網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)及其在網(wǎng)絡(luò)自動化運(yùn)維中的應(yīng)用

代天成　張笑

摘要：網(wǎng)絡(luò)遙測屬于一種全新的大數(shù)據(jù)信息采集、大數(shù)據(jù)信息分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分析、人工智能兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合，能夠可視化全局e-learning狀態(tài)、流量，提升了互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)維水平。文章首先分析了IP互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營存在的挑戰(zhàn)，對其問題進(jìn)行整理歸納，其次對互聯(lián)網(wǎng)遙測技術(shù)進(jìn)行了介紹，最后研究與探索了IP互聯(lián)網(wǎng)智能運(yùn)營，以此為IP互聯(lián)網(wǎng)的智能運(yùn)營提供可靠參考和有效指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)自動化運(yùn)維；對策

中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A0引言5G承載系統(tǒng)可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)EMBB，URLLC，MMTC等業(yè)務(wù)的要求，這無疑對IP承載網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求。IP網(wǎng)絡(luò)自動運(yùn)維包含了網(wǎng)絡(luò)遙測+AI技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障的精準(zhǔn)定位，可主動發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞、丟包及時(shí)延問題，從而提升業(yè)務(wù)體驗(yàn)。作為業(yè)界研究、應(yīng)用的熱點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)得到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

1當(dāng)前IP網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維面臨的問題和挑戰(zhàn)1.1網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算機(jī)用戶在應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)上瀏覽時(shí)，不管是瀏覽哪一種網(wǎng)頁或網(wǎng)站都有遭受攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，他們的網(wǎng)絡(luò)安全可能會受到嚴(yán)重威脅，可能導(dǎo)致企業(yè)或個(gè)人的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的一些重要信息被盜取，也有一些不法分子會進(jìn)入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，對內(nèi)部信息產(chǎn)生破壞［1］。

1.2數(shù)據(jù)傳輸安全隱患計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中也存在安全隱患，因?yàn)閿?shù)據(jù)傳輸過程所使用的數(shù)據(jù)流屬于明碼數(shù)據(jù)流，所以這些數(shù)據(jù)可能會被截獲，會被其他IP地址冒充目標(biāo)用戶截獲數(shù)據(jù)，盜取計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)信息。

1.3自然安全威脅計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在工作過程中也可能受到來自自然的安全威脅，這些威脅多為一些極端的天氣或?yàn)?zāi)害，比如地震、龍卷風(fēng)、暴風(fēng)雨，這些都可以直接破壞計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)路線、設(shè)備，威脅計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)安全。

1.4計(jì)算機(jī)病毒入侵計(jì)算機(jī)病毒具有很強(qiáng)的潛伏性，因此很難被發(fā)現(xiàn)。這些病毒能夠在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳播，逐漸擴(kuò)散到計(jì)算機(jī)的各個(gè)部分，而且這些病毒能夠被某些特定條件觸發(fā)，用戶很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些病毒的入侵［2］。

2網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)2.1網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)特點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)OAM工具相比，前者遙測對象為數(shù)據(jù)用戶，后者對象為手動操作員。網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化運(yùn)行，傳統(tǒng)技術(shù)可協(xié)助運(yùn)營商監(jiān)管、診斷網(wǎng)絡(luò)，能夠有效指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)操作，兩者技術(shù)差異顯著［3］。網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)作為一種全新的技術(shù)，其特點(diǎn)如下。

2.1.1推送和流媒體網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)采集器通過訂閱獲取設(shè)備內(nèi)的流數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取方式。

2.1.2數(shù)據(jù)容量和速度遙測數(shù)據(jù)能夠滿足機(jī)器使用需求，遙測數(shù)據(jù)量較大，一般為實(shí)時(shí)處理數(shù)據(jù)。

2.1.3標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一遙測技術(shù)能夠滿足網(wǎng)絡(luò)自動化需求，傳統(tǒng)單一解決方案應(yīng)用優(yōu)勢不大。網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理，可確保遙測協(xié)議的統(tǒng)一。

2.1.4模型遙測數(shù)據(jù)一般借助預(yù)先建模，允許程序簡化配置，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的最大化利用。

2.1.5數(shù)據(jù)源多樣單個(gè)應(yīng)用程序所需數(shù)據(jù)來自多個(gè)數(shù)據(jù)源，包含跨域、跨層與跨設(shè)備、需要的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)等。

2.1.6動態(tài)性和互動性在網(wǎng)絡(luò)自動化內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)可實(shí)時(shí)閉環(huán)控制，一般需要持續(xù)運(yùn)行，以便適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行控制器的查詢需求。

2.2網(wǎng)絡(luò)遙測框架2.2.1數(shù)據(jù)獲取機(jī)制網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)一般借助推動或者只輪詢獲取，在訂閱者準(zhǔn)備好之后，能夠發(fā)出請求數(shù)據(jù)，發(fā)布模式可遵循發(fā)布-訂閱（pub-sub）模型或訂閱-發(fā)布（sub-pub）模型原則。基于pub-sub模式，合格訂閱者能夠借助發(fā)送預(yù)定義的號碼實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訂閱［4］。sub-pub模式能夠?yàn)橛嗛喺咛峁?shù)據(jù)，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交付數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)類型主要包括：（1）簡單數(shù)據(jù)。能夠從儲存器、靜態(tài)探頭內(nèi)獲取數(shù)據(jù)，楊氏模式可解釋其數(shù)據(jù)。（2）復(fù)雜數(shù)據(jù)。一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備原始數(shù)據(jù)需要合成、處理操作，一般在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)，數(shù)據(jù)處理功能為靜態(tài)加載和動態(tài)加載。（3）事件觸發(fā)數(shù)據(jù)。能夠依據(jù)時(shí)間針對性地獲取數(shù)據(jù)，并設(shè)置有限狀態(tài)機(jī)（FSM）。（4）流式數(shù)據(jù)。連續(xù)生成數(shù)據(jù)、定期生成數(shù)據(jù)，一般為時(shí)間序列，或者是數(shù)據(jù)庫傳輸。網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際狀態(tài)和測量由流數(shù)據(jù)處理反映，需要較大帶寬和較強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力。

不可否認(rèn)，傳統(tǒng)OAM技術(shù)雖然技術(shù)較成熟，但是僅可查詢簡單數(shù)據(jù)。而高級網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)關(guān)注的是其他3類數(shù)據(jù)類型，擅長的是事件觸發(fā)、流式數(shù)據(jù)和復(fù)雜數(shù)據(jù)查詢的訂閱。

2.2.2數(shù)據(jù)對象模塊遙測技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的應(yīng)用包含3個(gè)數(shù)據(jù)對象模塊，分別為轉(zhuǎn)發(fā)平面、控制平面和管理平面。各個(gè)模塊可借助接口和網(wǎng)絡(luò)操作實(shí)現(xiàn)程序交互。區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)對象模塊主要因?yàn)椴煌b測數(shù)據(jù)對象會導(dǎo)致數(shù)據(jù)源、導(dǎo)出位置存在差異，這些差異會對數(shù)據(jù)編程和處理能力、數(shù)據(jù)編碼和傳輸協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸帶寬和延遲產(chǎn)生影響。

2.2.3功能部件在數(shù)據(jù)對象模塊內(nèi)，遙測可劃分為不同的功能組件，其架構(gòu)如圖1所示。

（1）數(shù)據(jù)查詢、分析和存儲。

應(yīng)用層內(nèi)設(shè)置了數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)分析與組間儲存3個(gè)組件。數(shù)據(jù)查詢部分負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的查詢和發(fā)布，查詢可實(shí)現(xiàn)事件、數(shù)據(jù)的快照及訂閱，可處理、保存與接收數(shù)據(jù)，查詢采用交互式分析。數(shù)據(jù)分析部分借助設(shè)計(jì)，獲得相應(yīng)的模型數(shù)據(jù)信息，借助程序設(shè)計(jì)，能夠獲取定義數(shù)據(jù)。設(shè)備一般在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和遙控器內(nèi)。

（2）數(shù)據(jù)配置和訂閱。

查詢設(shè)備上的部署數(shù)據(jù)，可確定應(yīng)用程序需要的協(xié)議，并建設(shè)通道，從而配置無法直接獲取的數(shù)據(jù)源。通過訂閱數(shù)據(jù)，能夠描述模型、模塊及程序。

（3）數(shù)據(jù)編碼和導(dǎo)出。

網(wǎng)絡(luò)遙測可實(shí)現(xiàn)遙測數(shù)據(jù)傳輸、儲存與分析，其中數(shù)據(jù)編碼、傳輸協(xié)議會受到數(shù)據(jù)導(dǎo)出位置的影響。

（4）數(shù)據(jù)生成和處理。

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)，數(shù)據(jù)源的捕獲、處理及格式化包含網(wǎng)絡(luò)設(shè)備快速路徑、慢速路徑的計(jì)算及處理。

（5）數(shù)據(jù)對象和數(shù)據(jù)源。

網(wǎng)絡(luò)遙測可確定監(jiān)控對象、數(shù)據(jù)源，能夠進(jìn)一步提供原始數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源的探查，并開展靜態(tài)、動態(tài)安裝。

3網(wǎng)絡(luò)遙測在自動化運(yùn)維中的應(yīng)用3.1微突發(fā)檢測基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)復(fù)用特性可決定流量的突發(fā)性，系統(tǒng)內(nèi)的微突發(fā)、短期擁塞會加劇消息的丟失，使得通信消息重新傳輸，影響業(yè)務(wù)流的通信質(zhì)量。微脈沖數(shù)量的增加會對通信質(zhì)量產(chǎn)生影響。基于此，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)必須對微突發(fā)事件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的快速調(diào)整，借助SNMP技術(shù)，能夠搜集設(shè)備的訪問流量。

數(shù)據(jù)采集期間，客戶端系統(tǒng)、服務(wù)器通信頻率較高，數(shù)據(jù)采集效率較低，會加劇客戶端-服務(wù)器資源處理器的浪費(fèi)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方式可實(shí)現(xiàn)終極流量的采集，但無法實(shí)現(xiàn)二級、毫秒流量的采集。一般情況下，5 min的采樣周期流量曲線可反映每5 min的平均流量，但不能顯示時(shí)間小粒度的流量，比如：毫秒突發(fā)流量、亞秒突發(fā)流量。訂閱/分發(fā)推送模式下，網(wǎng)絡(luò)遙測能夠?qū)⒖蛻舳讼到y(tǒng)、服務(wù)器通信簡化，可實(shí)現(xiàn)客戶服務(wù)端效率與質(zhì)量的提升，實(shí)現(xiàn)毫秒數(shù)據(jù)流量的采集與上傳。為精準(zhǔn)地反映互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)流量動態(tài)，需要實(shí)時(shí)檢測端口的微突發(fā)流量，若可及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵，運(yùn)維人員通過網(wǎng)絡(luò)流量的動態(tài)調(diào)控，借助自動運(yùn)維手段，可優(yōu)化關(guān)鍵業(yè)務(wù)流程，延遲路徑，減少影響，確保業(yè)務(wù)效率及質(zhì)量。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控方式已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)對超大規(guī)模、快速定位、精細(xì)監(jiān)控的需求，具體區(qū)別如表1所示。從表1中可以看出，只有亞秒級的精度才能有效捕捉運(yùn)行中的微突發(fā)情況。

3.2關(guān)鍵業(yè)務(wù)流SLA檢測5G時(shí)代將出現(xiàn)大量高價(jià)值服務(wù)，如eMBB和uRLLC。這些服務(wù)對延遲、抖動和丟包等質(zhì)量指標(biāo)提出了更高的要求，其SLA水平需要充分的穩(wěn)定力，能準(zhǔn)確地檢測這些關(guān)鍵業(yè)務(wù)流，如網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營和維護(hù)。傳統(tǒng)的主動測量包含插入式探針、IP Ping、IP traceroute、設(shè)備內(nèi)置等性能測試，通過發(fā)送測試消息，能夠監(jiān)測真實(shí)的業(yè)務(wù)流程，對其服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行判斷。若情況嚴(yán)重，這類測量方式會入侵網(wǎng)絡(luò)，對正常的業(yè)務(wù)流產(chǎn)生干擾。但是測量結(jié)果僅反映業(yè)務(wù)流的服務(wù)質(zhì)量，無法真正地反映業(yè)務(wù)流的路徑。網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)本身屬于流內(nèi)/帶內(nèi)檢測IOAM方法，在用戶數(shù)據(jù)包內(nèi)嵌入新的指令，通過指示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，在分組內(nèi)添加IOAM數(shù)據(jù)，能夠在轉(zhuǎn)發(fā)路徑上，獲取最佳服務(wù)體驗(yàn)。這種混合檢測技術(shù)不僅可以準(zhǔn)確地檢測服務(wù)質(zhì)量流，而且可以規(guī)避傳統(tǒng)測量缺陷。在IOAM域內(nèi)部署了IOAM，包含封裝節(jié)點(diǎn)、穿透節(jié)點(diǎn)與解包節(jié)點(diǎn)，在IOAM域前端中，IOAM封裝節(jié)點(diǎn)能夠向標(biāo)記數(shù)據(jù)消息添加多個(gè)選項(xiàng)字段；在IOAM域的末尾，IOAM解包節(jié)點(diǎn)能夠拆分節(jié)點(diǎn)消息內(nèi)的IOAM選項(xiàng)字段，可恢復(fù)原始消息格式。IOAM穿透節(jié)點(diǎn)還能夠感知消息內(nèi)的IOAM選項(xiàng)字段，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新。在IOAM域節(jié)點(diǎn)內(nèi)，能夠處理數(shù)據(jù)消息。IOAM定義、IOAM跟蹤選項(xiàng)內(nèi)包含了固定大小的“跟蹤選項(xiàng)頭”“節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)列表”?；诿餍牌倪b測（Postcardbased Telemetry，PBT）解決了IOAM的問題，PBT采用IOAM直接導(dǎo)出（DEX）選項(xiàng)，該選項(xiàng)經(jīng)過IOAM封裝節(jié)點(diǎn)，添加在包頭內(nèi)，包節(jié)點(diǎn)移除由IOAM進(jìn)行。封裝、穿透、解包節(jié)點(diǎn)DEX選項(xiàng)處理，能夠?qū)⒄埱髢?nèi)的IOAM數(shù)據(jù)導(dǎo)出，并儲存在采集器內(nèi)，在PBT模式下，節(jié)點(diǎn)可處理數(shù)據(jù)包。DEX option的fixed option頭包含32位流ID、32位消息序列，流ID能夠關(guān)聯(lián)多個(gè)節(jié)點(diǎn)，也可關(guān)聯(lián)來自多個(gè)數(shù)據(jù)的消息，消息序列號可用于標(biāo)志特定流的特定消息。這不僅有助于收集器關(guān)聯(lián)路徑節(jié)點(diǎn)發(fā)送的同一類別的特定消息IOAM數(shù)據(jù)，而且可精準(zhǔn)分析數(shù)據(jù)包的丟棄位置。PBT方法能夠?qū)OAM數(shù)據(jù)從分組內(nèi)分離出來，以IOAM數(shù)據(jù)消息的形式導(dǎo)入服務(wù)器，在數(shù)據(jù)平面慢路徑內(nèi)可執(zhí)行數(shù)據(jù)消息，避免對快速路徑上的正常業(yè)務(wù)流性能產(chǎn)生影響。雖然PBT可有效解決IOAM問題，但消息通過節(jié)點(diǎn)可向采集服務(wù)器輸出專門的IOAM數(shù)據(jù)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗加劇，增加采集服務(wù)器的處理負(fù)擔(dān)?；诖?，找尋切實(shí)可行的方案，則需要對關(guān)鍵業(yè)務(wù)的傳輸、消息進(jìn)行監(jiān)控，以此啟動PBT功能。在header節(jié)點(diǎn)（IOAM封裝節(jié)點(diǎn)）內(nèi)配置了訪問控制列表，ACL能夠選擇接收監(jiān)控的流量，可配備相應(yīng)的采樣率，比如：時(shí)間間隔、消息百分比等，能夠獲得受監(jiān)控流量的子集。這可以大大地減少IOAM的帶寬占用，以此降低采集服務(wù)器的儲存與處理壓力。

4結(jié)語綜上所述，由于當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)面臨的超大規(guī)模、快速定位、精細(xì)監(jiān)控等方面的需求，傳統(tǒng)運(yùn)維方式存在監(jiān)控顆粒度大、運(yùn)維系統(tǒng)效率低、無法檢查微突發(fā)情況等缺陷。網(wǎng)絡(luò)遙測技術(shù)作為全新的數(shù)據(jù)和信息收集技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集種類的增加，包含了管理引擎、流量管理器，能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)用戶的監(jiān)控服務(wù)提供協(xié)議，從設(shè)備安裝、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行到管理應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)OAM統(tǒng)計(jì)信息收集范圍的擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)精細(xì)監(jiān)控、快速定位及主動上報(bào)，提升網(wǎng)絡(luò)自動化運(yùn)維水平。

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（編輯 王雪芬）

Network telemetry technology and its application in network automation O&MDai? Tiancheng， Zhang? Xiao

（Chengdu College of Arts and Sciences， Chengdu 610401， China）Abstract：? Network telemetry is a new big data information collection and big data information analysis technology， which realizes the combination of data analysis and artificial intelligence， and can visualize the global e-learning status and traffic， so as to improve the level of Internet operation and maintenance. The paper first analyzes the challenges of IP Internet operation， summarizes their problems， introduces Internet telemetry technology， and finally studies and explores intelligent operation of IP Internet， providing reliable reference and effective guidance for intelligent operation of IP Internet.

Key words： network telemetry; automated network O&M; countermeasure