0引言
随着运营商5G网络的大面积部署，5G技术日益成熟，5G-R正式被确认为铁路下一代无线移动通信技术。国际电信联盟的5G关键指标定义中，高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征，要求用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里。5G-R作为5G技术在铁路的发展运用，将会继承5G高速率、低时延的技术特点，
更高的网络性能要求，对网络运营维护提出了新的需求和挑战。
目前铁路通信网络日常运维中主要运用的网络管理技术有SNMP协议、NQA协议、netflow技术、流量镜像分析技术、BFD检测协议等。SNMP协议主要用于数据通信设备的网管监测，NQA协议主要用于网管对网络设备的链路性能监测，netflow技术主要用于流量采集分析，流量镜像分析主要用于服务器侧或网络结合部进行分析取证，BFD检测协议主要用于单条链路性能的探测。这些网络管理技术都在铁路通信网络运维中发挥着重要作用，但是它们都存在一定的局限性，缺乏网络端到端的感知能力，对网络中端到端转发时延、丢包节点等缺乏直观的监测能力，故障处理主要依靠运维人员通过ping、Tracert等命令手段进行故障分析，运维效率较低。
iFIT随流检测（In-situ Flow Information Telemetry，以下简称iFIT）是华为公司研发的一种带内的流量测量技术，并在国际互联网工程任务组通过形成了统一的标准规范，随着IPv6技术的发展得到了广泛的应用。iFIT可提供业务流的端到端及逐跳服务质量测量能力，可快速感知网络性能相关故障，并进行精准定界、排障，提高网络感知能力，满足更高的网络运维的需求。
1 iFIT的技术原理
iFIT的原理是通过染色法在真实业务报文中插入检测报文头或在报文中嵌入检测信息，实现对网络性能指标的实时、直接检测。染色法是通过对业务报文进行染色标记，如设置特定的比特位或标记字段，来区分不同的报文或数据流。接收端可以根据染色信息进行统计和分析，以检测丢包、时延等性能指标。
1.1 iFIT的技术特点
相比传统的测量技术，具体有检测精度高、部署简单、快速定位故障功能、可视化功能、实时路径等优势。iFIT通过染色法可以真实还原报文的实际转发路径，配合秒级数据采集功能实现网络服务质量的实时监控，丢包检测精度可达量级，时延检测精度可达微秒级，能够进一步支撑对网络故障的完全检测、秒级定位。
1.2 iFIT的报文结构
iFIT在IPv6报文封装在SRH（Segment Routing Header，段路由扩展头）中，主要包括：用于标识iFIT报文头开端并定义iFIT报文头整体长度的FII（Flow Instruction Indicator，流指令标识）；用于唯一地标识一条业务流的FIH（Flow Instruction Header，流指令头），L和D字段提供了对报文基于染色的丢包和时延统计能力；以及用于定义扩展功能的FIEH（Flow Instruction Extension Header，流指令扩展头），能够通过E字段定义端到端或逐跳的统计模式，通过F字段控制对业务流进行单向或双向检测。
图1 iFIT报文头结构
2 iFIT工作机制
2.1时间同步机制
iFIT以时间同步为基础。在测量开始前，要求所有参与iFIT测量的设备时间已经同步，从而确保各个设备能够基于相同的测量周期进行报文统计和上报。如果时间不同步，会导致iFIT计算结果不准确。分析器和iFIT设备的时间同步与否不影响计算结果，但为了便于管理和维护，分析器和所有iFIT设备的时间均保持同步。iFIT使用PTP、1588v2等时间同步协议进行时间同步。
2.2 时延测量机制
iFIT时延测量机制原理：每个测量点会根据iFIT报文头匹配出目标报文，按周期记录每个周期内收到第一个报文的时间戳。任意两个测量点间时间戳的差值即为目标报文在这两个测量点间的传输时延。
通过iFIT时延测量原理示意图，定位染色报文的第一个包在入节点统计时间t1、在出节点统计时间t2，定位非染色报文在入节点统计时间t3、在出节点统计时间t4。通过计算可算出Delay[1]＝t2－t1，Delay[2]＝t4－t3；基于t1、t2、t3、t4，可以进一步计算出平均时延：(Delay[1]＋Delay[2])/2＝[(t2－t1)＋(t4－t3)]/2，时延抖动：(Delay[2]－Delay[1])＝(t4－t3)－(t2－t1)。
图2 iFIT时延测量原理示意图
2.3 丢包测量机制
iFIT丢包计算依据报文守恒原理，即针对同一目标流，每个周期内从入节点进入的报文总数应该等于出节点发送的报文总数。如果不相等，则说明目标穿越网络内存在丢包现象。每个周期内流经任意出入节点的目标报文的个数应该相等。如果不相等，则说明出入节点之间存在丢包现象。
通过iFIT丢包测量原理示意图，在周期时间内统计入节点染色报文个数、出节点染色报文个数，在周期时间内统计入节点不染色报文个数、出节点不染色报文个数。根据每个周期内各节点上报的报文计数，可计算任意两个节点间的丢包数和丢包率。丢包数＝入收到的目标报文总数－出收到的目标报文总数；丢包率＝入收到的目标报文总数－出收到的目标报文总数)/入收到的目标报文总数。
图3 iFIT丢包测量原理示意图
3 部署方案
iFIT凭借其部署简单的特点可以灵活适配大规模、多类型的业务场景。iFIT支持用户一键下发、全网使能。只需在头节点按需定制端到端和逐跳检测，中间节点和尾节点一次使能iFIT即可完成部署，可以较好地适应设备数量较大的网络，适用于二、三层网络，也适用于多种隧道类型，可以较好地满足铁路通信现网部署需求。iFIT对现有网络的兼容性较好，不支持iFIT的设备可以透传iFIT检测流，可以较好地适应铁路通信现网新旧设备版本较多的情况。
iFIT报头FIEH中的E字段可以定义iFIT的端到端和逐跳两种统计模式。端到端统计模式适用于需要对业务进行端到端整体质量监控的检测场景，逐跳统计模式则适用于需要对低质量业务进行逐跳定界或对重要业务进行按需逐跳监控的检测场景。两者区别在于是否要对业务流途经的所有支持iFIT的节点均使能iFIT能力。
在实际应用中，一般是端到端iFIT+逐跳iFIT组合使用，当端到端iFIT的检测数据达到阈值时会自动触发逐跳iFIT，在这种情况下，可以真实还原业务流转发路径，并对故障点进行快速定界和定位。
图4 iFIT部署示意图
4 结语
未来随着铁路通信网络承载能力的提升，以语音和视频为主要载体的各种新型业务将会大面积应用。新的业务模式对网络提出了更高的要求。一方面语音和视频业务对丢包、时延和抖动非常敏感，丢包率高、时延大会导致语音中断、视频卡顿，影响业务侧的体验。另一方面视频类应用本身存在大量突发，随着视频流量占比逐渐增大，网络因瞬时突发而产生拥塞丢包变得越来越多，网络运维的压力变得越来越大。铁路传统黑盒式的网络运维方式，无法让网络快速地为适应变化而做出改变，随着铁路5G-R、IPv6等技术的发展应用，运维技术手段也需要伴随着改进。iFIT随流检测的部署应用，能够快速定位网络故障，提升铁路通信网络感知能力，提高运维管理效率。
参考文献
[1] Giuseppe Fioccola and Alessandro Capello and Mauro Cociglio and Luca Castaldelli and Mach Chen and Lianshu Zheng and Greg Mirsky and Tal Mizrahi.Alternate-Marking Method for Passive and Hybrid Performance Monitoring.RFC 8321,January 2018.
[2] 新华三技术有限公司iFIT技术白皮书-6W101.
[3] 华为技术有限公司IP网络系列丛书IFIT.
