基于Wireshark的軌道故障分析與研究

李祥博

摘要：文章提出使用Wireshark工具解決軌道通信中常出現的故障，利用Wireshark的數據包擷取能力分析與排查網絡故障的原因，并給出相應的解決方案。實驗主要是通過搭建實驗環境，模擬實際場景，設計故障點并利用Wireshark工具抓包，分析解決具體故障。實驗結果表明，使用Wireshark工具解決軌道通信中常出現的問題，對開辟一條新的故障解決道路具有借鑒意義。

關鍵詞：Wireshark；軌道通信；數據包；故障

隨著城市軌道交通的迅速發展，傳統的程控交換機通信模式已經不能滿足發展需求，因此目前城市軌道交通普及了IP電話的通信方式?；贗P的數據通信雖然有著比程控交換機更好的速率和效率，但在實際使用過程中也存在諸多問題。IP數據通信的實質是將數據信息或視頻信息在壓縮后通過IP網絡進行網絡數據包的雙向傳輸，但IP網絡傳輸經常會出現網絡堵塞、傳輸延遲、丟包和抖動等問題，影響通話質量甚至掉話。

為解決這一類故障問題，軌道通信設備的維護通常采用換新的方法。這種方法固然可以在一定程度上解決一些問題，但也只是一種治標不治本的方法。簡單來說，換單板、設備終端這種換新的方法不僅不能準確地定位到故障問題，而且效益不高，同時也耗費了大量的時間和人力。Wireshark是一款網絡數據包分析軟件，有著抓取數據包進行解析的功能。本文提出將Wireshark應用于軌道通信，利用Wireshark的捕捉、標記、過濾、統計等功能，從源頭進行數據包解析，以此來解決軌道通信中可能會出現的諸多通信故障。

1.Wireshark

1.1Wireshark工具

Wireshark是一款開源免費的網絡嗅探工具，是用來做網絡數據抓包用的。使用這個工具，可以直接查看網絡上流通的數據原始情況。此外，它還具有很強的過濾功能。Wireshark這個工具最主要的功能是用來分析流程、功能、數據以便制定有針對性的計劃，另外它也是一種分析缺陷原因的工具。

1.2Wireshark常用功能

Wireshark是一款很實用的數據包抓取軟件，其豐富的功能能夠滿足眾多需求。Wireshark的常用功能如下：

（1）可選擇性數據接口捕獲；（2）標記過濾數據包；（3）實時捕獲并詳細顯示數據包；（4）通過多種方式過濾查找包；（5）進行多種統計分析。

1.3Wireshark與軌道通信

在此之前，Wireshark已經被廣泛應用于各個網絡領域。比如，基于Wireshark的對兩端進程的通信分析，運用Wireshark工具對設備性能進行檢測，還有使用Wireshark進行協議解析器的研發等。Wireshark在通信方面的使用已經越來越廣泛。

相對于傳統的軌道通信故障處理方式，使用Wireshark可以更有效率、更經濟地解決故障問題。通信故障發生后，傳統的方法是更換單板或者整個設備，或者將設備重新啟動。這種方式不僅找不到問題的源頭，還有可能造成不必要的浪費，將好的設備也替換掉，經濟和效率方面都得不到保證。但是如果引用Wireshark，在網絡中抓包進行分析，找到是對端還是自身的問題，或者是設備還是網絡的問題，這樣就能準確定位故障點，并且提高工作效率。

Wireshark從應用至今，已有眾多基于wireshark的研究與開發，將Wireshark應用于軌道通信系統中，利用它解決通信中出現的一些常見問題，是一條實驗可行的道路。除此之外，甚至還可以基于其他的研究成果，對鐵路通信的性能作出檢測，保障網絡的穩定性。

2.軌道通信故障的產生和解決方法

2.1實例分析

造成軌道通信故障原因有很多種：

（1）帶寬占據過大；（2）延時抖動；（3）通信信令不通；（4）數據包在通話過程中出現丟包；等。

本文以延時抖動和信令不通故障為案例，詳細介紹使用wireshark解決故障的方法。

2.2延時抖動

延時和抖動可以分為兩個部分，延時是數據包傳輸的延遲，而抖動則表示這個延遲的程度。造成延時的源頭主要是編碼、打包、網絡傳輸、jitter butter等。在雙向通話過程中，延時會影響通話效果。對于抖動，舉例來說，網絡傳輸時，每個RTP包的不同延遲造成接收端接收時間的不均勻，UDP包的單獨路由也可導致后發送的RTP包被收到，從而產生不同的延遲。抖動的產生結果是接收端聽到的聲音難以理解。

軌道通信中，話音質量的要求是相對較高的，其中調度是核心組成部分，而一旦調度出現問題，整個運輸系統會將受到影響甚至癱瘓，所以解決這一問題是保證軌道運輸系統穩定的一大關鍵。

通俗來說，多個數據包集合在一起便是語音，通話中的語音數據包每一個都是80 ms的語音數據包，VOIP中設置的循環buffer用于緩存收到的數據包，收到的數據包是亂序的，在緩存中排序后再解包還原原始語音。但是當網絡中存在網絡阻塞，數據包等待的時間超過數據的緩存時間就會產生網絡延時，時間過長還會造成數據的丟失。

分析延時抖動問題需要用到Wireshark軟件的圖形分析工具RTP Stream Analysis和10 Graph。利用Wireshark的10 Graph和RTP Stream Analysis圖形分析工具能夠直觀地發現鏈路的擁塞狀況。網絡中鏈路的阻塞勢必會引起過高的延時和抖動，從而對通信的質量產生影響甚至是網絡中斷。此外，還可以通過在網絡的兩端利用ping命令來驗證網絡中是否存在延時和抖動或者丟包，只是這種方法相對于Wireshark來說沒有那么便捷和直觀。

運用Wireshark來分析，不僅可以看到是否存在這種情況，而且還能看到延時抖動的影響程度。

10 Graph如圖1所示，配合顯示過濾器可以測算篩選出兩IP話機間交互的IP流量，從而判斷當前網絡性能好壞。

當網絡通信質量沒有出現異常時，在用戶間進行視頻或語音的通信時仍然存在質量問題可以通過使用RTP Stream Analysis分析圖形得出結論抖動是否復合規范，若分析得出抖動在標準范圍之內且網絡狀況良好，這說明延時抖動不是出現問題的原因，則需要檢查通信設備配置和運行的好壞。

Wireshark通過這類方法來查找問題的所在，從而定位到故障點進行排查。當網絡出現解決方案是可以通過延長循環buffer緩存長度如翻倍至160 ms，通過ONU外部界面中的“自適應”菜單項進行修改，以解決出現的延時抖動問題。

2.3信令不通

判斷網絡是否中斷首先需要對網絡的連通性和網絡運行環境進行檢查，以SIP信令消息的傳遞為例，SIP信令中斷如圖2所示。使用Wireshark抓取數據包，通過對保存的捕獲包文件進行過濾，分析數據包顯示通話過程中的SIP信令通話流程。

可以從圖2中看出，在37.72秒時，被叫信令信息發過請求，而通過與圖3完整的通話流程作比較發現此信息沒有被回復，這說明通話過程SIP信令不完整，再接下去的信令消息因此沒有被繼續傳遞，從而導致整個通話沒有建立而產生的網絡中斷。

問題的初步已經被找到，接下來就是進一步排查。為什么會發生這樣的情況呢？是主叫方的信息丟失或者配置錯誤的原因，還是被叫方的網絡不通的阻塞的原因？利用Wireshark～ji次抓取數據包，主叫故障如圖4所示。

如何判斷信令中斷故障原因是在主叫方還是被叫方，通過Wireshark抓取的數據包來分析一下。如圖4所示，在46.43秒前后存在地址為192.168.2.100主叫地址為192.168.2.99的用戶（7001）未響應信令消息的情況，由此判斷出故障的產生原因是在主叫方。Wireshark通過這樣的數據“提取”可以快速地定位出問題的所在。那么，接下來就是主叫方檢查軟交換ss的信令配置，看是否在信令配置方面發生了錯誤。

上述就是使用Wireshark工具來解決實際問題的案例。從找到問題所在，到最后對癥下藥，解決問題，整個過程顯得更加科學合理。另外，這種方法排除了一些不確定因素，從而提高了效率，降低了經濟成本，并且使得故障的查找更具有規律性。

3.故障定位擴展

軌道通信的設備比較復雜，對于故障設備的定位有一定的難度。端點與對話窗口在通信故障問題定位中起很重要的作用，特別是想要找出在網絡中是哪臺設備占據了帶寬或者是網絡堵塞。

對于這項功能，可以在電腦上進行簡單的驗證。打開Wireshark，配置好抓包接口進行抓包，一段時間后打開statistic，點擊Endpoints，可以進行分析。

如圖5所示，通過對話框可以看到多個客戶端進行數據通信產生的大量HTTP數據流量。

查看IPv4，如圖5所示?？梢钥吹揭宰止潝蹬帕械牡谝粋€地址是本機地址，也就是在這個網絡中，這個主機（192.168.43.247）是數據最集中的設備，也就是進行了最多通信的主機。通過地址的數據包流量分析，可以對通信的情況一目了然。

而通過這種方法，也可以簡單地判斷是哪個通信設備的發生了故障，然后對其中的嫌疑端口進行數據抓包，協議分析，判斷故障發生的原因。

4.結語

軌道通信中的數據要經過長距離的傳輸和交換，故障出現的原因多種多樣，而使用Wireshark解決問題就是一個方便可行的選擇。Wireshark使用簡單方便，使用時只需制定一個接口就可以進行抓包，通過你對網絡中使用的一些協議的認知，設置你想抓到的協議數據包，就可以抓到你想找到的數據包。使用抓包軟件可以很好地理解網絡的運行機制，通過協議經過的路由就可以對故障進行定位了，從而更加簡便地解決軌道通信故障問題。