作者：美國福祿克網絡公司

    十年前，網絡相對簡單。

    網絡設備包括集線器、網橋和路由器等，每個設備都是一個獨立部分，相互之間可以識別。故障診斷也相對簡單。假如連接的是一臺集線器，故障診斷則采取對沖突域進行故障診斷的原則。在沖突域連接至一個網橋的地方所有問題都消失了。故障診斷這時協議分析儀是故障診斷的最佳選擇之一，非凡是當用戶了解了網絡的基礎和使用的協議后會更為有效。

    在這之后，出現了交換機。

    交換網絡環境出現的問題與前面提到的共享介質環境的問題有些類似。例如：發生了什么問題，問題是誰帶來的，問題有多么嚴重？最主要的區別是問題需要與交換機的一個特定端口相關聯。

    在交換網絡環境中應該考慮的問題包括：每個端口的忙碌狀況

    如何識別和跟蹤錯誤源？

    廣播風暴的源頭是什么？

    交換轉發表是否運行正常?

    哪個站點連接在這個端口上？

    交換機對協議或端口是否有速率限制？

    這個端口在VLAN中嗎？假如在是同服務器或服務在同一個VLAN中嗎？

    在一個交換網絡里，您如何確定從哪里開始動手查找問題？想深入“透視”一個交換網絡是非常困難的。首先，在2層交換的時候還是橋接轉發方式，但到了3層交換卻有了更高級的特性和轉發規則，例如VLAN。到了4層交換，就更加復雜了，出現了更高級的轉發和負載均衡技術，故障診斷故障診斷和解決就需要更多的交換機配置知識。

    在安裝完一臺交換機后，每個交換機的半雙工端口就構成了一個沖突域。假如該端口連接了一個集線器，集線器下面連接若干站點，那么沖突域會擴大。但隨著交換產品的價格下跌，現在大多數新建的網絡每個交換端口都只連接一個站點。因此，在半雙工連接情況下，沖突域僅針對一個單獨的電纜鏈路。

    交換機通常是一個獨立廣播域的一部分，包括串連或者并連的任意數目的其他交換機。假如使用了OSI模型3層的功能，就可以創建多廣播域，廣播域的數目與VLAN數目相等。最極限的情況，假如交換機功能答應，每個端口可以配置為一個獨立的廣播域?？梢园堰@種情況描述為路由到桌面。為每個端口創建一個獨立的廣播域后，故障診斷就會嚴格受限。但是假如我們把每個端口設置為一個單獨的廣播域，交換機在轉發流量的時候，每個端口都需要路由服務，這會占用交換機CPU的有限資源。在網絡環境中，對每個單獨的端口進行路由請求和應答是非常困難的，我們應該避免這樣的配置。不幸的是，這種情況在實際情中非經常見，網絡中經常發現服務器全部在一個子網或者廣播域中，所有的客戶在另外的子網或者廣播域中。在這種情況下，所有的請求都必須路由。假如維護行為限制在一個單獨的服務器群里，那么考慮把服務器放進單獨的VLAN里。然后把使用這臺服務器的用戶放到同一個VLAN。這樣就可以使用2層交換的橋接方式來交換流量，只有很少的請求需要路由。假如服務器支撐多于一個用戶區，可以在服務器上多裝一塊網卡來實現到用戶的2層交換連接。

    對交換機進行故障診斷的5種技術

    可以采取5種基本方式來透視交換機。每一種方法都不同，都有積極或者消極的一面。類似在網絡中碰到的其他問題一樣，沒有一個最好的答案。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），而且使用這些技術有可能造成服務中斷。

    即使把這些方式組合起來，也不能監測到所連接的網絡，在交換的環境里面，也不像集線器那樣方便監測。我們幾乎不可能看到通過一個交換機的全部流量。大多數的故障診斷會假設流量會在站點和所連接的服務器之間或經過故障診斷交換機uplink口通過。而實際上假如2臺主機直接傳輸信息的話，就不會使用交換機的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端口，否則是監測不到的。

    舉個例子，如圖1，一臺服務器接入一臺交換機。在反映有問題的用戶中，一部分是直接與這臺交換機相連，另外的一部分用戶是由這臺交換機的uplink口從其他路由器或者交換機連接上來的。故障報告是訪問服務器“慢”，這樣的故障報告對技術支持工程師來說基本上沒有任何價值。

    圖一、一個最基本的交換機環境

    方法1：通過TELNET或者串行口接入服務器

    高級的網絡技術支持工程師或其他知道交換機密碼的人在進行故障診斷時可以選擇通過TELENET或者交換機的串口登陸，來檢查交換機的配置。（如圖2）

    圖2、使用RS-232控制端口

    交換機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是否像預期的那樣運行上比較有用，但針對故障診斷就不是了。為了驗證交換機的配置，往往需要使用多種的交換機故障診斷方法配合。

    很多交換機都帶有實時的故障診斷工具，因為交換機生產廠家和型號的不同，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和實際經驗。

    方法2：連接到一個空閑端口

    最簡單的故障診斷方法是在交換機的空閑端口接入一個監測工具，例如協議分析儀。

    圖3、從任意端口監測

    把監測工具接入交換機的一個空閑端口，不用中斷服務就可以查看所屬廣播域。該監測工具與廣播域里的其他站點一樣有相同的權限。

    不幸的是，交換機（做為一個多端口的橋接設備）幾乎不轉發流量到監測端口。因為橋接設備就是這樣設計的，流量直轉發到所屬的目的端口，不會去其他的端口。協議分析儀因此幾乎監測不到流量。

    圖4、交換機在源端口和目的端口之間轉發流量。非常少的流量會轉到其他端口。站點和服務器之間可能每秒鐘會轉發幾千個幀，但是監測端口每分鐘只能看到幾個幀

    轉發到監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發表老化的結果，經常是目的端口不明的幀。一些經驗不夠的技術人員看到這么高的廣播（接近100％），卻沒有注重到端口利用率很低，就誤判網絡出現了廣播風暴，其實不是。

    這樣查看交換網絡幾乎沒有用，因為監測工具必須獲取流量。獲得的流量或者對廣播域的查詢對網絡搜索和發現其他類型問題是有很有幫助的，但對解決用戶連接慢的問題并沒有多大的幫助。

    對大多數交換機來說，都有一個更好的選擇，可以把需要監測的端口流量備份到一個專門的空閑口。（見圖5）這種技術通常稱為端口鏡像。

    圖5、配置鏡像口的邏輯效果

    大多數交換機廠家都提供備份或鏡像流量的功能，可以把監測工具接入交換機一個專門配置過的端口。老的交換機必須指定一個專門的監測口做為鏡像口，但現在大多數新的交換機可以指定任何一個端口做為鏡像口。

    雖然交換機廠家實現鏡像的方式各不相同，但是有一些基本相同的監測選項。值得注重的是，幾乎在所有的情況下，交換機在轉發流量到鏡像口的時候，同時把錯誤都過濾掉了。對于故障診斷來說，這意味著同時過濾掉了有用的信息。此外，實際操作當中需要我們通過控制口（交換機的RS232端口），或者Telnet進程來配置鏡像。這意味著除了監測工具之外，我們通常還需要帶一臺電腦或者終端來對交換機進行配置。

    鏡像端口經常只是一個“監聽”端口，不過很多交換機廠家答應把該端口配置成全雙工的。配置了鏡像口，監測工具就可以查看報告連接慢的主機和服務器之間的實際流量的備份。鏡像口可以只監測交換機的任意一個端口，甚至可以是Uplink口，也可以同時監測交換機的多個端口。但是同時監測的端口很多的話，過高的流量就有可能會超過鏡像口的接收能力。監測端口的輸出能力是一個很重要的問題。鏡像口可以收，也可以發。在配置的時候，經常關掉了鏡像口發的功能。但不管有沒有關掉鏡像口發的功能（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。假如被監測的全雙工端口的速率和鏡像口是一樣的話，交換機在轉發流量的時候很輕易就會丟包，但是交換機不會通知您。

    假設您在監測一個以100M全雙工速率連接到交換機的服務器的話，那么服務器在全雙工工作的時候，服務器的收發速率都是100M，那么總共就有了200M。然而交換機的100M鏡像口最多只能接收100M的流量。所以任何交換機的端口（全雙工的）利用率超過50％的時候，鏡像口接收到的包就會有丟失。

    假如把多個端口鏡像到一個端口，丟包的問題就會更加的嚴重。因為大多數交換機都工作在低容量，這個問題并不會被馬上注重到。大多數用戶連接的平均利用率都很低。只是偶然會有流量的突發。

    假如選擇一個高速的鏡像口，就可以減少丟包的問題。例如把圖6中的100M鏡像口換成1000M，那么就可以很輕易的接收200M的監測流量了。

    圖6、監測口限制了輸出流量

    方法3：在鏈路上接入集線器

    使用集線器很具有戰略意義。對很多網絡來說，大多數發送和接收的流量都來源于文件服務器之類的共享設備。在交換機端口和文件服務器中間接入一個集線器，再把分析儀接入集線器，實際上就把分析儀和文件服務器接入了同一個廣播域。如圖7所示。使用這種方法，技術支持人員就可以看到文件服務器所有進出的流量，幫助技術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7、使用集線器監測交換機端口

    接入集線器的方法很多時候都不實用，非凡是在需要監測多個服務器的時候。在哪里接入集線器合適？所有的服務器都要連接嗎？假如是用一個集線器，換來換去連接的話，您一定不希望您的網絡這樣頻繁地被干擾。連接集線器所帶來的時延，經常會帶來連接的丟失。另外，很多時候監測工具并不支持服務器所采用的技術或者連接速率。

    使用共享集線器監測一條鏈路上的所有流量和錯誤仍然是一個有效的方法。這幾乎是唯一一種可以在交換網絡環境中實際查看和分析MAC層錯誤的方法。使用SNMP來發現這些錯誤也可以。但是，為了更好地進行錯誤分析，還是用監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不匹配，這會給監測帶來更多的不愿意看到的錯誤結果。而且使用這種方法時，手頭必須要有一個共享集線器。現在很多新型的集線器都類似于交換機，而不是共享的轉發設備。接入這種新型的集線器，相當于接入了一個新的交換機，您會看不到想要查看的流量，對監測起不到什么作用。假如接入的是雙速率的集線器，例如10M/100M雙速率的，可能每個速率都提供了一個廣播域，兩個速率之間再進行轉發。在這種情況下，需要確認被監測鏈路和監測工具運行在相同速率，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發的功能，更因此把自己標榜為價格便宜的交換機，給人造成誤解。他們都不能用在這種監測方法上。

    方法4：使用一個TAP（監測接口盒）或者分流器

    這種方法類似于加了一個共享集線器，不同點是TAP鏈路只是接收流量，不答應監測工具發出流量。

    TAP和分流器這2個詞有時候可以互換，雖然分流器通常應用于光纖鏈路。在光纖鏈路上，分流器會把光在初始路徑和監測路徑上進行分光。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傳送到原始路徑，20％的光轉發到監測路徑。假如光纖本來就有問題，或者傳輸的距離很長的話，光分流器帶來的20％光丟失，很輕易造成鏈路出現問題。分流器在光纖鏈路上很輕易就會帶來3dB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。需要注重的是，分流器是帶內（Inbound）監測設備，所以分流器的線纜正確連接就非常重要。

    圖8、使用TAP或者分流器

    電口的TAP也會帶來信號丟失的問題，因為TAP需要信號來識別通過的流量。對電纜來說，這相當于增加了衰減，假如鏈路本身已經有一定問題或者鏈路很長的話，TAP的引入有可能會造成連接中斷。電口的TAP工作需要電源，信號被恢復并重傳到監測端口。假如設計的好，在TAP掉電的時候，鏈路應該也不會中斷。

    對鏈路使用TAP進行監測的方式是一個很好的查看鏈路流量的方法。一旦安裝成功，TAP對被監測的設備來說就是透明的，可以隨時使用，而且不會帶來更多干擾。不幸的是，在接入TAP的時候，鏈路必須暫時中斷。此外，TAP或者分流器會按照2個獨立的方向提供流量。也就是說，發送和接收是分開的。

    為了同時監測通過TAP鏈路的請求及響應，需要一個帶兩個輸入口的監測工具。雙端口的監測工具可以分別監測每個方向，也可以把兩個方向的鏈路集中在一起分析。您也可以選擇每次只監測一個方向的流量，但這樣分析起來會比較困難。對TAP來說，監測全雙工鏈路和半雙工鏈路，操作上沒有什么區別，都可以監測。您可以選擇一個單端口的監測工具，監測單一的方向，或者選擇一個雙端口的監測工具，同時的監測兩個方向。

    圖9、TAP工作原理的邏輯圖

    方法5：用SNMP查詢交換機

    對一個交換網絡進行故障診斷的最有效辦法，應該是通過直接詢問交換機來查看網絡的狀況。這可以通過SNMP或者連接到交換機的控制口實現。顯然，直接連接到交換機的控制口不是理想的辦法，因為這就需要對網絡中的每臺交換機都有物理上的連接。稍微理想一點的替代方法是搭建連接到交換機控制口的終端服務器。SNMP是一個更好的選擇，它可以在交換網絡帶內的任何地方進行查詢，不需要附加的硬件。假如您部署了網管系統，還可以配置當利用率、錯誤、或者其他參數超過門限的時候，交換機主動發出SNMP陷阱。然后利用網管或者監測工具，研究是什么原因造成了門限超出。

    事實上幾乎所有的交換機都提供SNMP功能，哪怕是最便宜的交換機。它們之間主要的區別就是提供的信息多少。一些價格便宜的交換機只提供簡單的SNMP信息，且是針對整個交換機的；而那些價格貴一些的交換機，還可以提供交換機每個端口的具體信息。

    SNMP可能是監測交換網絡最常用和干擾最少的辦法。SNMP控制臺不需要非?？拷槐O測的設備，只要求有路由可達就可以了，同時交換機的安全配置答應控制臺與交換機的代理進行通信。

    圖10、使用SNMP監測交換機

    雖然交換機可以識別到錯誤，但交換機本身并不定時地報告錯誤，所以使用SNMP查詢或許是最好的辦法。支持SNMP的交換機有不同的MIB庫（治理信息庫）。每一種MIB都不同。除了某些對自己的交換機提供支持的私有MIB庫，標準的MIB庫對交換網絡的監測也非常有用。下面是對故障診斷非常有用的一些MIB庫。

    RFC1213–MIB II

    RFC1643–Ethernet-Like Interface MIB

    RFC2819–RMON Ethernet

    RFC2021–RMON 2

    RFC2613–SMON

    很多RFC生成之后就不斷地在更新和增強。因此我們要檢查最近更新的RFC。例如RFC1213，至少更新和增強了五次，生成了5個新的RFC（2011，2012，2013，2358和2665）。除了定義利用率和錯誤的RFC之外，有關橋接的MIB（RFC1493）也是非常有用的。

    使用SNMP監測網絡的時候，必須注重安全性。假如SNMP代理沒有限制，那么潛在的任何地方的任何人都可以監測到您的網絡動態或修改交換機配置。交換機售出的時候默認打開了SNMP，并且使用的是一個非常通用的密碼。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。SNMPV3提供對通信字符串的加密，減少了這種危險，但是SNMPV3還沒有廣泛使用。最常用的通信字符串是public。現在，使用public，很多Internet上的SNMP代理都可以被接入。

    我們應該立即修改通信字符串。SNMP代理應該為不同的字符串配置不同的接入級別，不同的ip地址、不同的子網也有不同的接入級別?；蛘吒鶕渌呐渲脕硐拗平尤氲募墑e。通過路由器接入SNMP代理可能會對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準的MIB庫。然而，也有一些廠家不支持。有時候為了支持期望的MIB，還需要先對交換機的操作系統進行升級。這種方法還有一個問題，假如SNMP代理執行的MIB不正確的話，那么響應就完全是錯誤的了。雖然這并不是經常發生的，但有時候程序設計的錯誤，會帶來錯誤的響應。

    交換機不響應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測和趨勢分析。

    結論

    故障診斷的一個普遍方法是等待用戶的投訴。這個方法雖然簡單，但是非常有效。用戶能夠感知到網絡正常的性能是怎樣的。一旦有性能下降，網絡支持中心就會很快收到客戶的投訴。有了用戶投訴，您就應該從他的接入點開始做故障診斷了。這種方法的缺點是完全是被動的，不具有前瞻性的。

    理想的方法是使用前瞻性地監測。包括定期地查詢每個交換機、監測每個交換端口的流量、流量的趨勢，同時檢測其他的相關網段。把問題解決從故障診斷方式變成故障預防方式。

    EtherScope™ES網絡通，通過對交換網絡的超級透視能力，快速地定位問題，解決了交換網絡故障診斷的難題

    將ES網絡通接入網絡，您立即就可以透視交換機。

    TraceSwitchRoute功能顯示了交換網絡中任意2個設備之間通信的路徑。問題無處可逃。

    利用ES網絡通，您將會看到：

    交換機端口利用率、錯誤和配置

    端口連接的主機

    交換機的VLAN劃分和交換機端口所屬VLAN

    交換機掃描，交換機端口的流量概覽

    讓我們看看ES網絡通是如何解決交換網絡中諸多棘手問題的。

    站點可以訪問網絡和要害服務嗎？

    這是故障診斷或者網絡驗證的起點。我們必須首先確認網絡連接的狀態，站點是否能連接到要害服務。很多網絡故障解決專家都提到必須先從物理層開始進行驗證。

    對于網絡連接的丟失，ES網絡通首先診斷電纜的連接和鏈路的信號。首先是電纜連接的LINKLED鏈路燈點亮，表示以太網連接的脈沖存在。接著診斷連接的速率和全雙工狀態，下一步再進行網絡、VLAN和設備的查找。

    圖1、正在進行的自動測試。LED燈顯示和快速診斷驗證網絡連接

    通過查看電纜認證的具體信息，可以診斷電纜連接的任何錯誤。顯示的結果包括電纜的狀態、是否存在線纜錯誤（開路、短路、串繞等）。

    圖2、電纜認證結果顯示電纜狀況良好

    盡管以太網設備都承諾互操作性，但是自動協商依然是困擾很多網管人員的問題。以前碰到這樣的問題，很難確定具體原因?，F在有了ES網絡通的信號驗證診斷功能，就可以透視設備自協商的過程。在這個測試進程里，ES網絡通監測有故障鏈路的電信號，掃描直流電壓，掃描POE（PowerOverEthernet）、鏈路脈沖和數據信號、實際的FLP（快速以太網脈沖）信號、鏈路兩端設備的速率和雙工設置狀態，從而解決鏈路的自協商問題。

    圖3、信號驗證指出存在PoE

    工作站連接在那里？

    使用ES網絡通的“最近的交換測試”功能可以發現臨近交換機的插槽和端口號，在ES網絡通的自動測試結果中會顯示交換機名和所連接的插槽/端口號。突出加亮這一測試結果，預覽面板將顯示進出端口流量、VLAN配置和所連接的工作站的數量。

    圖4、最近的交換機

    ES網絡通還沒有停止測試，它利用網絡主動搜索功能記錄在廣播域內的每臺設備。通過對交換機橋轉發表條目上的MAC地址的比較，ES網絡通就可以知道工作站連接在網絡的位置。任一臺被搜索到的交換機的“設備具體信息”都可以提供給您豐富的配置信息，包括最近的交換機和連接端口號。

    圖5、設備具體信息

    每個端口的繁忙程度如何？

    通過SNMP協議，ES網絡通在交換機掃描對話中對最近的交換機和另一臺進行詢問，比如收/發端口利用率、速度設置和錯誤指示（假如存在）等將被顯示出來。

    圖6、交換機掃描

    當前端口連接哪些工作站？

    所選端口的“設備具體信息”顯示連接在這個端口上的每臺設備。利用方便的搜索功能，通過通過匹配主機全部或部分名稱、IP地址或MAC地址，可以快度地定位設備。

    圖7、接口具體信息

    廣播風暴源是什么？怎樣找到錯誤根源？

    “發送流量最多者”將發送包數量最多的站點進行列表，可以根據通過協議類型進行過濾，通過MAC地址、錯誤、廣播和多播來進行排序，找到錯誤源或過量廣播包非常簡單，只需選擇標準然后查看最頂部的站點即可。還可深入查找交互機、插槽和端口的具體信息。

    假如交換機掃描顯示在某個端口上村雜錯誤，點擊這個端口的“設備具體信息”，有問題的設備將作為主機被列出，CRC錯誤和過量包沖突能指示自動協商方面的問題。

    圖8、發送流量最多者

    橋轉發表運行是否正常？

    每個網絡治理員都會依靠“TraceRoute”命令去測試網絡的連通性，了解設備之間的第三層路徑，但卻不能知道相應的物理端口和第二層的連接路徑，這就使得網絡故障解決人員消耗大量時間（或者依靠過期的文檔）去尋找設備之間的連接關系。ES網絡通的“TraceSwitchRoute”功能可以收集交換機和端口上的每個連接以及網絡中交換機之間的連接，顯著的減少了縮小故障范圍的時間。

    圖9、TraceSwitchRoute

    當前端口是否屬于某個VLAN？假如是，它與服務器在同一個VLAN嗎？

    作為網絡自動搜索過程的一部份，ES網絡通可以發現廣播域內的VLAN配置信息。點擊首頁，然后點擊“VLAN搜索”，可以進行VLAN目錄的預覽。選擇“具體信息”可以查看VLAN的列表，當VLAN被展開后，可以看到交換機端口與VLAN的對應關系。點擊一個端口，選擇“具體信息”，就可以得到這個端口的狀態、端口流量和設備配置等信息。ES網絡通是一款主要應用于廣播域的產品，可以自動搜索到被測廣播域內所有的設備，包括所有交換機。為了幫助自動搜索過程，使用“設備添加”功能，可以將本地或非本廣播域內的設備添加到“搜索”數據庫中，這個功能位于用戶界面的“設備搜索”和“要害設備”兩個頁面上。用戶增加的設備將保存在儀器中，故障解決過程中將一直存在。假如儀器復位到出廠初始值，它們將丟失。

    圖10、VLAN搜索

    訪問www.flukenetworks.com.cn/EtherScope在線觀看ES網絡通的虛擬演示，或查看其它相關信息。