基于路由器的網絡診斷技術
2016-04-25
網絡診斷是管好、用好網絡，使網絡發揮最大作用的重要技術工作。本文簡述分層診斷技術，結合討論路由器各種接口的診斷，綜述互聯網絡連通性故障的排除。
網絡故障診斷概述
網絡故障診斷，從故障現象出發，以網絡診斷工具為手段獲取診斷信息，確定網絡故障點，查找問題的根源，排除故障，恢復網絡正常運行。網絡故障通常有以下幾種可能：物理層中物理設備相互連接失敗或者硬件及線路本身的問題；數據鏈路層的網絡設備的接口配置 問題；網絡層網絡協議配置或操作錯誤；傳輸層的設備性能或通信擁塞問題；上三層或網絡應用程序錯誤。診斷網絡故障的過程應該沿著OSI七層模型從物理層開始向上進行。首先檢查物理層，然后檢查數據鏈路層，以此類推，設法確定通信失敗的故障點，直到系統通信 正常為止。
網絡診斷可以使用多種工具：路由器診斷命令，網絡管理工具和包括局域網或廣域網分析儀在內的其它故障診斷工具。查看路由表，是開始查找網絡故障的好辦法。ICMP的ping、trace命令和Cisco的show命令、debug命令是獲取故障診斷有 用信息的網絡工具。如何監視網絡在正常條件下的運行細節和出現故障的情況,監視哪些內容呢？利用show interface命令可以非常容易地獲得待檢查的每個接口的信息。show buffer命令提供定期顯示緩沖區大小、用途及使用狀況。show proc命令和 show proc mem命令可用于跟蹤處理器和內存的使用情況。可以定期收集這些數據，在故障出現時用于診斷參考。
故障診斷步驟
第一步，首先確定故障的具體現象，分析造成這種故障現象的原因的類型。例如，主機不響應客戶請求服務。可能的故障原因是主機配置問題、接口卡故障或路由器配置命令丟失等。
第二步，收集需要的用于幫助隔離可能故障原因的信息。從網絡管理系統、協議分析跟蹤、路由器診斷命令的輸出報告或軟件說明書中收集有用的信息。
第三步，根據收集到的情況考慮可能的故障原因，排除某些故障原因。例如，根據某些資料可以排除硬件故障，把注意力放在軟件原因上。
第四步，根據最后的可能故障原因，建立一個診斷計劃。開始僅用一個最可能的故障原因進行診斷活動，這樣可以容易恢復到故障的原始狀態。如果一次同時考慮多個故障原因，試圖返回故障原始狀態就困難多了。
第五步，執行診斷計劃，認真做好每一步測試和觀察，每改變一個參數都要確認其結果。分析結果確定問題是否解決，如果沒有解決，繼續下去，直到故障現象消失。
網絡分層診斷技術
物理層的故障主要表現在設備的物理連接方式是否恰當；連接電纜是否正確；Modem、CSU/DSU等設備的配置及操作是否正確。確定路由器端口物理連接是否完好的最佳方法是使用show interface命令，檢查每個端口的狀態，解釋屏幕輸出信息，查看端口狀態、協議建立狀態和EIA狀態。
查找和排除數據鏈路層的故障，需要查看路由器的配置，檢查連接端口的共享同一數據鏈路層的封裝情況。每對接口要和與其通信的其它設備有相同的封裝。通過查看路由器的配置檢查其封裝，或者使用show命令查看相應接口的封裝情況。
排除網絡層故障的基本方法是：沿著從源到目標的路徑，查看路由器路由表，同時檢查路由器接口的IP地址。如果路由沒有在路由表中出現，應該通過檢查來確定是否已經輸入適當的靜態路由、默認路由或者動態路由。然后手工配置一些丟失的路由，或者排除一些動 態路由選擇過程的故障，包括RIP或者IGRP路由協議出現的故障。例如，對于IGRP路由，選擇信息只在同一自治系統號（AS）的系統之間交換數據，查看路由器配置的自治系統號的匹配情況。
路由器接口故障排除
串口故障排除
串口出現連通性問題時，為了排除串口故障，一般是從show interface serial命令開始，分析它的屏幕輸出報告內容，找出問題之所在。串口報告的開始提供了該接口狀態和線路協議狀態。接口和線路協議的可能組合有以下幾種：
1．串口運行、線路協議運行，這是完全的工作條件。該串口和線路協議已經初始化，并正在交換協議的存活信息。
2．串口運行、線路協議關閉，這個顯示說明路由器與提供載波檢測信號的設備連接，表明載波信號出現在本地和遠程的調制解調器之間，但沒有正確交換連接兩端的協議存活信息。可能的故障發生在路由器配置問題、調制解調器操作問題、租用線路干擾或遠程路由器 故障，數字式調制解調器的時鐘問題，通過鏈路連接的兩個串口不在同一子網上，都會出現這個報告。 3．串口和線路協議都關閉，可能是電信部門的線路故障、電纜故障或者是調制解調器故障。
4．串口管理性關閉和線路協議關閉，這種情況是在接口配置中輸入了shutdown命令。通過輸入no shutdown命令，打開管理性關閉。
接口和線路協議都運行的狀況下，雖然串口鏈路的基本通信建立起來了，但仍然可能由于信息包丟失和信息包錯誤時會出現許多潛在的故障問題。正常通信時接口輸入或輸出信息包不應該丟失，或者丟失的量非常小，而且不會增加。如果信息包丟失有規律性增加，表明 通過該接口傳輸的通信量超過接口所能處理的通信量。解決的辦法是增加線路容量。查找其它原因發生的信息包丟失，查看show interface serial命令的輸出報告中的輸入輸出保持隊列的狀態。當發現保持隊列中信息包數量達到了信息的最大允許值，可以增加保持隊列設置的大小。
以太接口故障排除
以太接口的典型故障問題是：帶寬的過分利用；碰撞沖突次數頻繁；使用不兼容的幀類型。使用show interface ethernet命令可以查看該接口的吞吐量、碰撞沖突、信息包丟失、和幀類型的有關內容等。
1．通過查看接口的吞吐量可以檢測網絡的帶寬利用狀況。如果網絡廣播信息包的百分比很高，網絡性能開始下降。光纖網轉換到以太網段的信息包可能會淹沒以太口。互聯網發生這種情況可以采用優化接口的措施，即在以太接口使用no ip route-cache命令，禁用快速轉換，并且調整緩沖區和保持隊列的設置。
2．兩個接口試圖同時傳輸信息包到以太電纜上時，將發生碰撞。以太網要求沖突次數很少，不同的網絡要求是不同的，一般情況下發現沖突每秒有三五次就應該查找沖突的原因了。碰撞沖突產生擁塞，碰撞沖突的原因通常是由于敷設的電纜過長、過分利用、或者“聾 ”節點。以太網絡在物理設計和敷設電纜系統管理方面應有所考慮，超規范敷設電纜可能引起更多的沖突發生。 3．如果接口和線路協議報告運行狀態，并且節點的物理連接都完好，可是不能通信。引起問題的原因也可能是兩個節點使用了不兼容的幀類型。解決問題的辦法是重新配置使用相同幀類型。如果要求使用不同幀類型的同一網絡的兩個設備互相通信，可以在路由器接口 使用子接口，并為每個子接口指定不同的封裝類型。
異步通信口故障排除
互連網絡的運行中，異步通信口的任務是為用戶提供可靠服務，但又是故障多發部位。異步通信口故障一般的外部因素是：撥號鏈路性能低劣；電話網交換機的連接質量問題；調制解調器的設置。檢查鏈路兩端使用的調制解調器：連接到遠程PC機端口調制解調器的問 題不太多，因為每次生成新的撥號時通常都初始化調制解調器，利用大多數通信程序都能在發出撥號命令之前發送適當的設置字符串；連接路由器端口的問題較多，這個調制解調器通常等待來自遠程調制解調器的連接，連接之前，并不接收設置字符串。如果調制解調器丟失 了它的設置，應采用一種方法來初始化遠程調制解調器。簡單的辦法是使用可通過前面板配置的調制解調器；另一種方法是將調制解調器接到路由器的異步接口，建立反向telnet,發送設置命令配置調制解調器。
show interface async 命令、show line命令是診斷異步通信口故障使用最多的工具。show interface async 命令輸出報告中，接口狀態報告關閉的唯一的情況是，接口沒有設置封裝類型。線路協議狀態顯示與串口線路協議顯示相同。show line命令顯示接口接收和傳輸速度設置以及EIA狀態顯示。show line命令可以認為是接口命令（show interface async）的擴展。查看show line命令輸出的EIA信號可以判斷網絡狀態。
確定異步通信口故障一般可用下列步驟：檢查電纜線路質量；檢查調制解調器的參數設置；檢查調制解調器的連接速度；檢查rxspeed 和txspeed是否與調制解調器的配置匹配；通過show interface async 命令和 show line命令查看端口的通信狀況；從show line命令的報告檢查EIA狀態顯示；檢查接口封裝；檢查信息包丟失及緩沖區丟失情況。
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