专利名称：一种网络性能测量方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及通信领域的测量技术，尤其涉及一种网络性能测量方法及系统。
背景技术：
随着因特网(Internet)技术和网络业务的飞速发展，用户对网络资源的需求空前增长，网络也变得越来越复杂。不断增加的网络用户和应用，导致网络负担沉重，网络装置超负荷运转，从而引起网络性能下降。这就需要对网络的性能指标进行提取与分析，对网络性能进行改善和提高。因此网络性能测量便应运而生。发现网络瓶颈，优化网络配置，并进一步发现网络中可能存在的潜在危险，更加有效地进行网络性能管理，提供网络服务质量的验证和控制，对服务提供商的服务质量指标进行量化、比较和验证，是网络性能测量的主要目的。
最常见的IP网络性能测量方法有两类主动测量和被动测量。主动测量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送情况来分析网络的性能。被动测量是指在链路或装置(如路由器，交换机等)上利用测量装置对网络进行监测，而不需要产生多余流量的测量方法。
性能测量从方向上来划分，还可以分为单向网络性能测量和往返网络性能测量。单向网络性能测量就是测量从一个测量点A到另一个测量点B一个方向的网络性能指标。往返网络性能测量是测量从一个测量点A到另一个测量点B再返回测量点A的网络性能指标。对于两点之间的通信，在往返两个方向上可能经过不同的路径，或者同一个路径往返两个方向的业务质量(QoS)是不相同的，因此单向网络性能并不等于简单的将往返时延除以二(在后续如非特别指出，网络性能测量均为单向网络性能测量)。
一般地，测量系统由测量控制器和部署在网络中的测量点组成。对于主动测量方法基本步骤为1、测量控制器配置参与性能测量的两个测量点A、B。
2、测量点A构造探测报文，附着上序列号、时间戳信息向测量点B发送探测报文。即，探测报文的源IP地址就是测量点A地址，目的IP地址就是测量B地址。
3、如果测量点B收到探测报文，可以根据探测报文携带的发送时间戳，以及收到报文的时间戳信息得到该报文的时延；如果测量点B没有收到探测报文，可以根据连续的序列号判断出丢包情况，得到丢包率指标。根据时延、丢包率可以推导出其他性能指标，如抖动、网络不可用性等。
对于目前普遍使用IPv4的网络来说，为了解决IP地址资源不够的问题，NAT/NAPT的部署是比较普遍的现象。对于主动测量来说，在端到端的路径上如果存在NAPT/NAT，那么NAT/NAPT装置屏蔽了内部网络，阻断了内部网络的透明性。位于内部网络和外部网络的测量点，虽然可以正常收发探测报文并计算出网络性能指标，但于外部网络的测量点无法确定探测报文是来自内部网络还是来自外部网络(因为经过了NAT/NAPT装置已经将私有IP地址转换为公有IP地址)，也使得位于外部网络的测量点无法主动访问位于内部网络的测量点。
在IPv4和IPv6混合组网的环境下，如果采用NAT-PT技术进行IPv4网络和IPv6网络的互通，同样存在NAT-PT装置上进行IPv4地址和IPv6地址进行映射，对于主动网络性能测量来说面临同样的问题。
发明内容
本发明提供一种网络性能测量方法及系统，以解决现有主动网络性能测量中存在经网络地址转换后接收报文的测量点无法确定报文来源的问题；进一步解决该测量点无法主动向对端测量点发送探测报文的问题。
本发明提供以下技术方案一种网络性能测量方法，包括如下步骤第一测量点根据测量指示，构造在数据字段包含本测量点地址信息的探测报文；第一测量点将所述探测报文发送到第二测量点，其中第一测量点到第二测量点的路径上存在网络地址转换装置；第二测量点接收所述探测报文后，根据报文中的所述地址信息确定该探测报文的来源；以及根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标。
其中第二测量点进一步根据所述地址信息和报文中的源地址信息获得相应的网络地址绑定关系。所述方法进一步包括步骤第二测量点根据所述网络地址绑定关系构造探测报文；所述网络地址转换装置接收到所构造的探测报文并进行网络地址转换后，将其发送给第一测量点；以及在第一测量点接收所述探测报文后，根据探测报文中的相关信息计算网络性能测量指标。
所述第一测量点和第二测量点分别在所述报文中附着用于计算网络性能指标的时间戳信息。
所述第一测量点位于私网内，所述第二测量点位于公网内；或者，所述第一测量点位于IPv6网络中，所述第二测量点位于IPv4网络中。
一种网络性能测量方法，包括如下步骤第一测量点根据测量指示，构造在数据字段中包含本测量点地址信息的通告报文，并通过网络地址转换装置发送给第二测量点；第二测量点根据通告报文中的所述地址信息和报文中的源地址信息获得相应的网络地址绑定关系；第二测量点根据所述网络地址绑定关系构造发送给第一测量点的探测报文，并通过所述网络地址转换装置发送给第一测量点；以及在第一测量点接收所述探测报文后，根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标。
一种网络系统，包括网络地址转换装置，用于转换网络地址；测量控制器，用于向测量点下发测量配置；第一装置，用于在第一测量点根据测量配置，构造在数据字段中包含本测量点地址信息的探测报文，并经所述网络地址转换装置进行网络地址转换后发送给第二测量点；第二装置，用于在第二测量点接收所述探测报文，并根据报文中的所述地址信息确定该探测报文的来源；所述第二装置根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标并上报测量控制器，或者，所述第二装置接收到探测报文后生成报文摘要数据并上报测量控制器，由测量控制器计算网络性能测量指标。
一种网络系统，包括网络地址转换装置，用于转换网络地址；测量控制器，用于向测量点下发测量配置；第一装置，用于在第一测量点根据测量配置，构造在数据字段包含本测量点的地址信息的通告报文，并经所述网络地址转换装置进行网络地址转换后发送给第二测量点；第二装置，用于在第二测量点根据所述通告报文的数据字段中包含的所述地址信息和源地址信息获得相应的网络地址绑定关系，依据该绑定关系构造探测报文并经所述网络地址转换装置进行地址转换后发送给第一装置；所述第一装置根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标并上报测量控制器，或者，接收到探测报文后生成报文摘要数据并上报测量控制器，由测量控制器计算网络性能测量指标。
本发明由内部网络或IPv4网络中的第一测量点将其地址信息(IP地址和端口号)发送给内部网络或IPv6网络中的第二测量点，使该第二测量点能够确定探测报文的来源；同时，该第二测量点能够主动向第一测量点发送探测报文，以实现网络性能测量。
图1为现有技术中NAT应用的参考模型示意图；图2为本发明实施例一中在NAT/NATP环境下端到端测量的网络结构示意图；图3A-图3D为本发明实施例一中探测报文格式示意图；图4A、图4B为本发明实施例一中实现主动测量网络性能的流程图；图5为本发明实施例二中在NAT/NATP环境下端到端测量的网络结构示意图；图6为本发明实施例二中实现主动测量网络性能的流程图。
具体实施例方式
为了在NAPT/NAT环境下进行的主动网络性能测量中，使位于公网或位于IPv6网络中的测量点能够区分来自于内部网络或IPv4网络中测量点的探测报文，本发明由位于内部网络或IPv4网络中的第一测量点将本测量点的地址信息(包括IP地址和端口号)传送到位于公网或位于IPv6网络中的第二测量点。下面结合附图进行详细说明。
实施例一本实施例以位于内部网络中的第一测量点将本测量点的地址信息封装在用于测量的探测报文中传递给位于公网中的第二测量点为例进行说明。
参阅图2所示，网络系统包括测量控制器(MCServer)，位于内部网络中测量点A的装置A，位于公网中测量点B的装置B，以及在测量点A与测量点B之间用于转换网络地址的转换装置。
转换装置用于转换网络地址，即将装置A发送给装置B的数据包中的私网IP地址(源地址)替换为对外的公网IP地址，将装置B发送给装置A的数据包中的对外的公网IP地址(目的地址)替换为私网IP地址。
测量控制器用于发起和终止一个网络测量任务，配置测量点，收集测量数据和计算性能指标，向用户报告网络性能测量指标。配置测量点包括下发被测流描述(五元组、QoS等级)，采样频率和采样算法(如Possion泊松分布)。等装置A用于从测量控制器接受测量指示，构造在数据字段包含本测量点的地址信息的探测报文并通过转换装置发往装置B。
装置B用于第二测量点接收所述探测报文，并根据报文中的所述地址信息确定该探测报文的来源。装置B根据所述地址信息和报文中的源地址信息，可以获得相应的网络地址绑定关系，然后根据该映射关系可以主动向装置A发送探测报文。装置B根据这种映射关系，在报告网络性能指标时恢复转换前的IP地址、端口号。
装置A和装置B在探测报文中附着时间戳信息，通过该时间戳信息可以计算出时延等性能指标。装置A、装置B接收到探测报文后，也可以根据其中的相关信息计算网络性能指标，并发送给测量控制器，而不再由测量控制器计算；或者也可以在收到探测报文后生成报文摘要数据并上报测量控制器，由测量控制器计算网络性能测量指标。所述报文摘要数据除了包含报文标识、流标识和时间戳信息外，还可进一步包含报文中的部分或全部内容。
在数据字段中封装IP地址和端口信息的探测报文可以采用图3A和图3B的格式，为了使测量点B的装置B能够区分附加了测量点A的IP地址、端口号信息的报文与其他报文，可以在报文中添加标志字段Flag予以区分。
图3A为测量点A封装后的探测报文格式，其中源IP地址SrcIPA为测量点A的IP地址，目的IP为DstIPB为测量点B的IP地址，源端口号SrcPortA为测量点A的端口号；目的端口号DestPortB为测量点B的端口号，Len为数据长度，ChkSum为校验和；PAD为数据部分。
图3B为NAT装置进行地址转换后的探测报文格式，其中，源IP地址SrcIPNat为NAT装置的对外IP地址，源端口SrcPortNat为NAT装置的端口号。
图3C为测量点B封装后的探测报文格式，图3D为NAT装置对测量点B发送探测报文进行地址转换后的探测报文格式。
参阅图4A所示，在测量点A与测量点B之间主动测量网络性能的过程如下步骤400、测量控制器接受到一个测量请求。该测量请求中包含源IP地址和源端号，目的IP地址和目的端口号，以及业务类型。
步骤405、测量控制器根据测量请求，定位需要参与测量的测量点，即测量点A，测量点B，并配置测量点。
步骤410、测量点A的装置A构造探测报文，并且将探测报文的源IP地址、源端口号再次封装在探测报文的数据字段中并向测量点B发送。进一步的，装置A将探测报文附着上时间戳信息向测量点B发送。
步骤415、转换装置将探测报文中的源IP地址及端口号替换为对外的IP地址和端口号，并将探测报文发送给测量点B。
步骤420、测量点B的装置B收到探测报文并附着时间戳信息，从探测报文指定中的数据字段获取源IP地址、源端口号信息，根据该信息可以定位该报文来自内部网络的测量点A。
进一步的，装置B根据数据字段中的源IP地址和源端口号，以及探测报文的报文头中的源IP地址和源端口号获取地址转换映射关系并保存。
步骤425、装置B根据探测报文中序列号、时间戳信息计算出时延、丢包率等网络性能指标。
步骤430、装置B将网络性能指标上报到测量控制器，并根据映射关系将其中的源地址恢复为测量点A的IP地址及端口号。
参阅图4B所示，当测量控制器同时向测量点B下发了从测量点B到测量点A测量网络性能的指示时，该处理过程除了包含图4A所示的处理过程外，还包括从测量点B到测量点A的处理过程步骤440至步骤470与图4A中的步骤400至步骤430相同；步骤475、测量点B的装置B主动构造发送给测量点A的探测报文，根据所述映射关系将其中的目的地址填写为转换装置的对外IP地址及端口号，并附着时间戳信息后发送。
步骤480、转换装置将探测报文中的目的IP地址及端口号替换为测量点A的IP地址和端口号，并将探测报文发送给测量点A。
步骤485、装置A接收到控制报文后附着时间戳信息，并将其上报到测量控制器。
步骤490、测量控制器根据探测报文中序列号、时间戳信息计算出时延、丢包率等网络性能指标。
在到达设定的测量时间，完成测量任务或者出现异常情况，测量控制器终止测量过程。
以图2为例对将测量点A的IP地址与端口号传送到测量点B作进一步说明测量点A的IP地址为10.1.1.1，NAT装置对外的公网IP地址为200.1.1.1，测量点B的IP地址为100.1.1.1。
测量控制器接收到测量请求后，定位到测量点A和测量点B，并向测量点A下测量指示，其目标测量点的IP地址为100.1.1.1。
装置A构造探测报文，并将本测量点的IP地址10.1.1.1，端口1000封装在数据字段中，其他部分与现有的探测报文相同，然后将探测报文发送出去。
在NAT装置中，网络地址绑定关系内部IP地址10.1.1.1和端口号1000对应外部IP地址200.1.1.1和端口2000。NAT装置接收到探测报文后，将其中的源IP地址10.1.1.1替换为200.1.1.1，将源端口号1000替换为2000，然后将探测报文发送给测量点B。
装置B接收到探测报文后，从中得到测量点A的IP地址10.1.1.1和端口号1000，根据报文中的源IP地址得到内部IP地址10.1.1.1和端口号1000与外部IP地址200.1.1.1和端口2000的映射关系。这样，测量点B可以确定探测报文来自内部网络，在测量控制器向测量点B下发了向目标地址为100.1.1.1的测量点A发送探测报文的情况下，测量点A根据得到的映射关系可以主动向测量点A发送探测报文。
实施例二本实施例以位于内部网络中的第一测量点将本测量点的地址信息封装在通告消息中传递给位于公网中的第二测量点，由第二测量点向第一测量点发送控制文件进行网络性能测量为例进行说明。
参阅图5所示，网络系统包括测量控制器(MCServer)，位于内部网络中测量点A的装置A，位于公网中测量点B的装置B，以及在测量点A与测量点B之间用于转换网络地址的转换装置。
转换装置用于转换网络地址，即将装置A发送给装置B的数据包中的私网IP地址(源地址)替换为对外的公网IP地址，将装置B发送给装置A的数据包中的对外的公网IP地址(目的地址)替换为私网IP地址。
测量控制器用于发起和终止一个网络测量任务，配置测量点，收集测量数据和计算性能指标，向用户报告网络性能测量指标。配置测量点包括下发被测流描述(五元组、QoS等级)，采样频率和采样算法(如Possion泊松分布)。等装置A用于在测量点A接收从测量控制器发送来的测量指示，构造包含本测量点的地址信息的通告报文并通过转换装置发往装置B，以及接收从测量点B发送来的探测报文。
装置B用于在第二测量点接收所述通告报文，并根据报文中的所述地址信息报文中的源地址信息，获得相应的网络地址绑定关系，然后根据该映射关系可以主动向装置A发送探测报文。
装置A接收到探测报文后，也可以根据其中的相关信息计算网络性能指标，并发送给测量控制器，而不再由测量控制器计算。
装置A和装置B在探测报文中附着时间戳信息，通过该时间戳信息可以计算出时延等性能指标。
参阅图6所示，在测量点A与测量点B之间主动测量网络性能的过程如下步骤600、测量控制器接受到一个测量请求。该测量请求中包含源IP地址和源端号，目的IP地址和目的端口号，以及业务类型。
步骤605、测量控制器根据测量请求，定位需要参与测量的测量点，即测量点A，测量点B，并配置测量点。
步骤610、测量点A的装置A构造在数据字段中包含本测量点的IP地址和端口号的通告报文，并在通告报文上附着时间戳信息向测量点B发送。
步骤615、转换装置将通告报文中的源IP地址及端口号替换为对外的IP地址和端口号，并将通告报文发送给测量点B。
步骤620、测量点B的装置B收到通告报文后，从数据字段获取测量点A的IP地址和端口号信息，根据报文头中的源IP地址和源端口号得到地址转换映射关系并保存。
步骤625、测量点B的装置B主动构造发送给测量点A的探测报文，根据所述映射关系将其中的目的地址填写为转换装置的对外IP地址及端口号，并附着时间戳信息后发送。
步骤630、转换装置将探测报文中的目的IP地址及端口号替换为测量点A的IP地址和端口号，并将探测报文发送给测量点A。
步骤635、装置A接收到控制报文后附着时间戳信息，根据探测报文中序列号、时间戳信息计算出时延、丢包率等网络性能指标并上报到测量控制器。
以图5为例对将测量点A的IP地址与端口号传送到测量点B作进一步说明
测量点A的IP地址为20.1.1.1，NAT装置对外的公网IP地址为200.1.1.1，测量点B的IP地址为100.1.1.1。
测量控制器接收到测量请求后，定位到测量点A和测量点B，并向测量点A、B下测量指示，对于测量点B而言，其目标测量点的IP地址为20.1.1.1。
装置A构造通告报文，并将本测量点的IP地址20.1.1.1，端口3000封装在数据字段中，然后将通知报文发送出去。
在NAT装置中，网络地址绑定关系为内部IP地址20.1.1.1和端口号3000对应外部IP地址200.1.1.1和端口2000。NAT装置接收到通告报文后，将其中的源IP地址20.1.1.1替换为200.1.1.1，将源端口号3000替换为2000，然后将通告报文发送给测量点B。
装置B接收到报文后，从中得到测量点A的IP地址20.1.1.1和端口号3000，根据报文中的源IP地址得到内部IP地址20.1.1.1和端口号3000与外部IP地址200.1.1.1和端口2000的映射关系。这样，测量点B根据得到的映射关系构造探测报文并附着时间戳，其中的目的地址中IP地址为200.1.1.1，端口号为2000，然后发送出去。
NAT装置中接收到探测报文后，将目的地址中的IP地址200.1.1.1替换为20.1.1.1，端口号2000替换为3000，然后发送到测量点A。
上述两个实施例虽然以两个测量点分别位于公网和私网为例进行说明，但本发明并不限于，上述方法同样适用于在采用网络地址翻译-协议翻译(NAT-PT)技术进行IPv4和IPv6互通的网络中。如测量点A位于IPv6网络中，测量点B位于IPv4网络中；在NAT-PT装置上的地址转换映射关系为IPv4地址和IPv6地址之间的映射关系。其余处理与上述同理，不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种网络性能测量方法，其特征在于，包括如下步骤第一测量点构造在数据字段包含本测量点地址信息的探测报文；第一测量点将所述探测报文发送到第二测量点，其中第一测量点到第二测量点的路径上存在网络地址转换装置；第二测量点接收所述探测报文后，根据报文中的所述地址信息确定该探测报文的来源；以及根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二测量点进一步根据所述地址信息和报文中的源地址信息获得相应的网络地址绑定关系。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法进一步包括步骤第二测量点根据所述网络地址绑定关系构造探测报文；所述网络地址转换装置接收到所构造的探测报文并进行网络地址转换后，将其发送给第一测量点；以及在第一测量点接收所述探测报文后，根据探测报文中的相关信息计算网络性能测量指标。
4.如权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述第一测量点和第二测量点分别在所述报文中附着用于计算网络性能指标的时间戳信息。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，由接收到探测报文的测量点计算网络性能指标并上报测量控制器；或者，由将接收到探测报文或者报文摘要数据上报测量控制器，由该测量控制器计算网络性能指标。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一测量点位于私网内，所述第二测量点位于公网内；或者，所述第一测量点位于IPv6网络中，所述第二测量点位于IPv4网络中。
7.一种网络性能测量方法，其特征在于，包括如下步骤第一测量点构造在数据字段中包含本测量点地址信息的通告报文，并通过网络地址转换装置发送给第二测量点；第二测量点根据通告报文中的所述地址信息和报文中的源地址信息获得相应的网络地址绑定关系；第二测量点根据所述网络地址绑定关系构造发送给第一测量点的探测报文，并通过所述网络地址转换装置发送给第一测量点；以及在第一测量点接收所述探测报文后，根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一测量点和第二测量点分别在所述报文中附着用于计算网络性能指标的时间戳信息。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，由第一测量点计算网络性能指标并上报测量控制器；或者，由第一测量点将相关信息上报测量控制器，由该测量控制器计算网络性能指标。
10.如权利要求7、8或9所述的方法，其特征在于，所述第一测量点位于私网内，所述第二测量点位于公网内；或者，所述第一测量点位于IPv6网络中，所述第二测量点位于IPv4网络中。
11.一种网络系统，其特征在于，包括网络地址转换装置，用于转换网络地址；测量控制器，用于向测量点下发测量配置；第一装置，用于在第一测量点根据测量配置，构造在数据字段中包含本测量点地址信息的探测报文，并经所述网络地址转换装置进行网络地址转换后发送给第二测量点；第二装置，用于在第二测量点接收所述探测报文，并根据报文中的所述地址信息确定该探测报文的来源；所述第二装置根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标并上报测量控制器，或者，所述第二装置接收到探测报文后生成报文摘要数据并上报测量控制器，由测量控制器计算网络性能测量指标。
12.如权利要求11所述的网络系统，其特征在于，第二装置根据所述地址信息和探测报文中的源地址信息获得相应的网络地址绑定关系，依据该关系构造探测报文，并经所述网络地址转换装置进行网络地址转换后发送给第一装置；所述第一装置根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标并上报测量控制器，或者，所述第一装置接收到探测报文后生成报文摘要数据并上报测量控制器，由测量控制器计算网络性能测量指标。
13.如权利要求11或12所述的网络系统，其特征在于，所述第一装置位于私网内，所述第二装置位于公网内；或者，所述第一装置位于IPv6网络中，所述第二装置位于IPv4网络中。
14.一种网络系统，其特征在于，包括网络地址转换装置，用于转换网络地址；测量控制器，用于向测量点下发测量配置；第一装置，用于在第一测量点根据测量配置，构造在数据字段包含本测量点的地址信息的通告报文，该通告报文经所述网络地址转换装置进行网络地址转换后发送给第二测量点；第二装置，用于在第二测量点根据所述通告报文的数据字段中包含的所述地址信息和源地址信息获得相应的网络地址绑定关系，依据该绑定关系构造探测报文，该探测报文经所述网络地址转换装置进行地址转换后发送给第一装置；所述第一装置根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标并上报测量控制器，或者，接收到探测报文后生成报文摘要数据并上报测量控制器，由测量控制器计算网络性能测量指标。
15.如权利要求14所述的网络系统，其特征在于，所述第一装置位于私网内，所述第二装置位于公网内；或者，所述第一装置位于IPv6网络中，所述第二装置位于IPv4网络中。
全文摘要
本发明公开了一种网络性能测量方法，以解决现有主动网络性能测量中存在经网络地址转换后接收报文的测量点无法确定报文来源的问题；该方法由第一测量点根据测量指示，构造在数据字段包含本测量点的地址信息的探测报文；将所述探测报文通过用于转换网络地址的转换装置发送给第二测量点；第二测量点接收所述探测报文，并根据报文中的所述地址信息确定该探测报文的来源；以及根据探测报文中的相关信息计算网络性能指标。本发明还同时公开了一种网络系统。
文档编号H04L1/20GK101056217SQ200610076979
公开日2007年10月17日 申请日期2006年4月14日 优先权日2006年4月14日
发明者杨道彦 申请人:华为技术有限公司