第12章 網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、運(yùn)行和維護(hù)

第12章網(wǎng)絡(luò)測(cè)試與維護(hù)12.1網(wǎng)絡(luò)測(cè)試12.2故障定位12.3性能優(yōu)化12.4網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控12.5文檔12.1網(wǎng)絡(luò)測(cè)試沒(méi)有完全相同的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，因此對(duì)所測(cè)試的系統(tǒng)要有透徹的理解，能夠正確選擇測(cè)試方法和測(cè)試工具，但目前還沒(méi)有一個(gè)方法或工具能完全適合所有的項(xiàng)目或所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員。原型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是所設(shè)計(jì)的新系統(tǒng)的一個(gè)初始實(shí)現(xiàn)的雛形，它為最終完成系統(tǒng)提供了一個(gè)樣板。原型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的測(cè)試方法和測(cè)試工具的選擇，通常包括以下內(nèi)容。驗(yàn)證該設(shè)計(jì)是否滿足技術(shù)目標(biāo)。驗(yàn)證所選擇的局域網(wǎng)技術(shù)、廣域網(wǎng)技術(shù)和設(shè)備是否合適。原型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的選擇

驗(yàn)證服務(wù)提供者是否能夠提供要求的服務(wù)。找出系統(tǒng)瓶頸或連通性問(wèn)題。測(cè)試網(wǎng)絡(luò)冗余。分析網(wǎng)絡(luò)鏈路故障對(duì)性能的影響。確定必要的優(yōu)化技術(shù)，滿足性能和其他技術(shù)目標(biāo)。分析網(wǎng)絡(luò)鏈路和設(shè)備升級(jí)對(duì)性能的影響。證明該設(shè)計(jì)優(yōu)于其他競(jìng)爭(zhēng)方案。通過(guò)“驗(yàn)收測(cè)試”從而獲得進(jìn)行下一步的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。發(fā)現(xiàn)可能妨礙執(zhí)行的風(fēng)險(xiǎn)，并擬定相應(yīng)的應(yīng)急措施?！駴Q定還需要多少其他測(cè)試。建立和測(cè)試原型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

作為在實(shí)驗(yàn)室中的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。與正在運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)集成，利用空閑時(shí)間進(jìn)行測(cè)試與正在運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)集成，在正常工作時(shí)間內(nèi)測(cè)試測(cè)試目標(biāo)和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。所要進(jìn)行測(cè)試的種類。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和所需的其他資源。測(cè)試腳本。測(cè)試項(xiàng)目的時(shí)間劃分和階段劃分。

網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具

網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控工具：能夠在網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和運(yùn)行過(guò)程中提示某些問(wèn)題的的出現(xiàn)。這些工具可以是駐留在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的軟件。

建模和仿真工具：協(xié)議分析儀也能用于監(jiān)測(cè)新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)，幫助分析通信的行為、差錯(cuò)、利用率、效率以及廣播和組播。

服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)級(jí)別管理工具：主要用來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的端到端性能

12.2故障定位

故障定位所遵循的規(guī)則如下：確定問(wèn)題的實(shí)際性質(zhì)、隔離問(wèn)題的原因、解決問(wèn)題步驟識(shí)別故障現(xiàn)象故障現(xiàn)象的描述列舉可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤隔離問(wèn)題的原因驗(yàn)證假設(shè)得出結(jié)論解決問(wèn)題故障恢復(fù)太網(wǎng)故障的步驟

收集所有可以收集到的有價(jià)值的信息，分析故障的現(xiàn)象。將故障定位到某一特定的網(wǎng)段，或者是單一獨(dú)立功能組（模塊），也可以是某一用戶。確認(rèn)是特定的硬件故障還是軟件故障。定位與修復(fù)故障。驗(yàn)證故障的排除。

不能訪問(wèn)服務(wù)器或某項(xiàng)服務(wù)故障

本地故障：在進(jìn)行硬件故障查找以前，要確認(rèn)其他用戶也不能從這臺(tái)機(jī)器上登錄，這就排除了用戶帳號(hào)的錯(cuò)誤。對(duì)一個(gè)單一的站點(diǎn)，典型的故障多發(fā)生在壞的電纜、壞的網(wǎng)卡、驅(qū)動(dòng)軟件或是工作站設(shè)置的不正確等問(wèn)題上。全局問(wèn)題：通常在同軸網(wǎng)中的物理層故障會(huì)導(dǎo)致災(zāi)難性的網(wǎng)絡(luò)故障。使用“二分法”來(lái)查找這類故障是可以很快定位解決的。但間歇性的故障是比較難以隔離的。一半的問(wèn)題來(lái)自于電纜檢查鏈路層的問(wèn)題客戶服務(wù)器連接的完整性網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)慢或性能差故障碰撞問(wèn)題過(guò)載的網(wǎng)段：如果利用率很高（持續(xù)峰值超過(guò)60％）而碰撞又可以接受（平均碰撞小于10％），那么網(wǎng)絡(luò)就飽和了。這時(shí)就應(yīng)該增加網(wǎng)段或用路由器把網(wǎng)段分成較小的可以支持正常流量的網(wǎng)段。硬件故障:如果出現(xiàn)幀錯(cuò)誤，利用專業(yè)儀器可以找出錯(cuò)誤幀的來(lái)源。

軟件故障:運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)測(cè)試，如果是高流量，低碰撞，而且有錯(cuò)誤幀，就先確定發(fā)出錯(cuò)誤幀的站點(diǎn)。

12.3

性能優(yōu)化

QoS提供了下述功能。報(bào)文分類和著色。避免和管理網(wǎng)絡(luò)擁塞。流量監(jiān)管和流量整形。QoS信令協(xié)議。資源預(yù)留協(xié)議資源預(yù)留協(xié)議（RSVP）是第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)QoS信令協(xié)議，它使路由器和用戶能預(yù)留一定的資源支持應(yīng)用程序流和它所需的QoS。它用來(lái)動(dòng)態(tài)地建立端到端的QoS，允許應(yīng)用程序動(dòng)態(tài)地申請(qǐng)網(wǎng)絡(luò)帶寬等。RSVP協(xié)議不是一個(gè)路由協(xié)議，它是按照路由協(xié)議規(guī)定的報(bào)文流的路徑為報(bào)文申請(qǐng)預(yù)留資源，在路由發(fā)生變化后，將按照新路由進(jìn)行調(diào)整，并在新的路徑上申請(qǐng)預(yù)留資源。RSVP只是在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間傳遞QoS請(qǐng)求，它本身不完成這些QoS的要求實(shí)現(xiàn)，而是通過(guò)其他技術(shù)，如加權(quán)公平隊(duì)列等來(lái)完成這些要求的實(shí)現(xiàn)。

資源預(yù)留協(xié)議-特點(diǎn)

RSVP的處理是接收方發(fā)出資源請(qǐng)求，按照?qǐng)?bào)文發(fā)送的反向路徑發(fā)送資源請(qǐng)求，所以它可以滿足非常大的組播，組播的成員也可以動(dòng)態(tài)加入和退出。RSVP協(xié)議是針對(duì)組播設(shè)計(jì)的，單播可以看作是組播的一個(gè)特例。為了獲得強(qiáng)容錯(cuò)性和簡(jiǎn)單，RSVP在網(wǎng)絡(luò)中建立了“軟”狀態(tài)。節(jié)點(diǎn)中預(yù)留的狀態(tài)被周期地刷新，這可使RSVP的狀態(tài)自動(dòng)適應(yīng)路由和組成員的變化以及資源預(yù)留修改。路由和資源預(yù)留分離。RSVP是建立在路由選擇協(xié)議之上。服務(wù)模型高Best-Effortservice效模型：是一個(gè)最簡(jiǎn)單的服務(wù)模型。應(yīng)用程序可以在任何時(shí)候，發(fā)出任意數(shù)量的報(bào)文，而且不需要事先獲得批準(zhǔn)，也不需要通知網(wǎng)絡(luò)。

集成IntegratedService服務(wù)模型：這種服務(wù)模型在發(fā)送報(bào)文前，需要向網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)?zhí)囟ǖ姆?wù)

。提供了兩種服務(wù)：保證服務(wù)、負(fù)載控制服務(wù)區(qū)分服務(wù)模型：網(wǎng)絡(luò)不需要為每個(gè)流維護(hù)狀態(tài)，它根據(jù)每個(gè)報(bào)文指定的QoS，來(lái)提供特定的服務(wù)

信令信令技術(shù)給網(wǎng)絡(luò)通信的兩端和網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點(diǎn)提供了一種方法，讓它們向相鄰的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求對(duì)一類報(bào)文的特殊處理。QoS的信令協(xié)調(diào)了端到端通訊的中間節(jié)點(diǎn)包括交換機(jī)、路由器等為這個(gè)通信提供服務(wù)。信令技術(shù)包括兩種：帶內(nèi)和帶外信令技術(shù)。帶內(nèi)信令使用的是IP優(yōu)先級(jí)，通過(guò)每個(gè)IP包攜帶的IP優(yōu)先級(jí)，通知網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為這個(gè)報(bào)文提供相應(yīng)服務(wù)。帶外信令則是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的協(xié)議RSVP來(lái)為不同的報(bào)文流申請(qǐng)網(wǎng)絡(luò)資源。IP優(yōu)先級(jí)和RSVP協(xié)議為端到端的QoS信令提供了靈活的解決方案。IP優(yōu)先級(jí)這種信令應(yīng)用于區(qū)分服務(wù)，而RSVP則應(yīng)用于集成服務(wù)。

報(bào)文分類網(wǎng)絡(luò)管理者可以設(shè)置報(bào)文分類的策略，這個(gè)策略可以包括物理接口、源地址、目的地址、MAC地址、IP協(xié)議或應(yīng)用程序的端口號(hào)等。一般的分類算法都局限在IP報(bào)文的頭部，鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、甚至傳輸層。報(bào)文分類使用ACL和IP優(yōu)先級(jí)技術(shù)。一般在網(wǎng)絡(luò)的邊界，使用ACL來(lái)進(jìn)行報(bào)文的分類，例如以下分類。所有的HTTP的報(bào)文置為最低的優(yōu)先級(jí)。某指定接口收到的報(bào)文置為最高優(yōu)先級(jí)。擁塞管理在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信中，通信信道是被多個(gè)計(jì)算機(jī)共享的，并且廣域網(wǎng)的帶寬通常要比局域網(wǎng)的帶寬小，這樣當(dāng)一個(gè)局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)向另一個(gè)局域網(wǎng)的計(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由于廣域網(wǎng)的帶寬小于局域網(wǎng)的帶寬，數(shù)據(jù)將不可能按局域網(wǎng)發(fā)送的速度在廣域網(wǎng)上傳輸。此時(shí)，處在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的路由器將不能發(fā)送一些報(bào)文，也就是說(shuō)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了擁塞。擁塞擁塞管理技術(shù)先進(jìn)先出隊(duì)列優(yōu)先隊(duì)列擁塞管理技術(shù)定制隊(duì)列擁塞管理技術(shù)加權(quán)公平隊(duì)列

基于類的加權(quán)公平隊(duì)列擁塞管理技術(shù)的對(duì)比擁塞避免由于內(nèi)存資源有限，按照傳統(tǒng)的處理方法，當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度達(dá)到規(guī)定的最大長(zhǎng)度時(shí)，所有到來(lái)的報(bào)文都被丟棄。對(duì)于TCP報(bào)文，如果大量的報(bào)文被丟棄，將造成TCP超時(shí)，從而引發(fā)TCP的慢啟動(dòng)和擁塞避免機(jī)制，使TCP減少報(bào)文的發(fā)送。當(dāng)隊(duì)列同時(shí)丟棄多個(gè)TCP連接的報(bào)文時(shí)，將造成多個(gè)TCP連接同時(shí)進(jìn)入慢啟動(dòng)和擁塞避免，稱之為TCP全局同步。這樣多個(gè)TCP連接發(fā)向隊(duì)列的報(bào)文將同時(shí)減少，使得發(fā)向隊(duì)列的報(bào)文的量不及線路發(fā)送的速度，減少了線路帶寬的利用。并且，發(fā)向隊(duì)列的報(bào)文的流量總是忽大忽小，使線路的上的流量總在極少和飽滿之間波動(dòng)。擁塞避免為了避免這種情況的發(fā)生，隊(duì)列可以采用加權(quán)隨機(jī)早期檢測(cè)WRED（WeightedRandomEarlyDetection）的報(bào)文丟棄策略（WRED與RED的區(qū)別在于前者引入IP優(yōu)先權(quán)來(lái)區(qū)別丟棄策略）。采用WRED時(shí)，用戶可以設(shè)定隊(duì)列的低限和高限。當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度小于低限時(shí)，不丟棄報(bào)文；當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度在低限和高限之間時(shí)，WRED開(kāi)始隨機(jī)丟棄報(bào)文（隊(duì)列的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，丟棄的概率越高）；當(dāng)隊(duì)列的長(zhǎng)度大于高限時(shí)，丟棄所有的報(bào)文。WRED和隊(duì)列機(jī)制的關(guān)系流量監(jiān)管與流量整形約定訪問(wèn)速度通用流量整形物理接口總速率限制多協(xié)議標(biāo)記交換（MPLS）

MPLS是基于標(biāo)記的IP路由選擇方法。這些標(biāo)記可以被用來(lái)代表逐跳式或者顯式路由，并指明服務(wù)質(zhì)量、虛擬專用網(wǎng)以及影響一種特定類型的流量（或一個(gè)特殊用戶的流量）在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸方式的其他各類信息。

Internet工程任務(wù)小組提出的MPLS規(guī)范將ATM的可靠性、交付機(jī)制和QoS性能置于大型的IP網(wǎng)絡(luò)。多協(xié)議標(biāo)記交換的工作原理如下：將IP包傳送至MPLS設(shè)備。

MPLS設(shè)備為包定義最佳線路，并在廣域網(wǎng)上進(jìn)行傳送。同時(shí)，它還給每個(gè)包貼上MPLS標(biāo)記。在廣域網(wǎng)上的每一跳，路由器或交換機(jī)只查看MPLS標(biāo)記并將包繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)下去。

MPLS的應(yīng)用虛擬專用網(wǎng)（VPN）：MPLS對(duì)服務(wù)提供商具有潛在好處的一項(xiàng)應(yīng)用就是對(duì)虛擬專用網(wǎng)服務(wù)的支持。將MPLS用于虛擬專用網(wǎng)是通過(guò)使用ATM或幀中繼永久虛擬電路或各種形式的隧道來(lái)建立虛擬專用網(wǎng)，從而將客戶的路由器互聯(lián)起來(lái)。流量工程：指控制網(wǎng)絡(luò)中的通信流的能力，目的在于減少擁塞并充分利用可用的功能。

IP與ATM集成：MPLS能夠讓ATM交換機(jī)執(zhí)行IP路由器的幾乎所有的功能IP組播

IP組播是對(duì)硬件組播的抽象，是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)IP網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的擴(kuò)展。它通過(guò)使用特定的IP組播地址，按照最大投遞的原則，將IP數(shù)據(jù)報(bào)傳輸?shù)揭粋€(gè)組播群組的主機(jī)集合。它的基本方法是：當(dāng)某一個(gè)人向一組人發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，它不必向每一個(gè)人都發(fā)送數(shù)據(jù)，只需將數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)特定的預(yù)約的組地址，所有加入該組的人均可以收到這份數(shù)據(jù)。這樣對(duì)發(fā)送者而言，數(shù)據(jù)只需發(fā)送一次就可以發(fā)送到所有的接收者，從而大大減輕了網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載和發(fā)送者的負(fù)擔(dān)。IP組播

IP組播中各個(gè)成員可以不受地域的限制，分布于各個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)上，其關(guān)系也是動(dòng)態(tài)的，一臺(tái)主機(jī)可以在任何時(shí)候加入或者退出某個(gè)群組，也可以是任意群組的成員，其成員關(guān)系決定了該主機(jī)是否接收發(fā)送給該群組的組播數(shù)據(jù)報(bào)。同時(shí)，并不是某個(gè)群組的成員也可以向某個(gè)群組發(fā)送組播數(shù)據(jù)報(bào)，使之具有更大的靈活性。級(jí)別意義0主機(jī)不能收、不能發(fā)IP組播數(shù)據(jù)報(bào)1主機(jī)只能發(fā)、不能收IP組播數(shù)據(jù)報(bào)2主機(jī)既能收、也能發(fā)IP組播數(shù)據(jù)報(bào)組播組管理協(xié)議IGMP：主機(jī)使用IGMP通知子網(wǎng)組播路由器，希望加入組播組。路由器使用IGMP查詢本地子網(wǎng)中是否有屬于某個(gè)組播組的主機(jī)。加入組播組：當(dāng)某個(gè)主機(jī)加入某一個(gè)組播組時(shí)，它通過(guò)“成員資格報(bào)告”消息通知它所在的IP子網(wǎng)的組播路由器，同時(shí)將自己的IP模塊做相應(yīng)的準(zhǔn)備，以便開(kāi)始接收來(lái)自該組播組傳來(lái)的數(shù)據(jù)。如果這臺(tái)主機(jī)是它所在的IP子網(wǎng)中第一臺(tái)加入該組播組的主機(jī)，通過(guò)路由信息的交換，組播路由器加入組播分布樹(shù)。退出組播組在IGMPv1.0中，當(dāng)主機(jī)離開(kāi)某一個(gè)組播組時(shí)，它將自行退出。組播路由器定時(shí)（如120秒）使用“成員資格查詢”消息向IP子網(wǎng)中的所有主機(jī)的組地址（）查詢，如果某一組播組在IP子網(wǎng)中已經(jīng)沒(méi)有任何成員，那么組播路由器在確認(rèn)這一事件后，將不再在子網(wǎng)中轉(zhuǎn)發(fā)該組播組的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，通過(guò)路由信息交換，從特定的組播組分布