SRv6網絡In-BandOAM性能檢測技術研究

摘要：隨著SRv6技術在網絡中扮演著越來越重要的角色，對SRv6的有效運維顯得尤為重要。本文先介紹了網絡性能檢測技術分類，對比了傳統性能檢測工具Ping/Tracert和SRv6場景中用到的SRv6 SIDPing&Tracert等工具，都可以作為鏈路連通性檢測和故障定位的重要手段，然后重點介紹了In-bandOAM檢測技術的概念和實現原理，該技術能夠提供逐跳或者端到端的時延、丟包、抖動等實時檢測能力，可快速感知到網絡故障，并精準定位和排障，是未來5G承載網絡運維的重要手段。

關鍵詞：SRv6技術;5G;In-Band OAM性能;檢測

引言

隨著5G技術和云業務的發展，通信已經從人與人之間的連接拓展到了人與物，以及物與物之間的海量連接，以及高可靠低時延通信的需求。隨著各種網絡功能更加靈活，網絡維護也變得更加復雜，對承載網絡提出了更多差異化服務的需求，為保障高質量的網絡服務，需要對網絡狀態進行實時精細感知，因此對承載網性能檢測技術提出了巨大挑戰。技術上需要有更有效的故障定位手段，提升運維效率。

1網絡性能檢測技術

根據RFC 7799的分類，網絡性能檢測技術可分為如下三類：

主動測量：通過構造專用檢測報文，來測量時延，丟包等性能數據，從而間接獲得目標業務的網絡質量，如Ping、tracert、TWAMP等均為主動測量技術。由于測量的是特定的報文而不是真實業務流量，主動測量的準確度與實際網絡存在一定偏差。主動方式需要注入一些報文完成測量，會系統帶來了一定的額外開銷。

被動測量：指直接對實際業務流量進行測量的檢測技術，如鏡像和網流采樣等技術。被動測量基于實際業務流，精度比較高，但難以保留每報文的精確數據。而且這種方式的開銷太大，對系統帶來很大的額外吞吐量，不適合規模部署。

混合測量：介于主動測量和被動測量之間，通過構造少量輔助檢測報文，對實際業務流進行測量，如Y.1731、CFM等。由于部分測量是基于實際業務流，其測量精度也較高。但由于要帶內攜帶逐點采集信息，測量開銷也很大。

1.1傳統性能檢測技術

關于IP性能測量工具，大家比較熟悉的就是ping這種手段，通過ping命令查看IP所在的主機是否穩定，相應的其他工具還包括echo數據報協議和traceroute這幾個IP檢測的工具。這些傳統的網絡性能檢測方法大多采用間接方式，通過構造檢測報文來獲得端到端時延，丟包以及帶寬等網絡質量數據。但是間接模擬出來的測試報文并非真實業務數據，其次，這種檢測方式的信息采集周期為分鐘級，無法感知到網絡突發異常。另外，傳統檢測方法不支持逐跳檢測，難以快速定界故障。往往導致問題定位周期長。

5G網絡功能日趨靈活，各種垂直行業的應用產了差異化的需求，對網絡指標檢測精度要求越來越高，依靠傳統的、人工為主的網絡運維，遠遠不能滿足5G網絡應用要求。自動化、智能化的運維手段成為必然。因此綜合看來，傳統性能檢測已不能支撐新業務承載的需求。

1.3 SRv6 SID Ping/Tracert

針對5G場景需要提供基于業務流級的網絡性能檢測方法。首先要具備高實時、高精度的檢測機制。同時，對于時延敏感類比如在線游戲，自動駕駛等業務，性能監測還需要提供全網逐跳和端到端的時延情況，能夠監控到時延異常，并能針對異常路徑及時調整選路。對承載網外部故障，需要提供快速、精準的檢測手段來支持問題分析，對承載網內部故障，需要提供快速排障定界手段，快速定位到故障點，對故障進行隔離，修復。依靠全網實時性能檢測數據，構建大數據智能運維系統，對網絡可能發生的風險進行提取感知、調整、優化，實現智能自動化運維。

在SRv6網絡中，目前主要鏈路檢測手段有SRv6SIDPing/Tracert等。如果SRv6轉發數據失敗，負責建立SRv6的控制平面將無法檢測到這種錯誤，給網絡維護帶來困難。SRv6SIDPing/Tracert為用戶提供了發現這種錯誤，并及時定位失效節點的機制。其中SRV6 Ping可用來檢查網絡連接及主機是否可達。SRv6 SIDTracert在檢查網絡連接是否可達的同時，還可以分析網絡在哪個節點發生了故障。

1.4 In-bandOAM

In-bandOAM是一種混合測量技術，主要技術特點就是精度高，同時支持二層和三層混用場景，并且在報文亂序場景下也能保持高精度，由于它在帶內只攜帶少量采集指令，無須攜帶采集信息，因此測量開銷也很小，具備傳統帶內技術所不具備的優勢。IOAM提供IP/IPv6業務流逐跳或者端到端的時延、丟包、抖動等實時檢測能力，可快速感知到網絡故障，并精準定位和排障，是未來5G承載網絡運維的重要手段。

2 In-BandOAM原理介紹

In-BandOAM是利用正常轉發的業務流，插入指定的檢測控制信息，依次經過每個節點進行測量和采集，最后上報給SDN控制器來集中計算和呈現，能夠精準檢測每個業務流的時延和丟包等性能數據，做到快速故障定位。整個網絡模型如圖1.

2.1 目標業務流

目標業務流是In-bandOAM的統計分析對象。在實際網絡應用中，通常需要在同一網絡的多個設備上針對多條目標業務流進行統計分析。業務流之間的不同特征可以通過以太網二層三元組三層五元組進行區分，其中，二層信息包括MAC、VLAN、VLAN優先級等，三層信息包括IP五元組，即源IP，目的IP，源端口，目的端口，協議端口號。為了方便對它們進行區分統計，In-bandOAM使用測量對象標識來唯一標識一條目標業務流。

目標業務流的管理有分布式和集中控制兩種方式：

分布式控制：設備提供目標業務流的特征篩選和控制功能，實際業務流中一旦存在匹配該特征的業務流時，設備即對該業務流分配測量對象標識，并基于其進行統計;

集中控制：控制器提供目標業務流的特征篩選和控制功能，設備只負責采集業務流信息上報控制器，和接受控制器的控制指令執行動作。基本流程是：設備采集上報的業務流信息中，一旦存在匹配控制器設置的篩選條件時，控制器把對該業務流分配測量對象標識，并基于其進行統計的指令下發給設備，設備執行指令即可。

2.2 目標網絡

目標網絡是承載目標業務流的網絡，目標業務流會在進入網絡時，在入口打上測量對象標識，出網絡時，在出口上完成統計并剝離掉標記。整個功能的系統實現主要包含網絡節點和控制器的集合，主要包括：

首節點：目標網絡的入口設備，根據配置的規則篩選目標業務流，封裝In-BandOAM報文頭，對打上標記的目標業務流進行統計，然后上報給控制器。

中間節點和尾節點：負責根據報文中是否包含In-BandOAM報文頭來確定目標業務流，再根據報文頭攜帶的檢測類型進行統計并上報給控制器。其中尾節點還負責剝離目標業務流的In-BandOAM報文頭。

控制器：負責提供目標業務流的特征篩選和控制功能。當收到設備采集上報的業務流信息中，一旦存在匹配特征篩選條件的業務流時，就為該業務流分配測量對象標識，并基于其進行統計的指令下發給設備，負責收集各個網絡節點上送的統計數據并完成數據的匯總和計算。

2.3 測量點

In-BandOAM通過不同的測量對象標識來區分不同目標業務流，一個測量對象標識綁定一條目標業務流，在設備上通過配置多個測量對象標識，綁定多條目標業務流，設備可按照不同的測量對象標識，同時測量和統計多條目標業務流的收發包計數和時間戳信息。

測量點是執行In-BandOAM測量的端口，通過逐個測量點的統計和上報數據，可以實現端到端和逐點統計功能，其中：端到端性能統計用于測量目標業務流從首節點到尾節點之間的丟包和時延情況。逐點丟包統計場景用于測量目標業務流在更小網絡單元內的丟包和時延情況，它的應用場合一般是在發現端到端之間存在丟包或者時延后才實施，用于進一步定位故障所在的網元位置，

3 In-BandOAM工作過程

3.1 PTP時間同步

In-BandOAM的測量基礎是高精度的時間同步。首先所有參與In-BandOAM檢測的設備先完成PTP時間同步，確保每臺設備都能夠基于同一個測量周期進行報文統計和上報。如果時間不同步，會使得控制器無法對齊測量區間，導致無法整體呈現測量結果。

3.2 丟包測量機制

In-BandOAM的丟包測量機制如下：同一條目標業務流，每個周期內從首節點進入的報文總數應等于尾節點離開的報文總數，如果不相等，則說明目標業務流在目標網絡中傳輸時存在丟包情況。逐點測量場景下，每個周期內任意測量點的報文總數應相等。如果不相等，說明目標業務流在此兩個測量點之間傳輸時存在丟包情況。

為確保測量的準確性，In-BandOAM會對相鄰周期的目標業務報文的特定比特位進行交替標記，即L比特按周期交替設置為1和0，然后對L比特位1和0的報文進行交替統計上報給控制器，控制器按每個周期計算丟包情況。報文格式見圖2。

3.3 時延測量機制

同一條目標業務流，按周期記錄每個周期內收到的第一個報文的時間戳，任意兩個測量點之間的時間戳差值即為目標業務流在這兩個測量點之間的傳輸時延。同樣的，為確保測量的準確性，In-BandOAM會對每個周期目標業務流的第一個報文的特定比特位進行標記，即此報文的D比特設置為1，然后設備針對D比特為1的報文記錄時間戳上報給控制器，控制器按照每個周期計算時延情況。

3.4 Telemetry上報

In-BandOAM采集的性能數據通過Telemetry技術上報給控制器，Telemetry是一種遠程從設備上高速采集數據的技術，通過push模式周期性主動向控制器上報性能數據，相比傳統的pull模式，提供了更實時更快速的數據采集功能。為網絡問題的快速定位，網絡質量優化調整提供了更重要的數據基礎。

4小結

基于SRv6網絡的In-BandOAM技術能夠提供微秒級網絡節點業務感知的能力，能夠實時監測用戶流時延和丟包，快速發現故障點，能夠適應網絡智能路由發展，確保電信級業務可靠性，是未來5G承載網絡的重要運維手段。

參考文獻

[1]蔣林濤，數據網的現狀及發展方向[J].電信科學期刊，2019（08）：2-15.

[2]于立華， 5G承載網絡演進及部署[J].中國新通信，2019（20）.

作者簡介：孫成志（1983-），山東聊城人，現就職于中興通訊股份有限公司，負責高端路由器的商用測試和方案交付，系統測試工程師。研究方向：SegmentRouting，SRv6，網絡切片等新技術研究。