专利名称：一种新型的Internet网络性能测量方法
技术领域：
本发明涉及一种新型的Internet网络性能测量方法。
背景技术：
近些年来，Internet网络在飞速发展，尤其是在中国。网络质量的好坏，日益成为人们关心的热点问题。Internet网络性能测量技术前人已经做了比较深入的研究。成熟的测量方法和测量工具也不在少数。
国际上，IETF的IP性能指标工作组(IP Performance Metrics Working Group，IPPM WG)提出了定义性能指标的原则与总体框架，并定义了评估Internet网络数据传输业务的质量、性能和可靠性的一些指标，如连通性、单向丢包、单向时延、环回时延，另一些指标也正在标准化的过程中。
ITU-T的第13研究组(Study Group 13，SG 13)也提出了Y.1540(原I.380)建议，其中定义了衡量IP网上IP分组传输性能的四个参数速度(speed)、精确性(accuracy)、可靠性(dependability)、可用性(availability)。另外还提出了Y.1541(原1.381)建议，规定了IP通信业务——IP性能和可用性指标与分配，将IP业务按QoS分为六类。
同时，一些测试的基础架构也提了出来。Surveyor是Advanced Network&&Services公司联合其他组织提出的基于IPPM WG标准的网络测试基础架构，能够测量参与组织之间的互联网的路径性能；在该项目中还提出了分析性能数据的方法和工具。NIMI是NSF发起、DARPA资助的一个项目，提出了一个基于探针(probe)的分布式可扩展动态的网络测试基础架构。另外还有一些项目如Ripe s、AMP、PingER等都是跟网络测试相关的。
在国内，对Internet网络性能指标以及指标的测量方法也在研究之中，下面就性能指标体系和测量方法作一简单介绍指标是Internet网络中跟网络性能和可靠性相关的人们感兴趣的量经过详细定义而成的。指标体系是所有指标的有机组合，可从下面三个方面来描述。
a)性能指标内容性能指标内容就是跟网络性能和可靠性相关的量的详细定义。常用的性能指标内容有·连通性(connectivity)是网络性能的基本指标，反映了数据能否在各网络组件之间互相传达的属性；·吞吐量(throughput)单位时间内传送通过网络中给定点的数据量；·带宽(bandwidth)单位时间内物理通路理论上所能传送的最大比特数；
·时延(delay)数据离开源点的时间T1与到达目的点的时间T2的时间间隔T2-T1；·时延抖动(delay variation)数据分组流中不同数据分组时延的变化；·丢包(loss)某一时间段内被测网络传输及处理中丢失或出错的信息包数；·丢包率(loss rate)丢包总数占传输总包数的比例。
b)性能指标层次模型Internet网络从逻辑上来讲由下到上可以分为物理层、链路层、网络层、传输层和应用层，从不同层次来看Internet网络的性能，性能指标内容的重点、表述方式和意义都会有所区别。具体如下·从物理层来看重点在于物理设备基于比特的一些性能指标。如线路的连通性、物理带宽、传输时延，接口的比特吞吐量等；·从链路层来看重点在于数据链路基于帧的一些性能指标。如链路层交换机的帧吞吐量，链路的帧传输时延、帧丢失率等；·从网络层来看重点在于点到点或端到端基于IP包的性能指标。如路由器的IP包吞吐量，点到点或端到端的连通性、IP包传输时延、时延抖动、丢包、丢包率等；·从传输层来看重点在于端到端的基于TCP连接或UDP包的性能指标。如端到端TCP连接上的TCP包的丢包率，UDP包的传输时延、时延抖动等；·从应用层来看重点在于为用户提供的端到端应用服务的业务可用性和服务质量。如IP电话的话务量、接通率、呼叫建立时间，IP语音包的物理带宽、传输时延、时延抖动、丢包率等。
c)性能指标测试点Internet网络性能指标的测试还涉及到一个测试点(Measurement Point，MP)的概念。所谓测试点，就是可以观察和测量性能参考事件的主机与相邻链路之间的物理边界，是一个广度上的概念。根据测试点设置的不同，可以测试出Internet网络不同范围的性能指标，如网络节点指标、网络链路指标、网络路径指标和网络性能指标。
d)性能指标体系说明对于端到端的Internet网络性能指标可以从五个层次来考察。在每个层次上关心的指标内容重点不同，意义和表述方法也可能不一样，尤其是在应用层上不同应用的业务可用性和服务质量指标差异很大。从目前的情况来看，人们将下面的物理层和链路层、中间的网络层以及上面的传输层和应用层分开研究，最上面的应用层又按不同应用分开研究。
前面介绍到的IPPM WG就是把IP网看成一个黑匣子，研究其端到端(end-to-end)的从网络层看的性能指标，其测试点就在网络的端系统上，目前他们已经标准化了的连通性、单向丢包、单向时延、环回时延等指标就是从网络层看的Internet网络性能指标；ITU-T SG 13关注的也是IP网的端到端的传输性能；上面提到的一些项目如Surveyor、NIMI等进行的也大都是网络层性能测试的基础架构开发。另外，也有很多机构和组织对应用层各种应用的性能指标进行研究，比如现在对IP网上一个典型应用——IP电话的性能指标和服务质量研究得就比较多。
事实上，不同的人关注的是不同层次的网络性能指标。网络设备制造商关心的是物理层和链路层的性能指标，网络接入服务商及其用户关心的是网络层的性能指标，网络业务运营商及其用户关心的主要则是传输层和应用层的性能指标。
网络性能测试方法从不同角度有不同的分类方法。
a)主动测试和被动测试主动测试是指向被测网络注入一定流量，根据测试点获取到的这些流量的测试数据评估网络性能。其优点是测试具有针对性，效率较高；缺点是在一定程度上增加网络流量，注入流量必须精心选择，否则过大的流量轻则会干扰网络的正常运行，重则会带来拒绝服务(denial of service)的安全问题。因此，主动测试一般用在网络设备性能测试，网络建设、验收以及试运行阶段，可以针对某一个指标进行针对性的测试；对于运营中的网络，一般不采用主动测试的方法。
被动测试是指测试工具本身不产生流量，而是通过监测测试点上的数据来评估网络性能。其优点是不会增加额外的网络流量，不改变网络的拓扑结构，因此不会干扰网络的正常运行，能够避免网络风暴、服务拒绝等安全问题；缺点是不够灵活，一般只能监测某一网段的问题，另外还有一定的安全问题，那就是被动测试一般都是通过抓包分析实现监测的，对于包中没有经过加密的信息，很容易造成内容泄露。尽管如此，对于运营中的网络，运营商更乐于采用被动测试的方法，因为这样能够确保运营网络的安全。当然对于试运行阶段的网络也是可以采用被动测试的方法的。
b)单向测试和环回测试单向测试是指测试分组从源端进入网络，从目的端输出网络，源端和目的端各有一个测试点，根据两个测试点的测试数据评估网络性能。
环回测试是指测试分组从源端进入网络，到达目的端后返回源端输出，只在源端设立一个测试点，根据在该测试点测得的进入输出的测试数据评估网络性能。
相比较而言，环回测试具有下面的优点·易于采用。不需要在目的端设立一个测试点，因此目的端的选择比较灵活，另外也有现成的方法如Ping；·易于阐明性能。在某些情况下，网络的环回性能是我们感兴趣的性能指标，如果通过单向性能参数加上假定的目的端处理的性能参数来推出环回性能参数，那更不直接，可能导致精确性更低。
相对环回测试而言，单向测试的意义在于·从源端到目的端来回路径是不对称的路径，也就是说从源端到目的端的网络路径、经过的一系列路由器和从目的端返回源端的很有可能不相同。因此环回性能参数实际上是两条不同路径的性能参数之和；·即使上述的两条路径是对称的，由于不对称的队列，它们可能具有完全不同的性能特征；·应用的性能可能大部分依赖于一个方向上的性能；·在QoS使能的网络上，某一方向上的QoS保证完全不同于相反方向上的QoS保证。
时间同步问题是单向测试必须考虑的问题。目前Internet上广泛使用的是网络时间协议(NTP)，主要用来在较长的时间范围内提供准确的记时，比如在几天内准确到分钟；然而，对于网络测试来讲，短时间内准确的记时往往更重要。对此，IPPM WG提出了偏移(offset)、脉冲相位差(skew)、漂移(drift)、分辨率(resolution)等概念，并建议为保证时钟准确性使用主机外部的时间而不是主机本身的时间，如GPS，它能提供几10μs的精度。
本发明认为，针对网络节点、链路和路径的性能测量，目前已有的测量方法已经比较成熟，创新的余地不大，但整个网络的性能测量，则有很大的研究空间。
如何有效的反映整个网络的性能，同时又不影响整个网络的正常运营，就是本发明要解决的问题。
发明内容
本发明提出一种新型的Internet网络性能测量方法，它基于1、广泛动态的分布探测点，即探测点随机的分布在网络的各个地方，并在数量和密度上达到足以反映整个网络性能的程度；2、测量任务集中控制，即有一个或多个数据处理中心来统一协调测试任务的下达；3、测量结果统一处理，即处有的测量结果均由广泛分布的探测点上报到数据处理中心，统一处理。
4、结合IP地上和地域上的关联关系，图形化显示整个网络的运营状况。
本发明一方面能测量出整个网络的性能，别一方面在测量时间上比较短，强度也比较小，不会影响到网络的使用情况。
本发明的有益效果是使用本发明提供的测量方法，不仅能获知某两特定端点间的网络性能指标，还能对整个网络或者网络局部的性能有效地评估，有利于网络运营商对网络的维护。
本发明的
如下图1是本发明的实际框图，该方法涉及到一个或多个数据处理中心和若干个节点(探测点)。
具体实施例方式
如图1所示，每个节点是Internet上的一个有效计算机，拥有真实的IP地址，同时装有一个测量软件。数据处理中心是本发明的关键部件，它也是Internet上的一个有效计算机，拥有真实的IP地址。每个节点加入的时候，都向数据处理中心注册，并在退出的时候注销。因此数据处理中心维护着整个网络中存在的活动测量节点。
本发明涉及到两个软件，分别是数据处理中心的管理软件和节点上的测量软件。数据处理中心的管理软件功能包括
1、节点管理功能，如节点注册、注销、维护活动的节点列表；2、测量任务下达功能，从活动的节点列表中，随机选取两点，向其中一个节点下达测量任务，旨在测量两个节点间的性能指标，包括丢包率，时延，时延抖动，可用带宽等；3、接收上报数据，即接收从节点上报来的测量数据，并将数据存入数据库中，备用。
4、数据处理功能，从数据库中分析和处理接收到的数据5、图形化显示处理结果，将测量结果显示出来，同时结合IP地址与地域的对应关系显示。而节点的功能则包括1、和管理软件的交互功能，包括接收测量任务，上报测量结果，以及节点的注册和注销。
2、测量功能，即执行下达的任务，得出任务指定两节点间的网络性能参数，并上报给管理软件。上报的内容包括测量流水号，测量起始时间，测量时长，性能参数(丢包率，时延，时延抖动，有效带宽)。
权利要求
1.一种新型的Internet网络性能测量方法。该方法基于动态广泛分布在Internet网络上的节点所测量得的点到点的网络性能，通过对测量结果的统一分析和处理，进而对整个网络的性能进行有效评估。包括一个或多个数据处理中心，若干个节点。
2.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于所述的节点是动态广泛地分布在Internet网络上，并通过注册和注销的方式参与或离开测量系统。
3.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于由一个(或者多个)数据处理中心集中下达测量任务，并统一收集和处理测量结果。
4.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于数据处理中心的测量结果的图形化显示结合了IP与地域的对应关系。
全文摘要
一种新型的Internet网络性能测量方法。该方法基于动态广泛分布在Internet网络上的节点所测量得的点到点的网络性能，通过对测量结果的统一分析和处理，进而对整个网络的性能进行有效评估。
文档编号H04L12/26GK1933428SQ20051010272
公开日2007年3月21日 申请日期2005年9月13日 优先权日2005年9月13日
发明者康惠诚, 吴晓非, 邵卓 申请人:北京邮电大学