CN116319448A - 丢包诊断方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提出一种丢包诊断方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，属于通信技术领域，芯片通过各流水线依次对接收的原始报文进行丢包检测，并生成丢包信息，被保留的丢包信号上报至芯片上设置的内嵌CPU，内嵌CPU在原始报文中添加各级流水线的丢包信号对应的第一附加信息，进而内嵌CPU对完成所添加的报文进行解析，得到第二附加信息和原始报文，结合到目标监控设备的路径信息，编辑得到告警报文，并将编辑报文转发至目标监控设备，以进行可视化显示，将内嵌CPU作为独立的资源来及时批量处理丢包，无需占用芯片的处理资源，并基于芯片原有的流水线来实现批量诊断报文，能够极大地提高报文处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，具体而言，涉及一种丢包诊断方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
网络设备的芯片一般采用多级流水线(pipeline)的架构，多级流水线包括入方向处理管道、流量管理单元和出方向处理管道。网络设备接收的报文依次通过各级流水线上，即报文依次通过入方向处理管道、流量管理单元和出方向处理管道，以实现对报文的查表、编辑和转发处理。
针对芯片对报文处理过程中的丢包现象，传统的丢包诊断方法是在芯片各级流水线设置诊断信息缓存寄存器，将经过的报文在各级流水线的查表信息进行记录，从而CPU(Centeral Processing Unit，中央处理器)通过IO方式读取各个寄存器的诊断信息并进行翻译。然而，传统的丢包诊断方法无法处理芯片存在大量丢包情况下的诊断。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种丢包诊断方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，其能够改善传统方法无法在芯片大量丢包时进行诊断处理的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种丢包诊断方法，应用于网络设备的芯片，所述芯片包括内嵌CPU和多级流水线，所述多级流水线包括入方向处理管道、流量管理单元和出方向处理管道，所述方法包括：
在接收到外部设备发送的原始报文时，在每级所述流水线上对所述原始报文进行丢包检测，在任一级流水线检测到产生丢包时，根据丢包原因生成丢包信号；
在检测到被保留的所述丢包信号的情况下，将所述原始报文及所述丢包信号上报至内嵌CPU，通过所述内嵌CPU在所述原始报文中添加第一附加信息；其中，所述第一附加信息包括单级流水线的丢包信号中的丢包原因；
在所述多级流水线完成所有丢包检测，且已在所述原始报文中添加各级所述流水线所对应的第一附加信息的情况下，从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文；其中，所述第二附加信息包括所有丢包信号中的丢包原因；
通过所述内嵌CPU，根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文，并将所述告警报文发送至所述出方向处理管道；
通过所述出方向处理管道将所述告警报文转发至所述目标监控设备，以在所述目标监控设备对所述告警报文进行可视化显示。
进一步地，所述内嵌CPU包括分析装置和缓存装置；
在所述从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文的步骤之后，在所述通过所述内嵌CPU，根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文的步骤之前，所述方法还包括：
通过所述分析装置，将所述第二附加信息和所述原始报文传送至所述缓存装置；其中，所述第二附加信息还包括原始报文的转发信息、源端口、出端口和进入所述网络设备的入时戳；
通过所述缓存装置，基于所述第二附加信息和所述原始报文，查询预设的丢包报文记录表中是否已记录所述原始报文的丢包记录信息；
若否，则在所述丢包报文记录表中记录所述原始报文的丢包记录信息；
若是，则更新所述丢包记录信息；其中，所述丢包记录信息包括所述原始报文的特征字段和报文标识，丢包标识ID，入时戳以及丢包次数值。
进一步地，所述基于所述第二附加信息和所述原始报文，查询预设的丢包报文记录表中是否已记录所述原始报文的丢包记录信息的步骤，包括：
基于所述第二附加信息和所述原始报文进行哈希计算，得到哈希值；
根据所述哈希值和所述报文标识，查询预设的丢包报文记录表中是否存在与所述原始报文相同的报文。
进一步地，所述方法还包括：
通过所述内嵌CPU，获取丢包标识ID对应的原始报文以及所述原始报文的丢包原因；
根据所有所述丢包原因，在所述原始报文的报文头中添加诊断标识，得到诊断报文，并将所述诊断报文重新发回所述多级流水线；其中，所述诊断标识包括第一标识和第二标识，所述第一标识指示所述诊断报文待重新诊断，所述第二标识诊断标识包括各级流水线的诊断值；
针对每级所述流水线，在该级流水线对应的诊断值指示待诊断的情况下，通过该级流水线对所述原始报文重新进行丢包检测，得到诊断信息；其中，所述诊断信息包括丢包位和/或丢包内容；
将各级所述流水线得到的所述诊断信息写入芯片寄存器，并将携带所有诊断信息的报文上报至所述内嵌CPU。
进一步地，所述根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文的步骤，包括：
按照预设固定格式，对所述第二附加信息和所述原始报文进行调整组装，得到调整报文；
确定从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，在所述调整报文的报文头中添加所述路径信息；
对所述携带所有诊断信息的报文，将解析到的所有诊断信息添加至所述调整报文的报文头；
将添加有所述路径信息和所有诊断信息的调整报文作为告警报文。
进一步地，所述方法还包括：
在所述丢包次数值达到上报阈值的情况下，执行所述通过所述内嵌CPU，根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文，并将所述告警报文发送至所述出方向处理管道的步骤。
进一步地，在所述根据丢包原因生成丢包信号的步骤之后，在所述检测到被保留的所述丢包信号的情况下，将所述原始报文及所述丢包信号上报至内嵌CPU的步骤之前，所述方法还包括：
在生成所述丢包信号时，生成一个随机值，判断所述随机值是否大于预设阈值，若否，则保留所述丢包信号，若是，则删除所述丢包信号。
第二方面，本发明实施例提供一种丢包诊断装置，应用于网络设备的芯片，所述芯片包括内嵌CPU和多级流水线，所述多级流水线包括入方向处理管道、流量管理单元和出方向处理管道，所述丢包诊断装置包括丢包检测模块、上报模块、接收模块、解析模块、发送模块和转发模块；
所述丢包检测模块，用于在接收到外部设备发送的原始报文时，在每级所述流水线上对所述原始报文进行丢包检测，在任一级流水线检测到产生丢包时，根据丢包原因生成丢包信号；
所述上报模块，用于在检测到被保留的所述丢包信号的情况下，将所述原始报文及所述丢包信号上报至内嵌CPU；
所述接收模块，用于通过所述内嵌CPU在所述原始报文中添加第一附加信息；其中，所述第一附加信息包括单级流水线的丢包信号中的丢包原因；
所述解析模块，用于在所述多级流水线完成所有丢包检测，且已在所述原始报文中添加各级所述流水线所对应的第一附加信息的情况下，从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文；其中，所述第二附加信息包括所有丢包信号中的丢包原因；
所述发送模块，用于通过所述内嵌CPU，根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文，并将所述告警报文发送至所述出方向处理管道；
所述转发模块，用于通过所述出方向处理管道将所述告警报文转发至所述目标监控设备，以在所述目标监控设备对所述告警报文进行可视化显示。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器可执行所述机器可执行指令以实现如第一方面所述的丢包诊断方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的丢包诊断方法。
本发明实施例提供的丢包诊断方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，在网络设备的芯片接收到原始报文时，通过入方向处理管道、流量管理单元和出方向处理管道依次对该原始报文进行丢包检测，并生成丢包信息，被保留的丢包信号上报至芯片上设置的内嵌CPU，通过内嵌CPU在原始报文中添加各级流水线的丢包信号对应的第一附加信息，从而通过内嵌CPU对完成所有的第一附加信息添加的报文进行解析，得到第二附加信息和原始报文，并结合从网络设备到目标监控设备的路径信息，编辑得到告警报文，进而将编辑报文通过出方向处理管道转发至目标监控设备，以在进行可视化显示，将内嵌CPU作为独立的资源来及时批量处理丢包，无需占用芯片的处理资源，且通过丢包信息(即第一附加信息和第二附加信息)添加至报文的方式，实现基于芯片原有的流水线来批量诊断报文以及批量转发添加有丢包信息的报文，能够极大地提高报文处理效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1示出了本发明实施例提供的丢包诊断***的结构示意图。
图2示出了本发明实施例提供的网络设备的方框示意图。
图3示出了本发明实施例提供的丢包诊断方法的流程示意图之一。
图4示出了本发明实施例提供的丢包诊断方法的流程示意图之二。
图5示出了本发明实施例提供的丢包诊断方法的流程示意图之三。
图6示出了本发明实施例提供的丢包诊断方法的流程示意图之四。
图7示出了本发明实施例提供的报文格式的结构示意图。
图8示出了图3或图4中步骤S17的部分子步骤的流程示意图。
图9示出了本发明实施例提供的告警报文的结构示意图。
图10示出了本发明实施例提供的丢包诊断装置的方框示意图。
图11示出了本发明实施例提供的电子设备的方框示意图。
附图标记：100-丢包诊断***；110-网络设备；111-芯片；112-外部CPU；113-内嵌CPU；114-入方向处理管道；115-流量管理单元；116-出方向处理管道；120-外部设备；130-监控设备；140-丢包诊断装置；150-丢包检测模块；160-上报模块；170-接收模块；180-解析模块；190-发送模块；200-转发模块；210-电子设备。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
传统的丢包诊断方法是在芯片各级流水线设置诊断信息缓存寄存器，将经过的报文在各级流水线的查表信息进行记录，从而CPU(Centeral Processing Unit，中央处理器)通过IO方式读取各个寄存器的诊断信息并进行翻译。然而，由于芯片资源的限制，在保证芯片对报文的接收、编辑和转发等稳定进行的情况下，芯片无法处理芯片存在大量丢包情况下的诊断。
基于上述考虑，本发明实施例提供一种丢包诊断方法，其能够改善传统方法无法在芯片大量丢包时进行诊断处理的问题。以下，对该方案进行介绍。
本发明实施例提供的丢包诊断方法，可以应用于图1所示的丢包诊断***100中，该丢包诊断***100包括网络设备110、多个监控设备130以及多个外部设备120，网络设备110与多个外部设备120间可以通过网络通信连接。监控设备130可以直接与网络设备110通信连接，也可以通过一个或多个外部设备120与网络设备110通信连接。
参照图2，网络设备110可以包括芯片111和外部CPU112，芯片111可以包括内嵌CPU113和多级流水线，多级流水线包括入方向处理管道114(Ingress Process Engine，IPE)、流量管理单元115(Taffic Manager，TM)和出方向处理管道116(Egress ProcessEngin，EPE)。
入方向处理管道114，用于在接收到原始报文时，根据原始报文的目的地址、源地址等转发信息，查找预存的转发表，确定出口。流量管理单元115，用于进行报文限速、拥塞管理等流量管理。出方向处理管道116，用于对报文进行编辑，例如，增加或删除报文中的vlan字段。
外部设备120，用于将原始报文转发至网络设备110。
网络设备110的芯片111，用于实现本发明实施例提供的丢包诊断方法。
其中，网络设备110包括但不限于是：交换机和网关。外部设备120包括但不限于是：交换机、网关、笔记本电脑、服务器(可以是独立服务器，也可以是服务器集群)、个人计算机、移动终端、可穿戴式便携设备等。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供一种丢包诊断方法，参照图3，可以包括以下步骤。在本实施方式中，以该方法应用于图1中的网络设备110的芯片111来举例说明。
S11，在接收到外部设备发送的原始报文时，在每级流水线上对原始报文进行丢包检测，在任一级流水线检测到产生丢包时，根据丢包原因生成丢包信号。
丢包信号中包括丢包原因，即包丢包类型。不同的丢包原因可以用不同的信息表示，例如，使用若干比特的discardType来记录不同类型的丢包原因。应当理解的是，每一级流水线上，均采用预设的丢包检测规则或算法，进行丢包检测，丢包检测规则或算法包括但不限于是：深度包检测技术、神经网络算法等，在本实施方式中，不作具体限定。
S13，在检测到被保留的丢包信号的情况下，将原始报文及丢包信号上报至内嵌CPU，通过内嵌CPU在原始报文中添加第一附加信息。
需要说明的是，在本实施方式中，第一附加信息可以包括单级流水线的丢包信号中的丢包原因以及丢包提示。
S15，在多级流水线完成所有丢包检测，且已在原始报文中添加各级流水线所对应的第一附加信息的情况下，从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文。
在本实施方式中，第二附加信息可以包括所有丢包信号中的丢包原因，例如，若入方向处理管道114、流量管理单元115和出方向处理管道116均检测出丢包，则第二附加信息中包括入方向处理管道114检测出的丢包原因，流量管理单元115检测出的丢包原因以及出方向处理管道116检测出的丢包原因。
S17，通过内嵌CPU，根据从网络设备到目标监控设备的路径信息，第二附加信息和原始报文，编辑得到告警报文，并将告警报文发送至出方向处理管道。
S19，通过出方向处理管道将告警报文转发至目标监控设备，以在目标监控设备对告警报文进行可视化显示。
需要强调的是，在本实施方式中，各级流水线对原始报文进行的丢包检测的检测关注点与各级流水线对报文的处理内容相关。入方向处理管道114的检测关注点包括转发信息是否异常，例如，非法MAC地址、火星IP(即无法识别IP)、转发表配置错误等。流量管理单元115的检测关注点可以包括存入的流量管理信息中是否字段缺失，例如，是否缺失报文在芯片111中的出队列、是否占用缓存、缓存检查结果是否错误，安全策略丢包。出方向管理单元的检测关注点可以包括出方向信息是否缺失，例如，在芯片111中编辑行为的表项索引是否缺失。
网络设备110接收到外部设备120发送的原始报文时，原始报文先进入芯片111的入方向处理管道114，入方向处理管道114(IPE)对原始报文进行解析以及查表，并在解析和查表过程中，检测报文是否出现丢包，例如，非法MAC地址、火星IP(即无法识别IP)或转发表配置错误，若出现丢包，则根据丢包原因生成丢包信号。入方向处理管道114(IPE)对原始报文的处理结束后，原始报文进入流量管理单元115(TM)，流量管理单元115进行流量管理的同时，对该原始报文进行丢包检测，若产生丢包，则根据丢包原因生成丢包信号。出方向处理管道116(EPE)从流量管理单元115传送到出方向处理管理，出方向处理管道116对原始报文进行编辑并将原始报文进行转发，在此过程中，出方向处理管道116对该原始报文进行丢包检测，例如，是否转发失败，解密后的信息是否错误等，若申城丢包，则根据丢包原因生成丢包信号。
芯片111每检测到被保留的一个丢包信号时，将原始报文及该丢包信号一起上报至芯片111上的内嵌CPU113，内嵌CPU113在原始报文(可以是报文头)中添加该丢包信号对应的第一附加信息(包括丢包信号中的丢包原因)。并在多级流水线完成所有丢包检测，且添加完所有丢包信号对应的第一附加信息的情况下，从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文。此时的第二附加信息包括各级流水线检测出的所有丢包原因。
芯片111确定出目标监控设备130(目标监控设备130可以是预先指定的，也可以是根据一定的策略确定出的，例如，路径最短策略)，并确定出从网络设备110到目标监控设备130的转发路径，从而结合转发路径、第二附加信息和原始报文，编辑出告警报文。出方向处理管道116，根据告警报文中的转发路径，对告警报文进行转发，以将告警报文转发至目标监控设备130。目标监控设备130接收到告警报文之后，对告警报文进行可视化显示，以使运维人员及时获知并处理告警报文。
与传统的丢包诊断方法相比，本发明实施例提供的丢包诊断方法，在网络设备的芯片上设置内嵌CPU作为独立的资源来及时批量处理丢包，无需占用芯片的处理资源来处理丢包，且通过丢包信息(即第一附加信息和第二附加信息)添加至报文的方式，实现基于芯片原有的流水线来批量诊断报文以及批量转发添加有丢包信息的报文，能够极大地提高报文处理效率。
考虑到芯片的资源有限，而将丢包信号及原始报文上报至内嵌CPU时，需要消耗芯片资源，这将极易对芯片对报文的接收、编辑和转发产生影响，降低报文转发效率。基于上述考虑，在一种可能的实施方式中，对丢包信号引入上报率的构思。具体地，参照图4，在步骤S11之后，在步骤S13之前，本发明实施例提供的丢包诊断方法还可以包括步骤S12。
S12，在生成丢包信号时，生成一个随机值，判断随机值是否大于预设阈值，若否，则保留丢包信号，若是，则删除丢包信号。
随机值可以为0～99中的任一个数，预设阈值可以为0～99中的任一个数。其中，预设阈值的值可以根据实际需求而进行调整。芯片111监测到有丢包信号生成时，随机生成一个随机值，当随机值大于预设阈值时，则保留该丢包信号，否则，清除或删除该丢包信号，从而能够减少上报量。例如，当预设阈值为49时，则丢包信号保留的概率为50％，能够极大地减少丢包信号的保留量。
考虑到被检测的原始报文可以多次被转发至网络设备110，故而，极易出现多次重复发送该原始报文的告警报文的情况，导致内嵌CPU113占用资源，影响批量处理效率。基于上述考虑，为了减少重复处理同一原始报文的诊断和告警报文所导致的资源消耗，在一种可能的实施方式中，引入缓存和记录。具体地，内嵌CPU113可以包括接收装置、分析装置、缓存装饰和发送装置，参照图5，在步骤S15之后，在步骤S17之前，本发明实施例提供的丢包诊断方法还可以包括以下步骤。
S161，通过分析装置，将第二附加信息和原始报文传送至缓存装置。
S162，通过缓存装置，基于第二附加信息和原始报文，查询预设的丢包报文记录表中是否已记录原始报文的丢包记录信息。若否，则执行步骤S163，若是，则执行步骤S164。
S163，在丢包报文记录表中记录原始报文的丢包记录信息。
S164，更新丢包记录信息。
在本实施方式中，丢包记录信息包括但不限于是：原始报文的特征字段和报文标识，原始报文，丢包标识ID，入时戳以及丢包次数值。
内嵌CPU113(eCPU)的接收装置循环监测芯片111的上报信号，当接收到上报的原始报文及丢包信号时，根据丢包信号，在原始报文的报文头中添加第一附加信息，在原始报文的报文头中添加完各流水线的丢包信号所对应的第一附加信息时，内嵌CPU113的接收装置将完成添加的报文发送至内嵌CPU113的分析装置。
内嵌CPU113的分析装置对接收的报文进行解析，得到原始报文和第二附加信息，其中，第二附加信息包括但不限于是：各级流水线检测出的丢包原因，原始报文的源端口、出端口、入时戳、源MAC地址、目的MAC地址、源IP地址、目的IP地址、IPProtocol、L4Srcport及L4Dstport等信息。入时戳指的是原始报文进入网络设备110的时间戳。进而，分析装置将原始报文和第二附加信息发送至内嵌CPU113的缓存装置。
缓存装置接收到原始报文和第二附加信息后，查询预设的丢包报文记录表中是否已记录原始报文的丢包记录信息。若是已经记录有，则在已记录的丢包记录信息中添加本次原始报文的入时戳，并在原本的丢包次数值上加一。例如，原本的丢包次数值时1，则更新后为2，即统计的是原始报文的丢包次数。若未记录有，则在丢包报文记录表中记录该原始报文的丢包记录信息。
在上述步骤S161-S164的基础上，为了能够减小内嵌CPU的资源开销，在一种可能的实施方式中，可以实施为：在丢包次数值达到上报阈值的情况下，执行步骤S17。即针对缓存装置中的丢包报文记录表上的每个丢包记录信息，当丢包记录信息中的丢包次数值达到上报阈值时，执行步骤S17。
例如，上报阈值为2，则当丢包次数值超过2次时，则执行步骤S17，以向目标监控设备上报对应的告警报文。
在另一种可能的实施方式中，可以实施为：当丢包次数值满足上报间隔周期时，执行步骤S17。例如，上报间隔周期为2，则分别在丢包次数值为1，3，5等值时，执行步骤S17。
针对步骤S162，查询是否已记录原始报文的丢包记录信息的方式可以灵活选择，例如，可以按特征字段进行匹配，也可以根据标识进行匹配。在本实施方式中，不作具体限定。
在一种可能的实施方式中，为了减少匹配耗时，提高查询速度，并提高查询准确度，引入哈希计算。在此基础上述，上述步骤S162可以进一步实施为：基于第二附加信息和原始报文进行哈希计算，得到哈希值；根据哈希值和报文标识，查询预设的丢包报文记录表中是否存在与原始报文相同的报文。
可以选择特征字段来进行哈希计算，也可以选择第二附加信息进行匹配，还可以从原始报文中截取预设长度的字段来进行哈希计算，得到哈希值(Hash值)。
丢包记录信息中可以包括Hash值，若未查询到哈希值与原始报文的哈希值相同的报文，则表示原始报文是第一个包，若是查询到哈希值相同的报文，则表明不是第一个包。
通过上述实施方式，无需将原始报文的所有信息与已记录的报文进行匹配，能够极大地减少匹配时耗。同时，通过Hash值来保证相同的原始报文只缓存一次，后续再重复过来的原始报文只更新其中的入时戳和丢包次数值。
在一种可能的实施方式中，丢包记录信息中的丢包标识ID(也可以称为dropframeID)可以为分配的值，用于触发将原始报文重新发送回芯片，以作详细丢包诊断。参照图6，可以包括以下步骤。
S21，通过内嵌CPU，获取丢包标识ID对应的原始报文以及原始报文的丢包原因。
S22，根据所有丢包原因，在原始报文的报文头中添加诊断标识，得到诊断报文，并将诊断报文重新发回多级流水线。
需要说明的是，诊断标识包括第一标识和第二标识，第一标识指示诊断报文待重新诊断，第二标识诊断标识包括各级流水线的诊断值。以一共有三级流水线为(入方向处理管道114、流量管理单元115和出方向处理管道116)例，第一标识为单比特值，当第一标识的诊断值为1时，表征原始报文有丢包。第二标识可以为由三个比特组成的诊断值，第一个比特对应入方向处理管理，第二个比特对应流量管理单元115，第三个比特对应出方向处理管道116，当第二标识的三个比特的诊断值均为1时，表征在入方向处理管道114、流量管理单元115和出方向处理管道116上均有检测出丢包。
S23，针对每级流水线，在该级流水线对应的诊断值指示待诊断的情况下，通过该级流水线对原始报文重新进行丢包检测，得到诊断信息。
需要强调的是，在本实施方式中，步骤S23中的诊断信息可以包括丢包位和/或丢包内容。即诊断出出现丢包的位置和/或丢包内容。
S24，将各级流水线得到的诊断信息写入芯片寄存器，并将携带所有诊断信息的报文上报至内嵌CPU。
步骤S21和S22可以由内嵌CPU113自身执行，也可以由网络设备110的外部CPU112进行。例如，内嵌CPU113在识别到丢包记录信息中的丢包标识ID时，可以通过中断的方式，将原始报文及第二附加信息告知给外部CPU112。外部CPU112也可以通过IO方式读取缓存装置中记录的丢包记录信息，当读取到丢包标识ID时，读取原始报文及第二附加信息，并触发步骤S22，即外部CPU112根据所有丢包原因，在原始报文的报文头中添加诊断标识，得到诊断报文，并将诊断报文重新发回芯片111，从而诊断报文重新进入多级流水线。
对于每级流水线，当识别到报文为诊断报文时，读取诊断标识中的第一标识和第二标识中对应比特的诊断值，例如，对于入方向处理管道114，当识别到第一标识和第二标识中第一个比特的诊断值均为1时，则入方向处理管道114采用预设的丢包检测方法或规则，对原始报文进行检测，确定出丢包产生的位置或丢包内容，得到诊断信息(可以包括丢包原因、丢包位和/或丢包内容)。同理，流量管理单元115和出方向处理管道116对诊断报文的检测原理，也跟上述方式相同。
需要说明的时，各级流水线针对原始报文的丢包检测原理，也与上述对诊断报文的丢包检测原理相同。不同的是，对于原始报文，可以仅得到丢包原因，而对于诊断报文，会确定出丢包位和/或丢包内容。此外，对于原始报文，出方向处理管道116会将原始报文转发出去，而对于诊断报文，出方向处理管道116不会对诊断报文进行转发。
诊断报文在芯片111中的格式与非诊断报文(例如，原始报文)在芯片111中的格式可以参见图7，芯片111及各级流水线可以根据报文的格式快速识别出诊断报文和非诊断报文。
对于各级流水线，在对报文(诊断报文或原始报文)转发至下一级流水线时，可以在报文数据内容前面***若干字节的报文头，用于传递各级流水线之间所需要的信息，而这些信息有一些是转发必须信息，有一些是非必须的可以共享的附加信息。诊断报文可以复用这些非必须的附加信息，例如，当报文头中的debugPacketEn为1时，则为诊断报文头模式，附加信息内容为记录各级流水线的诊断信息。
同理，对于原始报文，各级流水线也可以在原始报文的数据内容前面***若干字节的报文头，报文头记录该级流水线检测出的丢包原因。
在监测到所有流水线均完成对报文(诊断报文或原始报文)的丢包检测时，将携带所有诊断信息的报文或携带有所有丢包原因的报文上报至内嵌CPU。内嵌CPU接收到携带诊断信息的报文时，在丢包报文记录表上该报文的丢包记录信息中加入报文中的诊断信息。同时，在接收到携带诊断信息的报文时，内嵌CPU可以将原始报文的丢包记录信息中的丢包标记ID清除。
在上述基础上，为了使运维人员能够获知报文丢包情况，在一种可能的实施方式中，参照图8，上述步骤S17中编辑得到告警报文的方式可以进一步实施为以下步骤。
S171，按照预设固定格式，对第二附加信息和原始报文进行调整组装，得到调整报文。
S172，确定从网络设备到目标监控设备的路径信息，在调整报文的报文头中添加路径信息。
S173，对携带所有诊断信息的报文，将解析到的所有诊断信息添加至调整报文的报文头。
S174，将添加有路径信息和所有诊断信息的调整报文作为告警报文。
在其他实施方式中，在未获取诊断信息的情况下，可以由路径信息、第二附加信息和原始报文编辑得到告警报文。
需要说明的是，路径信息可以包括目标监控网口和报文头编辑索引。目标监控网口为网络设备110上的一个出端口，且为到达目标监控设备130的报文的指定出口。报文头编辑索引用于获取到达目标监控设备130的转发信息。
在一种可能的实施方式中，内嵌CPU113的发送装置将编辑得到的告警报文发送至DMA发送通道，DMA发送通道将告警报文发送至出方向处理管道116。出方向处理管道116接收到告警报文后，芯片111从告警报文的报文头中取出报文头编辑索引，根据报文头编辑索引获取对应的L2/L3/L4 Header等转发信息，并编辑***至告警报文的报文头中，并将最终的告警报文从目标监控网络发送出去。最终的告警报文的格式可以如图9所示。
图9中，L2/L3/L4 Header为外部网管配置在芯片中的监控报文转发头信息。MessageType指示报文为事件类告警报文。Length指示L4 Header后面总的数据长度。SequenceId指示报文的序列号，每发出一个报文，递增1。DeviceId表征可配置的当前设备的序列号，唯一标识组网内的设备编号。UserMetadata表征应用层可自定义的数据。TLV指示标准TLV格式数据。TLV.Type指示TLV.Data为丢包信息。TLV.Len指示当前TLV数据长度。针对TLV.Data，Drop Reason指示芯片111中丢包的原因，如报文非法MAC地址、火星IP、转发表配置错误或安全策略丢包等。Drop Position指示芯片111中丢包的位置，如IPE/EPE/TM等。SourcePort指示报文进入芯片111的源端口。DestPort指示报文即将从芯片111出去的目的端口。IngressTs指示报文进入芯片111的入端口时戳。DeviceTs指示当前设备时戳。Drop Count指示报文丢弃次数。Flags指示标识后面携带的MAC DA/MAC SA等信息有效性。
通过上述步骤S171至步骤S174，目标监控设备130上可以显示报文丢包原因、丢包位置等详细丢包信息，使网管或运维人员一目了然。
相比于传统的丢包诊断方法，本发明实施例提供的丢包诊断方法以遥测手段输出芯片对报文的丢包信息，可以可视化的在远程监控设备作展示处理。传统外部CPU需要处理的任务比较多，无法分出独立的资源能够及时性处理丢包，而本方法中以芯片和内嵌CPU结合的方案更灵活更高效的进行丢包诊断。各级流水线中得到的诊断信息记录在报文头中，进行流水线性诊断，可以实现对报文的批量诊断。此外，对每个丢包的报文分配丢包标记ID，从而可以基于丢包标记ID重新触发报文在芯片的转发流程，来进行更详细的丢包诊断，无需外部重新再发一次报文。
基于与上述丢包诊断方法相同的发明构思，在一种可能的实施方式中，本发明实施例还提供一种丢包诊断装置140，可以应用于图1中的网络设备110的芯片111中。参照图10，丢包诊断装置140可以包括丢包检测模块150、上报模块160、接收模块170、解析模块180、发送模块190和转发模块200。
丢包检测模块150，用于在接收到外部设备发送的原始报文时，在每级流水线上对原始报文进行丢包检测，在任一级流水线检测到产生丢包时，根据丢包原因生成丢包信号。
上报模块160，用于在检测到被保留的丢包信号的情况下，将原始报文及所述丢包信号上报至内嵌CPU。
接收模块170，用于通过内嵌CPU在原始报文中添加第一附加信息。其中，第一附加信息包括单级流水线的丢包信号中的丢包原因。
解析模块180，用于在多级流水线完成所有丢包检测，且已在原始报文中添加各级流水线所对应的第一附加信息的情况下，从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文。其中，第二附加信息包括所有丢包信号中的丢包原因。
发送模块190，用于通过内嵌CPU，根据从网络设备到目标监控设备的路径信息，第二附加信息和原始报文，编辑得到告警报文，并将告警报文发送至所述出方向处理管道。
转发模块200，用于通过出方向处理管道将告警报文转发至目标监控设备，以在目标监控设备对告警报文进行可视化显示。
上述丢包诊断装置140中，通过丢包检测模块150、上报模块160、接收模块170、解析模块180、发送模块190和转发模块200的协同作用，在网络设备的芯片上设置内嵌CPU作为独立的资源来及时批量处理丢包，无需占用芯片的处理资源来处理丢包，且通过丢包信息(即第一附加信息和第二附加信息)添加至报文的方式，实现基于芯片原有的流水线来批量诊断报文以及批量转发添加有丢包信息的报文，能够极大地提高报文处理效率。
关于丢包诊断装置140的具体限定可以参见上文中对于丢包诊断方法的限定，在此不再赘述。上述丢包诊断装置140中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于电子设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于电子设备的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一种实施方式中，提供了一种电子设备210，该电子设备210可以是终端，其内部结构图可以如图11所示。该电子设备210包括通过***总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该电子设备210的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备210的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作***和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。该电子设备210的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、近场通信(NFC)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时实现如上述实施方式提供的丢包诊断方法。
图11中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的电子设备210的限定，具体的电子设备210可以包括比图11中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一种实施方式中，本发明提供的丢包诊断装置140可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图11所示的电子设备210上运行。电子设备210的存储器中可存储组成该丢包诊断装置140的各个程序模块，比如，图10所示的丢包检测模块150、上报模块160、接收模块170、解析模块180、发送模块190和转发模块200。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的丢包诊断方法中的步骤。
例如，图11所示的电子设备210可以通过如图10所示的丢包诊断装置140中的丢包检测模块150执行步骤S11。电子设备210可以通过上报模块160执行步骤S13中的在检测到被保留的丢包信号的情况下，将原始报文及丢包信号上报至内嵌CPU113。电子设备210可以通过接收模块170执行S13中的：通过内嵌CPU113在原始报文中添加第一附加信息。电子设备210可以通过解析模块180执行步骤S15。电子设备210可以通过发送模块190执行步骤S17。电子设备210可以通过转发模块200执行步骤S19。
在一种实施方式中，提供了一种电子设备210，包括存储器和处理器，该存储器存储有机器可执行指令，该处理器执行机器可执行指令时实现以下步骤：在接收到外部设备发送的原始报文时，在每级所述流水线上对所述原始报文进行丢包检测，在任一级流水线检测到产生丢包时，根据丢包原因生成丢包信号；在检测到被保留的丢包信号的情况下，将原始报文及丢包信号上报至内嵌CPU，通过内嵌CPU在原始报文中添加第一附加信息；在多级流水线完成所有丢包检测，且已在原始报文中添加各级流水线所对应的第一附加信息的情况下，从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文；通过内嵌CPU，根据从网络设备到目标监控设备的路径信息，第二附加信息和原始报文，编辑得到告警报文，并将告警报文发送至出方向处理管道；通过出方向处理管道将告警报文转发至目标监控设备，以在目标监控设备对告警报文进行可视化显示。
在一种实施方式中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：在接收到外部设备发送的原始报文时，在每级所述流水线上对所述原始报文进行丢包检测，在任一级流水线检测到产生丢包时，根据丢包原因生成丢包信号；在检测到被保留的丢包信号的情况下，将原始报文及丢包信号上报至内嵌CPU，通过内嵌CPU在原始报文中添加第一附加信息；在多级流水线完成所有丢包检测，且已在原始报文中添加各级流水线所对应的第一附加信息的情况下，从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文；通过内嵌CPU，根据从网络设备到目标监控设备的路径信息，第二附加信息和原始报文，编辑得到告警报文，并将告警报文发送至出方向处理管道；通过出方向处理管道将告警报文转发至目标监控设备，以在目标监控设备对告警报文进行可视化显示。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种丢包诊断方法，其特征在于，应用于网络设备的芯片，所述芯片包括内嵌CPU和多级流水线，所述多级流水线包括入方向处理管道、流量管理单元和出方向处理管道，所述方法包括：
在接收到外部设备发送的原始报文时，在每级所述流水线上对所述原始报文进行丢包检测，在任一级流水线检测到产生丢包时，根据丢包原因生成丢包信号；
在检测到被保留的所述丢包信号的情况下，将所述原始报文及所述丢包信号上报至内嵌CPU，通过所述内嵌CPU在所述原始报文中添加第一附加信息；其中，所述第一附加信息包括单级流水线的丢包信号中的丢包原因；
在所述多级流水线完成所有丢包检测，且已在所述原始报文中添加各级所述流水线所对应的第一附加信息的情况下，从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文；其中，所述第二附加信息包括所有丢包信号中的丢包原因；
通过所述内嵌CPU，根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文，并将所述告警报文发送至所述出方向处理管道；
通过所述出方向处理管道将所述告警报文转发至所述目标监控设备，以在所述目标监控设备对所述告警报文进行可视化显示。
2.根据权利要求1所述的丢包诊断方法，其特征在于，所述内嵌CPU包括分析装置和缓存装置；
在所述从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文的步骤之后，在所述通过所述内嵌CPU，根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文的步骤之前，所述方法还包括：
通过所述分析装置，将所述第二附加信息和所述原始报文传送至所述缓存装置；其中，所述第二附加信息还包括原始报文的转发信息、源端口、出端口和进入所述网络设备的入时戳；
通过所述缓存装置，基于所述第二附加信息和所述原始报文，查询预设的丢包报文记录表中是否已记录所述原始报文的丢包记录信息；
若否，则在所述丢包报文记录表中记录所述原始报文的丢包记录信息；
若是，则更新所述丢包记录信息；其中，所述丢包记录信息包括所述原始报文的特征字段和报文标识，丢包标识ID，入时戳以及丢包次数值。
3.根据权利要求2所述的丢包诊断方法，其特征在于，所述基于所述第二附加信息和所述原始报文，查询预设的丢包报文记录表中是否已记录所述原始报文的丢包记录信息的步骤，包括：
基于所述第二附加信息和所述原始报文进行哈希计算，得到哈希值；
根据所述哈希值和所述报文标识，查询预设的丢包报文记录表中是否存在与所述原始报文相同的报文。
4.根据权利要求2所述的丢包诊断方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述内嵌CPU，获取丢包标识ID对应的原始报文以及所述原始报文的丢包原因；
根据所有所述丢包原因，在所述原始报文的报文头中添加诊断标识，得到诊断报文，并将所述诊断报文重新发回所述多级流水线；其中，所述诊断标识包括第一标识和第二标识，所述第一标识指示所述诊断报文待重新诊断，所述第二标识诊断标识包括各级流水线的诊断值；
针对每级所述流水线，在该级流水线对应的诊断值指示待诊断的情况下，通过该级流水线对所述原始报文重新进行丢包检测，得到诊断信息；其中，所述诊断信息包括丢包位和/或丢包内容；
将各级所述流水线得到的所述诊断信息写入芯片寄存器，并将携带所有诊断信息的报文上报至所述内嵌CPU。
5.根据权利要求4所述的丢包诊断方法，其特征在于，所述根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文的步骤，包括：
按照预设固定格式，对所述第二附加信息和所述原始报文进行调整组装，得到调整报文；
确定从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，在所述调整报文的报文头中添加所述路径信息；
对所述携带所有诊断信息的报文，将解析到的所有诊断信息添加至所述调整报文的报文头；
将添加有所述路径信息和所有诊断信息的调整报文作为告警报文。
6.根据权利要求2所述的丢包诊断方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述丢包次数值达到上报阈值的情况下，执行所述通过所述内嵌CPU，根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文，并将所述告警报文发送至所述出方向处理管道的步骤。
7.根据权利要求1所述的丢包诊断方法，其特征在于，在所述根据丢包原因生成丢包信号的步骤之后，在所述检测到被保留的所述丢包信号的情况下，将所述原始报文及所述丢包信号上报至内嵌CPU的步骤之前，所述方法还包括：
在生成所述丢包信号时，生成一个随机值，判断所述随机值是否大于预设阈值，若否，则保留所述丢包信号，若是，则删除所述丢包信号。
8.一种丢包诊断装置，其特征在于，应用于网络设备的芯片，所述芯片包括内嵌CPU和多级流水线，所述多级流水线包括入方向处理管道、流量管理单元和出方向处理管道，所述丢包诊断装置包括丢包检测模块、上报模块、接收模块、解析模块、发送模块和转发模块；
所述丢包检测模块，用于在接收到外部设备发送的原始报文时，在每级所述流水线上对所述原始报文进行丢包检测，在任一级流水线检测到产生丢包时，根据丢包原因生成丢包信号；
所述上报模块，用于在检测到被保留的所述丢包信号的情况下，将所述原始报文及所述丢包信号上报至内嵌CPU；
所述接收模块，用于通过所述内嵌CPU在所述原始报文中添加第一附加信息；其中，所述第一附加信息包括单级流水线的丢包信号中的丢包原因；
所述解析模块，用于在所述多级流水线完成所有丢包检测，且已在所述原始报文中添加各级所述流水线所对应的第一附加信息的情况下，从完成添加的报文中解析出第二附加信息和原始报文；其中，所述第二附加信息包括所有丢包信号中的丢包原因；
所述发送模块，用于通过所述内嵌CPU，根据从所述网络设备到目标监控设备的路径信息，所述第二附加信息和所述原始报文，编辑得到告警报文，并将所述告警报文发送至所述出方向处理管道；
所述转发模块，用于通过所述出方向处理管道将所述告警报文转发至所述目标监控设备，以在所述目标监控设备对所述告警报文进行可视化显示。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器可执行所述机器可执行指令以实现如权利要求1至7中任一项所述的丢包诊断方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的丢包诊断方法。
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| CN117560306A (zh) * | 2024-01-11 | 2024-02-13 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 一种丢包上报方法、网络交换机和相关装置 |
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2023
- 2023-02-17 CN CN202310132727.4A patent/CN116319448A/zh active Pending
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| CN117560306A (zh) * | 2024-01-11 | 2024-02-13 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 一种丢包上报方法、网络交换机和相关装置 |
| CN117560306B (zh) * | 2024-01-11 | 2024-04-02 | 腾讯科技（深圳）有限公司 | 一种丢包上报方法、网络交换机和相关装置 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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