CN1674536A - 透明lan服务的性能监测 - Google Patents

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CN1674536A CN200510002846.XA CN200510002846A CN1674536A CN 1674536 A CN1674536 A CN 1674536A CN 200510002846 A CN200510002846 A CN 200510002846A CN 1674536 A CN1674536 A CN 1674536A
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Abstract

描述了一种用于透明LAN服务的性能监测的方法，所述性能监测是根据承载一个透明LAN服务的每个流的第2层测量，以检查针对所述透明LAN服务，由业务参数所定义的需求是否被满足。所述方法利用中央网络管理系统在相关的时间并且在定义的时间单元内多次从网络单元接口取回第2层测量。

Description

透明LAN服务的性能监测
技术领域
本发明涉及电信领域，并且特别涉及电信网络的服务质量(QoS)。更特别地，本发明涉及以检查透明LAN服务(TLS，Transparent LocalArea Network Service)的QoS为目的的性能监测(PerformanceMonitoring)。
背景技术
参考图1，透明LAN服务是一种仿效传统LAN的功能的服务，其在一般的骨干网之上以透明的方式互连不同的LAN网段，这使得不同的LAN网段像一个LAN一样地工作，所述透明LAN服务允许两个属于不同LAN网段的远程站的连接，并且提供给远程站以相同的能力(例如吞吐量、延迟)，所述远程站通常从连接两个本地站的传统LAN获得所述能力。以太网是一项普遍的LAN技术因为其是最便宜和最灵活地接入到骨干网的技术之一，并提供良好性能，从10Mbps演进到100Mbps直到1Gbps，如同在IEEE(电气和电子工程师学会)802.3部分3(2000)、802.3u(1995)和802.3ab(1999)中所分别定义的。LAN网段通常通过LAN交换机或路由器被连接到骨干网，所述交换机或路由器实现从LAN到骨干网协议的转换。
透明LAN服务能被承载在骨干网的租用电路或共享电路上。在第一种情况下，针对每个服务都有物理电路(每个电路具有固定带宽)并且所述电路非常昂贵。参考图1的例子，如果LAN1必须与LAN2和LAN3互连，那么LAN1需要两个到骨干网的接口。如果必须互连N个LAN，需要(N-1)个接口将每个LAN连接到骨干网上。在共享的方法中，相同的电路(并且因此具有相同的带宽)承载不只一个的服务并且因而较为便宜。参考图2，LAN1仅需要一个到骨干网的接口；通常，如果必须互连N个LAN，仅需要一个接口来连接每个LAN到骨干网。而且，在租用结构中存在低带宽利用率：实际上当相关服务没有发送数据时，不使用所述电路。在共享结构中，当一个服务没有发送数据时，可以使用相同电路来发送其它服务的数据，所以具有更好的带宽利用率。
在现代电信网络中，透明LAN服务在骨干网中由共享电路承载，因为其需要较少的网络接口并且骨干网的带宽昂贵。由于在许多服务中共享相同的资源，服务质量的问题因此而出现。实际上，可能出现由相同电路承载的每个服务的性能不够好，尤其是在网络拥塞的情况下。例如异步传输模式(ATM)的骨干网协议保证服务质量，但却非常昂贵和复杂，因为其需要非常昂贵的ATM交换机。后续的努力是要找到一种能够承载透明LAN服务的便宜的骨干网。出于所述目的，在ITU-T G.707/Y1322(10/2000)中定义的SDH(同步数字体系)技术已经可以获得，因为许多SDH电路已经出现在电信网络中。在这个方向，根据在ITU-T G.7041/Y.1303(12/2001)中定义的通用映射过程(Generic Map Procedure)(GFP)，LAN帧被映射到SDH虚容器中。GFP不局限于SDH，而是提供将一般用户信号映射到SDH和光传输网(OTN)(OTN在ITU-T G.709/Y.1331 3/2003中被定义)上的过程。GFP封装(encapsulation)的另一个优点是对所有上层协议都透明，所述上层协议是例如开放系统互连(OSI)栈的第3层协议，所述第3层协议为例如因特网协议(IP)、因特网分组交换(IPX)、多协议标记交换(MPLS)。所有透明LAN服务可以在骨干网中根据GFP在一个共享电路上被承载，因此仅需要一个接口来将LAN网段连接到骨干网；透明LAN服务被映射到例如SDH上，且每个透明LAN服务由一个虚容器(VC12、VC3和VC4)承载。尽管仅用一个接口将每个LAN与骨干网互连，但是所述解决方案仍然有每个虚容器带宽利用率低的缺点，但是优点是服务质量有保证，并且能用著名的SDH性能监测对其进行检查。在优选的解决方案中，输入数据业务被聚集在连接LAN到骨干网的网络单元上：相同的虚容器能承载属于不同透明LAN服务的数据。其优点在于，因为需要较少的虚容器来承载相同的数据业务，从而节省了许多带宽；其缺点在于必须检查在同一虚容器中的每个TLS的服务质量，并且由于对SDH可用的性能监测是所述虚容器和由一个虚容器承载的所有TLS的性能的指示，而不是在一个虚容器中的每个单独的TLS的性能的指示，因而不能通过所述对SDH可用的性能监测来检查所述服务质量。
透明LAN服务的服务质量由服务级协议(SLA)中指定的需求所定义。SLA是服务提供商和用户之间的合同，其中服务质量(在透明LAN服务的情况下)被定义为定量的或统计的业务参数，例如吞吐量(或带宽)、延迟、分组丢失、抖动(jitter)或按照相对的优先级接入网络。这样，服务提供商能够提供给用户不同种类的服务质量，每种具有不同的价格，并且对于同一用户也可以使一种服务优先于其它服务。参考以太网的例子，每个透明LAN服务由一个被加标签Q的(Q-tagged)帧所承载，所述帧在IEEE 802.1Q(1998)中被定义。所述帧包括标签报头(加Q标签，Q-tag)，所述标签报头紧随源媒体访问控制(MAC，Media Access Control)地址字段；所述标签包括VLAN-ID(12比特)和优先级比特(3比特)。所述VLAN-ID是虚拟LAN标识符并且可以被用来识别用户。以太网交换机也利用所述VLAN-ID进行业务隔离：被发送到特别用户的帧仅被转发到那些为了到达所述用户的成员所需的LAN网段。而且，优先级比特可以被用于同一用户来识别业务的被发送的类别(expedited class)，或者用于不同用户来定义接入骨干网的相对优先级。
用于定义以太网TLS吞吐量的业务参数是承诺信息速率(CIR)、承诺突发量(CBS，Committed Burst Size)、峰值信息速率(PIR，PeakInformation Rate)和峰值突发量(PBS，Peak Burst Size)。CIR是在通常操作情况下网络对于以太网TLS所提供的最小保证速率。PIR是允许以太网帧突发超出CIR的最大速率。当连续地以低于有效线路速率的PIR接收业务时，CBS指定被分配给将被排队的以太网帧的缓冲量。PBS是所分配的最大缓冲量：超过PIR的输入业务被缓冲直到所述被指定的PBS。若质量由CIR和PIR来描述，如果针对每个以太网TLS所测量的吞吐量被包括在CIR和PIR之间，则所述要求被满足。服务提供商通常提供给用户三个具有不同质量的服务类别以分配不同的带宽：最大努力(best effort)、调节的(regulated)和保证的(guaranteed)，所述服务类别是根据CIR和PIR被定义的。最大努力由CIR＝0和PIR＞0描述，调节的由PIR＞＝CIR和CIR＞0描述，保证的由CIR＝PIR＞0描述。最大努力服务没有保证带宽(但是对用户来说较为便宜)并且经常不执行质量监测。
IEEE 802.3和IETF(因特网工程任务组)在RFC2665和RFC2863中为一般网络接口和以太网接口定义了大量的计数器；所述计数器的值被用于维护，并且当网络操作员或过程本身自动要求时，运行在计算机中的所述过程取回所述计数器的值。由不同的过程或操作员并且针对每个接口在不同的时间，在每个接口本地进行所述测量。参考以太网计数器，在IEEE802.3和IETF计数器之间存在一些差异：在IETF计数器中，以太网帧的MAC报头和帧校验序列(FCS)被包括于字节(byte)数的计算中，而在IEEE 802.3计数器中所述字段没有被包括。根据OSI模型，其中电信网络的功能被划分为7层，帧是指第二层级的并且分组是指第三层级的。参考IETF以太网计数器，针对以太网接口定义下列内容：
-ifInOctets：在接口上接收到的有效MAC帧中的八位字节(octet)数，包括MAC报头和FCS。所述数目包括接口上接收到的有效MAC控制帧中的八位字节数；
-ifOutOctets：在接口上发送的有效MAC帧中八位字节数，包括MAC报头和FCS。所述数目包括接口上发送的有效MAC控制帧中的八位字节数；
-ifInUcastPkts：这一层传送给较高级别层的分组数目，所述分组不是被传送至该子层的多播或广播地址的。所述分组不包括MAC控制帧；
-IfOutUcastPkts：较高级别层请求发送的分组数目，所述分组不是被传送至该层的多播或广播地址的，包括被丢弃的或没有被发送的分组。所述分组不包括MAC控制帧；
-IfOutDiscards：输出分组的数目，由于缓冲器拥塞，即使没有检测到错误来阻止所述输出分组被发送，该输出分组也被丢弃。
-dot3StatsAlignmentErrors：所接收的帧的数目，所述帧不是整数个八位字节的数目，并且不通过FCS检查。
-dot3StatsFCSErrors：所接收的帧的数目，所述帧在长度上是整数个八位字节的数目，但是不通过FCS检查。
-dot3StatsFrameTooLongs：超过MTU(最大传送单元)的所接收的帧的数目。
在LAN协议中八位字节与字节同义。在IfInUcastPkts、IfOutUcastPkts和IfOutDiscards的定义中的“较高级别层”是指基于第3层分组的数目所进行的计算，也就是以太网第2层发送到/接收于上面的第3层的分组数目；相反，ifInOctets和ifOutOctets对第2层帧的八位字节数计数，也就是以太网第2层接收于/发送到下面的第1层的帧的八位字节数。例如八位字节数的计算包括所接收的或被发送的有效MAC控制帧中的八位字节，而分组数目的计算不包括所述MAC控制帧。所有计数器对通过以太网接口的所有业务进行计算，并且所述计算因而与通过以太网接口的所有透明LAN服务相关。
IETF还在RFC2668中为第1层测量提供了维护计数器，也就是物理接口级：
-dot3HCStatsSymbolErrors：当出现有效载波时，具有无效数据符号的次数；
-availableExits：ifMauMediaAvailable使状态为可用的次数；
-ifMauJabberingStateEnters：mauJabberState进入超时状态(jabbering state)的次数；
-ifMauFalseCarriers：错误载波事件的次数。
根据已知的解决方案，仅可能提供包括所有服务的合计测量，从而提供仅对于一般性能信息的访问；而且由于所述测量是由不同的过程在不同的时间被进行的，因而仅给出了含糊的观点。
发明内容
如同上文所描述的，考虑到已知的且被标准化的解决方案的缺点和不足，本发明的主要目的是为性能监测提供一种方法使之能进行更复杂的监测；这可以通过根据权利要求1的方法来达到。本发明的优点是能够对每个透明LAN服务的性能进行监测，以检查服务级协议中定义的服务需求是否被满足。另一个优点是能够监测透明LAN服务的字节吞吐量和帧吞吐量。
通过一些修改，仅被用于维护目的的一些第2层测量能够被用于检查服务质量，即被用于监测透明LAN服务的性能。必须在透明LAN应用中定义TLS流：其是在两个远程网络单元间的被定义了服务质量的指定级别的单向业务流。TLS流是透明LAN服务在网络中的等价物，即如何在网络中物理地承载服务；涉及以太网，每个流由被加标签Q的帧所承载且由MAC源地址、MAC目的地址、VLAN ID和优先级比特来识别。物理LAN接口承载许多TLS流，每个所述TLS流具有由质量或数量的参数来描述的服务质量。参考图4，每个网络接口具有三个级别：
-物理级：其是网络接口的第1层；
-汇聚(aggregate)级：其是第2层并包括通过接口的所有TLS流；
-流级：其是第2层；每个流承载一个TLS(并且对于以太网是被加标签Q的帧)。
所述汇聚级不足以监测每个透明LAN服务的质量：因为必须保证每个由TLS流所承载的服务质量以及每个TLS流能够承载不同的服务质量需求，所以还需要所述流级。如上所述，不能在第1层级的接口上检查服务质量(SDH性能监测)，而必须在第2层级(被加标签Q的以太网帧的帧/八位字节)的接口上检查所述服务质量。参考图3，透明LAN服务流用虚线表示，并能够穿过包括承载不同协议的子网的骨干网，所述协议例如是SDH、OTN、弹性分组路由(RPR，Resilent Packet Routing)、多协议标记交换(MPLS)、密集波分复用(DWDM)。末端网络单元连接LAN到骨干网，而中间的网络单元连接骨干网中的两个子网。在两个末端网络单元之间的业务流是TLS流。所述TLS流能被分成TLS段，该TLS段是在末端网络单元和中间的网络单元之间或在两个中间的网络单元之间的。可以在两个末端网络单元、一个末端网络单元和一个中间的网络单元或两个中间的网络单元的接口上进行第2层测量。每个末端网络单元只需要一个到LAN的接口并包括至少一个到骨干网的接口；每个中间的网络单元包括至少一个到每个子网的接口。从到第一末端网络单元的LAN的接口，穿过中间的网络单元，到第二末端网络单元的LAN的接口，来承载透明LAN服务。如同上面所描述的，每个服务所需的质量由SLA中定义的业务参数(CIR、PIR、CBS、PBS)所描述。对于每个服务，在承载透明LAN服务的网络单元的接口上，通过一些硬件级别的计数器来进行所述第2层测量。另外，为了从到两个末端网络单元的LAN的至少两个接口上取回第2层测量结果，以及为了在相同的时间(例如在同一天的同一小时或在同一月的同一天的末尾)和对于相同的时间单元(分别为一天或一月)取回所述结果，需要中央网络管理系统(NMS)来控制网络单元。根据所述测量，可以估计每个服务的质量以便检查由业务参数定义的需求是否被满足。进行好的质量估计需要几个测量：例如一天中的每个小时，计数器的值由NMS从网络单元处收集，并且在这天的末尾根据一天24个测量结果来进行质量估计，以便检查当日的业务参数是否被满足。通常周期性地取回第2层测量结果(一天中的每小时或一个月的每天)，但是这不是强制性的。当超出性能门限时产生警报，警告网络操作员使其采取抵抗措施。存储所述第2层测量结果以便具有服务质量的历史记录：例如为了具有当天的24个值，每小时存储所述值，并且为了具有一个月中每天的所述值，每天存储所述值。所述历史信息非常重要，因为当产生警报，该历史记录可以被用来推断故障发生时间，以便将所述信息与网络行为相关联。例如，假设提供由CIR的较大值所定义的新的透明LAN服务，并且因而在网络中已经出现了一些服务的质量下降。产生警报并且查阅历史记录，可以推断所述下降的原因，即具有CIR的过大值的附加服务。这样，网络操作员能够去除附加服务并能尝试增加具有CIR的较低值的服务。
附图说明
图1和图2涉及现有技术；其中图1示出了通过租用电路穿过骨干网互连三个LAN的透明LAN服务，图2示出了通过共享电路穿过骨干网互连三个LAN的透明LAN服务；
图3示出了通过共享电路穿过多协议骨干网互连三个LAN的透明LAN服务，所述骨干网包括用于服务的性能监测的末端网络单元(NE)和中间的网络单元，所述性能监测是通过由中央网络管理系统(NMS)所取回的第2层测量结果来进行的；
图4更详细地示出了进行监测的网络接口，其被划分为3个级别：物理、汇聚和流；
图5示出了优选实施例，其中一些进行第2层测量的计数器被用于监测透明LAN服务的质量。
具体实施方案
在优选实施例中，下列执行第2层测量的以太网计数器的集合可以被用在以太网接口来监测以太网透明LAN服务的性能，以便检查服务质量；所述计数器能够被用在汇聚级并且直到流级，并且其都涉及OSI模型的第2层：
-所接收的全部正确八位字节(TRCO，Total Received CorrectOctets)：正确接收的帧的八位字节数；
-所发送的全部八位字节(TTO，Total Transmitted Octets)：所发送的帧的八位字节数；
-所接收的全部正确帧(TRCF，Total Received Correct Frames)：正确接收的帧数；
-所发送的全部帧(TTF，Total Transmitted Frames)：所发送的帧数。
下列计数器还能够被用于汇聚级的维护：
-所丢弃的全部帧(TDF，Total Discarded Frames)：因为缓冲器拥塞而被丢弃的以太网帧数；
-所接收的全部服务错误帧(TRSEF，Total Received Service ErroredFrames)：其是dot3StatsAlignmentErrors、dot3StatsFCSErrors和dot3StatsFrameTooLongs三个分量之和。
参考图5并且仅对于承载一个透明LAN服务的一个流的第2层测量，网络单元A和B的TRCO和网络单元B的TTO可以被用来监测从网络单元A到网络单元B(单向监测)的透明LAN服务的质量，以便检查针对透明LAN服务所定义的业务参数CIR和PIR是否被满足。NMS在一天中的每个小时在末端网络单元A到LAN的接口上和在末端网络单元B到骨干网的接口上取回TRCO值，并且每小时评估差异；如果在网络单元A的值和在网络单元B的值在预定的随后小时数(例如3小时)中差异很大，由NMS产生警报。这样，网络操作员可以取回在网络单元B到骨干网的接口上的TRSEF值和在网络单元A上的TDF值，以便探测并定位所述缺点：如果TRSEF值高，可能是有第1层链路错误发生，并且如果TDF值高，可能是网络单元A缓冲器溢出发生。主要是由于网络传播延迟，允许在网络单元A上的TRCO和在网络单元B上的TRCO之间存在微小的差异。相反如果在网络单元B和网络单元A上所测的TRCO之间的差异在全天都较小，可以在网络单元B上通过TTO进行质量估计。每小时NMS取回网络单元B的TTO值由并将其储存，因此在一天结束时可以获得24个值。可以对一天24个TTO值进行算数平均来估计服务质量，即计算所述值的和并除以24：这是对一天平均字节吞吐量的估计。如果所述值在CIR和PIR之间，这意味着所述透明LAN服务的当日需求已经被满足。
通过使用网络单元A和B上的TRCF而不是TRCO以及使用网络单元B上的TTF而不是TTO，可以利用同样的方法来测量帧吞吐量。由于为了具有好的质量仅丢弃一些帧，因此所述方法在视频应用中是有用的。
为了检查子网的服务质量，所述方法对于进行TLS段的第2层测量也是有用的；为了探测并定位造成质量下降的子网，在服务质量下降的情况下需要所述方法。
因为业务流通常是双向的，通常双向检查所述服务质量，即从末端网络单元A到末端B，并且反之亦然。
优选实施例利用以太网计数器来监测以太网LAN之间的透明LAN服务，但是可以利用同样的方法来监测服务质量，所述服务质量是直到其它LAN技术的流级的，所述其它LAN技术是例如令牌环(IEEE 802.5)、令牌总线(IEEE 802.5)、分布式队列双总线(IEEE 802.6)、FDDI(光纤分布式数据接口)，假设有可能识别由流承载的透明LAN服务，例如在帧上加标签以区分用户之间的服务或同一用户的服务。
本发明能通过例如C、C++或Java的软件程序有利地被实现，所述程序运行在硬件上并执行网络管理功能来控制网络单元，并且包括了第一过程用来接收透明LAN服务的业务参数、第二过程用来根据业务参数向网络单元提供服务、第三过程用来激活第2层测量(例如重置计数器值和启动测量)、第四过程用来取回第2层测量结果以便估计质量和检查需求是否被满足。

Claims (7)

1.一种用于在电信网络中进行性能监测的方法，所述电信网络包括至少两个通过骨干网连接的局域网(LAN)，第一局域网通过第一网络单元连接到所述骨干网，所述第一网络单元包括至少到所述第一局域网的第一网络接口和至少到所述骨干网的第二网络接口，第二局域网通过第二网络单元连接到所述骨干网，所述第二网络单元包括至少到所述第二LAN的第三网络接口和至少到所述骨干网的第四网络接口，所述电信网络还包括中央网络管理系统(NMS)来控制所述网络单元，所述方法包括下列步骤：
-利用第2层汇聚级，网络管理在所述第一和第三网络接口之间提供至少两个的透明局域网服务(TLS)，所述汇聚级包括至少两个流级(TLS流)，每个所述流级承载一个透明局域网服务；
-每个透明局域网服务的特征在于，至少一个业务参数(CIR、PIR、CBS、PBS)用来描述所述透明局域网服务的质量；所述方法的特征在于：
-分别在所述第一网络单元的至少一个接口和所述第二网络单元的至少一个接口上，为至少一个透明局域网服务在流级进行第2层测量(TRCO、TRCF、TTO、TTF)；
-所述网络管理在相关的时间并且在定义的时间单元内多次取回至少两个接口的所述第2层测量结果。
-根据所述结果，所述网络管理计算在定义的时间单元内至少一个透明局域网服务的至少一个质量估计，以检查在定义的时间单元内对于至少一个透明局域网服务，由至少一个业务参数(CIR、PIR、CBS、PBS)所定义的需求是否被满足。
2.根据权利要求1的方法，其中，所述第2层测量包括在所述第一网络接口和所述第四网络接口的所接收的全部正确八位字节(TRCO)的测量，以估计在所述第一和第二网络单元所测量的值之间的差异。
3.根据权利要求1的方法，其中，所述第2层测量包括在所述第一网络接口和所述第四网络接口的所接收的全部正确帧(TRCF)的测量，以估计在所述第一和第二网络单元所测量的值之间的差异。
4.根据权利要求2的方法，其中，所述第2层测量是在所述第三网络接口的所发送的全部八位字节(TTO)，以估计字节吞吐量。
5.根据权利要求3的方法，其中，所述第2层测量是在所述第三网络接口的所发送的全部帧(TTF)，以估计帧吞吐量。
6.根据权利要求1的方法，其中，所述骨干网包括至少两个承载不同协议(SDH、RPR、OTN、MPLS)的子网，并且所述子网是通过中间的网络单元来连接的，其中，在至少一个中间的网络单元的至少一个接口上进行附加的第2层测量。
7.一种执行网络管理功能以控制电信网络的网络单元的软件程序，所述电信网络包括：
-至少两个通过骨干网连接的局域网，第一局域网通过第一网络单元连接到骨干网，所述第一网络单元包括至少到所述第一局域网的第一网络接口和至少到所述骨干网的第二网络接口，第二局域网通过第二网络单元连接到所述骨干网，所述第二网络单元包括至少到所述第二局域网的第三网络接口和至少到所述骨干网的第四网络接口。
-利用第2层汇聚级，至少两个在所述第一和第三网络接口之间的透明局域网服务(TLS)，所述汇聚级包括至少两个流级(TLS流)，每个流级承载一个透明局域网服务；所述程序包括：
-第一过程，其用来接收至少一个针对每个透明局域网服务的业务参数(CIR、PIR、CBS、PBS)，所述参数用来描述透明局域网服务的质量；
-第二过程，其用来根据每个相应业务参数，向所述第一和第二网络单元提供各自的透明局域网服务；
所述程序的特征在于：
-第三过程，其用来分别在所述第一网络单元的至少一个接口和所述第二网络单元的至少一个接口上，为至少一个透明局域网服务在流级激活第2层测量。
-第四过程，其用来在相关的时间并且在定义的时间单元内多次取回至少两个接口的所述第2层测量结果，用来根据所述结果，计算在定义的时间单元内的至少一个透明局域网服务的至少一个质量估计，以检查在定义时间单元内对于至少一个透明局域网服务，由至少一个业务参数(CIR、PIR、CBS、PBS)所定义的需求是否被满足。
CN200510002846.XA 2004-03-26 2005-01-25 透明lan服务的性能监测 Pending CN1674536A (zh)

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EP04290823.6 2004-03-26
EP04290823A EP1580929A1 (en) 2004-03-26 2004-03-26 Performance monitoring of transparent LAN services

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