什么是iPCA2.0？
iPCA2.0是iPCA的升级版，iPCA网络包守恒算法（Packet Conservation Algorithm for Internet）是一种IP网络性能统计技术，它通过直接对业务报文进行标记的方法，实现对网络和设备的丢包情况进行统计。
为什么需要iPCA2.0?
传统的网络测量技术中用的比较多的Y.1731或者NQA技术，都是间接的测量技术。也就是说，他们是通过额外发送一些测量报文，来模拟真实的业务报文，从而间接获得网络质量的统计数据，因此这种方法就不能准确体现业务的真实质量。另外，额外发送测量报文还会增加网络的开销。
而iPCA呢，是直接在业务报文上进行标记和统计，不需要额外的开销，因此iPCA技术可以反应业务的真实质量，这种方式我们也把它叫做“随流检测”，也即是说可以随着业务流，随时随地的逐点检测网络的质量。
iPCA通过染色位对报文进行标记，例如IPv4报文头中的ToS字段或者Flags字段都可以被用来作为染色位。具体请参考染色位中的描述。
iPCA2.0与iPCA的测量原理是相同的，仅配置逻辑不同，iPCA2.0可应用在华为智简云园区网络解决方案中。iPCA2.0与iPCA相比，主要有4大优势。
第一，iPCA2.0配置模型简单，配置过程可视化。iPCA2.0可以在华为NCE-Campus控制器上，通过可视化界面下发配置，而iPCA只能登录到设备上，一台台设备，一条条命令行配置。
第二，iPCA2.0结果可视，丢包原因可视。iPCA丢包统计结果，只能在设备上通过display命令查看，显示结果也只有丢包率，丢包原因还得运维人员凭经验一一排查。iPCA2.0会周期性的，默认是1分钟，将丢包、时延的统计结果，以及丢包原因上报到智能运维平台CampusInsight，CampusInsight通过可视界面将丢包路径和设备显示突出显示，并且根据丢包原因给出修复建议。
第三，iPCA2.0不仅支持通过五元组信息识别业务流进行故障定界，还支持通过应用名称识别业务流进行故障定界，而IPCA仅支持通过五元组信息识别业务流进行故障定界。
第四，iPCA2.0不仅可以对有线网络进行定界，还支持对无线网络进行定界，真正做到端到端的故障定界。
iPCA2.0应用场景
如下图所示，在智能园区网络中，用户希望可以通过iMaster NCE-CampusInsight对网络中的流量进行实时监控，以便快速发现流量异常并进行故障定界。通过iMaster NCE-Campus或命令行在设备上配置iPCA2.0功能，从而实现设备周期性将丢包和时延统计信息上送至iMaster NCE-CampusInsight汇总并分析显示。
iPCA2.0典型组网场景
iPCA2.0是如何进行故障定界的？
iPCA2.0是通过对报文进行染色来识别统计流，通过将网络设备设置为不同的统计测量点来获取统计数据。如下图所示，网络丢包时延统计模型分为：统计流、统计测量点和统计方向，下面先了解几个相关的概念。
网络丢包时延统计模型
染色位
染色位又叫特征标识位，IPv4报文头中的服务类型ToS字段或者Flags字段都可以被用来作为染色位。ToS字段或者Flags字段在IPv4报文头中的位置如下图所示。
染色位定义
ToS字段
ToS字段共8比特位，前3比特位（0～2位）为报文的Precedence字段标识了IP报文的优先级，第3位至第7位比特位在实际的应用中使用较少，可以用来作为染色位。
在RFC2474中将IPv4报文头ToS字段重新定义为差分服务DS（Differentiated Service）字段。DS字段的前6位（0位～5位）用作区分服务代码点DSCP（DS Code Point），后2位（6位、7位）是保留位。因此当需要使用DS字段提供差分服务时，染色位不建议选择第3～5位，否则将会对统计结果造成影响。
Flags字段
Flags字段共3比特位（0～2位），为报文分片标志位，其中第0比特位为保留位，可以直接用来作为染色位。
统计流
需要进行丢包和时延统计的业务报文，被称为统计流。每次统计都必须首先指定统计流。统计流可以通过指定报文五元组信息确定，也可以通过指定应用名称确定。
通过五元组指定统计流
如下图所示，IP报文字段信息可以唯一地定义一条统计流。用户可以任意指定这些字段的组合，如果仅指定其中的个别字段，只能粗略地确定一条统计流。为了保证统计结果的精确性，建议用户使用多字段的组合来精确定义统计流。
定义统计流的字段
通过应用名称指定统计流
设备端口使能应用识别后，即开启IAE引擎，加载应用识别特征库，使能业务感知功能后，设备通过提取报文的五元组信息与应用识别特征库对比，查找五元组匹配的APP ID，然后通过APP ID与应用名称对比，从而确认一条统计流。
统计测量点
根据网络中报文的转发流向，分为In-point、Mid-point、Out-point三个测量点。一台设备的不同接口，可以作为不同的测量点进行流量统计。
- In-point：统计流的入口测量点。在该测量点上，系统对统计流进行染色操作。
- Mid-point：统计流的中间测量点。在该测量点上，系统不会对统计流进行染色和去染色操作。
- Out-point：统计流的出口测量点。在该测量点上，系统对统计流进行去染色操作。
统计方向
对于设备上的接口而言，可以统计该接口入方向Ingress的报文，也可以统计该接口出方向Egress的报文，可以进行Mid-point+Ingress的报文统计，也可以进行Mid-point+Egress的报文统计。
网络丢包统计原理
所谓丢包统计是指在一个统计周期内，根据所有进入网络的流量与离开网络的流量之间的差，获得丢包数量和丢包率数据。
iPCA2.0采用特征分组测量法来实现丢包统计。所谓特征分组测量法是指在源端报文入口处，对业务报文头中指定染色位进行周期性的标识（置位、复位），基于统计周期测量网络的丢包数据。
以下图所示的网络为例，将网络中Switch_1设备接收到的报文数记录为P1，将网络中Switch_2设备发送的报文数记录为P2。进入网络的流量P1减去离开网络的流量P2，即是网络在该时间内的丢包数量。
网络丢包统计组网图
以上图所示的网络为例，在该网络中统计流从Switch_1进入，从Switch_2离开。下图所示的是一段时间内报文从进入网络到离开网络时各个设备上的丢包统计。
丢包统计方法
- t0时刻：Switch_1对入口业务报文的染色位置1，计数器开始计数本统计周期内接收到的染色位置1的业务报文数。
- t1时刻：经过网络转发及延迟后，Switch_2出口收到本统计周期内第一个染色位置1的业务报文，计数器开始计数。
- t2时刻：Switch_1对本统计周期内入口染色位置1的业务报文计数结束，得到本周期内接收到的染色位置1的业务报文计数为P1。
- t3时刻：Switch_2对本统计周期内所有染色位置1的业务报文计数结束，得到本周期内发送的染色位置1的业务报文计数为P2，在Switch_2出口处报文的染色位标志被去除。
本统计周期内报文丢包数LostPacket=P1-P2。
网络时延统计原理
所谓时延统计是指在某一个统计周期内，统计指定的两个网络节点间，同一条业务流进入网络的时间与离开网络的时间之间的差，得出网络的转发时延数据。
iPCA2.0采用特征分组测量法来实现时延统计。所谓特征分组测量法是指在源端报文入口处，对业务报文头中指定染色位进行周期性的标识（置位、复位），基于统计周期测量网络的时延数据。
以下图所示的网络为例，记录从设备Switch_1发送业务流的时间，记录从网络设备Switch_2收到业务流的时间；Switch_2接收时间与Switch_1发送时间的差，即为网络的时延。
单向时延统计需要网络中设备间的时间高精度同步，否则会导致统计出的时延误差较大。iPCA2.0通过使用双向时延统计的方法，尽可能减少时间同步导致的时延统计误差。
网络时延统计组网图
以上图所示的网络为例，通过统计Switch_1发送业务流的时间、Switch_2收到业务流的时间，以及统计回程流Switch_2发送回程流的时间和Switch_1收到回程流的时间，获得网络报文转发时延。下图所示的是一段时间内Switch_1发送报文，以及Switch_2收到报文的时延统计。
时延统计方法
- t0时刻：Switch_1对发送业务报文的染色位置1，计数器开始记录报文发送时间。
- t1时刻：经过网络转发及延迟后，Switch_2收到本测量周期内第一个染色位置1的业务报文，记录报文接收时间。
- t2时刻：Switch_2对发送回程报文的染色位置1，计数器开始记录报文发送时间。
- t3时刻：经过网络转发及延迟后，Switch_1收到本测量周期内第一个染色位置1的回程报文，记录报文接收时间。
两个方向的单向时延分别为：1d(Switch_1->Switch_2)=t1-t0，1d(Switch_2->Switch_1)=t3-t2；双向时延为：2d=(t1-t0)+(t3-t2)=(t3-t0)-(t2-t1)。
自动随流检测
自动随流检测就是仅在In-Point测量点指定统计流，Mid-point和Out-point不需要指定统计流，自动根据上游设备对报文设置的染色位获取统计流信息，创建统计表项。
如下图所示的网络为例，在Switch_1上配置统计流（统计流可以通过五元组指定），并将接口作为In-Point测量点，对入方向的报文进行丢包和时延统计。将Switch_1出接口、Switch_2、Switch_3配置为自动随流检测测量点。报文从Switch_1转发到Switch_3自动随流检测流程如下：
- 报文进入Switch_1，通过匹配五元组信息识别统计流。在Switch_1报文接口入方向对报文进行染色和统计。
- 报文从Switch_1出接口转发，出接口配置了自动随流检测功能，自动识别染色位置1的报文创建统计表项并进行流量统计。
- 报文转发到Switch_2，Switch_2接口配置了自动随流检测功能，自动识别染色位置1的报文创建统计表项并进行流量统计。
- 报文转发到Switch_3，Switch_3接口配置了自动随流检测功能，自动识别染色位置1的报文创建统计表项并进行流量统计。Switch_3出接口配置作为Out-Poin测量点，同时将报文去染色。
这样，Switch_1出接口、Switch_2、Switch_3自动创建统计表项并完成流量统计。
自动随流检测统计示意图
