FTTH業(yè)務(wù)情景中數(shù)據(jù)鏈路層故障實例分析

王 凱彭 忠

1.內(nèi)蒙古廣播電視網(wǎng)絡(luò)集團有限公司 內(nèi)蒙古 呼和浩特市010010

2.內(nèi)蒙古廣播電視網(wǎng)絡(luò)集團有限公司烏達分公司 內(nèi)蒙古 烏海市016000

內(nèi)蒙古廣播電視網(wǎng)絡(luò)集團有限公司（以下簡稱內(nèi)蒙古廣電網(wǎng)絡(luò)）從2015年開始實施FTTH（Fiber To The Home光纖到戶）試點工程至今，形成了一張覆蓋全區(qū)盟市、旗縣、鄉(xiāng)蘇木、村嘎查，規(guī)模上百萬戶的數(shù)據(jù)寬帶網(wǎng)絡(luò)。隨著網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和用戶規(guī)模的快速發(fā)展，日常故障種類和數(shù)量也不斷增多，一些類型的故障避免不了處理起來較為棘手。本文著重從比較常見、但處理起來比較困難的數(shù)據(jù)鏈路層典型故障案例進行分析，并提出相應(yīng)的建議。

1 概念介紹：數(shù)據(jù)鏈路層

說到數(shù)據(jù)鏈路層，首先需要了解OSI（Open System Interconnect開放系統(tǒng)互連參考模型）。OSI是ISO組織在1985年定義的網(wǎng)絡(luò)互連模型，該標準定義了網(wǎng)絡(luò)互連需要用到的七層模型框架，即由底層到高層依次分別為：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層以及應(yīng)用層。每一層采用協(xié)議描述的形式來實現(xiàn)相應(yīng)層級的功能，不同層級采用不同的協(xié)議實現(xiàn)不同實體相同層級的信息表達，下一層級服務(wù)于上一層級。在數(shù)據(jù)寬帶業(yè)務(wù)中，由于英特網(wǎng)的訪問一般需要用到網(wǎng)絡(luò)層以上的層級，所以數(shù)據(jù)鏈路層就成為必不可少的報文流層級。如圖1所示。

數(shù)據(jù)鏈路層由MAC（介質(zhì)訪問控制子層）和LLC（邏輯鏈路控制子層）構(gòu)成，接受物理層的服務(wù)并服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)層，通過控制MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)來實現(xiàn)不同實體在數(shù)據(jù)鏈路層的信息交互。

2 概念介紹：FTTH技術(shù)

圖1 OSI七層模型

圖2 PON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

利用光纖信號傳遞過程中的能量衰耗小、速率高、不易干擾、無源靈活性高等諸多優(yōu)點，F(xiàn)TTH成為目前最為廣泛的有線接入方式，而PON（Passive Optical Network無源光網(wǎng)絡(luò)）則依靠低成本、高帶寬、擴展性強、與現(xiàn)有以太網(wǎng)兼容、方便管理等優(yōu)點成為FTTH有線寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)場景中的主流數(shù)據(jù)通道接入技術(shù)。PON按照網(wǎng)絡(luò)分配層級分為：OLT（Optical Line Terminal光線路終端）、Splitter（分路器）、ONU/ONT（Optical Network Unit光網(wǎng)絡(luò)單元/Optical Network Terminal光網(wǎng)絡(luò)終端）三個部分。按照不同標準協(xié)議運營商一般采用EPON（Ethernet Passive Optical Network以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)）或者GPON（Gigabit-Capable Passive Optical Network千兆無源光網(wǎng)絡(luò)）的形式來實現(xiàn)FTTH接入。目前內(nèi)蒙古廣電網(wǎng)絡(luò)主要采用EPON方式來實現(xiàn)從前端到用戶家的光配線網(wǎng)接入。如圖2所示。

正是因為PON設(shè)備以太網(wǎng)兼容這一特性，完成了以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流從運營前端到用戶終端的傳輸：PON系統(tǒng)將從上連設(shè)備接收到的下行方向以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，封裝為PON協(xié)議后，采用廣播方式經(jīng)由局端的OLT設(shè)備將IP數(shù)據(jù)、語音、視頻等多種業(yè)務(wù)通過分配網(wǎng)絡(luò)中的無源分光器分配到所有ONU終端，在ONU終端完成PON協(xié)議解封裝后，將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)送給用戶；在上行方向，通過分配網(wǎng)中的無源分光器將來自各個ONU反向封裝的信息采用TDMA方式耦合到同一根光纖，傳送到位于局端OLT接收端口，再由OLT還原為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)。

3 組網(wǎng)情況

上述網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思路是從用戶側(cè)發(fā)起的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流通過ONU、OLT、接入交換機、匯聚交換機形成的數(shù)據(jù)鏈路層通道將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流送給BRAS。BRAS將用戶撥號請求通過網(wǎng)絡(luò)層經(jīng)由骨干路由器轉(zhuǎn)發(fā)到鑒權(quán)中心通過鑒權(quán)認證后，BRAS設(shè)備充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的角色完成DHCP動態(tài)地址分發(fā)以及向網(wǎng)絡(luò)層側(cè)路由器進行以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)，直到互聯(lián)網(wǎng)平臺。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

4 故障現(xiàn)象

某地市反饋在所屬中心機房的若干臺FTTH前端設(shè)備中的一臺設(shè)備覆蓋用戶中出現(xiàn)用戶寬帶故障，圖3中虛線框內(nèi)的部分是本次故障出現(xiàn)的示意范圍，現(xiàn)象如下：

現(xiàn)象1：用戶終端采用PPPOE撥號過程用時較長，而且多次撥號后依然無法鑒權(quán)通過。

現(xiàn)象2：用戶終端采用PPPOE撥號過程用時較長，而且多次撥號后才能完成與后臺鑒權(quán)系統(tǒng)的關(guān)系建立。

圖3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

現(xiàn)象3：顯示用戶終端撥號成功，在使用互聯(lián)網(wǎng)過程中存在“掉線”，即上網(wǎng)中斷，用戶終端重新發(fā)起撥號請求，回到現(xiàn)象1或者現(xiàn)象2。

現(xiàn)象4：顯示用戶撥號成功，但無法使用互聯(lián)網(wǎng)或者使用互聯(lián)網(wǎng)過程中存在“卡頓”，上網(wǎng)體驗感不好。

5 故障處理思路及步驟

在了解以上現(xiàn)象后，通過對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的梳理，分析問題，下面列出本次故障處理采用的處理步驟：

步驟1：由下到上檢查故障用戶終端ONU、前端OLT設(shè)備以及本臺OLT設(shè)備上聯(lián)的接入交換機設(shè)備的接口光功率指標、設(shè)備運行日志，查看物理層鏈路的狀態(tài)是否正常。

理由：故障現(xiàn)象只發(fā)生在單臺OLT前端設(shè)備覆蓋范圍內(nèi)，優(yōu)先考慮物理層鏈路以及設(shè)備狀態(tài)是否穩(wěn)定有異常，在日常故障處理中物理層鏈路占比較大，須優(yōu)先考慮鏈路情況。

結(jié)果：用戶終端ONU、OLT前端設(shè)備、接入交換機光功率在正常閾值范圍，OLT前端設(shè)備、接入交換機無異常行為報錯，終端ONU斷電重啟以及替換測試后均故障復(fù)現(xiàn)，初步排除物理層鏈路異常以及設(shè)備運行異常的情況。

步驟2：根據(jù)故障用戶終端的MAC地址，查看OLT前端設(shè)備、接入交換機、匯聚交換機的MAC地址表項中有無異常。

理由：故障現(xiàn)象著重發(fā)生在撥號過程中，PPPOE撥號報文的成功建立需要進行兩次協(xié)議握手，協(xié)議需要在以太網(wǎng)廣播域中進行傳播，廣播域傳播過程需要借助數(shù)據(jù)鏈路層來實現(xiàn)，而觀測用戶撥號終端MAC地址在數(shù)據(jù)鏈路層中的有效性就會顯得十分必要，有效性可以通過設(shè)備MAC地址表項來進行查看，比如觀察表項中MAC地址的老化時間可以對數(shù)據(jù)鏈路層的穩(wěn)定性進行初步判斷。

結(jié)果：通過對比查看用戶撥號終端MAC地址在OLT前端設(shè)備、接入交換機、匯聚交換機中的MAC地址表項，并沒有發(fā)現(xiàn)處在這三個節(jié)點設(shè)備的撥號終端MAC地址有異常，初步判定數(shù)據(jù)鏈路層穩(wěn)定。

步驟3：查看BRAS設(shè)備上用戶PPPOE撥號狀態(tài)，判斷認證過程中有無異常情況。

理由：用戶撥號終端在進行PPPOE撥號過程中，需要與BRAS設(shè)備以及后臺鑒權(quán)中心進行協(xié)議報文交互：用戶終端發(fā)出的PPPOE撥號協(xié)議報文（兩次握手）通過ONU—OLT—接入交換機—匯聚交換機—BRAS形成的數(shù)據(jù)鏈路層通道，將攜帶封裝PPPOE協(xié)議的撥號請求送入BRAS設(shè)備，并由BRAS交由鑒權(quán)中心驗證后回復(fù)給撥號終端。所以從BRAS設(shè)備上可以查看用戶撥號請求是否到達，以進一步驗證數(shù)據(jù)鏈路通道的有效性。

結(jié)果：通過BRAS設(shè)備采集信息，發(fā)現(xiàn)用戶報送PPPOE撥號請求可以送達BRAS設(shè)備，但會有時延。而且從鑒權(quán)中心回復(fù)撥號終端的信息經(jīng)由BRAS下發(fā)到撥號終端完成一次握手后，沒有收到撥號終端的二次握手信息。在這里會發(fā)現(xiàn)一些細節(jié)將故障嫌疑指向數(shù)據(jù)鏈路層，但是并不確定是鑒權(quán)中心回復(fù)信息用戶終端驗證后丟棄還是鑒權(quán)中心下發(fā)的參數(shù)存在異常。在這個階段終于發(fā)現(xiàn)故障的尾巴。

步驟4：查看故障用戶賬號在鑒權(quán)中心的詳細信息，判斷鑒權(quán)系統(tǒng)中留存賬號與正常賬號有無異常。

理由：根據(jù)步驟3得出的初步結(jié)論，從難易程度來講，首先從較為容易的第2條路進行驗證，即用戶賬號信息的有效性。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上來說，一般情況下，越靠近網(wǎng)絡(luò)上層，業(yè)務(wù)流受到的不確定因素越小；反之，越靠近用戶側(cè)，網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)境越復(fù)雜，不確定因素隨之就會變多。

結(jié)果：通過從鑒權(quán)中心后臺采集的用戶賬號信息，發(fā)現(xiàn)用戶信息并無異常，為了做到更嚴謹?shù)尿炞C，從鑒權(quán)中心重新對用戶信息進行登記，并使用“刷新”后的賬號信息從用戶撥號終端進行測試，故障依舊，至此故障范圍重新縮小到匯聚交換機—接入交換機—OLT前端設(shè)備的數(shù)據(jù)鏈路層。

步驟5：根據(jù)步驟4得出的結(jié)論，由下至上詳細梳理數(shù)據(jù)鏈路層業(yè)務(wù)流，采集分析設(shè)備端口VLAN標簽。

理由：在數(shù)據(jù)鏈路層中，不同的業(yè)務(wù)流在以太網(wǎng)廣播域傳播過程中往往是通過VLAN標簽來進行劃分、相互識別并且相互隔離的，而我們?nèi)粘２榭磾?shù)據(jù)鏈路層的“指標”往往只需要關(guān)注VLAN廣播范圍和MAC地址表項。在步驟2中我們著重觀察故障用戶撥號終端的MAC地址在數(shù)據(jù)鏈路層中的情況，需要放大到業(yè)務(wù)VLAN廣播域這個節(jié)點上進行觀察和分析。OLT前端設(shè)備中只設(shè)置和本設(shè)備相關(guān)的業(yè)務(wù)VLAN，所以分析的重點落在接入交換機以及匯聚交換機上面。

結(jié)果：通過梳理接入交換機各個端口設(shè)置的VLAN信息，發(fā)現(xiàn)交換機存在兩個端口帶有一個共同的VLAN標簽，接下來發(fā)現(xiàn)這兩個端口對接的業(yè)務(wù)類型均為OLT前端設(shè)備。正常情況下為了避免以太網(wǎng)廣播域過大而導(dǎo)致數(shù)據(jù)鏈路層故障報文相互影響進而不便于確定用戶側(cè)故障源，每臺OLT前端設(shè)備會采用不同的VLAN標簽來進行業(yè)務(wù)在廣播域的區(qū)分和隔離，在這里出現(xiàn)兩個交換機端口使用共同的VLAN標簽無疑需要將故障排查范圍擴大到兩臺設(shè)備，而通過用戶報障信息僅集中在一臺設(shè)備上，所以計劃將兩臺設(shè)備共用廣播域的情況進行分離操作，即在不采用更換VLAN標簽的情況下采用端口隔離的方式對這兩個接入交換機端口進行配置更改，而不中斷正在發(fā)生的大部分用戶上網(wǎng)行為。操作完成后進行測試及報障用戶回訪，故障現(xiàn)象消失。

結(jié)束語

面對這類數(shù)據(jù)鏈路層故障該如何避免？如何優(yōu)化這類故障導(dǎo)致的運維人力成本和時間成本？進而如何能給用戶提供更好的寬帶使用感受呢？可以從優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、減少數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)模的方向去嘗試。本案例的核心并不是哪個用戶終端出現(xiàn)了異常情況進而影響到其他OLT前端設(shè)備用戶，因為位于用戶側(cè)的終端使用環(huán)境復(fù)雜，無法規(guī)范所有用戶的使用行為，處于數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備層級過多，一旦前端設(shè)備接入較多，參數(shù)管理起來的難度就會加大，這樣故障只是時間問題，不是概率問題。如果采用前端設(shè)備（主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層）直連BRAS（主要工作在網(wǎng)絡(luò)層），或者減少交換機（主要工作在數(shù)據(jù)鏈路層）的級聯(lián)，這樣一來從用戶側(cè)發(fā)出的數(shù)據(jù)流能夠經(jīng)歷更少的廣播域就可以到達網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)關(guān)，這類數(shù)據(jù)鏈路層的故障就會比較少。

在日常網(wǎng)絡(luò)故障分析和處理工作中，由數(shù)據(jù)鏈路層引發(fā)的故障經(jīng)常會令人頭疼不已，不僅僅是因為想方設(shè)法不斷重現(xiàn)故障進行觀察分析是件不容易的事情，更是因為數(shù)據(jù)鏈路層沒有網(wǎng)絡(luò)層路由關(guān)系那么相對“直觀”，故障線索往往會比較隱蔽。上述案例最終的正確處理方式看起來比較簡單，但是面對紛繁復(fù)雜的故障現(xiàn)象，需要運維人員熟悉網(wǎng)絡(luò)的基本原理，更需要耐心。