CN109088766B - 一种基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法 - Google Patents

一种基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法，该方法基于配对及两遍筛选进行功能性故障检测与定位；基于分层及配对进行性能及路由故障检测与定位。本发明是一种基于配对及多遍筛选的大规模互连网络故障检测与定位方法，能够对网络中的故障进行快速检测和定位，缩短排查故障的时间，提升大规模网络的可用性、易用性。

Description

一种基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法
技术领域
本发明涉及互连网络领域，尤其涉及一种基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法。
背景技术
在高性能计算、大数据、云计算、人工智能等领域，包括Infiniband在内的高速互连网络得到了越来越多的应用。其中，Infiniband是一种高性能的网络传输解决方案，具有高带宽、低延迟的特点，是当前构建超大规模低延迟高带宽数据传输网络的优先选择。大规模互连网络***可能包含数十万个节点和端口；在***运行过程中，可能出现各种网络故障,故障的类型多种多样，如硬件故障包括链路Down、链路速率降级、链路丢包等，软件故障包括路由配置错误、LID重复等。这些故障有些比较容易定位，如PCIE链路复位、HCA端口Down等；有些则很难被发现，例如内存访问错误、IB端口丢包严重、PCIE接口不稳定等，出现这类错误时，出错现象为运行课题挂住或直接退出，很难定位到具体的故障原因。网络规模的增大导致进行一次故障检测的时间大幅增加。常用的诊断工具如ibnetdiscover、ibibqueryerrors、ibportstate等在大规模互连网络中存在时间开销大、难于精确定位故障等问题。
发明内容
本发明的目的在于通过一种基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法，来解决以上背景技术部分提到的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法，该方法包括：
功能性故障检测与定位：一、将***中的所有网卡进行两两配对，在每对网卡上运行功能验证测试题；二、所有网卡对测试结束后，对测试结果进行扫描，根据测试结果将网卡分为两个子集，结果正确的网卡对放入集合S，结果错误的网卡对放入集合E；三、对集合E中的每个网卡，从集合S中任选一个进行配对，重新运行功能验证试题；测试结束后，对测试结果进行扫描，如果集合E中的网卡测试结果正常，则表明该网卡没有错误，将其移入集合S；经过两遍筛选，集合E中的网卡都是存在错误的；
性能及路由故障检测与定位：一、交换机芯片内的性能检测：将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的交换机芯片内的另一个网卡配对；二、超节点内的性能检测：在网卡本身不存在问题后，检查网络插件板是否存在性能问题；首先将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的超节点内的另一个网卡配对；三、超节点间的性能检测：当两个超节点内的处理器相互通信时，数据包会经过顶层交换网；检测两个超节点间的路由均衡性时，首先选择两个超节点，并分别选择在超节点内的物理编号对应的处理器，将具有相同物理编号的处理器进行两两配对；配对完成后，在每对处理器上都运行一个双向带宽测试程序；各对处理器同时进行通信时，若路由分配均匀，则不产生拥塞；测试完成后，将所有处理器对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印输出，测试人员可以方便地根据测试结果判断超节点间的路由分配是否均匀。
特别地，在每对网卡上运行功能验证测试题，具体包括：功能验证测试题采用“乒乓”方式发送数据，一方首先按照数据布局算法填充发送缓冲区，然后将该缓冲区内的数据发送给对方；对方收到数据后进行数据校验，然后也根据数据布局算法填充一个发送缓冲区，并将其中的数据发送回来；重复迭代执行上述过程；当两个网卡间的数据收发存在错误时，会在相应的结果文件中进行记录。
特别地，所述功能性故障检测与定位还包括：将该集合中的网卡列表汇总，然后根据结果记录文件自动或者人工查看数据错误的消息地址、消息内容、错误数据，由此判断消息错误的具体原因。
特别地，所述交换机芯片内的性能检测：将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的交换机芯片内的另一个网卡配对，具体包括：同一交换机芯片内相邻的两个网卡两两配对，配对完成后，在每对网卡上都运行一个双向带宽测试程序；同一交换机芯片内的网卡两两配对同时进行通信时不会产生拥塞；测试完成后，将所有网卡对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印性能低的网卡对；在该步测试中，如果某对网卡相互通信时性能低于设定值，则故障原因是：网卡有问题、单个交换机芯片有问题的任一种。
特别地，所述超节点内的性能检测中将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的超节点内的另一个网卡配对，具体包括：若网卡在超节点内的物理编号为n，则跟其配对的网卡的物理编号为(n+128)％256；配对完成后，在每对网卡上都运行一个双向带宽测试程序；超节点内的256个网卡两两配对同时进行通信时，若路由分配是均匀的，则不会产生拥塞，带宽与单个交换机内两个网卡对连时的带宽的差值低于设定值；测试完成后，将所有网卡对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印性能低的网卡对；在该步测试中，如果某对网卡相互通信时性能低于设定值，则故障原因可能是网络插件板存在性能问题。
特别地，所述超节点间的性能检测，具体包括：当两个超节点内的处理器相互通信时，数据包会经过顶层交换网；检测两个超节点间的路由均衡性时，首先选择两个超节点，并分别选择在超节点内的物理编号分别为1-64的处理器，将具有相同物理编号的处理器进行两两配对，形成64对处理器对；配对完成后，在每对处理器上都运行一个双向带宽测试程序；64对处理器同时进行通信时，若路由分配均匀，则不产生拥塞，带宽与单个交换机内两个网卡对连时的带宽的差值低于设定值；测试完成后，将所有处理器对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印输出，测试人员可以方便地根据测试结果判断超节点间的路由分配是否均匀。
本发明提出的基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法基于配对及两遍筛选进行功能性故障检测与定位；基于分层及配对进行性能及路由故障检测与定位。本发明是一种基于配对及多遍筛选的大规模互连网络故障检测与定位方法，能够对网络中的故障进行快速检测和定位，缩短排查故障的时间，提升大规模网络的可用性、易用性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，不是旨在于限制本发明。
请参照图1所示，图1为本发明实施例提供的基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法流程图。
本实施例中基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法100包括：
功能性故障检测与定位101：
一、将***中的所有网卡进行两两配对，在每对网卡上运行功能验证测试题。功能验证测试题采用“乒乓”方式发送数据，一方首先按照数据布局算法填充发送缓冲区，然后将该缓冲区内的数据发送给对方；对方收到数据后进行数据校验，然后也根据数据布局算法填充一个发送缓冲区，并将其中的数据发送回来；重复迭代执行上述过程；当两个网卡间的数据收发存在错误时，会在相应的结果文件中进行记录。在本实施例中采用了如下几种数据布局方法：①按序填充、循环右移的布数方法：将数字0，1，2，...，255按顺序填入发送缓冲区，每迭代一次，数据位置右移一位。②固定数值布数方法：在任何一遍迭代中，为每个缓冲区位置都填充一个固定的数值，如0xf，0xff等。③跳跃填充、循环右移的布数算法：将数字0，1，2，...，255按一定的步长间隔填入发送缓冲区，每迭代一次，数据位置右移一位。
二、所有网卡对测试结束后，对测试结果进行扫描，根据测试结果将网卡分为两个子集，结果正确的网卡对放入集合S，结果错误的网卡对放入集合E。集合E中的网卡可能存在错误，需要进行进一步的筛选。
三、对集合E中的每个网卡，从集合S中任选一个进行配对，重新运行功能验证试题；测试结束后，对测试结果进行扫描，如果集合E中的网卡测试结果正常，则表明该网卡没有错误，将其移入集合S；经过两遍筛选，集合E中的网卡都是存在错误的。
整个测试结束后，将该集合中的网卡列表汇总，然后根据结果记录文件自动或者人工查看数据错误的消息地址、消息内容、错误数据，由此判断消息错误的具体原因。
路由表存储在交换机上，且每个交换机都需要有一份。随着网络中节点的增加和删除，网络路由会随之变化，因此可能出现网络路由分配不均匀的问题。另外，在运行过程中，某些节点也可能会出现消息性能低的现象。导致出现该现象的可能原因包括：①光纤上错误较多，导致超节点间的两个网卡间通信时性能低；②网络插件板上错误较多，导致超节点内的两个网卡间通信时性能低；③网卡存在错误，导致该网卡跟其他网卡通信时性能低，这类错误包括：PCIE链路经常降级、网卡访存速度慢、HCA端口信号不稳定等。其中，所述超节点是指一组处理器及网卡的集合，内部网卡间具有全连接互连结构。
性能及路由故障检测与定位102：
一、交换机芯片内的性能检测：将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的交换机芯片内的另一个网卡配对。具体的配对算法为：将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的交换机芯片内的另一个网卡配对，具体包括：同一交换机芯片内相邻的两个网卡两两配对，配对完成后，在每对网卡上都运行一个双向带宽测试程序；同一交换机芯片内的网卡两两配对同时进行通信时不会产生拥塞；测试完成后，将所有网卡对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印性能低的网卡对；在该步测试中，如果某对网卡相互通信时性能低于设定值，则故障原因是：网卡有问题、单个交换机芯片有问题的任一种。需要说明的是，某对网卡相互通信时性能低于设定值中该设定值的大小根据实际应用情况而定。
二、超节点内的性能检测：经过上面的测试，在断定网卡本身不存在问题后，下一步需要检查网络插件板是否存在性能问题；首先将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的超节点内的另一个网卡配对。具体的配对算法为：若网卡在超节点内的物理编号为n，则跟其配对的网卡的物理编号为(n+128)％256；配对完成后，在每对网卡上都运行一个双向带宽测试程序；超节点内的256个网卡两两配对同时进行通信时，若路由分配是均匀的，则不会产生拥塞，带宽与单个交换机内两个网卡对连时的带宽的差值低于设定值，需要说明的是，带宽与单个交换机内两个网卡对连时的带宽的差值低于设定值的含义是二者差值很小，而该设定值的大小根据实际应用情况而定；测试完成后，将所有网卡对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印性能低的网卡对；在该步测试中，如果某对网卡相互通信时性能低于设定值，则故障原因可能是网络插件板存在性能问题，需要说明的是，某对网卡相互通信时性能低于设定值中该设定值的大小根据实际应用情况而定。
三、超节点间的性能检测：当两个超节点内的处理器相互通信时，数据包会经过顶层交换网；检测两个超节点间的路由均衡性时，首先选择两个超节点，并分别选择在超节点内的物理编号对应的处理器，将具有相同物理编号的处理器进行两两配对；配对完成后，在每对处理器上都运行一个双向带宽测试程序；各对处理器同时进行通信时，若路由分配均匀，则不产生拥塞；测试完成后，将所有处理器对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印输出，测试人员可以方便地根据测试结果判断超节点间的路由分配是否均匀。在具体应用中处理器编号可以为1-64，如此以来，所述超节点间的性能检测过程如下：当两个超节点内的处理器相互通信时，数据包会经过顶层交换网；检测两个超节点间的路由均衡性时，首先选择两个超节点，并分别选择在超节点内的物理编号分别为1-64的处理器，将具有相同物理编号的处理器进行两两配对，形成64对处理器对；配对完成后，在每对处理器上都运行一个双向带宽测试程序；64对处理器同时进行通信时，若路由分配均匀，则不产生拥塞，带宽与单个交换机内两个网卡对连时的带宽的差值低于设定值，需要说明的是，带宽与单个交换机内两个网卡对连时的带宽的差值低于设定值的含义是二者差值很小，而该设定值的大小根据实际应用情况而定；测试完成后，将所有处理器对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印输出，测试人员可以方便地根据测试结果判断超节点间的路由分配是否均匀。
本发明利用大规模网络错误检测技术、路由均衡性检测技术、网络性能检测技术对网络中的故障进行快速检测和定位，缩短排查故障的时间，提升大规模网络的可用性、易用性。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例中的全部部分是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (6)

1.一种基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法，其特征在于，包括：
功能性故障检测与定位：一、将***中的所有网卡进行两两配对，在每对网卡上运行功能验证测试题；二、所有网卡对测试结束后，对测试结果进行扫描，根据测试结果将网卡分为两个子集，结果正确的网卡对放入集合S，结果错误的网卡对放入集合E；三、对集合E中的每个网卡，从集合S中任选一个进行配对，重新运行功能验证试题；测试结束后，对测试结果进行扫描，如果集合E中的网卡测试结果正常，则表明该网卡没有错误，将其移入集合S；经过两遍筛选，集合E中的网卡都是存在错误的；
性能及路由故障检测与定位：一、交换机芯片内的性能检测：将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的交换机芯片内的另一个网卡配对；二、超节点内的性能检测：在网卡本身不存在问题后，检查网络插件板是否存在性能问题；首先将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的超节点内的另一个网卡配对；三、超节点间的性能检测：当两个超节点内的处理器相互通信时，数据包会经过顶层交换网；检测两个超节点间的路由均衡性时，首先选择两个超节点，并分别选择在超节点内的物理编号对应的处理器，将具有相同物理编号的处理器进行两两配对；配对完成后，在每对处理器上都运行一个双向带宽测试程序；各对处理器同时进行通信时，若路由分配均匀，则不产生拥塞；测试完成后，将所有处理器对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印输出，测试人员可以方便地根据测试结果判断超节点间的路由分配是否均匀。
2.根据权利要求1所述的基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法，其特征在于，在每对网卡上运行功能验证测试题，具体包括：功能验证测试题采用“乒乓”方式发送数据，一方首先按照数据布局算法填充发送缓冲区，然后将该缓冲区内的数据发送给对方；对方收到数据后进行数据校验，然后也根据数据布局算法填充一个发送缓冲区，并将其中的数据发送回来；重复迭代执行上述过程；当两个网卡间的数据收发存在错误时，会在相应的结果文件中进行记录。
3.根据权利要求1所述的基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法，其特征在于，所述功能性故障检测与定位还包括：将集合E中的网卡列表汇总，然后根据结果记录文件自动或者人工查看数据错误的消息地址、消息内容、错误数据，由此判断消息错误的具体原因。
4.根据权利要求1所述的基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法，其特征在于，所述交换机芯片内的性能检测，具体包括：将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的交换机芯片内的另一个网卡配对，具体包括：同一交换机芯片内相邻的两个网卡两两配对，配对完成后，在每对网卡上都运行一个双向带宽测试程序；同一交换机芯片内的网卡两两配对同时进行通信时不会产生拥塞；测试完成后，将所有网卡对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印性能低的网卡对；在该步测试中，如果某对网卡相互通信时性能低于设定值，则故障原因是：网卡有问题、单个交换机芯片有问题的任一种。
5.根据权利要求1所述的基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法，其特征在于，所述超节点内的性能检测中将所有的网卡进行两两配对，使每个网卡都跟各自所在的超节点内的另一个网卡配对，具体包括：若网卡在超节点内的物理编号为n，则跟其配对的网卡的物理编号为(n+128)％256；配对完成后，在每对网卡上都运行一个双向带宽测试程序；超节点内的256个网卡两两配对同时进行通信时，若路由分配是均匀的，则不会产生拥塞，带宽与单个交换机内两个网卡对连时的带宽的差值低于设定值；测试完成后，将所有网卡对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印性能低的网卡对；在该步测试中，如果某对网卡相互通信时性能低于设定值，则故障原因是网络插件板存在性能问题。
6.根据权利要求1至5之一所述的基于配对测试的互连网络故障检测与定位方法，其特征在于，所述超节点间的性能检测，具体包括：当两个超节点内的处理器相互通信时，数据包会经过顶层交换网；检测两个超节点间的路由均衡性时，首先选择两个超节点，并分别选择在超节点内的物理编号分别为1-64的处理器，将具有相同物理编号的处理器进行两两配对，形成64对处理器对；配对完成后，在每对处理器上都运行一个双向带宽测试程序；64对处理器同时进行通信时，若路由分配均匀，则不产生拥塞，带宽与单个交换机内两个网卡对连时的带宽的差值低于设定值；测试完成后，将所有处理器对的平均带宽从小到大的顺序进行排序，并打印输出，测试人员可以方便地根据测试结果判断超节点间的路由分配是否均匀。
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