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(tuán)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(tuán)有限公司烏達(dá)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(tuán)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)，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(kuò)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(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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(jìn)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(biāo)、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(jìn)行兩次協(xié)議握手，協(xié)議需要在以太網(wǎng)廣播域中進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(rèn)證過程中有無異常情況。

理由：用戶撥號終端在進(jìn)行PPPOE撥號過程中，需要與BRAS設(shè)備以及后臺鑒權(quán)中心進(jìn)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(dá)，以進(jìn)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(dá)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(xì)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(xì)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(jìn)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(yán)謹(jǐn)?shù)尿炞C，從鑒權(quán)中心重新對用戶信息進(jìn)行登記，并使用“刷新”后的賬號信息從用戶撥號終端進(jìn)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(xì)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(biāo)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(biāo)簽來進(jìn)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(biāo)”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(jìn)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(biāo)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(jìn)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(biāo)簽來進(jìn)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(biāo)簽無疑需要將故障排查范圍擴(kuò)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(jìn)行分離操作，即在不采用更換VLAN標(biāo)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(dá)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(jìn)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。