イーサネットCRC FCSエラートラブルシューティング

10GbE、20GbE、40GbE、100GbEパケットキャプチャの素晴らしい点のひとつはネットワーク破損を含めてすべてをキャプチャする事です！エラーは全体のパケットのペイロード全体で計算された32ビットのCRCであるイーサネットフレームチェックシーケンス（FCS）の形態をとります。この投稿ではWANリンクに良く見られるネットワークをどのようにキャプチャし、エラーをデバッグするツールをご紹介します。

イーサネットフレームチェックシーケンス

イーサネットの構造の簡単なおさらいです。基礎はOSIレイヤー1で、水を流れる配管のようにパケットやエラーの修正をせずに、常にビットの流れを変える電気/光学的仕様です。レイヤー2はこれをビットの流れを明確に定義されたペイロードデータとCRCで個別パケットに分割します。配管を流れる水（レイヤー1）が水車に注がれ、固有のパケットを持つ水のバケツ（レイヤー2）に分割されるのをイメージしてください。

セグメントの構造は上図になります。皆様は一部または全てのコンポーネントを見たことがあると思います。通常、ネットワークカードは「イーサネットプリアンブル(Ethernet Preamble)」、「フレームチェックシーケンス(Frame Check Sequence)」、「イーサネットエピログ (Packet Payload)」、「内部フレームギャップ(Inter Frame Gap)」を処理して隠し、「パケットペイロード」部分のデータをLinux / Systemの後続の処理のために渡します。NICはもしフレームチェックシーケンス(CRC)が良好で、つまりデータの完全性 が有効である場合のみ、データをシステムに渡します。

ネットワークFCS/CRCとは何でしょうか？簡単に言うと、パケットがスイッチまたはNICから送信されると、送信元はパケットデータの32bit CRC値を計算しネットワーク上のパケットの最後に添付します。これにより送信先は受け取ったデータから全く同じCRCを計算し、送信元がパケットの最後に添付したのと比較することでデータの完全性を保証します。もし数値が一致しない場合はどこかで/何かの原因でパケットが破損していることになるため、NICは通常パケットを破棄します。

イーサネットFCSをキャプチャ

100Gパケットキャプチャデバイスの主要な用途のひとつは100G LR4 WANリンクをデバッグすることです。データセンターで100Gイーサネットを使用するのは一般的ではない（2015年）ですが、データセンター間に100Gを使用するのはすごい勢いで広がっています！そのため弊社のツールで10G、40G、100GイーサネットFCSを正確で精密にキャプチャし処理するのが重要になります。しかし、自分で組み立てるパケットキャプチャプロジェクトの場合は、わずかなNICだけがFCSをホストシステムに渡し、本物の完全なパケットキャプチャデバイスには専用のネットワークカードが必要になります。

しかしWireshark内蔵のFCSチェックロジックは使えませんか？もちろん大丈夫です、ですがワイヤー上のオリジナルのFCS値がNICから比較するために必要になります。Wiresharkはすばらしいツールで私達も強く勧めます。しかし全てのパケットのFCSがあり、1TB PCAPをWireSharkにロードするのには大変長い時間がかかります...

弊社のPacketScopeマイクロバースト解析は無効なFCSをフィルターして処理することができ、通常は数十億の中に少ししかない無効なFCSパケットのみを抽出することができます。またワイヤーの破損レベルに応じて特定の期間、MACアドレス、プロトコルをも活用して抽出条件を絞ることができます。

弊社のFCS破損TESTSUITE

弊社は無効なFCSがあるパケットをキャプチャしダウンロードするための回帰テストがあります。故意に通常のNIC上にあるイーサネットFCSを破損させることができないためFMADIO FPGSベースのパケットジェネレーターを利用します。特定のテストではフル10GbEラインレートで64Bペイロードを使用し、1/10パケットまたは1,000,000,000のパケット合計の内10%を破損させます。パケットを作成し、Wiresharkにキャプチャをダウンロードした結果が以下のスクリーンショットのようになります。

Wiresharkに黒くマークされている一定期間ごと（10パケットにつき1つ）のFCSエラーをはっきりと見ることができます。これは良いテストですが、実際にこのようなエラーは合計パケットの0.0000001%です。つまり100GBキャプチャで100程度の破損パケットです。100GBキャプチャはWiresharkでは問題ですが、弊社内蔵のFMADIO PacketScope解析ならば100GBを扱うのは簡単です。

PACKETSCOPE無効なFCS抽出

以下のスクリーンショットでは、キャプチャはパケットスコープにロードされ、次の条件で無効なFCSパケット（緑色箇所）を全て選択するフィルタールールを適用しています。

ether.fcs == fail

PCAPはそして青色箇所（上図）のボタンを利用してダウンロードされます。システムはSSD帯域幅の10Gbps、20Gbps、100Gbpsの完全なIOスループットを活用し不要なFCSパケットのみを抽出することができます。それはWireSharkとは比較にならないほどの速さです。ダウンロードが完了したら、そのPCAPをWireSharkにロードして問題のあるパケットだけを分析することができます。（下図参照）

SUMMARY

あなたのパケットスニファーデバイスがワイヤー上の良いパケットそして悪い/破損したネットワークパケットの両方をキャプチャするのがとても重要です。両方の結果無しで全体を把握するのは難しいです。弊社のFMADIOパケットスニファーは良い、悪い、汚いパケットをキャプチャし、無効なFCSパケットのみを簡単に速く抽出することで、問題の原因をすぐに見つけ出す事ができます。

もし詳細または悪い（または良い）パケットの質問がある場合は、いつでも私達にご連絡ください。