基于SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)恢復(fù)

常春雷　馬軍　楊大偉　李凱

摘 要：SDN網(wǎng)絡(luò)極大的降低了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，在現(xiàn)階段得到了大規(guī)模的應(yīng)用。本文對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)故障以及其故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究和探討，希望能夠起到拋磚引玉的作用。

關(guān)鍵詞：SDN網(wǎng)絡(luò)；故障檢測(cè)；數(shù)據(jù)恢復(fù)

中圖分類號(hào)：TP393.06 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）09-0018-02

進(jìn)入新世紀(jì)后，隨著我國(guó)信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，在互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)更加多樣化的同事，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能提出了更為嚴(yán)苛的要求。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)要想實(shí)現(xiàn)智能化，會(huì)大量增加相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)更加臃腫和復(fù)雜，極大的降低了網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性與靈活性，無(wú)法滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)。于此，SDN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)讓SDN控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制功能，從而在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全局集中控制的同時(shí)，能夠更為簡(jiǎn)單、便捷的開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)管理活動(dòng)。因此，SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在目前得到了大規(guī)模的應(yīng)用。

能否實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)恢復(fù)的及時(shí)性是衡量SDN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵性評(píng)價(jià)指標(biāo)，這是由于網(wǎng)絡(luò)如果發(fā)生短時(shí)間的中斷會(huì)對(duì)廣大使用者造成不可彌補(bǔ)的損失，最大限度的提升網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性、可用性和可靠性是現(xiàn)階段對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵指標(biāo)要求。為了對(duì)相關(guān)故障進(jìn)行及時(shí)、正確的應(yīng)對(duì)，全面增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，就必須對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)下的故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)開(kāi)展全面而深入的研究。

1 SDN網(wǎng)絡(luò)故障簡(jiǎn)介

SDN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)平面和控制平面的分離，因此，其必須通過(guò)數(shù)據(jù)通道以及控制通道來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信息和控制信號(hào)。就數(shù)據(jù)通道而言，完成了主機(jī)與交換機(jī)之間和交換機(jī)與交換機(jī)之間的數(shù)據(jù)信息的傳遞，是極其重要的通信鏈路。而就控制通道而言，則是交換機(jī)同控制器間的通信鏈路，能夠基于OpenFlow消息實(shí)現(xiàn)流表項(xiàng)的下發(fā)、設(shè)備狀態(tài)的報(bào)告以及信息的交換?？偟膩?lái)說(shuō)，SDN網(wǎng)絡(luò)的故障域主要涵蓋以下方面：（1）控制域故障。主要指的是控制器之間的鏈接故障或者是控制器故障；（2）控制通道故障。主要指的是交換機(jī)和控制器之間的鏈接故障；（3）數(shù)據(jù)域故障。主要指的是鏈接故障或者是交換機(jī)故障。

以數(shù)據(jù)域的故障為例，包括的故障類別有：交換機(jī)之間的鏈路故障以及節(jié)點(diǎn)故障。首先，對(duì)于交換機(jī)之間的鏈路故障來(lái)說(shuō)，包括網(wǎng)絡(luò)接口引發(fā)的故障以及鏈路中斷引發(fā)的故障。前者有可能是因?yàn)榫W(wǎng)卡硬件故障或者是網(wǎng)絡(luò)接口引發(fā)的故障。雖然上述兩類型的故障在表面上有著明顯的差異性，然而就其后果來(lái)說(shuō)，都會(huì)導(dǎo)致交換機(jī)之間正常通信的中斷，所以，均被劃歸到鏈路故障的范疇之中。其次，對(duì)于節(jié)點(diǎn)故障來(lái)說(shuō)，引發(fā)故障的原因多種多樣，從而對(duì)SDN正常的流量轉(zhuǎn)發(fā)功能造成具有明顯差異化的影響。其主要故障類別包括：（1）計(jì)劃的交換機(jī)關(guān)閉。處于對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)進(jìn)行例行維護(hù)和軟硬件升級(jí)的需要，會(huì)對(duì)交換機(jī)進(jìn)行主動(dòng)的關(guān)閉。數(shù)據(jù)信息的正常傳遞是確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、可靠性和安全性的基礎(chǔ)。由于SDN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的冗余性可以確保SDN網(wǎng)絡(luò)在一些鏈路和節(jié)點(diǎn)失效的狀態(tài)下繼續(xù)保持正常的工作；（2）交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)功能失效。主要是由于流表儲(chǔ)存器出現(xiàn)問(wèn)題或者是硬件故障所導(dǎo)致的；（3）交換機(jī)安全通道故障。由于控制器同交換機(jī)之間的安全通道產(chǎn)生相應(yīng)的問(wèn)題，從而引發(fā)兩者之間無(wú)法完成正常的通信活動(dòng)，在無(wú)法接收到控制器管理指令的條件下，交換機(jī)只能按照流表儲(chǔ)存器來(lái)繼續(xù)完成相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作。

2 SDN網(wǎng)絡(luò)的故障定位及檢測(cè)

2.1 SDN網(wǎng)絡(luò)的軟硬件監(jiān)控

SDN網(wǎng)絡(luò)的自主資源池自身的組件服務(wù)在雙機(jī)狀態(tài)下運(yùn)行，需要重點(diǎn)監(jiān)控硬件指標(biāo)、軟件服務(wù)狀態(tài)。其中硬件包括的各服務(wù)器的CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)，CPU若大于70%需要重點(diǎn)監(jiān)控，定期檢查硬盤及內(nèi)存狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警時(shí)應(yīng)及時(shí)更換；通過(guò)機(jī)房檢查網(wǎng)絡(luò)及路由設(shè)備狀態(tài)，通過(guò)ping等命令檢查服務(wù)器之間網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通情況及網(wǎng)絡(luò)延時(shí)情況。

2.2 主要的故障列表

如表1。

2.3 SDN網(wǎng)絡(luò)故障檢測(cè)及處理

2.3.1 網(wǎng)絡(luò)類

采用PING服務(wù)器的方式，判斷網(wǎng)絡(luò)是否連通。

2.3.2 硬件類

（1）硬盤。參照SDN網(wǎng)絡(luò)的自主資源池所采用硬件服務(wù)器廠商所提供的對(duì)應(yīng)方法進(jìn)行定位。（2）網(wǎng)卡。參照SDN網(wǎng)絡(luò)的自主資源池所采用硬件服務(wù)器廠商所提供的對(duì)應(yīng)方法進(jìn)行定位。（3）存儲(chǔ)。參照SDN網(wǎng)絡(luò)的自主資源池所采用存儲(chǔ)廠商所提供的對(duì)應(yīng)方法進(jìn)行定位。

對(duì)于SDN網(wǎng)絡(luò)故障的處理，主要可以采取以下方法：

（1）客戶端。

1）未授權(quán) （1-0001）。

故障現(xiàn)象：Agent注冊(cè)失敗，后臺(tái)報(bào)找不到授權(quán)文件。

故障排除：安裝Agent時(shí)，缺少必要的文件，請(qǐng)檢查安裝包是否完整，安裝源是否配置正確。

2）Job執(zhí)行失敗。

新增虛擬機(jī)硬盤失敗（2-0001）。

故障現(xiàn)象：為虛擬機(jī)增加硬盤失敗，后臺(tái)報(bào)xx.py某行代碼錯(cuò)誤。

故障排除：代碼行存在tab鍵導(dǎo)致job執(zhí)行失敗，換成空格后正常。

應(yīng)用服務(wù)重啟失?。?-0002）。

故障現(xiàn)象：系統(tǒng)管理員通過(guò)命令重啟服務(wù)，服務(wù)啟動(dòng)窗口提示服務(wù)啟動(dòng)未成功。

故障排除：查看后臺(tái)記載詳細(xì)信息的日志，進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3）虛擬機(jī)狀態(tài)異常。

使用ssh登陸至agent查看KVM的相關(guān)信息，進(jìn)行相應(yīng)的處理。

（2）數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)異常（3-0001）。

使用客戶端訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，查看數(shù)據(jù)庫(kù)是否能正常連接。

使用ssh登陸至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，查看數(shù)據(jù)庫(kù)集群各節(jié)點(diǎn)各服務(wù)的狀態(tài)。

（3）硬件類。

1）硬盤損壞（H-0001）。當(dāng)確定硬盤損壞，無(wú)法恢復(fù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)重新安裝操作系統(tǒng)及相關(guān)軟件。安裝好以后重新配置和恢復(fù)已備份的數(shù)據(jù)。2）網(wǎng)卡損壞（I-0001）。SDN網(wǎng)絡(luò)的自主資源池應(yīng)使用雙網(wǎng)卡綁定的模式，當(dāng)其中一塊網(wǎng)卡壞掉，不影響正常訪問(wèn)，但應(yīng)當(dāng)及時(shí)更壞掉該壞掉的網(wǎng)卡，如果兩個(gè)網(wǎng)卡同時(shí)壞掉，則應(yīng)立即全部更換掉壞的網(wǎng)卡。

3 SDN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)

（1）確定數(shù)據(jù)庫(kù)處于歸檔模式：以數(shù)據(jù)庫(kù)用戶登錄操作系統(tǒng)，分別在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行命令進(jìn)行備份。（2）如果數(shù)據(jù)庫(kù)不在歸檔模式，應(yīng)使數(shù)據(jù)庫(kù)處于歸檔模式再進(jìn)行備份。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著SDN網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用范圍的提升，對(duì)于提升SDN網(wǎng)絡(luò)的可靠性、穩(wěn)定性和安全性提出了更高的要求?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著SDN網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，起故障檢測(cè)和數(shù)據(jù)恢復(fù)技術(shù)將更為智能化、及時(shí)化和自動(dòng)化，從而確保網(wǎng)絡(luò)正常、穩(wěn)定地運(yùn)行。

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