1、 分类号 TP393 学号密级GS10061115U D C 公 开工程硕士学位论文基于动态反馈的三级网性能监测系统的设计与实现硕士生姓名 工 程 领 域 研 究 方 向 指 导 教 师 高 伟计算机技术计算机应用技术肖晓强 副教授国防科学技术大学研究生院二一二年三月基于动态反馈的三级网性能监测系统的设计与实现国防科学技术大学研究生院Design and Implementation of DynamicFeedback Performance MeasurementSystem for Three-layer NetworkCandidate：Advisor：A thesisSubmitte
2、d in partial fulfillment of the requirementsfor the professional degree of Master of Engineeringin Computer Science and TechnologyMarch，2012国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文目 录摘 要 . iABSTRACT iii第一章 绪论 11.1 研究背景及意义 . 11.2 国内外研究现状 . 21.3论文的主要工作 31.4 论文的组织结构 . 4第二章 网络性能监测相关研究 . 52.1网络性能监测技术研究现状 52.1.1 网络性能监测技术的分类
3、52.1.2 网络性能指标体系 62.1.3 网络性能监测技术的发展趋势 72.2部分网络性能参数监测方法研究现状 82.2.1 拓扑结构监测方法 82.2.2 连通性监测方法 92.2.3 时延及时延抖动监测方法 102.2.4 丢包率监测方法 132.3监测工具研究现状 142.3.1 商用监测工具和系统介绍 142.3.2 开源监测工具和项目介绍 152.4 本章小结 . 17第三章 三级网流媒体业务性能监测关键技术研究. 183.1三级网的结构功能特征 183.2三级网拓扑结构监测方法研究 193.3三级网连通性监测方法研究 193.4三级网端到端时延及时延抖动监测方法研究 203.4
4、.1三级网时延监测方法研究 . 203.4.2三级网时延抖动监测方法研究 . 223.5 三级网丢包率监测方法研究 . 233.6 三级网流媒体业务性能监测机制 . 233.6.1 流媒体业务相关概念 23第 I 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文3.6.2 媒体传输质量指标 243.6.3 考虑方向性的媒体传输质量指标（Directional_MDI） 263.7 小结 . 27第四章 基于动态反馈的三级网性能监测机制 284.1 现有网络性能监测机制存在的缺陷 . 284.2 DFMM-TN的逻辑结构 . 294.2.1 调度模块 294.2.2 监测规则集 304.2.3 监测工
5、具集 304.2.4 系统内外接口 314.2.5 监测工具加载模块 314.3 DFMM-TN监测机制运行流程 . 324.3.1 性能监测流程 324.3.2 系统重构流程 344.4 小结 . 35第五章 基于 DFMM-TN的三级网性能监测系统设计 365.1 节点部署 . 365.2 整体结构 . 375.3 关键模块设计 . 385.3.1 监控数据接收模块 385.3.2 节点部署模块 385.3.3 监测和响应报文构造模块 395.3.4 监测数据采集模块 395.3.5 监测调度模块 405.3.6监测数据处理模块 . 415.3.7监测规则集 . 425.4 小结 . 43
6、第六章 三级网性能监测系统的实现与验证 . 446.1 系统开发环境概述 . 446.2 系统主界面 . 446.3 关键模块实现 . 456.3.1 监控数据接收模块 456.3.2 监测和响应报文构造模块 46第 II 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文6.3.3 监测数据采集模块 476.3.4 监测调度模块 486.3.5 监测工具 486.4实验数据 496.4.1 实现场景 1-连通性监测 506.4.2 实现场景 2-时延监测 516.4.3 实验场景 3-D_MDI指标监测 536.5 小结 . 54第七章 总结与展望. 55致谢 57参考文献. 58作者在学期间取得的
7、学术成果. 61第 III 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文表 目 录表 2.1 ICMP报文结构 . 9表 2.2 部分 ICMP消息列表 10表 3.1 DF计算公式参数表 25表 5.1 监测报文标识表 39第 IV 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文图 目 录图 1.1 三级网结构图 1图 3.1 时延监测网络环境示意图 21图 3.2 三级网时延监测流程图 21图 3.3 丢包率监测流程 23图 3.4 DF计算示意图 26图 4.1 链路故障示意 28图 4.2 DFMM-TN结构示意图 29图 4.3 主动测量引发反馈测量示例图 33图 4.4 被动测量引发反馈
8、测量示例图 33图 4.5 反馈测量引反馈测量示例图 34图 4.6 系统重构流程图 34图 5.1 系统节点分布示意图 36图 5.2 监测系统整体结构图 37图 5.3 数据采集交互示意图 40图 5.4 数据采集流程图 40图 5.5 调度模块运行状态迁移 41图 5.6 监测数据处理流程图 42图 6.1 系统主界面 45图 6.2 连通性测试拓扑图 50图 6.3 连通性监测实验结果 51图 6.4 时延监测实验拓扑图 52图 6.5 时延监测实验结果 53图 6.6 D_MDI指标监测实验结果 54第 V 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文第 VI 页国防科学技术大学研究生
9、院工程硕士学位论文摘 要在当前三级网规模不断扩张，结构日益复杂，业务种类与日俱增的背景下，三级网已发展为集数据、语音、视频于一体的综合信息网，目前的性能监测手段往往只对某个或某几个性能参数独立的进行监测，不考虑各性能参数之间的内在联系，并且在监测方法的选择上，往往没有考虑三级网独特的结构功能特点可能对监测方法带来的影响，已经不能满足现实需要，迫切需要一种基于三级网结构功能特点的性能监测系统对三级网性能进行监控，保证三级网平台的稳定、安全、可用和适用，进而保证各项工作的高效有序开展。论文提出改进当前三级网性能监测系统需要从两个方面入手，一是要结合三级网结构和功能特点，对特定性能参数的监测方法进行
10、改进；二是要对弥补当前性能监测系统只对网络性能状态表象进行监测，不关注造成该状态的原因的缺陷。在深入当前性能参数监控方法和网络性能整体监测机制的基础上，提出了针对网络拓扑、连通性、时延和时延抖动、丢包率和流媒体业务性能综合指标Directional_MDI 的监测 方法，设计了一种基于动态 反馈的三级网性能监测机制，并最终根据提出的改进监测方法和监测机制，实现了三级网性能监测系统。针对三级网拓扑结构层次清晰，路由节点和用户节点基本可控的特点，简化了其拓扑监测和连通性监测方法，提高了其在三级网上运行的效率；根据三级网节点间路由路径可逆的特点，选择使用往返时延作为时延和时延抖动监测的基础数据，并自
11、动实现了基于 UDP报文探测和相应机制，以避免路由器（交 换机）可能针对 ICMP 报文的 QoS 优先级设计可能对监测结 果造成的影响；采用延迟构造Tag报文的方法进行丢包率监测，解决了现有丢包率监测方法存在的报文数计量不精确等问题；在 MDI 指标的基础上提出了考虑方向性的媒体传输质量指标Directional_MDI，通过 DF，MLR，Direction三种指标组合来判断流媒体网络传输质量，其结果比 MDI更及时，更精确。提出了一种基于动态反馈的三级网状态测量机制 DFMM-TN。该机制通过守护测量获取网络的基本状态，然后根据获取的测量结果判定是否需要对网络状态进行进一步的测量，若需要
12、，则自动选择待测参数和测量手段，发起反馈测量，获取进一步的网络状态信息以分析现有状态出现的原因。该测量机制能够反映网络故障等产生的深层次原因，有利于及时准确的故障设备，保证网络的正常运行。根据针对各性能参数的改进监测方法和 DFMM-TN 监测机制，设计并实现了由集中控制节点、多个分布式监控节点和多个部署了监测响应程序的目的节点组成的三级网状态监测系统，主要包括节点部署、用户指令执行、监控配置确定、第 i 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文监控结果显示和监控数据接收、调度模块、监测规则集、监测工具集、数据库、监测工具加载工具和各类标准化配置和交互接口等模块，说明了各模块的功能和其协同工
13、作机制，并对监测规则集、监测工具集及交互接口模块等的动态扩展进行了描述。并最终在实际网络环境中，完成了系统的运行实验，并对实验获取的数据的正确性进行了分析。主题词：三级网；参数测量；动态反馈；DFMM-TN机制；性能监测第 ii 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文ABSTRACTWith the ever expanding size, increasingly complex structure, the increasing typesof business of three-layer network, the network has become a comprehensive
14、 networkincluding the data, audio and video service. The current performance monitoring toolscan not meet the practical needs because of the lack of consideration of parametersrelationship, the feature of three-layer network and so on. And there is an urgent needfor an efficient, stable, adaptable p
15、erformance monitoring system for three-layernetwork to ensure the stability, secure, available and applicable of the three-layernetwork platform, thereby ensuring the efficient and orderly conduct of the work.The current three-layer network performance monitoring system can be improvedin two aspects
16、: firstly, to improve specific performance parameters monitoring methodsaccording to the structural and functional characteristics of the three-layer network;secondly, to compensate for the current performance monitoring system only staterepresentation of network performance monitoring, but not caus
17、e defects in the state. Onthe basis of thorough researches of current monitoring method of performanceparameters and network performance monitoring mechanism, the monitoring methodsof network topology, connectivity, delay and delay variation, packet loss rate andDirectional_MDI are proposed in this
18、thesis A Dynamic Feedback MeasurementMechanism for Three-layer Network (DFMM-TN) is proposed then. Ultimately,according to the suggestions for improving the monitoring methods and monitoringmechanisms, a three-layer network performance monitoring system is implemented.According to the clear layer an
19、d the controllable node of network, the topologymonitoring and connectivity monitoring methods are simplified to improve runningefficiency; according to the symmetrical routing path of three-layer network, we choosethe round trip delay as the delay and jitter monitoring data, and implement the detec
20、tionmechanisms based on the UDP packet to avoid the router (switch)QoS priority settingfor ICMP packets; Using delay constructed Tag packets to monitor packet loss rate tosolve the problem that the number of packets in the current packet loss rate monitoringmethods may not be inaccurate; Directional
21、_MDI is propose to determine thetransmission quality of streaming media network through DF: MLR: Direction which ismore timely and more accurate.DFMM-TN is proposed in this thesis. In this mechanism the Daemonmeasurements get the basic state of the network. And depending on the basicinformation whet
22、her one or several feedback measurements are needed is decided. Ifneeded, the parameters which should be measured and the measurement tools should bechosen automatically. The feedback measurements will get more information to analysis第 iii 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文the network state and its origin. We ar
23、gue that this mechanism can reflect the roots ofnetwork failure and so on. And it can help to orientation the failure devices andmaintain the network in normal state.According to improved monitoring methods for the various performanceparameters and DFMM-TN, the monitoring system including central co
24、ntrol node,distributed monitoring nodes and user node is designed and implemented. The mainmodule includes the node deployment, user command execution, monitoring todetermine the configuration, monitoring results to display and monitor data reception,scheduling module, measuring rule set, measuring
25、tool sets, databases, measurementtools loading and various types of standardized configuration and interactive interface.The function of each module and its collaborative working mechanism is indicated, andmeasuring rule set, measuring the dynamic expansion of the toolset and interactiveinterface mo
26、dule is described. And finally, we test the system in the actual campusnetwork environment and analyzed the test data.Key Words： Three-layer network, Parameter measurement, Dynamicfeedback, DFMM-TN mechanism, Performance monitoring第 iv 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文第一章 绪论1.1 研究背景及意义近年来，政府、企业和学校等各类企事业单位的网络取得了
27、飞速发展，纷纷建立了自己的大型局域网作为其信息化建设的基础平台。这些大型局域网普遍具有三层分级的网络拓扑结构，简称三级网，在办公自动化等领域发挥着越来越重要的作用，其逻辑结构如图 1.1所示，该类网络结构上层次清晰的分为接入层、汇聚层和核心层，通过不同类型的交换机连接为一个整体，功能上服务于某个单位的工作需要，运行的业务类型等可知可控。随着信息化建设的不断深入，政府、企业和学校等不断整合各种网络信息系统，其日常办公、后勤管理、生产科研等方面的工作已与三级网紧密耦合，数字化政府、数字化校园等已初具规模。为保证各项工作的高效有序开展，必须保证网络基础平台的稳定、安全、可用和适用。图 1.1 三级网
28、结构图而且，随着三级网业务、应用种类和规模的不断扩张，特别是 VoIP、IPTV、视频会议、远程教育等数据业务和流媒体业务的蓬勃发展，对时延、可用带宽、丢包率等网络性能提出了越来越高的要求。与此同时，各类三级网包含的路由器、交换机、各类服务器以及接入终端等越来越多，多种异构网络并存，其结构复杂性与日俱增。这就导致人们对网络的性能、行为和功能缺乏准确的理解和精确的第 1 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文描述，严重影响网络的管理和性能优化1-3。另外，随着网络结构的复杂和业务的增多，网络发生各类故障的概率也随之上升，故障发生后的原因排查、故障处理也越来越困难。因此，需要在网络内部部署一套
29、网络性能监测系统实时监管网络状态，实时地获取网络的性能数据（包括路由器、交换机和各类接入终端的运行状态、可用带宽、时延等性能指标），减少、甚至预防网络故障，快速确认故障原因并处理网络故障，增强和确保整个网络系统的连通性和安全性，缩短服务失效时间，优化服务质量，提高资源的利用率，从而提供给用户更好的服务。一般来说，网络故障往往与端到端时延及时延抖动、可用带宽、丢包率等性能参数联系紧密，针对这些网络性能参数对网络进行性能监测，可在一定程度上提高三级网的运行效率，缓和因业务增多、结构复杂带来的网络管理压力，减少网络传输阻塞、QoS无法保证及非法接入等出现的概率和可能带来的损失。因此，建立一套基于三级
30、网结构功能特点的性能监测系统，并根据系统获取的数据配置和规划网络资源，使之提供较高的服务质量，对保证三级网的平稳、高效运行，具有十分重要的现实意义。1.2 国内外研究现状在网络发展的早期，由于用户、业务数量少，对网络性能的要求基本仅限于其连通性，性能监测并未受到重视。直到上世纪 90年代，互联网的出现及相关应用逐渐走出实验室，特别 WWW 应用的出现，极大地推动了网络的建设与应用的发展，对网络性能监测的需求显得日益迫切。目前国内外对网络性能监测研究的标志性事件主要有：1) 互联 网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF ）成立了专门的IP性能指标工
31、作组（IP Performance Metrics Working Group，IPPM-WG）来研究用于描述互联网数据传输服务质量、性能、可靠性的测度指标集和测量框架，制定了一系列的 RFC文档、草案等定义网络性能参数及其测量方法。2) 美国 应用网络研究国家实验室（ National Laboratory of Applied NetworkResearch，NLANR）在美国自然科学基金委员会的支持下召开了互联网统计与指标分析（Internet Statistics and Metrics Analysis，ISMA ）研讨会42 ，对进行互联网测量的难点与迫切需要解决的问题进行了探讨，
32、标志着网络性能测量的重要性已被政府部门、大学和研究机构、工业界所共识和大规模、系统化网络性能测量的开始。NLANR的项目组开发的网络分析架构 NAI（Net work Analysis Infrastructure）43 ，主要有以下两个特色：（1）数据收集方式全面，包括主动、被动和控制监视；（2）数据可视化采用了三维形象显示的方法。3) Surveyor44的建立。Surveyor是一个建立在全球参与站点上的 测量平台，第 2 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文部分由国家科学基金（National Science Foundation，NSF）支持。Surveyor长期测量广域范围内
33、的网络路径性能，包括单向时延、损耗、路由测量等，并研究相应的分析方法与工具。Surveyor基础设施包括三种类型的组件：测量探针、数据库服务器与性能数据分析服务器。它采用 IPPM（IETF 网络协议性能指标）已经定义好的标准测量方法，利用主动测量的方式得到拓扑和性能数据。1.3论文的主要工作首先，在对现有网络性监测技术和三级网本身特点研究分析的基础上，根据当前流媒体业务流量占用大部分三级网资源的特点，研究了网络拓扑、连通性、时延及时延抖动和丢包率监测的现有方法，逐个分析了其存在的问题，结合三级网自身的特点，提出了改进监测方法，为实现监测系统针对单个性能参数监测工具模块提供了理论依据。然后，针
34、对目前网络性能监测系统功能单一、结构封闭和不能反映网络状态的深层原因等缺陷，提出了一种基于动态反馈的网络性能监测机制 DFMM-TN（Dynamic Feedback Measurement Mechanism for Three-layer Network），该机制通过守护测量获取网络的基本状态，然后根据测量结果判定是否需要对网络状态自动选择待测参数和测量手段，发起反馈测量，获取进一步的网络状态信息以分析现有状态出现的原因。最后，根据针对各性能参数的改进监测方法和 DFMM-TN 监测机制，设计并实现了三级网状态监测系统，系统由集中控制节点、多个分布式监控节点和多个部署了监测响应程序的目的节
35、点组成，主要包括节点部署、用户指令执行、监控配置确定、监控结果显示和监控数据接收、调度模块、测量规则集、测量工具集、数据库、测量工具加载工具和各类标准化配置和交互接口等模块，说明了各模块的功能和其协同工作机制，并对监测规则集、监测工具集及交互接口模块的扩展进行了描述。根据所监测网络性能参数的需要，选取并分析了多种现有网络性能监测工具和支持程序库的数据输入和输出接口，并将其整合入文中提出的监测系统；设计并实现了拓扑发现工具、自适应测试包生成工具、带故障位置确定的连通性监测工具、端到端时延及时延抖动监测工具、丢包率监测工具、MDIE指标监测工具，并将其整合入本文提出的监测系统。并最终在实际的网络环
36、境中，完成了系统的检验实验，并对实验获取的数据和理论分析值进行了对比，验证了系统运行的有效性。该测量系统能够反映网络故障等产生的深层次原因，有利于及时准确的确认故障设备，保证网络的正常运行。通过在实际网络环境的实验，该监测系统达到了预计设想的功能和性能指标。第 3 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文1.4 论文的组织结构论文总共分为七章，各章的主要内容如下：第一章介绍论文的有关背景知识、研究意义以及相关领域的国内外研究现状。第二章介绍网络性能监测相关研究，包括现有网络性能监测技术的分类、监测指标体系、监测系统发展趋势、现有的各类监测工具等。第三章介绍三级网的结构功能特征，讨论网络拓扑、
37、连通性、时延及时延抖动、丢包率和网络流媒体业务性能监测方法。主要包括：各性能参数和监测指标的概念介绍；研究分析了各性能参数和监测指标现有监测方法，并指出了其存在的缺陷；结合三级网自身的特点，提出了改进的监测方法。第四章分析现有网络性能监测机制的不足，提出了一种基于动态反馈的三级网性能监测机制 DFMM-TN。第五章根据针对各性能参数的改进监测方法和 DFMM-TN 监测机制，完成了三级网性能监测系统的整体结构设计、模块功能描述、运行和重构流程介绍。第六章实现三级网性能监测系统，并通过实际测试，验证了论文中提出的性能监测系统较好的运行效果。第七章总结论文主要内容并对三级网性能监测的发展进行了展望
38、。第 4 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文第二章 网络性能监测相关研究2.1网络性能监测技术研究现状网络性能是网络本身特性的体现，可由一系列的性能参数衡量和描述，这些参数可用于网络设计、配置、操作和维护，对网络管理者或运营商都有意义。而所谓网络性能监测，是指遵照一定的方法和技术，利用软件和硬件工具来获取表征网络性能的性能参数及对这些参数进行处理分析的一系列活动的总和。网络性能参数的获取是网络性能监测活动的目的和进行深入分析研究的基础。网络的性能参数主要包括网络的吞吐率、丢包率、端到端时延、时延抖动和可用带宽等4。IPPM工作 组（IP Performance Metrics Work
39、ing Group）通过一系列RFC文档5-8对 具体的性能指 标做出了详细定义。一般来说，网络性能监测可分为以下几个步骤：1) 明确 监测目的和需获取的性能参数，也就是确定监测参数表。网络所运行应用的不同，关心的性能参数在数量、内容、获取方式和获取频率等上也会不同。如是关心某条线路的平均吞吐率还是端到端时延，是关心某条线路的上所传输的数据包的协议特征还是其所属的应用类型等，这都需要根据监测目的来确定。2) 明确 监测方式和监测策略。监测方式即获取所需的网络性能参数的方式，是主动监测还是被动监测，是集中式监测还是分布式监测，监测方式的不同会导致监测策略和数据分析算法的不同。确定监测方式后，还要
40、确定监测策略，这会直接影响监测的准确与否和效率高低。例如，如采用主动监测，发出探测包的频率应该是多少，如采用分布式监测，要部署多少个监测点，如何整合各监测点所获取的数据等。3) 明确性能表示协议，即采用何种方式和标准来表述所监测的性能参数。正如吞吐率有包吞吐率和位吞吐率两种主要表示方式，同一种性能参数往往有多种表示方式，为保证性能监测体系的可扩展性以容纳不同的测试工具，需要一个明确一种开放的、通用的表示协议。4) 根据性能监测的具体环境进行优化设计。如本文所涉及的三级网性能监测，就可根据三级网所具有的拓扑层次清晰等特点，进行监测点的部署优化设计，以提高监测效率。2.1.1 网络性能监测技术的分
41、类根据不同的分类依据，网络性能监测技术有多种分类方法，各种分类方法都第 5 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文有不同的特点及相应的侧重点，主要的分类方法如下：1) 根据 监测者的参与形式，即监测过程中测试工具是否主动发送探测包，监测可以分为主动监测和被动监测；2) 根据被 测网络中节点设备的参与程度以及监测点的位置，可以分为基于路由器的监测、路由器辅助的监测和基于终端设备的监测；3) 根据 监测点的多少分为单点监测和多点监测；4) 根据被 监测者知情与否分为协作式监测与非协作式监测；5) 根据 监测所采用的协议，分为基于 BGP协议的监测、基于 TCP/IP协议的监测和基于 SNMP协
42、议的 监测等；6) 根据 监测的内容，分为拓扑监测与性能监测。当然，这些分类方法的分类标准可以互相重合，比如，某个采用了多种手段的性能监测技术，可以既属于主动测量又属于多点测量，甚至可以既属于主动测量又属于被动测量。目前最为成熟的分类标准是根据监测者的参与形式分为主动监测和被动监测。主动监测是在选定的测量点上利用测量工具有目的地主动产生测量流量注入网络，并根据测量数据流的传输情况来分析网络的性能。主动监测方式比较简单灵活，容易部署实现，但是测量过程中会引入附加流量。这些流量也许是为了引起网络设备的响应，或者是为了查看网络为某类型流量提供服务的性能，但都可能造成对实际网络性能造成影响。被动监测是
43、指在链路、路由交换设备（如路由器，交换机）或用户终端节点上利用测量工具捕获网络数据包对网络进行监测的测量方式。被动测量通过对捕获的流量进行分析，被动地获知网络行为状况，其优点主要是不会生多余流量，但部署实施较为复杂，往往需要在多个位置部署测量工具，才能获取较为全面真实的测量数据。要准确、全面、实时的获取某个网络的性能状态，往往需要综合采取多种监测方式，在获取各方面数据的基础上进行。要根据不同的监测目的和监测环境，选择合适的监测方式。基于此，论文将结合三级网自身功能结构特点，选用合适的监测方式来满足监测系统的需要。2.1.2 网络性能指标体系网络性能指标体系由一系列能够反映网络本身特性的性能参数
44、及其表示方式、获取方式、相关运算和获取效率等组成，其中网络性能参数是其构建的基础，常见的网络性能参数包括：1) 连通性。也称为连接性或者可达性，严格说应该是网络的基本能力或属性，第 6 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文不能称之为性能。但 ITU-T 建议可以用一些方法进行定量的测量。目前还提出了连通率的概念，即根据连通率的分布状况建立拟合模型。2) 端到端 时延。可分为单向（One-way）时延和往返（Round-trip）时延，分别在 RFC2679和 RFC2681进行了定义。单向时延的监测需要对受测两端进行时钟同步操作，较为复杂，往返时延只需在某一节点进行监测，容易实现，但数据
45、往返两端的路径并不一定相同，从而导致往返时延有时不能反映真实的网络状态。端到端时延主要由发送时间、传输时间和等待时间组成。其中发送时间与数据包大小、数据包协议类型、网络端口速率和数据链路层协议的实现方式相关，传输时间与传输路径长短、网络的物理层介质相关，等待时间则与网络负载、传输所需路由转发的次数和路由器的处理能力等相关。另外，由于网络状态的不同，端到端时延并不是固定不变的，RFC3393 中把时延的变化称之为时延抖动。时延抖动会给 VoIP、IPTV等网络音视频业务带来很大的影响，对其的研究已经成为一个热点问题。3) 丢包率。是指某段时间内丢失的数据包与数据包总数的比值，链路阻塞、传输超时、
46、TTL耗尽等都可能造成数据包在 传输时被丢弃。4) 带宽 。一般分为链路带宽和可用带宽。链路带宽是指当某一路径中没有背景流量时，该路径的最大带宽，与之相对，可用带宽是指除背景流量外，某个时刻该路径可提供的带宽。5) 吞吐率。可用两种单位进行衡量，一种是单位时间监测点上成功传输的数据包数量，一般称之为包吞吐率，另一种是单位时间内监测点上成功传输的数据量，一般称之为位吞吐率，以位（bit）或字节（byte）为单位。监测面向不同应用的网络所选取的网络性能参数往往有所不同，以运行了实时多媒体应用的校园三级网为例，除了保证基本的连接性外，应选取与实时多媒体应用服务质量紧密联系的端到端延时、延时抖动和丢包
47、率进行监测。2.1.3 网络性能监测技术的发展趋势由于现有网络规模越来越大，其性能的可知性越来越复杂，系统级的管理度也越来越大，而在实际网络运行中，网络服务提供商需要通过网络性能测量系统来监测网络性能和网络行为特征，并根据测量数据配置和规划应用系统，提供更高的服务质量；网络用户需要通过测量应用系统的网络性能，确定应用系统是否提供了足够的网络服务质量，从而选择服务质量最佳的应用系统，所以对网络性能测量的研究随着互联网日益广泛的应用而变得越来越重要。其趋势主要包括一下几点。1) 主动监测和被动监测相结合。根据监测参数的不同，选择相应的监测方法，第 7 页国防科学技术大学研究生院工程硕士学位论文例如
48、对连通性的测试，便可同时采用主动和被动两种监测方法，在保证监测质量的前提下，减少注入的附加流量；2) 采用 统一的性能表述协议，以便于系统的扩展；3) 适应 性强，能够在多种网络环境下工作（多种品牌的路由器、交换机并存；多种拓扑结构、多种传输介质链路的网络共存等）；4) 采用多种测量方式获取某一性能参数，以避免误报故障并可矫正误差；5) 可视 化、用户友好的图形界面；6) 接口开放化、标准化，易于和其它厂商的产品互联；7) 面向 应用层的性能监测，如服务等级协议（Serviee Level Agreement, SLA）等；8) 一个开放环境提供标准通信设施和协议，或提供一条使用不同协议的途径
49、；9) 整个系 统模块化，功能性能特性可定制可重构，最大限度的延长监测系统的生命周期；10)衡量 标准由单一的性能参数向用户体验扩展。网络用户通常不会关注报文的优先级和丢失率，其关注的是视频是否流畅及语音通话是否清晰等，面向用户体验质量（QoE）910的性能 监测已经成为一个重要的 发展趋势。2.2部分网络性能参数监测方法研究现状2.2.1 拓扑结构监测方法网络拓扑是网络的基本特征之一，获取准确的网络拓扑是进行网络性能和管理的基础，连通性、时延、时延抖动和丢包率等性能参数监测都要在已知的网络拓扑上才能进行。获取准确的网络拓扑能够为网络性能监测、管理、异常告警、配置优化等提供支持，为设计优化网络监测机制提供必要的信息，从而为全面、动态的反应网络的运行状态提供保障 19。根据基于协议的不同，目前网络拓扑监测主要可分为基于通用协议的监测、基于管理协议（SNMP）的监测和基于路由协议的监测三类。基于通用协议的拓扑发现方法是利用基于 ICMP20（Internet Control ManageProtocol）的工具 Traceroute 和 Ping 收集拓扑信息。T
