數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的鏈路故障檢測(cè)分析

鐘清平

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化是未來(lái)一段時(shí)期計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展方向，其通過(guò)利用軟件虛擬的形式打破品牌、工藝等硬件架構(gòu)層面上的差異，為用戶提供更為理想的使用環(huán)境。然而，在實(shí)際建設(shè)過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化依賴于數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，且對(duì)于通訊帶寬及穩(wěn)定性具有更高的要求。本文以數(shù)據(jù)中心為研究對(duì)象，探究其鏈路故障的產(chǎn)生與檢測(cè)，希望為后續(xù)建立完整的快速檢測(cè)、自動(dòng)處置體系提供必要基礎(chǔ)。

現(xiàn)階段虛擬化技術(shù)主要分為計(jì)算機(jī)虛擬化及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化等兩個(gè)層面。二者根據(jù)虛擬對(duì)象的不同來(lái)進(jìn)行區(qū)別，其中計(jì)算機(jī)虛擬化更多的是通過(guò)軟件架構(gòu)來(lái)虛擬替代計(jì)算機(jī)的硬件架構(gòu);而網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化則是通過(guò)提供計(jì)算中心服務(wù)器的方式為用戶客戶端的計(jì)算強(qiáng)度進(jìn)行“減壓”。無(wú)論何種虛擬化技術(shù)，數(shù)據(jù)中心的建設(shè)是必要的硬件基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)中心與用戶間的通訊穩(wěn)定性則是重中之重。筆者根據(jù)其常見的故障類型，系統(tǒng)對(duì)鏈路故障的檢測(cè)加以分析，旨在為后續(xù)的相關(guān)研究與系統(tǒng)升級(jí)提供必要基礎(chǔ)。

1 數(shù)據(jù)中心鏈路特征

從一般的數(shù)據(jù)中心建設(shè)實(shí)踐中我們不難發(fā)現(xiàn)SDN的應(yīng)用廣泛度相對(duì)較高。本文以SDN架構(gòu)的服務(wù)中心為例其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)大致分為應(yīng)用層、控制層及基礎(chǔ)設(shè)施層等三個(gè)環(huán)節(jié)，而所謂的鏈路結(jié)構(gòu)則是對(duì)上述不同層級(jí)間計(jì)算機(jī)設(shè)備形成有效連接的物理通徑。從其具體的特征角度來(lái)看大致分為如下幾個(gè)方面：一是去中心化建設(shè)思想提高了鏈路的復(fù)雜度。去中心化的核心目的是為系統(tǒng)提供多個(gè)（一般等于節(jié)點(diǎn)數(shù)）的中心結(jié)構(gòu)，相互節(jié)點(diǎn)間在系統(tǒng)中的權(quán)重相同，同時(shí)允許相關(guān)數(shù)據(jù)的跨節(jié)點(diǎn)傳輸。這一特征性建設(shè)客觀上增加了鏈路的復(fù)雜度;二是自定義網(wǎng)絡(luò)為鏈路通訊提供了更多可能，在相同的網(wǎng)絡(luò)下，按照不同的數(shù)據(jù)復(fù)雜度及應(yīng)用模式可以采用不同的協(xié)議方式來(lái)進(jìn)行分別構(gòu)建，即增加了鏈路的復(fù)雜性，同時(shí)也提高了鏈路的靈活性與自主性。三是鏈路互補(bǔ)性相對(duì)較高。在不同層級(jí)關(guān)系中形成的鏈路結(jié)構(gòu)并不是傳統(tǒng)的線性結(jié)構(gòu)，而是采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行合理構(gòu)建。這一構(gòu)建基礎(chǔ)形成了不同鏈路通徑下形成有效的互補(bǔ)，在單一鏈路存在故障時(shí)信息可以采用“繞道”的形式進(jìn)行替代傳輸，而過(guò)程中所產(chǎn)生的系統(tǒng)差異則為檢測(cè)提供了必要依據(jù)與信息來(lái)源。

2 數(shù)據(jù)中心鏈路故障檢測(cè)模式

上文對(duì)數(shù)據(jù)中心的鏈路特征進(jìn)行了系統(tǒng)分析，在實(shí)際的故障檢測(cè)體系中核心方法大致分為如下兩種：

一是PUSH模式。PUSH模式即心跳模式，指的待測(cè)對(duì)象周期性發(fā)送心跳數(shù)據(jù)至檢測(cè)器。檢測(cè)器將根據(jù)是否在有限時(shí)間內(nèi)接收到心跳數(shù)據(jù)，作為判斷待測(cè)對(duì)象狀態(tài)的依據(jù)，其關(guān)鍵參數(shù)為待測(cè)對(duì)象的屯、跳周期和檢測(cè)器對(duì)心跳消息的接收超時(shí)時(shí)間。若未能在有限時(shí)間內(nèi)收到心跳數(shù)據(jù)，檢測(cè)器則認(rèn)為待測(cè)對(duì)象發(fā)生故障。二是PULL模式。模式也稱為輪詢模式，檢測(cè)器將周期性向待測(cè)對(duì)象發(fā)送詢問(wèn)消息，并對(duì)響應(yīng)消息進(jìn)行驗(yàn)證，其關(guān)鍵參數(shù)為檢測(cè)器的檢測(cè)周期和響應(yīng)消息的接收超時(shí)時(shí)間。若未能在有限時(shí)間內(nèi)接收對(duì)應(yīng)待測(cè)對(duì)象的響應(yīng)消息，檢測(cè)器則認(rèn)為待測(cè)對(duì)象發(fā)送故障。

分析兩種不同的檢測(cè)模式我們不難發(fā)現(xiàn)一種作為服務(wù)器內(nèi)設(shè)序號(hào)的主動(dòng)發(fā)送，一種作為檢測(cè)服務(wù)器的主動(dòng)問(wèn)詢。二者在架構(gòu)與原理層面上存在一定的差異，且檢測(cè)的工作重心與主要負(fù)載也存在一定的不同，其他針對(duì)服務(wù)中心鏈路故障的具體檢測(cè)方式均依托于上述兩種類別而存在。

3 數(shù)據(jù)中心鏈路故障檢測(cè)應(yīng)用分析

分析了數(shù)據(jù)中心鏈路故障的具體檢測(cè)模式，從實(shí)際的應(yīng)用角度來(lái)看，針對(duì)不同的常見鏈路故障對(duì)應(yīng)不同的檢測(cè)方式是一種可行模式，其具體應(yīng)用主要分為如下幾個(gè)方面：

第一，在交換機(jī)端口故障方面的檢測(cè)：此種檢測(cè)采用LOS檢查技術(shù)整合交換機(jī)自身的管理機(jī)制采用心跳式自主發(fā)布的模式來(lái)進(jìn)行。此種模式將檢測(cè)工作交由交換機(jī)自身的端口管理來(lái)完成，在頻次層面一般以1-5秒自動(dòng)發(fā)送檢測(cè)報(bào)告，系統(tǒng)匯總的方式來(lái)進(jìn)行。

第二，在鏈路故障方面的檢測(cè)：此種檢測(cè)主要檢查非端口的鏈路故障，其自身不具有檢測(cè)與管理功能，需要通過(guò)服務(wù)器自主訊號(hào)的形式來(lái)進(jìn)行。在實(shí)際的構(gòu)建過(guò)程中常以LLDP技術(shù)為主要實(shí)現(xiàn)模式。該技術(shù)可以對(duì)鏈路的直接狀態(tài)進(jìn)行分析，采用與交換機(jī)端口故障同頻次檢測(cè)的方式來(lái)進(jìn)行架構(gòu)，同時(shí)能夠?qū)收蠣顟B(tài)進(jìn)行交互性表征。

第三，在交換機(jī)失效方面的檢測(cè)：除了交換機(jī)端口故障之外，實(shí)際鏈路檢測(cè)還應(yīng)該考慮交換機(jī)總體失效的可能。此種失效在故障特征層面上表現(xiàn)為總體功能的缺失。而實(shí)際的檢測(cè)體系可以從其特征的角度入手，采用PULL回文方式對(duì)其進(jìn)行構(gòu)建。具體而言是在PULL技術(shù)框架下對(duì)全部端口進(jìn)行回文要求，回文符合OpenFlow協(xié)定下的應(yīng)用失效報(bào)文模式則可以判斷其故障類型。

第四，在鏈路狀態(tài)方面的檢測(cè)：鏈路體系除了總體失效情況下還會(huì)存在一定的非失效故障，如帶寬降低、延時(shí)增加、數(shù)據(jù)丟包等。這就需要在故障檢測(cè)的同時(shí)構(gòu)建完整的信息收集系統(tǒng)，對(duì)鏈路狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并通過(guò)對(duì)狀態(tài)的分析來(lái)完成鏈路有效性與可用性的總體評(píng)價(jià)。在檢測(cè)應(yīng)用層面上則可以基于OpenFlow協(xié)定，對(duì)其中的STATS字段的回文狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，通過(guò)此種模式確立鏈路狀態(tài)的一般表現(xiàn)形式，從而對(duì)其可能存在的故障加以分析。

4 總結(jié)

數(shù)據(jù)中心在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)虛擬化進(jìn)程中尤為重要，而鏈路穩(wěn)定性更是其中的關(guān)鍵一環(huán)。本文以此為研究對(duì)象，在系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)中心鏈路特征的基礎(chǔ)上，對(duì)其檢測(cè)模式的分類與特征進(jìn)行討論，并按照常見的不同故障模式對(duì)自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用加以分析，希望能夠?yàn)楹罄m(xù)實(shí)際開發(fā)與建設(shè)提供必要依據(jù)。

（作者單位：贛西科技職業(yè)學(xué)院）