数据中心网络如何快速排障

当数据中心的网络规模变得很大时，不得不要增加网络设备，实现多层级联。现在的数据中心往往都是树形结构，核心放置几台转发容量超大的设备，然后下挂多层设备(因为端口数量不够，可能需要多层)，数十台甚至几百台的网络设备级联到一起，一旦出了故障，如何能快速找到故障设备，经常困扰着很多网络运维人员。

数据中心的网络设备都是有冗余的，只要网络故障时找到故障设备，将其隔离即可恢复业务，然后再去慢慢排查故障原因，但从数百台的设备中找到具体哪台故障绝非易事。网络故障往往先从应用侧得到故障反馈，然后开始排障，这时应用人员往往描述的只是一个应用访问故障现象，他不会告诉你具体哪些地址到哪些地址不通，有时甚至是错误的信息，这极大延误了问题定位时长。问题定位大部分时间都是花在故障现象的整理过程中，怎么办?数据中心网络该如何快速排障?本文将给出答案。

网络故障如果要从应用侧反馈的故障现象去分析，这时已经晚了，而且容易被应用人员带入误区，有些应用人员反馈的现象只是他自己看到的，现象很可能只是一个局部现象，并不能反映出整个网络的故障情况。所以要靠自己，做好网络监控，通过监控去发现问题，从而迅速找到故障设备，做设备隔离或者解除故障。

早期的网络监控主要是对设备的一些日志和端口流量做监控，更多的时候这些信息并不够，并不能及时发现问题。很多网络设备厂商说自己的设备日志非常完整，但实际使用时仍有一些极端情况或者软件BUG导致故障时无日志输出，这时就要针对流量进行定位。到了这个时候，就需要网络人员去找应用人员了解故障现象，通过现场找出一些丢包或者不通的IP地址来，然后进行网络流通，对这个故障流量经过的设备都做流通，找到故障设备。既然是树形网络，每一层都有很多设备，这个流通量是相当大的，而且并不是所有的设备都能支持对所有特征的流量做统计，有不支持的设备就会使得统计不准，加大了寻找故障设备的难度，做网络运维的这些年都是这样坚持过来的。  

显然，之前的网络排障方式有效但效率太低，定位故障时间长，对业务影响大。现在的网络监控都是针对数据流的，对网络中的具体数据流进行监控，这样一旦数据流量有中断，立即可以查明故障位置。在这里，要提到几种新兴的网络监控方法，也叫网络可视化技术，是快速排障的最有效方法。

首先是INT(In-band Network Telemetry，带内网络遥测技术)技术，INT通过在数据层面收集和报告网络的状态来实现对网络状态的监控。当数据报文进入第一个网络设备时，设备上设置采样方式采样并镜像出该业务流报文，INT在报文基础上封装一个INT头，并将需要收集的交换机信息填入到INT数据段中，报文经过的所有网络设备均这样处理，直到最后一个服务器连接的网络设备将INT头剥离。

报文经过的每台设备都将采集到的INT报文通过gRPC报文发送到远端的监控服务器进行解析和呈现，INT报文中携带了报文转发的延迟、设备拥塞等情况，都能呈现到监控服务器上，一旦数据报文出现丢包或者不通情况，监控服务器立即感知到，并几秒就能确定问题范围和故障设备。

其次是ERSPAN(Encapsulated Remote Switch Port Analyzer，跨三层IP传输的远程网络流量监控技术)，ERSPAN的报文基于GRE封装，并通过以太网转发到任何IP路由可达的地方。ERSPAN是将源端口报文复制一份通过GRE(Generic Routing Encapsulation)发送到目的服务器进行解析，采集服务器的物理位置不受限制，这样我们可以将整个网络的关键流量转发都通过ERSPAN发送到监控服务器上，流量在哪部分网络出现了丢弃，一目了然。第三是sFlow和Netstream，这两种都是数据采样技术，Netstream采集的比较完整，但需要有专用的硬件来完成，在网络中部署sFlow和Netstream后，可以通过gRPC将监控数据发给服务器，由监控服务器计算和整理，并将结果图形化显示出现，一旦哪部分网络有问题，立即可以在监控服务器上显现。

sFlow和Netstream采集的都是报文头的主要特征，而不是报文整个内容，这个和INT、ERSPAN有较大区别，应对绝大部分网络故障排查都没有问题，除非应用报文特征比较特殊，Netstream捕捉不到，这时只能求助INT和ERSPAN。在一个网络中，并不介意三种监控方案都部署，这样在故障时，可以从多个角度采集的数据去分析问题。

还有一点很重要，尽量要将这些数据采集通过管理网发向监控服务器，否则一旦数据网出问题，可能监控的数据也无法正常达到监控服务器。大部分情况下，数据网络故障很少波及到管理网，所有设备依然可以正常访问，如果故障时，很多设备都无法通过管理网进行访问，基本可以判定这台设备就是故障点。  

有了以上这些网络监控方法，出现故障时第一时间发现就不难了，而且完全可以实现自动化，当发现故障时，由监控服务器自动下发隔离命令，将故障设备隔离，自动恢复。这样在应用报障过来之前，就可以找到网络故障位置，及时隔离故障设备，恢复业务，这样可以极大缩短故障分析时间，对业务影响很小，甚至业务部分根本感知不到故障。像INT和ERSPAN这些网络监控的技术实际应用的效果还未知，都是最近总被提及的技术，还有待实践的考验。SFLOW和Netstream技术比较成熟，但真正在网络排障时用到的还不多，需要加大这方面的推广。

依靠这些监控技术，可以快速排除网络故障，这对于数据中心运维来说，意义重大，极大地提升了运维效率。

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