交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的故障診斷
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到了4層交換，就更加復(fù)雜了，出現(xiàn)了更高級(jí)的轉(zhuǎn)發(fā)和負(fù)載均衡技術(shù)，故障診斷故障診斷和解決就需要更多的交換機(jī)配置知識(shí)。
在安裝完一臺(tái)交換機(jī)后，每個(gè)交換機(jī)的半雙工端口就構(gòu)成了一個(gè)沖突域。如果該端口連接了一個(gè)集線器，集線器下面連接若干站點(diǎn)，那么沖突域會(huì)擴(kuò)大。但隨著交換產(chǎn)品的價(jià)格下跌，現(xiàn)在大多數(shù)新建的網(wǎng)絡(luò)每個(gè)交換端口都只連接一個(gè)站點(diǎn)。因此，在半雙工連接情況下，沖突域僅針對(duì)一個(gè)單獨(dú)的電纜鏈路。
本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/201706/357009.htm交換機(jī)通常是一個(gè)獨(dú)立廣播域的一部分，包括串連或者并連的任意數(shù)目的其他交換機(jī)。如果使用了OSI|0">OSI模型3層的功能，就可以創(chuàng)建多廣播域，廣播域的數(shù)目與VLAN數(shù)目相等。最極限的情況，如果交換機(jī)功能允許，每個(gè)端口可以配置為一個(gè)獨(dú)立的廣播域。可以把這種情況描述為路由到桌面。為每個(gè)端口創(chuàng)建一個(gè)獨(dú)立的廣播域后，故障診斷就會(huì)嚴(yán)格受限。但是如果我們把每個(gè)端口設(shè)置為一個(gè)單獨(dú)的廣播域，交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)流量的時(shí)候，每個(gè)端口都需要路由服務(wù)，這會(huì)占用交換機(jī)CPU的有限資源。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，對(duì)每個(gè)單獨(dú)的端口進(jìn)行路由請(qǐng)求和應(yīng)答是非常困難的，我們應(yīng)該避免這樣的配置。不幸的是，這種情況在實(shí)際情況中非常常見，網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)服務(wù)器全部在一個(gè)子網(wǎng)或者廣播域中，所有的客戶在另外的子網(wǎng)或者廣播域中。在這種情況下，所有的請(qǐng)求都必須路由。如果維護(hù)行為限制在一個(gè)單獨(dú)的服務(wù)器群里，那么考慮把服務(wù)器放進(jìn)單獨(dú)的VLAN里。然后把使用這臺(tái)服務(wù)器的用戶放到同一個(gè)VLAN。這樣就可以使用2層交換的橋接方式來交換流量，只有很少的請(qǐng)求需要路由。如果服務(wù)器支撐多于一個(gè)用戶區(qū)，可以在服務(wù)器上多裝一塊網(wǎng)卡來實(shí)現(xiàn)到用戶的2層交換連接。
對(duì)交換機(jī)進(jìn)行故障診斷的5種技術(shù)
可以采取5種基本方式來透視交換機(jī)。每一種方法都不同，都有積極或者消極的一面。類似在網(wǎng)絡(luò)中遇到的其他問題一樣，沒有一個(gè)最好的答案。最合適的方案往往取決于您手中可以利用到的資源（什么工具可以使用或者以前安裝過什么工具），而且使用這些技術(shù)有可能造成服務(wù)中斷。
即使把這些方式組合起來，也不能監(jiān)測到所連接的網(wǎng)絡(luò)，在交換的環(huán)境里面，也不像集線器那樣方便監(jiān)測。我們幾乎不可能看到通過一個(gè)交換機(jī)的全部流量。大多數(shù)的故障診斷會(huì)假設(shè)流量會(huì)在站點(diǎn)和所連接的服務(wù)器之間或經(jīng)過故障診斷交換機(jī)uplink口通過。而實(shí)際上如果2臺(tái)主機(jī)直接傳輸信息的話，就不會(huì)使用交換機(jī)的uplink口或者任何其他的端口來交換流量。除非你知道具體用到哪個(gè)端口，否則是監(jiān)測不到的。
舉個(gè)例子，如圖1，一臺(tái)服務(wù)器接入一臺(tái)交換機(jī)。在反映有問題的用戶中，一部分是直接與這臺(tái)交換機(jī)相連，另外的一部分用戶是由這臺(tái)交換機(jī)的uplink口從其他路由器或者交換機(jī)連接上來的。故障報(bào)告是訪問服務(wù)器“慢”，這樣的故障報(bào)告對(duì)技術(shù)支持工程師來說基本上沒有任何價(jià)值。
圖一、一個(gè)最基本的交換機(jī)環(huán)境
方法1：通過TELNET或者串行口接入服務(wù)器
高級(jí)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持工程師或其他知道交換機(jī)密碼的人在進(jìn)行故障診斷時(shí)可以選擇通過TELENET或者交換機(jī)的串口登陸，來檢查交換機(jī)的配置。（如圖2）
圖 2、使用RS-232 控制端口
交換機(jī)配置可以通過上面提到的2種方法查看，雖然問題不一定是配置引起的。不管問題是操作系統(tǒng)有BUG還是配置不完善，都不能從配置列表中輕易的查看出。配置信息在定位交換機(jī)是否像預(yù)期的那樣運(yùn)行上比較有用，但針對(duì)故障診斷就不是了。為了驗(yàn)證交換機(jī)的配置，往往需要使用多種的交換機(jī)故障診斷方法配合。
很多交換機(jī)都帶有實(shí)時(shí)的故障診斷工具，因?yàn)榻粨Q機(jī)生產(chǎn)廠家和型號(hào)的不同，這些故障解決工具的特征也各不相同。但是要使用好這些工具，必須依靠一定的理論知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。
方法2：連接到一個(gè)空閑端口
最簡單的故障診斷方法是在交換機(jī)的空閑端口接入一個(gè)監(jiān)測工具，例如協(xié)議分析儀。
圖3、從任意端口監(jiān)測
把監(jiān)測工具接入交換機(jī)的一個(gè)空閑端口，不用中斷服務(wù)就可以查看所屬廣播域。該監(jiān)測工具與廣播域里的其他站點(diǎn)一樣有相同的權(quán)限。
不幸的是，交換機(jī)（做為一個(gè)多端口的橋接設(shè)備）幾乎不轉(zhuǎn)發(fā)流量到監(jiān)測端口。因?yàn)闃蚪釉O(shè)備就是這樣設(shè)計(jì)的，流量直轉(zhuǎn)發(fā)到所屬的目的端口，不會(huì)去其他的端口。協(xié)議分析儀因此幾乎監(jiān)測不到流量。
圖4、交換機(jī)在源端口和目的端口之間轉(zhuǎn)發(fā)流量。非常少的流量會(huì)轉(zhuǎn)到其他端口。站點(diǎn)和服務(wù)器之間可能每秒鐘會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)幾千個(gè)幀，但是監(jiān)測端口每分鐘只能看到幾個(gè)幀。
轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)測端口的流量幾乎全部都是廣播，包含一些零星的目的地址不明的幀。這些零星的幀是由于路由轉(zhuǎn)發(fā)表老化的結(jié)果，經(jīng)常是目的端口不明的幀。一些經(jīng)驗(yàn)不夠的技術(shù)人員看到這么高的廣播（接近100％），卻沒有注意到端口利用率很低，就誤判網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了廣播風(fēng)暴，其實(shí)不是。
這樣查看交換網(wǎng)絡(luò)幾乎沒有用，因?yàn)楸O(jiān)測工具必須獲取流量。獲得的流量或者對(duì)廣播域的查詢對(duì)網(wǎng)絡(luò)搜索和發(fā)現(xiàn)其他類型問題是有很有幫助的，但對(duì)解決用戶連接慢的問題并沒有多大的幫助。
對(duì)大多數(shù)交換機(jī)來說，都有一個(gè)更好的選擇，可以把需要監(jiān)測的端口流量備份到一個(gè)專門的空閑口。這種技術(shù)通常稱為端口鏡像。
大多數(shù)交換機(jī)廠家都提供備份或鏡像流量的功能，可以把監(jiān)測工具接入交換機(jī)一個(gè)專門配置過的端口。老的交換機(jī)必須指定一個(gè)專門的監(jiān)測口做為鏡像口，但現(xiàn)在大多數(shù)新的交換機(jī)可以指定任何一個(gè)端口做為鏡像口。
雖然交換機(jī)廠家實(shí)現(xiàn)鏡像的方式各不相同，但是有一些基本相同的監(jiān)測選項(xiàng)。值得注意的是，幾乎在所有的情況下，交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)流量到鏡像口的時(shí)候，同時(shí)把錯(cuò)誤都過濾掉了。對(duì)于故障診斷來說，這意味著同時(shí)過濾掉了有用的信息。
此外，實(shí)際操作當(dāng)中需要我們通過控制口（交換機(jī)的RS232端口），或者Telnet進(jìn)程來配置鏡像。這意味著除了監(jiān)測工具之外，我們通常還需要帶一臺(tái)電腦或者終端來對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置。
鏡像端口經(jīng)常只是一個(gè)“監(jiān)聽”端口，不過很多交換機(jī)廠家允許把該端口配置成全雙工的。配置了鏡像口，監(jiān)測工具就可以查看報(bào)告連接慢的主機(jī)和服務(wù)器之間的實(shí)際流量的備份。鏡像口可以只監(jiān)測交換機(jī)的任意一個(gè)端口，甚至可以是Uplink口，也可以同時(shí)監(jiān)測交換機(jī)的多個(gè)端口。但是同時(shí)監(jiān)測的端口很多的話，過高的流量就有可能會(huì)超過鏡像口的接收能力。
監(jiān)測端口的輸出能力是一個(gè)很重要的問題。鏡像口可以收，也可以發(fā)。在配置的時(shí)候，經(jīng)常關(guān)掉了鏡像口發(fā)的功能。但不管有沒有關(guān)掉鏡像口發(fā)的功能（不管鏡像口是全雙工或者不是），鏡像口的接收能力都是有限制的。如果被監(jiān)測的全雙工端口的速率和鏡像口是一樣的話，交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)流量的時(shí)候很容易就會(huì)丟包，但是交換機(jī)不會(huì)通知您。
假設(shè)您在監(jiān)測一個(gè)以100M全雙工速率連接到交換機(jī)的服務(wù)器的話，那么服務(wù)器在全雙工工作的時(shí)候，服務(wù)器的收發(fā)速率都是100M，那么總共就有了200M。然而交換機(jī)的100M鏡像口最多只能接收100M的流量。所以任何交換機(jī)的端口（全雙工的）利用率超過50％的時(shí)候，鏡像口接收到的包就會(huì)有丟失。
如果把多個(gè)端口鏡像到一個(gè)端口，丟包的問題就會(huì)更加的嚴(yán)重。因?yàn)榇蠖鄶?shù)交換機(jī)都工作在低容量，這個(gè)問題并不會(huì)被立刻注意到。大多數(shù)用戶連接的平均利用率都很低。只是偶爾會(huì)有流量的突發(fā)。
如果選擇一個(gè)高速的鏡像口，就可以減少丟包的問題。例如把圖6中的100M鏡像口換成1000M，那么就可以很容易的接收200M的監(jiān)測流量。
使用集線器很具有戰(zhàn)略意義。對(duì)很多網(wǎng)絡(luò)來說，大多數(shù)發(fā)送和接收的流量都來源于文件服務(wù)器之類的共享設(shè)備。在交換機(jī)端口和文件服務(wù)器中間接入一個(gè)集線器，再把分析儀接入集線器，實(shí)際上就把分析儀和文件服務(wù)器接入了同一個(gè)廣播域。如圖7所示。使用這種方法，技術(shù)支持人員就可以看到文件服務(wù)器所有進(jìn)出的流量，幫助技術(shù)支持人員解決一系列的問題，包括用戶登陸失敗、性能低效、連接丟失等。
圖5、使用集線器監(jiān)測交換機(jī)端口
接入集線器的方法很多時(shí)候都不實(shí)用，特別是在需要監(jiān)測多個(gè)服務(wù)器的時(shí)候。在哪里接入集線器合適？所有的服務(wù)器都要連接嗎？如果是用一個(gè)集線器，換來換去連接的話，您一定不希望您的網(wǎng)絡(luò)這樣頻繁地被干擾。連接集線器所帶來的時(shí)延，經(jīng)常會(huì)帶來連接的丟失。另外，很多時(shí)候監(jiān)測工具并不支持服務(wù)器所采用的技術(shù)或者連接速率。
使用共享集線器監(jiān)測一條鏈路上的所有流量和錯(cuò)誤仍然是一個(gè)有效的方法。這幾乎是唯一一種可以在交換網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)際查看和分析MAC層錯(cuò)誤的方法。使用SNMP來發(fā)現(xiàn)這些錯(cuò)誤也可以。但是，為了更好地進(jìn)行錯(cuò)誤分析，還是用監(jiān)測工具直接查看最直接。
接入集線器的方法有2種主要缺陷。服務(wù)器鏈路有可能不是全雙工的，或者和集線器的端口雙工狀態(tài)不匹配，這會(huì)給監(jiān)測帶來更多的不愿意看到的錯(cuò)誤結(jié)果。而且使用這種方法時(shí)，手頭必須要有一個(gè)共享集線器?，F(xiàn)在很多新型的集線器都類似于交換機(jī)，而不是共享的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。接入這種新型的集線器，相當(dāng)于接入了一個(gè)新的交換機(jī)，您會(huì)看不到想要查看的流量，對(duì)監(jiān)測起不到什么作用。安恒公司如果接入的是雙速率的集線器，例如10M/100M雙速率的，可能每個(gè)速率都提供了一個(gè)廣播域，兩個(gè)速率之間再進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在這種情況下，需要確認(rèn)被監(jiān)測鏈路和監(jiān)測工具運(yùn)行在相同速率，才能夠使用這種雙速率集線器。還有一些集線器提供在所有端口之間轉(zhuǎn)發(fā)的功能，更因此把自己標(biāo)榜為價(jià)格便宜的交換機(jī)，給人造成誤解。他們都不能用在這種監(jiān)測方法上。
方法4：使用一個(gè)TAP（監(jiān)測接口盒）或者分流器
這種方法類似于加了一個(gè)共享集線器，不同點(diǎn)是TAP鏈路只是接收流量，不允許監(jiān)測工具發(fā)出流量。
TAP和分流器這2個(gè)詞有時(shí)候可以互換，雖然分流器通常應(yīng)用于光纖鏈路。在光纖鏈路上，分流器會(huì)把光在初始路徑和監(jiān)測路徑上進(jìn)行分光。典型的分光比率包括80：20、70：30以及50：50。以80：20為例，80％的光通過分光器繼續(xù)傳送到原始路徑，20％的光轉(zhuǎn)發(fā)到監(jiān)測路徑。如果光纖本來就有問題，或者傳輸?shù)木嚯x很長的話，光分流器帶來的20％光丟失，很容易造成鏈路出現(xiàn)問題。分流器在光纖鏈路上很容易就會(huì)帶來3 dB的衰減。有些分流器要耐用一些，因此即使在鏈路的一端安裝分流器造成鏈路中斷，還可以將其換到另一端去安裝，讓鏈路正常工作。光分流器不需要電源就可以工作。需要注意的是，分流器是帶內(nèi)（Inbound）監(jiān)測設(shè)備，所以分流器的線纜正確連接就非常重要。
電口的TAP也會(huì)帶來信號(hào)丟失的問題，因?yàn)門AP需要信號(hào)來識(shí)別通過的流量。對(duì)電纜來說，這相當(dāng)于增加了衰減，如果鏈路本身已經(jīng)有一定問題或者鏈路很長的話，TAP的引入有可能會(huì)造成連接中斷。電口的TAP工作需要電源，信號(hào)被恢復(fù)并重傳到監(jiān)測端口。如果設(shè)計(jì)的好，在TAP掉電的時(shí)候，鏈路應(yīng)該也不會(huì)中斷。
對(duì)鏈路使用TAP進(jìn)行監(jiān)測的方式是一個(gè)很好的查看鏈路流量的方法。一旦安裝成功，TAP對(duì)被監(jiān)測的設(shè)備來說就是透明的，可以隨時(shí)使用，而且不會(huì)帶來更多干擾。不幸的是，在接入TAP的時(shí)候，鏈路必須暫時(shí)中斷。此外，TAP或者分流器會(huì)按照2個(gè)獨(dú)立的方向提供流量。也就是說，發(fā)送和接收是分開的。
為了同時(shí)監(jiān)測通過TAP鏈路的請(qǐng)求及響應(yīng)，需要一個(gè)帶兩個(gè)輸入口的監(jiān)測工具。雙端口的監(jiān)測工具可以分別監(jiān)測每個(gè)方向，也可以把兩個(gè)方向的鏈路集中在一起分析。您也可以選擇每次只監(jiān)測一個(gè)方向的流量，但這樣分析起來會(huì)比較困難。對(duì)TAP來說，監(jiān)測全雙工鏈路和半雙工鏈路，操作上沒有什么區(qū)別，都可以監(jiān)測。您可以選擇一個(gè)單端口的監(jiān)測工具，監(jiān)測單一的方向，或者選擇一個(gè)雙端口的監(jiān)測工具，同時(shí)的監(jiān)測兩個(gè)方向。
方法5：用SNMP查詢交換機(jī)
對(duì)一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障診斷的最有效辦法，應(yīng)該是通過直接詢問交換機(jī)來查看網(wǎng)絡(luò)的狀況。這可以通過SNMP或者連接到交換機(jī)的控制口實(shí)現(xiàn)。顯然，直接連接到交換機(jī)的控制口不是理想的辦法，因?yàn)檫@就需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)交換機(jī)都有物理上的連接。稍微理想一點(diǎn)的替代方法是搭建連接到交換機(jī)控制口的終端服務(wù)器。安恒公司SNMP是一個(gè)更好的選擇，它可以在交換網(wǎng)絡(luò)帶內(nèi)的任何地方進(jìn)行查詢，不需要附加的硬件。如果您部署了網(wǎng)管系統(tǒng)，還可以配置當(dāng)利用率、錯(cuò)誤、或者其他參數(shù)超過門限的時(shí)候，交換機(jī)主動(dòng)發(fā)出SNMP陷阱。然后利用網(wǎng)管或者監(jiān)測工具，研究是什么原因造成了門限超出。
事實(shí)上幾乎所有的交換機(jī)都提供SNMP功能，哪怕是最便宜的交換機(jī)。它們之間主要的區(qū)別就是提供的信息多少。一些價(jià)格便宜的交換機(jī)只提供簡單的SNMP信息，且是針對(duì)整個(gè)交換機(jī)的；而那些價(jià)格貴一些的交換機(jī)，還可以提供交換機(jī)每個(gè)端口的詳細(xì)信息。
SNMP可能是監(jiān)測交換網(wǎng)絡(luò)最常用和干擾最少的辦法。SNMP控制臺(tái)不需要非常靠近被監(jiān)測的設(shè)備，只要求有路由可達(dá)就可以了，同時(shí)交換機(jī)的安全配置允許控制臺(tái)與交換機(jī)的代理進(jìn)行通信。
圖6、使用SNMP監(jiān)測交換機(jī)安
雖然交換機(jī)可以識(shí)別到錯(cuò)誤，但交換機(jī)本身并不定時(shí)地報(bào)告錯(cuò)誤，所以使用SNMP查詢或許是最好的辦法。
支持SNMP的交換機(jī)有不同的MIB庫（管理信息庫）。每一種MIB都不同。除了某些對(duì)自己的交換機(jī)提供支持的私有MIB庫，標(biāo)準(zhǔn)的MIB庫對(duì)交換網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測也非常有用。下面是對(duì)故障診斷非常有用的一些MIB庫。
RFC 1213 – MIB II
RFC 1643 – Ethernet-Like Interface MIB
RFC 2819 – RMON Ethernet
RFC 2021 – RMON 2
RFC 2613 – SMON
很多RFC生成之后就不斷地在更新和增強(qiáng)。因此我們要檢查最近更新的RFC。例如RFC1213，至少更新和增強(qiáng)了五次，生成了5個(gè)新的RFC（2011，2012，2013，2358和2665）。除了定義利用率和錯(cuò)誤的RFC之外，有關(guān)橋接的MIB（RFC1493）也是非常有用的。
使用SNMP監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，必須注意安全性。如果SNMP代理沒有限制，那么潛在的任何地方的任何人都可以監(jiān)測到您的網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)或修改交換機(jī)配置。交換機(jī)售出的時(shí)候默認(rèn)打開了SNMP，并且使用的是一個(gè)非常通用的密碼。SNMP密碼叫做通信字符串，使用明文傳播，這帶來了潛在的危險(xiǎn)。SNMP V3提供對(duì)通信字符串的加密，減少了這種危險(xiǎn)，但是SNMP V3還沒有廣泛使用。最常用的通信字符串是public?，F(xiàn)在，使用public，很多Internet上的SNMP代理都可以被接入。
我們應(yīng)該立即修改通信字符串。SNMP代理應(yīng)該為不同的字符串配置不同的接入級(jí)別，不同的IP地址、不同的子網(wǎng)也有不同的接入級(jí)別?；蛘吒鶕?jù)其它的配置來限制接入的級(jí)別。通過路由器接入SNMP代理可能會(huì)對(duì)SNMP的限制帶來一些影響。防火墻也有可能完全阻止SNMP。即使您能夠通過SNMP接入代理，也要求代理支持您所要查詢的MIB庫。大部分廠家完全支持標(biāo)準(zhǔn)的MIB庫。然而，也有一些廠家不支持。有時(shí)候?yàn)榱酥С制谕腗IB，還需要先對(duì)交換機(jī)的操作系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)。這種方法還有一個(gè)問題，如果SNMP代理執(zhí)行的MIB不正確的話，那么響應(yīng)就完全是錯(cuò)誤的了。雖然這并不是經(jīng)常發(fā)生的，但有時(shí)候程序設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤，會(huì)帶來錯(cuò)誤的響應(yīng)。
交換機(jī)不響應(yīng)SNMP的查詢有很多原因。一旦這些問題都解決了，SNMP就能夠提供非常有效的監(jiān)測和趨勢分析。
結(jié)論
故障診斷的一個(gè)普遍方法是等待用戶的投訴。這個(gè)方法雖然簡單，但是非常有效。用戶能夠感知到網(wǎng)絡(luò)正常的性能是怎樣的。一旦有性能下降，網(wǎng)絡(luò)支持中心就會(huì)很快收到客戶的投訴。有了用戶投訴，您就應(yīng)該從他的接入點(diǎn)開始做故障診斷了。這種方法的缺點(diǎn)是完全是被動(dòng)的，不具有前瞻性的。
理想的方法是使用前瞻性地監(jiān)測。包括定期地查詢每個(gè)交換機(jī)、監(jiān)測每個(gè)交換端口的流量、流量的趨勢，同時(shí)檢測其他的相關(guān)網(wǎng)段。把問題解決從故障診斷方式變成故障預(yù)防方式。
評(píng)論