指出故障的位置。现有的探测方法通常使用监测状态和定位故障分开进行的方式(通过使用探测工具监测到性能状态下降，再通过定位工具进行网络故障定位的方法)，但是网络故障的发生具有随机性，零散性等特点，故障定位工具可能要花较长时间才能将采样到故障和定位。本发明无需定位工具，通过探测工具得到各路径的路径健康率以后，可以直接计算出各链路的链路健康率，根据链路健康率定位故障链路。
基于上述实施例，本发明还提供了一种网络监测系统，如图2和图5所示，所述系统包括：
拓扑数据库01，用于获取目标网络对应的若干目标探测路径，其中，每一所述目标探测路径对应一个核心层节点和两个汇聚层节点，各所述目标探测路径分别对应的所述核心层节点和所述汇聚层节点的组合互不相同；
控制模块02，用于对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的路径健康率，其中，每一所述目标探测路径对应的所述路径健康率用于反映该目标探测路径对应的数据包传递状况；
分析模块03，用于根据各所述路径健康率，确定各所述目标探测路径分别对应的链路集合中各链路的链路健康率，其中，每一所述链路对应的所述链路健康率用于反映该链路对应的数据包传递状况；
根据各所述链路分别对应的所述链路健康率，判断所述目标网络是否存在故障链路。
基于上述实施例，本发明还提供了一种终端，其原理框图可以如图6所示。该终端包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏。其中，该终端的处理器用于提供计算和控制能力。该终端的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该终端的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现网络监测方法。该终端的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的原理框图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的终端的限定，具体的终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一种实现方式中，所述终端的存储器中存储有一个或者一个以上的程序，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于进行网络监测方法的指令。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
综上所述，本发明公开了一种网络监测方法、系统、终端及存储介质，本发明通过对目标网络中的各目标探测路径进行探测得到各目标探测路径的路径健康率，根据各目标探测路径的路径健康率分析出各链路的链路健康率，最后根据各链路的链路健康率直接定位目标网络中存在故障的链路，无需启用定位工具。解决了现有的网络测量方式需要依赖故障探测工具和故障定位工具，由于网络故障具有随机性、零散性的特点，因此采用不同工具分别执行探测和定位工作难以高效查找出网络故障的问题。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种网络监测方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标网络对应的若干目标探测路径，其中，各所述目标探测路径分为若干等价路径组，每一所述等价路径组中各所述目标探测路径分别对应的源地址和目标地址的组合相同；
根据每一所述等价路径组中的一条所述目标探测路径，获取该等价路径组对应的原探测报文；
获取所述目标网络对应的等价多路径信息，其中，所述等价多路径信息用于反映包头信息中不同比特位的修改分别对应的路径变化，任意两个终端之间的下一跳路由的选择使用路径选择算法：将包头信息对应的五元组信息h作为输入，通过ECMP Hash算法得到下一跳的路由选择，即Hash(h)；ECMP Hash算法采用异或运算，CRC(循环冗余校验)运算或者它们的变式运算，这些算法均满足线性特征：其中，hi为任意报文包头，Δ为报文包头的相对变化，h0是一个常数，表示全为零的包头信息，Hash(h0)取决于哈希种子；Hash(h)表示路由选择，用二进制数表示；/>其中， 表示相对路径变化；/>所述等价多路径信息为采用异或运算的ECMP Hash算法形成的ECMP线性特征表；ECMP线性特征表为K*N的表格，K是包头中可控制的位数(bit)，N是路由跳数；ECMP线性特征表包含报文包头的相对变化Δ和每一跳的相对路径变化O(Δ)，Δ有K位二进制数，位数0到K之间只有一位有效位为1，其余位为0；
根据所述等价多路径信息对所述原探测报文的包头信息进行修改，得到该等价路径组中除所述原探测报文对应的所述目标探测路径之外各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文；
根据各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的路径健康率，其中，每一所述目标探测路径对应的所述路径健康率用于反映该目标探测路径对应的数据包传递状况；
根据各所述路径健康率，确定各所述目标探测路径分别对应的链路集合中各链路的链路健康率，其中，每一所述链路对应的所述链路健康率用于反映该链路对应的数据包传递状况；
根据各所述链路分别对应的所述链路健康率，判断所述目标网络是否存在故障链路。
2.根据权利要求1所述的网络监测方法，其特征在于，所述获取目标网络对应的若干目标探测路径，包括：
获取所述目标网络对应的拓扑信息，其中，所述目标网络包括若干核心层节点和若干汇聚层节点，所述拓扑信息用于反映所述目标网络中各节点之间的连接关系；
根据所述拓扑信息，确定若干所述目标探测路径，其中，各所述目标探测路径分别对应的所述核心层节点和所述汇聚层节点的组合互不相同。
3.根据权利要求1所述的网络监测方法，其特征在于，所述对各所述目标探测路径进行探测的步骤通过具有双向路径测量功能的探测工具执行。
4.根据权利要求3所述的网络监测方法，其特征在于，所述根据各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康率，包括：
根据各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的测量值，其中，所述测量值包括路径往返延迟，双向路径数据包丢包率以及双向路径数据包乱序率中的至少一种数值；
根据各所述目标探测路径分别对应的所述测量值，确定各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康率。
5.根据权利要求1所述的网络监测方法，其特征在于，所述链路健康率为标准分，所述根据各所述路径健康率，确定各所述目标探测路径分别对应的链路集合中各链路的链路健康率，包括：
将各所述目标探测路径分别对应的所述路径健康概率输入预设的套索线性回归算法，得到各所述目标探测路径分别对应的所述链路集合中各链路的初始链路健康率；
根据各所述链路分别对应的所述初始链路健康率确定健康率均值；
根据各所述链路分别对应的所述初始链路健康率和所述健康率均值，确定各所述链路分别对应的所述标准分，其中，每一所述链路对应的所述标准分用于反映该链路对应的所述初始链路健康率与所述健康率均值之间的偏离程度。
6.根据权利要求1所述的网络监测方法，其特征在于，所述根据各所述链路分别对应的所述链路健康率，判断所述目标网络是否存在故障链路，包括：
将各所述链路分别对应的所述链路健康率与故障阈值进行对比；
根据各所述链路中所述链路健康率小于所述故障阈值的链路，确定所述故障链路。
7.根据权利要求6所述的网络监测方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据各所述链路中所述链路健康率大于或者等于所述故障阈值，且小于报警阈值的链路，确定预警链路，其中，所述报警阈值大于所述故障阈值；
增加所述预警链路对应的探测频率。
8.一种网络监测系统，其特征在于，所述系统包括：
拓扑数据库，用于获取目标网络对应的若干目标探测路径，其中，每一所述目标探测路径对应一个核心层节点和两个汇聚层节点，各所述目标探测路径分别对应的所述核心层节点和所述汇聚层节点的组合互不相同；各所述目标探测路径分为若干等价路径组，每一所述等价路径组中各所述目标探测路径分别对应的源地址和目标地址的组合相同；
控制模块，用于根据每一所述等价路径组中的一条所述目标探测路径，获取该等价路径组对应的原探测报文；
获取所述目标网络对应的等价多路径信息，其中，所述等价多路径信息用于反映包头信息中不同比特位的修改分别对应的路径变化，任意两个终端之间的下一跳路由的选择使用路径选择算法：将包头信息对应的五元组信息h作为输入，通过ECMP Hash算法得到下一跳的路由选择，即Hash(h)；ECMP Hash算法采用异或运算，CRC(循环冗余校验)运算或者它们的变式运算，这些算法均满足线性特征：其中，hi为任意报文包头，Δ为报文包头的相对变化，h0是一个常数，表示全为零的包头信息，Hash(h0)取决于哈希种子；Hash(h)表示路由选择，用二进制数表示；/>其中， 表示相对路径变化；/>所述等价多路径信息为采用异或运算的ECMP Hash算法形成的ECMP线性特征表；ECMP线性特征表为K*N的表格，K是包头中可控制的位数(bit)，N是路由跳数；ECMP线性特征表包含报文包头的相对变化Δ和每一跳的相对路径变化O(Δ)，Δ有K位二进制数，位数0到K之间只有一位有效位为1，其余位为0；
根据所述等价多路径信息对所述原探测报文的包头信息进行修改，得到该等价路径组中除所述原探测报文对应的所述目标探测路径之外各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文；
根据各所述目标探测路径分别对应的所述探测报文对各所述目标探测路径进行探测，得到各所述目标探测路径分别对应的路径健康率，其中，每一所述目标探测路径对应的所述路径健康率用于反映该目标探测路径对应的数据包传递状况；
分析模块，用于根据各所述路径健康率，确定各所述目标探测路径分别对应的链路集合中各链路的链路健康率，其中，每一所述链路对应的所述链路健康率用于反映该链路对应的数据包传递状况；
根据各所述链路分别对应的所述链路健康率，判断所述目标网络是否存在故障链路。
9.一种终端，其特征在于，所述终端包括有存储器和一个或者一个以上处理器；所述存储器存储有一个或者一个以上的程序；所述程序包含用于执行如权利要求1-7中任一所述的网络监测方法的指令；所述处理器用于执行所述程序。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有多条指令，其特征在于，所述指令适用于由处理器加载并执行，以实现上述权利要求1-7任一所述的网络监测方法的步骤。
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