【YD通讯标准】 IP 组播网络在线业务流性能监控

通信标准类技术报告
YDB044—2010
IP组播网络在线业务流性能监控IP Multicast Inline Real Stream Monitoring2010-09-27发布
中国通信标准化协会
规范性引用文件
缩略语，
IRSM基本特性
5IRSM基本测量原理
6报文格式定义
采用IRSM进行监控和故障定位的方法7
部署考虑
参考文献
YDB0442010
YDB044—2010
本技术报告推荐了一种IP组播网络业务流性能测量和监控的解决方案和规程。本技术报告由中国通信标准化协会提出并归口。本技术报告起草单位：华为技术有限公司。本技术报告主要起草人：刘晖。II
iiKANiKAca
1范围
IP组播网络在线业务流性能监控YDB0442010
本技术报告规定了在IP组播网络中，如何通过丢包测量和时延测量，对组播业务流的性能进行测量和监控，以及如何利用这种测量和监控实现对IP组播网络的故障定位。通过这项技术的部署有利于提高组播网络的运维和管理能力。
本技术报告适用于支持IP组播业务的网络和设备。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。ITU-T Y.1731
缩略语
下列缩略语适用于本标准。
(S, G)
(*, G)
IRSM基本特性
以太网网络OAM功能和机制
Access Control List
Delay Measurement
Identification
Inline Real Stream MonitoringLoss Measurement免费标准下载网bzxz
Loss and Delay Messurement
Maintenance Entity Group
MEG Maintenance Point
MEPIngress
MEP Egress
Network Equipment
Operation and Maintenance
(sourceaddress，groupaddress)(Wildcard, Group Address)
Service Level Agreement
User Datagram Protocol
接入控制列表
延迟测量
在线业务流监控
丢包测量
丢包-延迟集成测量
维护实体组
MEG维护点
MEP入口
MEP出口
网络设备单元
运维管理
(源，组）
与共享树对应的组状态
业务等级协定
用户数据报协议
iiKAoNhikAca
YDB044—2010
随着IP视频组播业务的部署，运营商对组播网络的性能监控的需求不断提高。性能监控的好处是向用户提供保证业务等级协定（SLA）的业务，在网络性能缺陷发生之前提前感知，故障发生时快速响应以进一步优化网络资源的使用。本技术报告基于IP组播网络性能监控的需求[1，提出了一种IP组播性能监控解决方案，称为IP组播在线业务流监控（IRSM）［2」。IP组播IRSM（下文统一简称为IRSM）对组播业务流的性能进行测量，在性能下降和故障发生时提供相应的诊断信息。IRSM使用报文丢失测量和报文时延测量实现性能监控，是一个承载级的解决方案，它具有下述特性：操作独立性：独立于组播控制与转发平面，并对正在运行的两个平面没有不良影响：业务流监控：测量和监控的对象为由(S，G)或(*，G)标识的真实业务流；一在线测量：可在网络运行客户组播流量时进行现场测量或监控；带内测量：测量报文选路路径与被监控的组播流路径完全一致，可搜集真实的网络转发度量值端到端和分段的测量：可监控从组播树根节点到一个或多个叶节点的整个端到端的转发路径，提供组播流在特定转发路径上的整体性能，也可以支持对路径的一个分段的测量，如对部分转发分支，节点，以及链路等的测量前摄（Proactively）测量或按需（on-demand）测量：可以预定制测量规则，持续进行测量，也可以根据配置管理需求按需进行测量。5IRSM基本测量原理
5.1测量体系
IRSM测量体系中定义了三种功能实体：MEP_I（维护实体入口节点），MIP（维护实体中间节点）和MEPE（维护实体出口节点），性能测量报文在MEPI发送，经过MIP转发，在MEPE终结。它们是逻辑节点，可配置在监控设备的入接口或出接口上，其关系如图1所示MIP
MEPINE
MIP、NE
图1测量实体关系图
MIP、NE
MEP_I实体的主要功能是发起一个测量会话。它生成OAM测量报文，测量可以采用前摄方式(proactively)或按需方式（on-demand)操作。在丢包测量时，MEP_I对组播数据流进行计数，并将计数值写入丢包测量报文中：在时延测量时，MEP_I对时延测量报文打时戳和发送时延测量报文。MEP_E实体为测量路径的终点。它终结OAM测量报文，测量MEP_I和MEP_E之间的报文丢失数量和路径时延。在丢包测量时，MEPE对数据流进行计数，并暂存计数值，提取丢包测量报文中的计数值，同时对比两个计数值，获取MEPI到MEPE的丢包数，根据丢包数和接收数据报文数量，可以计算一段时间内MEPI到MEPE的丢包率。在时延测量时，MEP_I读取时延测量报文中携带的时戳，同时记录收到时延测量报文时本地的时间值，并暂存时间值，对比两个时间值，可以计算MEP_I节点到MEP_E节点的时延。MEPE对组播数据流中的性能测量报文提取计数值或时戳截后做去弃处理。2
HiiKAoNiKAca
YDB0442010
MIP实体位于MEP_I和MEP_E之间，用于将OAM报文从上游转发到下游MEPE。它可选地配置在组播转发路径的过渡节点上。如果MIP功能在过渡节点上使能，则可以实现分段的性能测量。测量时MIP监听OAM测量报文，计算从MEPI到其自身的报文去失和时延度量值。在丢包测量时，MIP对数据流进行计数，并暂存计数值，提取丢包测量报文中的计数值，同时对比两个计数值，获取MEPI到MIP的丢包数，根据丢包数和接收数据报文数量，可以计算一段时间内MEP_I到MIP的丢包率。在时延测量时，MIP读取时延测量报文中携带的时戳，同时记录收到时延测试报文时本地的时间值，并暂存时间值，对比两个时间值，可以计算MEP_I节点到MIP节点的时延。MEPI和MEPE的配置位置可以根据实际测量需求灵活设定。如果MEPI配置在根节点，MEPE配置在叶节点，可以监控一个完整的组播转发路径，如果MEP_I或MIP_E配置在过渡节点上，则可以监控部分转发路径。
5.2丢包测量原理
测量报文
图2丢包/时延测量原理
★MEP_E
以图2为例，在测量源端设备的入接口或出接口配置MEPI，在数据流经过的中间设备入接口和出接口（可单独选择入接口或出接口）配置MIP，MIP在出接口根据组播复制接口配置，在性能测量的宿端设备的出接口（或入接口）配置MEPE。在MEPI配置发送去包测量报文发送周期或者定包发送报文数，或者按需发送报文序列，在发送周期内，MEP_I对发送的数据报文进行计数，发送周期时间到，MEP_I将数据报文的计数值写入丢包测量报文中，对丢包测量报文中的序列号加1处理，MEPI将丢包测量报文插入到数据流中发送。定包发送下，MEPI对发送的数据报文进行计数，计数数量到，MEP_I将数据报文的计数值写入丢包测量报文中，并对丢包测量报文中的序列号加1处理，MEPI将丢包测量报文插入到被计数的最后一个数据报文后发送。
按需发送下，根据管理模块确定的丢包测量数据包发送OAM测量报文，丢包测量报文插入数据流后，从转发规则方面等同数据流，按照组播协议确定的转发路径转发，数据流发生复制的中间节点，丢包测量报文和数据流同样复制。MIP对数据报文进行计数，收到丢包测量报文后，暂存本地计数器计数值Rx_Countl_MIP，并读取丢包测量报文中携带的发送数据报文的计数值Tx_Count1，收到下一个丢包测量报文后，暂存本地计数值Rx_Count2_MIP，并读取丢包测量报文中携带的发送数据报文的计数值Tx_Count2，MEP_I到第一个MIP的丢包数为[Y.1731]
HiiKAoNi KAca
YDB0442010
丢失数量=（TxCount2－TxCount1）-（RxCount2MIP-Rx_Count1MIP）MIP只对数据报文进行计数，对丢包测量报文进行读取操作，不对丢包测量进行写操作，不影响数据报文和丢包测量报文的复制和转发。根据丢包测量报文的序列号和发送周期和包数可以获取特定时间或特定报文数量发送和接收的数据报文数量，（发送的数据报文数量-接收的数据报文数量）／发送的数据报文数量=特定时间内MEP_I节点到MIP的丢包率。
MEP_E对收到的数据报文进行计数，收到丢包测量报文后，暂存本地计数器计数值Rx_Count1，并读取丢包测量报文中携带的发送数据报文的计数值TxCount1，收到下一个丢包测量报文后，暂存本地计数值Rx_Count2，并读取丢包测量报文中携带的发送数据报文的计数值Tx_Count2，MEP_I到MEP_E的丢包数量为：
丢包数量=（Tx_Countl-Tx_Count2）－（Rx_Countl-Rx_Count2）MEP_E提取丢包测量报文，写入本地计数器的计数值，送管理平面处理，对转发平面的丢包测量报文做丢弃处理。
5.3时延测量原理
时延测量要求参与测量的设备之间实现时间同步。仍以图2为例，在测量源端设备的入接口或出接口配置MEP_I，在数据流经过的中间设备入接口和出接口（可单独选择入接口或出接口）配置MIP，MIP在出接口根据组播复制接口配置，在性能测量的宿端设备的出接口（或入接口）配置MEPE。MEP_I配置发送时延测量报文发送周期或者管理模块指定发送序列，时延报文发送时，MEP_I将本地时间写入时延测量报文中，同时对时延测量报文中的序列号做加1处理，MEP_I将时延测量报文插入到数据流中发送。
时延测量报文插入数据流后，从转发规则方面等同数据流，按照组播协议确定的转发路径转发，数据流发生复制的中间节点，时延测量报文和数据流同样复制。MIP接收时延测量报文，提取时延测量报文中所携带的时戳Tx_Time，记录收到时延测量报文时刻的时间值Rx_Time_MIP并暂存，计算MEP_I到MIP之间的时延：时延=Rx_Time_MIP-Tx_Time
MIP对时延测量报文只做读取时戳操作，不对时延测量报文做修改等处理，不影响时延测量报文正常的转发。
根据MIP获得的时延值和时延测试周期，可以计算出MEP_I到MIP的抖动。MEP_E接收时延测量报文，提取时延测量报文中所携带的时戳Tx_Time，记录收到时延测量报文时刻的时间RxTime_MEPE，计算MEP_I到MEPE之间的时延：时延=Rx_Time_MEP_E-Tx_Time
MEPE对提取过时戳的时延测量报文做终结处理。6报文格式定义
IRSM测量消息封装在IP报文中，在实际组播路径中转发，MIP和MEP_E节点应能够从通常的组播数据中将它们识别出来。这可以使用IP报文头中专用的IP协议类型字段标识IRSM测量报文，也可定义传送层的UDP端口号来标识。例如可以将IP头中的协议（Protoco1)字段设为255，或申请其他的未分配数值：与数据报文区别：或者申请新的未分配UDP端口号进行标识。自前定义两种类型的测量报文：丢失测量（LM）报文和时延测量（DM）报文。IRSM消息的数据部分采用通用的类型一长度一值结构，如图3所示4
iiiKAoNiKAca
其中，
01234567890123456789012345678901类型
值(续)
IRSM消息体的结构
类型字段为OAM消息的类型，可定义为O，LM一丢包测量消息
1，DM一时延测量消息
2，LDM一丢包和时延集成测量消息3-255-预留为未来使用。
长度字段为OAM效从该字段后面算起的消息长度，以字节表示值字段为特定OAM消息的内容
6.1丢包测量消息
丢包测量消息的格式如图4所示
01234567890123456789012345678901类型
其中，
会话ID
发送周期
序列号
发送报文数量
接收报文数量
可选字段
图4丢包测量消息消息体定义
版本一消息的版本号，当前的版本值为0；会话ID-此次测量会话的标识：
发送周期－此测量会话的LM消息的发送周期：预留
序列号-该IRSM消息的唯一标识，每次新生成一个LM消息都可以加1：YDB0442010
发送报文数量－自上一LM报文累计发送的LM报文的数量，该字段由MEP_I在生成LM消息时填入：接收报文数量-自上一LM报文本实体（MEP_E或MIP)累计接收的报文数量：可选字段一预留为未来使用，用于携带其他需要的信息（如认证信息等）。5
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时延测量消息
时延测量消息如图5所示：
01234567890123456789012345678901类型
会话ID
发送周期
序列号
发送时标
接收时标
可选字段
图5时延测量消息消息体定义
其中版本号、会话ID、发送周期、序列号和可选字段与LM消息的定义完全相同，此外还包含：发送时标-生成该DM消息的本地时标；接收时标-接收该DM消息的本地时标。丢失-时延集成测量消息
集成测量消息如图6定义：
01234567890123456789012345678901类型
会话ID
发送周期
序列号
发送报文数量
接收报文数量
发送时标
接收时标
可选字段
图6丢失-时延集成测量消息消息体定义预留
iiKANiKAca
其中各个字段的定义与LM和DM消息的定义基本相同。7采用IRSM进行监控和故障定位的方法7.1采用丢包测量进行故障定位
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通过发送和处理LM报文进行性能检测，可以实现对网络链路和网络节点的故障检测和定位。基本方法如图7所示。在图7中，假定a为前一丢包测量报文发送时MEP_I节点的数据报文计数值，b为当前丢包测量报文发送时MEPI节点的数据报文计数值，a1-a11为前一丢包测量报文到达各MIP和MEPE时的本地数据报文计数值，b1-b11为当前丢包测量报文到达各MIP和MEP_E时的本地数据报文计数值，按照第5章描述的丢包检测方法获取特定时间或特定包数内各段丢包数分别为：MEPI-MIP1丢包：Al=［（b-a）-（bl-a1）」MEPI-MIP3丢包：A3=［（b-a）-（b3-a3）MEPI-MIP5丢包：A5=［（b-a）
（b5-a5）
MEPI-MIP6丢包：A6=［（b-a）-（b6-a6）』MEPI-MIP7丢包：A7=［（b-a）-（b7-a7）』MEP_I-MIP8丢包：A8
MEP_I-MEP_E2丢包：A10=
（b8-a8)
［(b-a)
MEPI-MEP_E3丢包：A11=［（b-a）MEP_I
丢包测量报工
(MIP1)
(MIP2)
(b10-a10)）
(bl1-al1)
MEP EI->
MEP_E!
(MIP3）
(MIP4)
(MIP5)
(MIP6)
(MEP_E)
MEP_E2
MEP_E3
MEP_E2
MEP_E3
(MIP7)
(MIP8):
通过丢包测量进行故障定位示意图(MEP_E2)
(MEP_E3）
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通过上述计算可以进行单点丢包故障定位和多点丢包故障定位。单点物理链路故障：例如MIP1～MIP3之间的链路出现性能故障，导致丢包。则MIP3节点将检测到丢包，同样，MIP5、MIP6、MIP7、MIP8、MEPE2、MEPE3都将检测到相同数量的丢包。但MIP1没有检测到丢包，可以判断到MIP1～MIP3之间的链路出现了故障。单点设备故障：例如NE2节点设备内部转发出现性能故障，导致丢包。则MIP5、MIP6、MIP7、MIP8、MEPE2、MEPE3将检测到相同数量的丢包，MIP1/MIP3没有检测到丢包，可以判断NE2设备内部出现了性能故障，导致丢包。
多点丢包故障定位：例如MIP1～MIP3之间的物理链路和NE2设备内部出现性能故障，导致同时出现丢包。MIP1检测到没有丢包，MIP3检测到丢包，即MEP_I-MIP3出现丢包，数量为A3，MIP5检测到丢包，即MEP_I-MIP5处出现丢包，数量为A5，MIP6检测到丢包，即MEP_I-MIP6处出现丢包，数量为A6，MIP7、MEP_E2都将检测到丢包，数量与MEP_I-MIP5相同，为A7=A10=A5，则A3为MIP1～MIP3之间的丢包数量，A5-A3为MIP3～MIP5之间的丢包数量。MIP8、MEP_E3也将检测到丢包，数量与MEP_I-MIP6相同，为A8=A11=A6，则A6-A3为MIP3～MIP6之间的丢包数量。7.2采用时延测量进行故障定位
通过发送和处理DM报文进行性能检测，可以实现对网络链路和网络节点的故障检测和定位。基本方法如图8所示。在图8中，假定s为某一DM报文发送时刻报文中记录的时戳，s1-s11为同一测量报文到达各MIP和MEP_E时的本地时戳，按照第5章描述的时延测量方法获取特定时间内各段时延：MEPJI
丢包测量报文
发送时截
(MIP1)
（MIP2）
MEP_EI
MEP_EI
（MIP3)
(MIP4)
MIP5）
(MIP6)
（MEP_E1)
通过时延测量进行故障定位示意图MEPI-MIP1时延:D1=s-s1
MEP_I-MIP3时延:D3=S-s3
MEP_I-MIP5时延：D5=S-s5
MEP_I-MIP6时延：D6=s-s6
MEP_I-MIP7时延：D7=S-s7
MEP_E2
MEP_E3
MEP_E2
MEP_E3
(MIP7)
(MIP8）
(MEPE2)
（MEP_E3）
MEPI-MIP8时延：D8=S-s8
MEP_I-MEP_E2时延：D10=s-s10
MEPI-MEP_E3时延：D11=s-s11
通过上述计算可以进行单点时延故障定位和多点时延故障定位YDB0442010
单点物理链路故障：例如MIP1～MIP3之间的链路出现性能故障，导致时延异常。则MIP3节点将检测到时延异常，同样，MIP5、MIP6、MIP7、MIP8、MEP_E2、MEP_E3都将检测到时延异常，且时延异常值是一致的，即均出现了相同值的增加或减少。但MIP1时延是正常的，可以判断到MIP1～MIP3之间的链路出现了故障，并通过计算获得MIP1～MIP3时延变化量。单点设备故障例如NE2节点设备内部转发出现性能故障，导致时延异常。则MIP5/MIP6/MIP7/MIP8/MEPE2/MEPE3将检测时延均出现异常，MIP1/MIP3检测没有异常，可以判断NE2设备内部出现了性能故障，导致时延异常，并通过计算获得MIP3～MIP5、MIP3～MIP6的时延变化量。多点时延故障定位：如图8中MIP1MIP3之间的物理链路和NE2设备内部出现性能故障，导致同时出现时延异常。MIP1没有检测到时延异常，MIP3检测到时延异常，即MEP_I-MIP3出现异常，时延值的变化量为d，MIP5检测到时延异常，即MEP_I-MIP5处出现时延异常，时延值变化量为d”，MIP7/MEP_E2都将检测到时延异常，时延值的变化量也为d”，则d为MIP1～MIP3之间的时延异常量，d”-d为MIP3～MIP5之间的时延变化量，可以判断MIP1～MIP3之间的链路性能故障导致时延变化量为d，同时MIP3～MIP5之间的设备故障导致时延变化量为d”-d。8部署考虑
当IRSM部署在实际网络时，需要考虑如下几个方面。a）监控流的获取：由于LM需要记录真实流中的数据报文数量，在进行LM测量时，IRSM使能的节点必须能够获取被监控的组播流。在实际部署中可通过ACL方法实现。如果待监控的组播流由（*，G）和（S，G）对限定，ACL策略的设定应允许属于该流的报文被IRSM节点处理。OAM报文的标识：由于LM和DMOAM报文在实际组播路径中转发，MIP和MEP_E节点应能够从通b)
常的组播数据中将它们识别出来。这可以在现有的IP头、UDP头中定义新的数值使OAM报文得以标识。
告警和报告处理：异常情况下的告警和正常情况下的报告机制可根据网络规划，组播树的规模和本地管理策略确定。为避免告警和报告对网络与NMS系统造成太大的压力，应尽量减少报文生成的数量。在IRSM性能监控中，可行的方法之一是只让MEPE实体在异常情况下产生告警MIP记录异常，不主动上报异常，而是响应网管的查询生成报告。d
测量异常处理：测量报文本身的异常处理主要考虑以下两个方面：1）0AM本身报文的去失：为避免0AM测量报文本身的去失导致测量结果的错误：可利用OAM报文定义的序列号，如果丢失几个OAM报文，可以通过OAM报文中的序列号识别，并同时通过计数器的原始值计算丢包。2）
OAM报文的乱序问题：丢失测量报文与数据报文的乱序会导致异常的测量结果。在通常情况下，需要将OAM报文和数据报文设定相同的优先级，以保证测量报文与数据报文的传递维护原来发送的顺序。如果在某种异常情况下，测量报文与数据报文有乱序发生，可通过前一测量测量周期和后一测量周期统计的报文数量比正常报文数量分别多出一个和少个，或者分别少一个或多一个来判定。3）分片问题：理论上如果分片发生在中间节点，会导致去包测量同一流的入口节点计数的报文数量与中间节点计数的报文数量不同：导致错误的测量结果。自前的实际网络规划中：9
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