1、 基于校园网的网络性能测量与评价技术的研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：赵华琼指导教师：唐学文高工专 业：计算机系统结构学科门类：工学重庆大学计算机学院二O一四年四月Research on Network Performance Measurement and Evaluation Technology Based on Campus Network A Thesis Submitted to Chongqing Universityin Partial Fulfillment of the Requirement for theMasters Degree of Engineer
2、ingByZhao HuaqiongSupervised by Senior Engineer Tang XuewenSpecialty：Computer System ArchitectureCollege of Computer Science of Chongqing University, Chongqing, China April 2014重庆大学硕士学位论文 中文摘要摘 要随着网络技术的迅速发展和网络应用业务的逐渐丰富，网络影响到生活的各个领域，用户对网络的稳定性、可用性和响应时间的要求逐渐变高。为了提高网络服务质量（Quality of Service，QoS）以确保网络能够承
3、载各种网络应用业务，网络测量和网络评价技术显得尤为重要。网络测量以网络设备为主要被管对象，采集相关网络性能数据；网络评价以这些性能数据为基础，建立QoS的评价模型，对网络上不同的网络业务的运行情况进行分析和评估。本文针对重庆大学校园网络管理系统，从具体的网络应用业务的用户体验质量（Quality of Experience，QoE）的角度对网络测量和评价技术进行了相关的研究。研究的内容主要有以下几点：研究网络性能的 测量指 标及测量方法，提出一种自适 应的流量数据采集算法。该方法通过计算在一段时间 t内，流量数据大小的浮动值 D相对于测量平滑区间 n内的平均测量值 Dn的平均变化幅度以及变化速
4、率，来 调整下一次流量数据采集的时间间隔，从而获取更多流量数据变化的细节信息，减少了数据采集次数。提出一种改进的SNMP性能数据采集方法。采用 SNMPv2中的GetBulk操作与SNMP Get 操作相结合的方式，通 过区分标量对象、一次“下一个对象操作”的列对象和多次“ 下一个对象操作 ”的列对象，最大程度地增加每个 Response数据包中返回的信息量，从而降低了网络管理站与代理设备的通讯次数，提高了代理设备处理Request报文的响应速度，大大减少了数据采集的冗余数据量。针对不同厂商网 络设备 的Trap数据格式和数据项的差异，设计了一种通用的SNMP Trap数据采集方法，可以很及时
5、地对网络中的故障和告警信息进行展示和统计，以方便网络管理者进行网络维护。从网络业务质 量的角度出 发，提出一种面向网络业务 的基于模糊层次分析法的质量评估模型。该模型考虑到网络中各个QoS性能指标参数之间的相互影响作用以及具体的网络应用业务对不同性能指标参数的敏感程度，结合统计学方法，对校园网中两条网络路径的业务质量进行了评估和分析。在重庆大学校园网 络管理系 统上进行具体的实践。通 过结合ICMP 与SNMP中轮询及Trap的测量方式， 对校园网内网络路径的性能状况 进行测量和评价。关键词：网络测量，网络性能，SNMP ，校园网， QoSI重庆大学硕士学位论文 英文摘要ABSTRACT Wi
6、th the rapid development of network technology and the enrichment of networkapplication businesses, network gradually has penetrated into all aspects of life. Theusers requirements on the stability, availability and response time of network isbecoming increasingly high. In order to improve the QoS a
7、nd ensure that the network iscapable of providing various network application businesses, network measurement andevaluation of technology become especially important.Network measurement takes network equipments as the mainly managed objects tocollect related performance data. Based on these performa
8、nce data, some QoSevaluation models are established for network evaluation to assess the networkoperation conditions of different network businesses. In this paper, the networkmeasurement and evaluation technology are studied from the angle of QoE on theplatform of Chongqing university campus networ
9、k management system. The mainworks are presented as follows: Research on the network performance metrics and measuring methods, anadaptive flow data collection method was proposed. This method firstly calculated thevariable flow value in a period of time, and then compared it to the averagemeasureme
10、nt values. The range and rate of the change were used to determine whetherto adjust the time interval of the next data acquisition, so as to obtain more details of thevariation flow data, and to reduce the number of data acquisition. An improved SNMP performance data collection method was raised. By
11、combining the SNMPv2 GetBulk operation with the SNMP Get operation anddistinguishing three types of variables: simple objects, one“get-next operation”column objects and repeatedly“get-next operation” column objects, this methodmaximum increased the amount of return information in each response packe
12、t, thusreduced the number of communications between network management system andagent, and enhanced the response speed of agent to handle the request packet, andgreatly decreased the redundancy data of data acquisition. For the difference in trap data format and data items of various networkequipme
13、nt from different vendors，a general SNMP Trap data acquisition method isdesigned in order to display and statistic the network fault and alarm informationimmediately so as to facilitate the network maintenance for network managers.II重庆大学硕士学位论文 英文摘要 From the point view of network application business
14、 quality, abusiness-objected quality evaluation model based on fuzzy analytic hierarchy processwas put forward. Considering about the mutual influence of each QoS networkperformance merit and the variation sensitive degree of performance merits betweenspecific network application business, this mode
15、l evaluated and analyzed the networkbusiness quality of two campus links by statistical methods. Specific practice was experimented in Chongqing university campus networkmanagement system. Combined the ICMP mode with SNMP polling and traps mode,the performance of network paths were measured and eval
16、uated.Keywords: Network Measurement, Network Performance, SNMP, Campus Network,QoSIII重庆大学硕士学位论文 目 录目 录中文摘要I英文摘要 II1绪论 11.1课题背景及意义 . 11.2研究现状 . 21.3本文研究内容 . 41.4本文组织结构 . 52网络性能测量研究概述. 62.1网络性能指标 . 62.1.1连通性和可用性 62.1.2准确度和利用率 62.1.3时延 72.1.4丢包率 82.1.5带宽 82.2网络性能测量方法 . 92.2.1测量方法的基本分类 92.2.2常用的测量工具 102
17、.3简单网络管理协议 . 102.4网络测量面临的挑战 . 122.5本章小结 . 133基于测量的网络性能数据采集. 143.1测量技术基础概述 . 143.1.1网络测量原理 143.1.2数据采集方法 173.1.3主要测量指标 193.2自适应的变长周期网络流量采集算法 . 203.2.1传统的网络流量采集 203.2.2自适应的网络流量采集 213.3改进的SNMP轮询网络性能数据采集方法 233.3.1数据采集轮询周期 243.3.2测量对象标识符 24IV重庆大学硕士学位论文 目 录3.3.3算法及分析 253.4基于SNMP Trap的网络性能数据采集方法 283.5实验分析
18、. 323.6本章小结 . 364基于模糊层次分析法的网络性能评估模型 374.1基本概念概述 . 374.2网络性能评估现状 . 384.3网络性能评估模型 . 394.3.1建立网络应用业务评价的层次结构 394.3.2确定方案权重和准则权重 404.3.3对各项指标进行规范化处理 424.3.4计算业务性能评估值 424.4实验分析 . 434.5本章小结 . 455基于重庆大学校园网的实践与分析 465.1系统实验环境 . 465.2系统设计实现 . 465.2.1系统架构 . 465.2.2数据采集 . 475.2.3数据存储 . 475.2.4分析展示 . 485.3系统运行图 .
19、 485.4本章小结 . 516总结与展望 . 526.1本文总结 . 526.2下一步的工作 . 52致 谢. 54参考文献. 55附 录. 58A.作者在攻读学位期间发表的 论文目录 58B.作者在攻读学位期间取得的科研成果目 录 58V重庆大学硕士学位论文 1 绪论1 绪论1.1课题背景及意义随着互联网网络应用技术的快速发展，网络的规模日趋庞大，复杂度越来越高，网络应用业务逐渐丰富。网络技术在给我们生活带来便捷的同时，网络的稳定性和安全性能变得更加重要。根据中国互联网信息中心在 2013年 7月公布的第32次中国互联网络发展状况统计报告1显示，截至 2013年 6月底，我国互联网普及率提
20、升至 44.1%，网民人数相对于 2012年底增加 2656万人，达到了 5.91亿。中国的国际出口带宽在半年内增长至 2098150Mbps，增长率达到了 10.4%。网站数量和IP地址数量都有一定的增长率。国内网络用户对 各类应用业务的使用越加频繁，电子商务和即时通信类业务继续保持快速发展，截至 2013年 6月底，网购率上升至 45.9%，网购用户达 2.71亿人。虽然网络容量和网络资源不断增加，但资源的增长并不能保证网络性能达到用户的期望。网络用户还是会经常遇到网速慢、不稳定，图片无法显示，网络应用无法使用等问题。而这些问题随时都有可能造成巨大的影响和损失。由于互联网和Web技术的商
21、业化，不同的网络用户 群对于不同的应用业务的服务质量有着不同的要求，传统的 TCP/IP网络所采用的“ 尽力转发”的机制，并不能按照用户的需求合理的调整网络结构和网络资源，故而不能很好的满足用户对于高质量高性能网络的要求。越来越多的电子商务类型网站需要实时处理用户的请求，网络的访问速度变得尤为重要。如果用户链接速度缓慢，用户不满意，就很容易使用户失去耐心，选择中断操作或是直接离开，这样会直接或间接地给网络服务提供商带来经济损失。如果大量用户认为网络所提供的服务质量较差，他们就会去选择其它网络接入商，给网络接入商带来损失。网络测量是指运用软硬件工具，依据一定的方法和技术对网络性能指标进行监测，从
22、而监控网络运行状态好坏的过程。它是一种技术，通过追踪数据或分组在网络中的活动情况来分析各网络业务的状态。网络测量是对 Internet进行管理和维护的基础，通过网络测量可以指导帮助找到网络性能瓶颈，从而实现网络性能的最优化；网络性能评价是指在网络测量的基础上，针对各种测量指标对网络运行状况进行评价，通过量化分析网络性能数据，从而更直接反映网络的性能情况。准确的测量和评估网络当前运行状况，分析网络性能参数，监控网络性能，快速定位和排除网络故障尤为重要。对于网络运营商和网络用户而言，通过研究网络测量和评价技术可以实现对网络实际运行状态的模拟和评估，从而排除网络故障，调整网络资源，优化网络1重庆大学
23、硕士学位论文 1 绪论架构，提升网络服务质量及用户满意度。对学术研究者而言，研究网络测量和评价技术，可以建立互联网运行状态的模型，更好更彻底的研究互联网各项特征和规律，从而推动互联网快速高效准确的运行和扩容。网络测量和评价技术是了解互联网本质特征和网络行为的基本手段。研究网络性能测量技术不仅具有重要的理论价值，还能够产生积极良好的经济效益和社会效益。随着校园网内信息化技术的发展，校园网络的管理维护变得越来越困难，而目前国内并没有专门针对校园网的网络性能管理监测平台。然而由于校园网相对其它类型网络来说，自身的特点比较明显：上网环境开放；校园网用户群体特别；网络使用频率高、网络用途广。因此更需要加
24、强对校园网络性能的监测，通过分析网络运行参数状况，合理分配网络流量和网络资源，提高网络使用效率。1.2研究现状网络测量是计算机网络的一个较活跃的研究领域，最初开始于二十世纪八十年代。1985年成立了互联网工程任务组（简称IETF），是全球互联网技术的权威核心组织，负责制定互联网的相关技术标准和规范。国际上已经有许多针对网络性能监测的研究项目和研究成果，它们主要集中研究主动式和被动式两种测量方式的网络性能监控，重点强调提供高速率、高服务质量和高可用性的网络，注重互联网应用技术的发展趋势2。1992年，伯克利分校科学家们开始对Internet性能进行研究。Vern.Paxson等人等开发实现了一个
25、通用的大规模网络性能测量基础设施，即后来的NIMI（NationalInternet Measurement Infrastructure）3。NIMI项目最开始是由美国国家科学基金会NFS资助的，后来得到了美国国防部高级研究计划局DARPA的支持。NIMI提出了一个分布式的基于探针的可扩展的大规模网络性能测量框架，采用层次化的系统结构，利用主动测量的方式在网络中部署大量探针，通过探针之间的相互合作来实现对互联网路径的性能状况的监控。NIMI具有良好的灵活性和扩展性，它可以根据网络性能测量的需要在构建好的测量平台上添加其它测量工具。 Vern.Paxson在其发表的文献 45中运用 NIMI全
26、面地研究了端到端传输过程中网络数据包动态性和数据包传输过程中的路由行为特征，对 Internet测量领域的发展起到了非常大的推动作用，网路测量从那之后被广泛的实践和研究在计算机网络的发展之中。为了进一步的研究互联网测量技术，美国在NSF的支持下成立了网络应用研究国家实验室NLANR6。NLANR下研究的项目主要有AMP工程（Active MeasurementProject）7、PMA工程（Passive Measurement Project ）8 和NAI工程（Network Analysis2重庆大学硕士学位论文 1 绪论Infrastructure）9。AMP通 过使用主动测量的方式获
27、取网络性能指标，主要包括往返时间网络RTT、丢包率、流量和拓扑等； PMA则是使用被动测量方式的网络性能测量工程，着重于研究数据包包头的追踪和分析。NAI是一个全面性的网络分析框架，它致力于互联网流测量和性能测量技术，其主要研究超高带宽网络服务，并扩展到其它高可用性连接网络。NAI能够对大量的测量数据进行包括主动、被动和监控等多种测量形式的采集和分析，然后对网络路由状态和稳定性进行评估。1997年，美国加州大学圣地亚哥分校超级计算中心SDSC的互联网数据分析合作组织CAIDA研发了性能测量工具Skitter10，Skitter是一种利用主动测量方式通过许多个源端向被测端发送探测包来探测路径的性
28、能的工具，主要分析拓扑差异和RTT性能差异。Surveyor11是一个网络性能测试基础框架，是由Advanced Network & Services联合其他非盈利性国际学术研究组织提出的。它是一个基于已经定义好的IP网络性能指标工作组（IPPM-WG）标准的网络测试框架，可以使用主动测量的方式获得两个测量机器之间的端到端的网络路径之间的单向延时和丢包率。它采用了标准的测量方式，具有更高的准确率和可比性。互联网端到端性能测量项目 IEPM（ Internet End-to-End PerformanceMonitoring）是由世界上顶级的研究中心之一SLAC于 1995年开始研究的，它测量的
29、是高能核物理网络性能。其开发的端到端的网络测量工具PingER（PingEnd-to-End Reporting）12采用ICMP的响应报文机制，即使用 ping命令对Internet端到端的网络路径性能的监控，主要测量的是RTT、时延抖动、丢包率等性能指标。RIPE TTM项目13 是由欧洲互联网服务提供商及其用户组织形成的团体建立的一个大规模互联网性能监测项目。它实现了对互联网连通性、单向延时、抖动、丢包率、带宽和路由等性能指标的测量。国外其它比较有名的网络性能监测项目还有由IBM和伯克利分校开发的基于被动共享式测量项目SPAND （Shared Passive Network Disco
30、very）14，它通过向客户端发送数据分组，让客户端向服务端汇报网络的运行状况，同时它还在网关处部署了一个PC机来辅助数据的捕 获。从事互联网性能 测量的知名企业也有许多，例如Ixia、Fluke、Spirent 、Keynote、BMC、Freshwater等15 。在我国，由于受到互联网普及率和网络带宽等环境的影响，网络性能测量行业发展相对较晚，与国外存在一定的差距。但是，随着软硬件环境的不断完善，网络性能意识的提高，网络测量的重要性已经得到认可，网络测量技术逐渐受到了很多组织的关注，其研究工作也渐渐开展。国内的互联网性能研究项目一般作为国家“973”和“863”课题，主要集中在国内的研究
31、所和某些高校重点 实验室。中科院计算技术研究所（简称计算所）于20世纪末构建了网络测量实验室，主要3重庆大学硕士学位论文 1 绪论集中于对网络测量的相关技术和相关理论知识的研究，并诞生了许多可观的研究成果，其中以毕经平等人提出的网络测量与分析系统 16（可简称NIPMAS）和谢高岗等人提出的流量监测系统17（简称为Net Turbo ）最 为著名。清华大学的网络协议测试实验室，在中国教育科研网CERNET2上部署了端到端的测量与分析系统，对网络时延、丢包和抖动等网络性能参数进行监控和分析。其中杨家海等人 18-19对网络管理和网络测量技术进行了大量研究。东南大学的程光等 20 对网络流测量模型
32、、网络流量行为分析和抽样技术等Internet流量测量技术进行了深入研究。1.3本文研究内容传统的网络性能检测和评价系统大多以网络设备为被管对象，主要通过流量、带宽、延时、丢包率等QoS性能参数采集的数据，来评估网络性能。这种单纯地通过QoS数据来评估网络性能的方法，没有考虑到用户使用过程中对网络应用业务的主观感受，即用户体验质量QoE。而实际生活中，用户往往对一些网络性能QoS参数不那么感兴趣，他们直接关心的是：当前使用的某个具体的网络应用能否正常使用？某个网络应用正常使用的可行度等。因此，本文以重庆大学IPv4/IPv6校园网络管理系统为主要监测工具，结合网络性能测量数据和用户业务感知的网
33、络质量进行相关研究。研究的主要内容包括：分析研究现 有的网络测 量技术、网络测量工具和 测量方法、网络性能参数以及网络性能评价方法。提出一种自适应的变长 周期实时流量数据采集算法。 传统的基于等时间间隔周期进行抽样的数据采集算法在一定程度上给被测设备带来了负担，造成了网络带宽的浪费。本文根据实时流量数据的变化规律，提出一种自适应的变长周期数据采集算法。改进了基于 SNMP的网 络性能指标参数采集方法。本文采取基于 SNMP陷阱和轮询、ICMP相结合的测量模型，对于sysDescr等标量对象采用getResponse操作一次读取；对于ifTable表中列对象采用SNMPv2中提供的getBulk
34、Response 操作交互。通过设置getBulkRequest 请求PDU中的non-repeaters和max-repetitions参数值，区分只需一次“ 下一个对象操作 ”的对象和需要多次 “下一个对象操作”的数据，最大程度的增加每个Response数据包中返回的信息量，从而减少采集的数据量、降低管理站与代理通讯次数、节省网络带宽。并设计实现了一种通用的SNMP Trap数据采集方法，方便收集网络故障和告警信息。提出一种面向网络应用 业务的多指标网络性能评 价模型。本文研究的网络性能评价模型，通过建立一个网络承载业务的应用评价 KPI(Key PerformanceIndex，关键性能
35、指标集)，克服了单个性能评价指标的片面性，实现多指标融合的4重庆大学硕士学位论文 1 绪论信息评价。将研究成果在校园网中进行运用实践。重庆大学校园网有 1000余台来自不同厂商不同型号的网络设备，通过获取这些设备的特定性能参数数据，结合基于模糊层次分析法的性能评估模型，对校园网内网络的性能状况进行测量和评价。1.4本文组织结构本文共分为六章，内容组织结构和安排如下：第一章是全文的绪论，简要的介绍了本文的选题背景和意义、主要研究内容和组织结构。第二章对网络性能测量的相关技术进行了简单的研究。主要包括简单网络管理协议、性能测量指标、测量方法及测量所面临的挑战。第三章介绍了基于测量的网络性能测量数据
36、采集方法。其中包括基于 SNMP和ICMP两种网络协议方式的数据采集方式。基于 SNMP 的数据采集方式又分为基于SNMP轮询和SNMP陷阱的两种采集方式。并提出了一种自适 应的网络流量采集算法和一种通用的基于SNMP Trap的网络性能数据采集方法，还改进了SNMP轮询数据采集方法。第四章讨论了面向网络应用业务的性能评估模型。首先简单的介绍了模糊层次分析法的概念和网络性能评估现状，然后详细地描述了本文提出的性能评估模型，最后鉴于提出的模型进行实验结果分析。第五章是本文提出的测量与评估方法在重庆大学校园网中的实践。第六章是总结与展望。对全文进行了总结概括，并提出了下一步的研究方向。5重庆大学硕
37、士学位论文 2 网络性能测量研究概述2 网络性能测量研究概述2.1网络性能指标IPPM工作组定义了常用的网络性能指标参数有：连通性、带宽、时延、丢包率、吞吐量和时延抖动等，这些性能指标参数可以分别从物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层等五个不同的层次来进行分析处理。同一性能指标对于不同类型的业务，它的影响也具有很大的差别。不同层次的网络性能指标受到不同的用户群的关注。物理层和数据链路层的网络性能指标往往是网络设备制造商关注比较多的；网络层的性能指标则被网络接入服务商关心着；传输层和应用层的主要关注则来自网络用户和网络业务的提供商。2.1.1连通性和可用性连通性是指IP网络主机之间是否可以
38、互达，描述了网 络的可靠性，是实现网络业务的最基本的条件。Ping程序常用来测量本地系统与网络远程设备之间的可到达性，从本地测量主机采用一定的频率向网络中的设备发送ICMP Ping报文，然后等待目的端发送ICMP响应报文，最后解析响应报文来确定网络连接的可用性。网络可用性是将网络视为一个主体，一般指尽可能少的停机时间，它可以由网络的平均无故障时间来表示：M T B F可用性 M T B F M T T （2.1）其中，MTBF和MTTR分别表示网络的平均无故障时间和平均修复时间。测量网络可用性和连通性指标，最常用的也最为容易使用的便是 ICMP测试。利用ICMP Ping 命令进行网 络连通
39、性和可用性测量的步骤可以描述为：从每个需要被监测的被管 设备上选择一个IP地址。可能还会包括被管设备的部分接口地址，以便对接口的可用性进行测试。以某种采样 周期对被管 设备发送Ping报文，通常在 115分钟间。每次尝试发送多个Ping （最多 4个）。如果至少一半以上的Ping报文收到了响应，就将此设备看作可用的。在可接受的时间范围内 进行一下设备的故障检测 。如果Ping响应丢失则表明网络里有可能出现了拥塞和错误问题，可能需要进行另外的测试，并将结果写入日志或是产生事件。2.1.2准确度和利用率准确度可用一段特定时间内成功的通信数据量与接口总数据包速率的比值来表示，一般采用百分比形式。假设
40、在发送 1000个数据包中有 20个数据包出现了6重庆大学硕士学位论文 2 网络性能测量研究概述错误。那么由上述定义可知，其准确率是 98%，错误率就是 2%。早期的网络技术，尤其是当网络规模比较大和复杂的时候，一定水平的错误是可以接受的。但是对于现如今高速网络服务，网络数据传输需要更为准确，错误率要接近零。错误率 i f I n U c asi ft PI nkEt sr r o r s i f I n N1U0c0a% （2.2）（2.3）准确率 （1 - i f I n U c asi ft PI nkEt sr r o r s ） 1 0 0i f I n N U c a sifInE
41、rrors，是两次SNMP ifInErrors 对象的轮询采集的 实例值之差，表示输入错误数据包数。 ifInUcastPkts，是两次SNMP ifInUcastPkts对象的轮询采集的实例值之差值，表示输入单播数据包的数量。 ifInNUcastPkts，是两次SNMPifInNUcastPkts对象的轮询采集的实例值之差值，表示输入非单播数据包的数量。因为MIB-2变量是以计数器的形式存储的，所以要 获得性能指标值就必须要计算两次轮询之间的差值。MIB-2在RFC 121321中修改并扩展了MIB-1 中的对象组。利用率用来表示已经使用的某个资源占其最大操作容量比率，一般用百分比来表示
42、。利用率的测量可以识别整个网络里潜在的拥塞问题。通过测量 CPU和接口等系统容量相关变量可以确认网络设备的系统资源消耗程度。当排队通过某个接口的通信量超过了该接口的处理能力时，就会出现过度使用，其影响可能是巨大的，但高的利用率也不一定是不好的，低的利用率也有可能表示出现了错误，本来该有的通信量流通到了别的地方。当然，资源利用率的骤然跳跃也可能表示出现了故障。接口利用率表明了接口的吞吐情况，定义如公式（2.4）。（ i f I n O c t er s + i f O）u t 8Oc1t0e0r%s利用率 （2.4）t i f S p e e d其中， ifInOcters是在两个采样轮询周期之
43、间Snmp ifInOcters对象的实例值的差值，表示该接口输入流量的字节数。 ifOutOcters是两个采样轮询周期之间的Snmp ifoutOcters对象的实 例值得差值，表示该接口输出流量的字节数。ifSpeed表示该接口的接口速率， t是两次测量的时间间隔，即计算 ifInOcte和ifOutOcters使用的时间间隔。2.1.3时延网络时延是进行网络测量的重要性能指标参数之一，它在众多实时多媒体业务，如VoIP、IPTV等网络语音和视频业务中扮演着非常重要的角色。网络运营商重点关注的是如何将时延限制在一定的范围之内。根据文献22所述，人的听觉可以忍耐的语音延迟一般大约在 100
44、ms，若单项时延超过 250ms，则在通话的另一端将出现回波，导致通话双方的声音混合在一起，用户无法听到清楚的声音， VoIP应用的性能也将大打折扣。7重庆大学硕士学位论文 2 网络性能测量研究概述往返时延。 RFC 268123对往返时延进行了说明，是指发送端从发出数据包到接收到响应数据包分组的最后一个比特所经过的时间。ICMP Ping命令是测量往返时延最简单和最常用的工具。通过Ping命令可以向网络中特定的地址发送ICMP询问报文，然后根据得到的响应数据包的结果来评估通向目的节点的链路的往返时延大小、时延抖动、目的主机的可达性等。延时抖动。网 络上传送的数据包不 仅存在时间延 迟，且每个
45、数据包到达目的节点的延迟时间是不确定的，这种现象即时延抖动。时延抖动代表了数据报文传输过程的平稳度。RFC 339324 中对时延抖动的测量指标进行了描述，时延抖动反映了相邻的两次测量的时延值之差。当延时抖动的值在一定的范围之内，则认为当前设备具有较好的稳定性。对于某一条路径，某一段时间内时延值序列为di(i 1,2, ,n)，定义avg(di)为该时延序列的平均值。则时延抖动：1n1njitter (di avg(di) 2 （2.5）i12.1.4丢包率网络丢包率主要考察在一定时间间隔内数据包从源端到目的端往返过程中丢失的数据包占总数据包的比率，通常用百分数表示。测量会话发起端发送一组有序
46、号的数据包，如果接收端没有收到对应序号的回应请求数据包，则表示该数据包丢失。丢包率（r）用公式可表示为：r m n 100% （2.6）m2.1.5带宽带宽通常用来表示网络传输路径上的传输容量，一般分为链路带宽、瓶颈带宽和可用带宽等三种。链路带宽是指网络传输路径上的数据包传输的最大速率，即网络链路最大传输容量。瓶颈带宽主要针对源端和目的端之间性能最低的一条链路而言，是指其能够达到的最大数据包传输速率。可用带宽则是在不影响当前已存在网络业务传输速率的前提下，可给予一个业务流的最大传输速率。上述三者之间的关系可以表示为：设网络路径 P包含 n条链路 L1, L2, , L n，它们的容量分别是C1
47、,C2, ,C n，它们负载的流量分别为 1,2, ,n（bit/s），则链路容量 C即为链路带宽；若链路Li(1 i n)的带宽 Ci min(C1,C2, ,Cn)，则称 Ci为路径 P的瓶颈带宽；而链路Lj(1 j n)上未用的带宽 C j j即为该链路的可用带宽 A j ，若Aj C j j min(A1, A2, , An)，则称 Aj 为该路径 P 的可用带宽。当前可用带宽测量主要针对网络路径而言，也就是一条网络路径之中的瓶颈链8重庆大学硕士学位论文 2 网络性能测量研究概述路的可用带宽。一般可使用两个探测包到达目的端的时间差来估算瓶颈链路的可用带宽值。为了计算瓶颈路径上的可用带宽
48、，首先必须获取其背景流量，然后再根据背景流量同上述时间差之间的关系，计算出可用带宽值。设探测包对 P1和 P 2的发出时间间隔为 Tin，到达接收端的输出时间间隔是 Tout，如果探测包 P1离开瓶颈链路和 P2到达瓶颈链路期间有背景流量插入到两个探 测包之间，即在 Tin时间间隔内有背景流量流经瓶颈链路，则在 Tout时间间隔内，瓶颈链路上传输了 P2探测包和上述背景流量。因此，传输背景流量的时间为 Tout Tin，背景流量为 To u t T （2.7）inCTin其中，C 表示瓶颈链路的带宽。可以容易的计算出瓶颈链路的可用带宽：A C ( 1 To u t T （2.8）i)nCTin可以看出，可用带宽与链路流量紧密相关，只要知道链路流量即可算出相应链路的可用带宽。2.2网络性能测量方法2.2.1测量方法的基本分类基于网络性能数据的获取方法和技术特征的差异，测量可分为主动测量和被动测量两种方式。主动测量方法通过主动向网络中发送特定的探测数据包，并对探测数据包在网络中传输后发生的状态变化信息进行采集和分析，最后计算得出要测量的网络性能参数的实例值。目前已经有多种主动测量工具，例如：Iperf，Pathload ，Ping，Fping等。其 测量方式各由差异，但基本都
