第六章网络端到端性能测量课件

1、第六章 网络端到端性能测量2226.1 概述两个工作组：IETF的基准测试方法学工作组(Benchmarking Methodology Working Group，BMWG)BMWG主要关注在实验室环境下测试IP性能，主要目标是对各种网络互联技术性能特征的测量方法给出建议，进而集中在基于这些技术的系统和服务上。IP性能度量指标工作组(IP Performance Metric，IPPM)IPPM工作组定义了一套用来定量表征互联网数据传送业务的质量、性能和可靠性的一组标准度量。在其公布的RFC中给出了指标的定义、测量过程和结果描述方法。3测量指标定义必须遵守以下标准：（RFC2330）(1)测

2、量指标必须是具体和严格定义的；(2)对该指标的测量方法必须是可重复的；(3)测量指标必须是无偏的；(4)测量指标必须具有区分性；(5)测量指标对用户和网络运营商了解网络性能必须是有用的；(6)测量指标必须是能避免人为影响的性能指标。34IPPM定义和正在定义的指标：(1)连通性(Connectivity，RFC2678)(2)单向时延(one-way delay，RFC2679)(3)往返时延(round-trip delay，RFC2681)(4)时延抖动(delay variation，RFC3393)(5)单向丢弃率(one-way loss，RFC2680)(6)双向丢弃率(round

3、-trip loss)(7)丢弃模式(loss patterns，RFC3357)(8)数据包乱序(packet reordering，RFC4737)(9)单向数据包复制 (one-way packet duplication， RFC 5560, 2009.05, Standards Track，将会标准化的草案)(10)批量传输容量(bulk transfer capacity，RFC3148)45时延、带宽、丢包率是最基本的三大指标。566.2 端到端时延测量意义：评估网络服务质量（QoS）研究有效的拥塞控制机制对于时延敏感型业务，如流媒体应用，可作为播放（Playout）控制、接入控

4、制的依据作为度量网络路径性能的指标（Metric），用以进行路由优化和路由动态更新网络优化的依据,据其制定负载均衡策略，同时能给新的网络应用，如CDN（Contention Distribution Network）提供支持67CDNCDN技术是近年来在美国首先兴起并迅速发展起来的一种解决互联网性能不佳问题的有效手段。 其基本思路就是尽可能避开互联网上有可能影响数据传输速度和稳定性的瓶颈和环节，使内容传输的更快、更稳。通过在网络各处放置节点服务器所构成的在现有的互联网基础之上的一层智能虚拟网络，cdn系统能够实时地根据网络流量和各节点的连接、负载状况以及到用户的距离和响应时间等综合信息将用户的

5、请求重新导向离用户最近的服务节点上。 86.2.1 时延的基本概念IETF的IPPM工作组制订：单向时延（One-way Delay，RFC 2679）双向时延（Round-trip Delay，RFC2681）IP分组时延变化（IP Packet Delay Variation，RFC3393）896.2.1 时延的基本概念RFC2679定义单向时延的测量指标“Type-P-One-way-Delay”：对于实数dT，在T时刻从源主机Src到目的主机Dst的“Type-P-One-way-Delay”为dT是指Src在T时刻发送Type-P分组的第一个比特，而Dst在T+dT时刻收到该分组的

6、最后一个比特。RFC2679定义P型分组发送时间序列为泊松过程的单向时延“Type-P-One-way-Delay-Poission-Stream” ：特指进行多次测量时，测量数据包发送时间序列符合Poission过程（也就是说相邻两个测量时刻间隔时间服从指数分布），此时的参数有：源、目的地址，测量开始、结束时间，平均到达率。最终得到了序列对。9106.2.1 时延的基本概念对于得到的测量样本，RFC2679也定义了几个统计量：百分数（Type-P-One-way-Delay-Percentile）中值（Type-P-One-way-Delay-Median）最小值（Type-P-One-wa

7、y-Delay-Minimum）逆百分数（Type-P-One-way-Delay- Inverse- Percentile）10116.2.1 时延的基本概念RFC2681定义了往返时延的指标“Type-P-Round-trip-Delay”，测量时间序列是泊松过程指标“Type-P-Round-trip- Delay-Poisson-Stream”，以及几个统计量：百分数（Type-P-Round-trip-Delay- Percentile）中值(Type-P-Round-trip-Delay-Median)最小值（Type-P-Round- trip-Delay- Minimum）逆百

8、分数（Type-P-Round-trip-Delay-Inverse- Percentile）。11126.2.1 时延的基本概念RFC3393定义了对于IP电话和视频流等应用的指标单向时延抖动“Type-P-One-way-ipdv”，该指标中还考虑了时钟之间的漂移（drift，时钟偏差的二阶导数），还定义了服从泊松分布的测试流单向时延变化指标“Type-P-one-way-ipdv-Poisson-stream”，以及几个统计量：概率分布（ Type-P-One-way-ipdv-percentile ）百分数（Type-P-One-way-ipdv-percentile）逆百分数（Typ

9、e-P-One-way-ipdv-inverse-percentile）抖动（Type-P-One-way-ipdv-jitter）峰峰值（Type-P-One-way-peak-to-peak-ipdv）12136.2.2 时延测量方法往返时延的测试。不需同步，易于实现，常用的方法如ICMP echo/reply（ping）, TCP SYN/ACK等。问题：不对称路径。直接测量单向时延。问题：测试点往往位于不同的地点，收发主机时钟同步问题。1314端到端时延传输时延（Transmission delay，Tt）指发送节点在传输链路上开始发送分组的第一个比特至发完该分组的最后一个比特所需的时

10、间。主要由连接速度或容量决定。对于每一个探测包，传输时延被认为是相同的。传播时延（Propagation delay，Tg）发送节点在传输链路上发送第一个比特时刻至该比特到达接收节点的时间间隔。由电磁波通过通信链路的物理信道的传播时间所决定。1415端到端时延排队时延（Queuing delay，Tq）指分组在路由器的缓冲区中，传输或处理前的等待时间，由路由器中的交换结构决定。若节点的传输队列在节点的输出端，排队时延=T入队列 - T传输。若节点的输入端有一个等待队列，排队时延= T入队列 - T处理。处理时延（Processing delay，Tp）分组到达一个节点的输入端与该分组到达该节点

11、的输出端之间的时延，指在交换网络的时延。受每个节点的计算能力和可用的硬件的影响。1516端到端时延1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生传输时延在队列中产生排队时延数据从结点 A 向结点 B 发送数据路径在节点产生处理时延17举例：对于一个H跳的链路，端到端时延：17分组在终端处的排队时延分组在源端的传播时延分组在源端的传输时延链路长度信号传播速度分组长度链路带宽处理时延18 端到端时延对端到端时延变化影响最大的是排队时延，影响的主要因素有：链路的负荷情况、队列管理机制、缓冲区管理机制、接口处理能力等。 19端到端时延实测结果 发送200字节长的1

12、000个数据包，时间间隔是200毫秒, 用UDP协议，从源主机（西电科大校园网）到目的主机（中国电信数据网）。 收发时钟分别采用各自的时钟，由于在源主机和目的主机之间时钟不同步（存在频差）的影响，测试的结果有一个线性的趋势。 20端到端时延由于收发时钟不同步，仅仅简单地以分组到达接收主机时刻（读取接收主机时间）减去分组离开发送主机的时刻（读取接收主机时间）获得端到端时延，常常误差较大。单向时延测试最主要的问题是解决两个待测节点之间本地时钟的同步。搬钟(clock transportation)时间同步法单向时间同步法双向时间同步法21时钟同步方法搬钟(clock transportation)

13、时间同步法用一个标准钟作搬钟，首先让系统的标准时钟比对校准这个搬钟，然后将系统中的其它时钟与搬钟同步比对，实现系统其它时钟与系统统一标准时钟同步。不能实时或近实时作时间同步，现在很少采用。单向时间同步法主站通过各种途径将同步信息传送给从站，从站根据这些同步信息采用一定的算法校正到主站的时间和频率上。同步精度大部分只能达到微秒级别，设备相对简单。22双向时间同步法Step 1：Step 2：Step 3：由环境影响引起的误差传播时间 23双向时间同步法可以消除共同的传播路径误差，同步精度达到纳秒级，系统设备相对于单向时间同步法较复杂，成本较高。主站的工作量特别大，可靠性差。“北斗一号”导航系统就

14、是采用此方法来实现定时和校频的。24在已有的单向时延测量实验中，大多数测量均借助于GPS接收机或NTP（Network Time Protocol）协议来实现同步。256.2.3 基于GPS授时的时钟同步GPS的全称是“授时与测距导航系统全球定位系统”（ Navigation System Timing and Ranging/Global Positioning System，NAVSTAR/GPS）,是美国国防部为满足军事部门对海上、陆地和空中设施进行高精度导航和定位而建立的新一代导航与定位系统。具有全球性、全天候、连续的精密三维导航和定位能力，同时具有良好的抗干扰性和保密性，在军事和民用

15、方面都得到了很大的应用，它于1978年开始可行性验证，到1994年3月最终建成。基本原理：卫星不间断的发射自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置、三维方向及运动速度和时间信息。26GPS定位和授时原理卫星位置：用户位置： 无线电波速度： C 用户时钟和GPS主时钟标准时间的时差： 卫星i上的原子钟和GPS主时钟标准时间的时差： 用户测量得到的与第i个卫星之间的伪距（时间量）： 27GPS基本组成：空间部分21颗工作卫星，3颗备用卫星。分布在六个轨道面上（每轨道面四颗），轨道倾角为55度。海拔20200km。运行周期约为11小时58分。GPS卫星在空间的配置

16、，保障了在地球上的任何地点、任何时刻都至少可以观测到4颗卫星，而且卫星信号的传播和接收不受天气的影响。 2829GPS satelliteSatellite TasksReceive and save the ephemeris from control segmentGenerate GPS signal (code and carrier phase)Transmit the GPS signalAccept the control command to adjust the satellite statusCommunicationMain load on boardRadio tran

17、sceivers, atomic clock (CESIUM and/or RUBIDIUM), computerVarious ancillary (satellite antenna, solar panel, backup batteries, propulsion propulsion system, and etc.)30Satellite categoriesBlock I (4.5-y life , 19781985 launched, decommissioned)Block II (7.5-y life, only PRN15 active now)Block IIA (wi

18、th mutual communication capability)Block IIR (10-y life, communication and inter-satellite tracking)Block IIF (15-y life, inertial navigation systems and an augmented signal structure)Block III ( next generation of GPS satellite, after 2030)31GPS卫星系列的主要技术参数及发射情况32GPS基本组成：GPS控制部分地面控制部分由1个主控站，5个全球监测站和

19、3个地面注入（控制）站组成。监测站（Monitor Station）将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经过初步处理后，传送到主控站。主控站（Master Control Station）从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站（Ground Antenna）在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。33GPS基本组成：用户设备部分接收GPS卫星发射信号，以获得必要的导航和定位信息，经数据处理，完成导航和定位工作。GPS接收机硬件一般由主机、天线和电源组成。GPS系统采用扩频技术，GPS采用码分多址来区分各个卫星。

20、GPS卫星产生两组电码, 一组称为C/A码( Coarse/Acquisition Code，1.023MHz) ；一组称为P码(Procise Code，10.23MHz) ，P码因频率较高，不易受干扰，定位精度高，因此受美国军方管制，并设有密码，一般民间无法解读，主要为美国军方服务。C/A 码人为采取措施而刻意降低精度后，主要开放给民间使用。34GPS receiver types35GPS Users36GPS的军事应用全时域的自主导航。各种作战平台的指挥监控。精确制导和打击效果评估。在近几场高技术局部战争中，美军使用精确制导导弹和炸弹的比例比海湾战争时增加了近100倍，而它们全部或大部

21、分都依靠GPS制导。未来单兵作战系统保障。在科索沃战争中，美军的F117隐形飞机被击落后，由于飞行员携带配备了GPS接收机的呼救装置，从而使美军能抢在南联盟军队之前，在7小时内找到并救出飞行员。军用数字通信网络授时。37GPS面临的问题GPS信号的抗干扰能力较弱。在一般情况下，从卫星反馈到地面的信号很小，如果对方采取各种干扰措施，就会使GPS接收机无法正常工作，从而使其导航定位精度降低或产生误导。在伊拉克战争中，伊军在其境内部署了一些GPS干扰装置，结果使美军的GPS制导武器大失水准，有部分导弹甚至飞到了伊朗、土耳其境内。另据报道，俄罗斯目前已经研制成功一种手持式GPS干扰器，可干扰150公里

22、范围内的GPS信号。38GPS面临的问题各国目前都高度重视导航定位系统的发展。俄罗斯 “格鲁纳斯（GLONASS）”系统，24颗，定位精度10m左右，17颗卫星在轨运行，军民两用。计划2008年全部部署到位。中欧合作“伽利略（Galileo）”系统，30颗（其中3颗候补），3个轨道平面，定位精度小于1m，主要为民用，计划2008年开通。中国“北斗”卫星导航系统，2000年10月发射第一颗北斗导航卫星，目前3颗（其中1颗备用）。军民两用 。39伽利略卫星效果图40Some Website/gps/index.html/geography/gcraft/notes/gps/gps_f.html.a

23、u/snap/gps/gps_survey/principles_gps.htm41GPS测时GPS采用独立的时间系统作为导航定位计算的基础，即GPS时间系统（GPST），它属于原子时系统（Atomic Time，AT），其秒长采用原子时秒长，原点规定于1980年1月6日0时与协调世界时（Universal Time Coordinated，UTC）时刻一致，以后采用原子时秒长累计计时。42GPS测时单站测时法应用一台GPS 接收机，在一已知坐标(或坐标未知但能收到4 颗以上卫星) 观测站上进行测时。共视测时法在两个观测站或多个观测站各设一台GPS 接收机，同步观测同一颗卫星来测定两用户时钟的

24、相对偏差，从而达到高精度时间比对的目的。综合法与单站多星测量模式相似，在各站观测所有在视的卫星，同时又像共视法同步观测，交换两站数据综合处理。结果与共视法的精度相当，但提高了可靠性。43时间同步方法比较从理论上看，双向时间同步法时钟同步精度可以达到纳秒级甚至亚纳秒级，而单向时间同步法时钟同步精度只能达到微秒级。用GPS实现的单向时间同步法时钟同步精度经过努力也可以达到纳秒级，所以双向法和用GPS实现的单向法同步精度相当。44时间同步方法比较在双向时间同步中，常通过微波中继、有线传输以及短波通信等途径来建立通信链路。微波通信受视距限制站间距离较短，采用中继接力可以增加通信距离，但这样设备费用却增

25、加了。有线传输架设的工程量大，且机动性差。短波通信易受电离层的扰动以致传输的误码率高，且易受到民用电台的干扰。主站的原子频标准要求高。利用GPS实现的时间同步系统各同步站只需要价格相对便宜的铷原子频标(频率准确度为量级10-11)就可以校正到10-12量级的频率准确度。利用GPS的单向时间同步法与双向时间同步法相比成本优势非常明显。45GPS时间同步优点同步精度相对较高。不需要发送设备，省去了需自配昂贵的高准确度原子频率基准，成本相对较低。可以在任何时间任何地点任何天气情况下都能接受到GPS信号。可靠性较好。46基于GPS的时间同步系统GPS接收机不但可以输出时间信息，还可以以一定精度输出代表

26、GPS系统时的秒脉冲信号。若地面系统内的所有站都同步于该秒脉冲（GPS系统时），则该系统就实现了时间同步。相当于GPS是一个高精度搬运标准原子钟，而且可以全球性全天候全天时地发布时间标准信号进行时间比对同步。47基于GPS的时间同步系统但是GPS接收机输出的秒脉冲不能被直接用于实现各站高精度同步。GPS接收机的时间标准和GPS卫星的星载原子频标的时间标准不同，GPS卫星信号频率在1200MHz 以上，极易被遮挡，有可能造成卫星信号部分或全部失锁。GPS信号要从20200km的高空传到地球，中间要经过恶劣的大气环境的影响，很难建立精确的大气误差模型，同时接收机也存在系统误差和随机误差，也使得接收

27、机输出的秒脉冲也不可避免地和GPS系统时存在误差。48基于GPS的时间同步系统49基于GPS的时间同步系统原子钟：产生原始频率信号，校正后可以达到更高频率准确度的输出频率。同时产生高精度的秒脉冲信号，经校准后作为同步系统的输出。50基于GPS的时间同步系统GPS接收机：接收GPS信号，产生同GPS系统时有一随机误差的秒脉冲用于同步系统的定时和校频。和微处理器通信，报告自己的状态并接受微处理器的控制。51基于GPS的时间同步系统时间频率测量：测量GPS接收机输出的秒脉冲和原子钟分频产生的秒脉冲之间的沿差，测量GPS时钟的原始频率，并把这两个测量数据输出给微处理器进行处理。52基于GPS的时间同步

28、系统微处理器：接受测量模块传送的数据，然后对其进行处理并按一定的时序送给校正模块；控制整个系统按时序协调工作；对系统进行自诊断检查，给人机界面模块送出状态信息和报警信息。53基于GPS的时间同步系统时间和频率校正：包括校正秒沿差模块和校频模块，它们分别接受微处理器送过来的校正数据进行时间和频率的校正。54基于GPS的时间同步系统人机界面：显示微处理器给出的状态信息并在系统工作异常时报警。556.2.4 基于NTP的时钟同步方法1. NTP的基本原理网络时间协议NTP( Network Time Protocol)用来实现计算机时钟与国家标准时间同步。目前最新版本是NTP版本4, 定义于RFC-

29、4330，称为IPv4、IPv6和OSI的简单网络时间协议(Simple Network Time Protocol，SNTP)版本4。在局域网上其准确度可达1-2毫秒，在广域网上可达几十毫秒。NTP协议是通过网络实现计算机时钟的同步，最典型的操作模式是客户/服务器(client/server)模式。561. NTP的基本原理问题：由于时钟同步是通过网络实现的，而网络传输是需要时间的。这样客户机接收到服务器返回报文中的时间戳，并不能代表服务器当前的准确时间，而是一段时间之前的时间信息，这一段时间就是网络传送所花费的时间。因此，要获得准确的当前时间就必须考虑网络延迟造成的影响。571. NTP的

30、基本原理T1是客户机发送请求报文时客户机的时钟读数（Originate Timestamp）T2是服务器接收到客户机请求报文时服务器的时钟读数（Receive Timestamp）T3是服务器返回响应报文时服务器的时钟读数（Transmit Timestamp）T4是客户机接收到服务器的响应报文时的客户机时钟读数。581. NTP的基本原理假定从客户到服务器和从服务器到客户的时延相等，而且假定偏移量不随时间变化，即不考虑两者时钟之间的频差（skew）和抖动（jitter）。客户机和服务器之间的时间偏移量和报文在网络的往返传播延时D分别为：591. NTP的基本原理由于网络传输的往返路径往往不对

31、称，并且设备负荷的变化，一次测量通常不能得到准确的时间， NTP时间同步需要获取多个服务器上的多个信息。影响NTP协议精确度最关键的原因在于随机网络延时导致时钟偏移量计算不准确。60对称模式NTP为了提高时间服务器的稳健性，NTP协议还提供了另外一种操作模式对称模式。运行在对称模式的主机既可以同步对等方，又可以被对等方同步。这样，即使是高层的时间服务器出现故障，或与该服务器的通信中断时，底层的主机之间也可以相互同步起来。 612. NTP的网络结构和实现模型NTP系统采用层次式时间分布模型，其网络结构包括主时间服务器、从时间服务器及客户与节点间的传输路径。主时间服务器与高精度同步时钟源直接连接

32、 ，提供准确到100us或10us量级的同步到UTC的时间精度。从时间服务器经由主服务器或其它从服务器获得同步。在正常情况下，节点(包括从时间服务器及客户)只用最可靠、最准确的服务器及传输路径来进行同步，因此通常的同步路径呈现为一个层次结构。62NTP系统结构子网的时间服务器出错路径层号NTP将传输路径区分为工作同步路径(Active Synchronization Paths)与备份同步路径(Backup Synchronization Paths)。两者都进行时间消息包的传输，但节点只用工作同步路径的数据进行同步处理。63NTP基本实现模型 发送进程收集数据库信息，并把NTP消息发送到对端

33、机。 接收进程负责接收NTP消息，及其它协议的消息，以及来自直接相连的时钟的信息。 更新进程是在接收到消息的情况下启动。它处理来自各服务器的偏移数据，用时间选择算法选择最佳者。 本地时钟进程是用来对更新过程产生的偏移数据进行操作。 643. NTP的体系结构为了获得时间服务的最大可靠性和准确性，客户机通常要配置多个服务器以提供冗余，即要通过多条同步路径来同步于根部的初级时间服务器。653. NTP的体系结构时钟滤波器算法选择最好的抽样值作为相对于该服务器的偏移量。663. NTP的体系结构时钟选择算法检测并丢弃时间误差较大的服务器，可能会有多个符合要求的服务器。673. NTP的体系结构时钟合

34、成算法以同步距离为权值，将这些符合要求的服务器的偏移量进行极大似然平均，生成本地时钟最终的相位校正值。683. NTP的体系结构时钟受控算法以时钟合成算法输出的校正值作为输入，利用锁相环原理来校正本地时钟振荡器的相位和频率。694. NTP的报文格式Message digest（optional）（128）Key Identifier（optional）（32）Transmit Timestamp（64）Receive Timestamp（64）Originate Timestamp（64）Reference timestamp（64）Reference IdentifierRoot Disp

35、ersionRoot DelayPrecisionPollStratumModeVNLI1 2 5 8 16 24 32NTP协议属于应用层协议，采用UDP协议传输，其端口号为123。70Some timestampsOriginate Timestamp：向服务器发出请求的数据包离开客户机的时间，采用64位时间戳格式。 T1Receive Timestamp：请求数据包到达服务器的时间，采用64位时间戳格式。 T2Transmit Timestamp：对客户机的应答数据包离开服务器的时间，采用64位时间戳格式。 T3715. NTP中的算法（1）时钟滤波(Clock-Filter)算法时钟滤

36、波算法主要用在网络时间协议的服务器接口模块，负责对接收到的服务器信息进行过滤，选出最佳信息。依据不同的规则，可以有不同的数据过滤算法。在网络时间协议版本3中，采用最小时延准则。即在所有的数据中选取网络传输时延最小的偏移量数据。72时延/偏移量实测结果结论:在网络时延最小时可以获得最优的偏移量值。横轴是网络传输时延。纵轴是服务器和客户机之间的时间偏移量（offset）。 735. NTP中的算法（2）时钟选择(Clock-Selection)算法时钟选择算法包括交集(Intersection)算法和群集(Clustering)算法，主要用在网络时间协议的系统处理模块的时钟选择部分，负责从一组时间

37、服务器中选择出质量最好的一组服务器。真正的偏移量 一定存在于所有正确时间服务器区间 的交集中。反过来，我们也可以通过这一结论来淘汰错误的服务器。74交集算法和群集算法Intersection算法就是通过交集运算求出仅仅包括正确时钟的最大服务器集合，淘汰错误的时间服务器。Clustering算法则是通过对时间服务器的质量信息进行排序，选出质量最好的一组服务器。基于离差。候选时钟列表中时钟服务器的数目 第i个候选服务器的偏移 控制因子，在NTP中不超过1/2 思想：丢弃具有最大离差的候选点，直至剩下指定数目的服务器(至少有一个)，得到质量最优的一组时间服务器。离差755. NTP中的算法（3）时钟

38、合成(Clock-Combining)算法时钟合成算法对经过选择的时间服务器提供的时间信息利用加权平均算法进行分析综合，得出精确的当前时间信息。NTP采用同步距离的倒数作为每个服务器的时钟偏移量i对最终偏移量的权值。位于同步子网络中根服务器到主时钟参考源（原子钟，GPS等）的来回总延时 客户端报文到相应服务器端的来回总延时 同步距离76（3）时钟合成算法（续）根服务器的离差相对于同一个参考服务器时钟的最大合法的同步更新间隔时间，单位s，NTP中为86400，即24h在NTP.MAXAGE间隔内由本地时钟漂移所引起的时钟误差，单位s， NTP中为1在NTP中客户端收到响应报文时的本地时间客户端上

39、一次被同步的时间77（3）时钟合成算法（续）最终偏移量的合并算法公式：选择算法之后剩余的候选服务器个数本地时钟相对于第i个候选服务器的偏移量本地计算机相对于第i个服务器的距离785. NTP中的算法（4）本地时钟校正分为线性相位调整和非线性相位调整。线性相位调整是对时钟进行渐进的调整。小的时钟调整间隔小的时钟校正量非线性相位调整用于处理接收到时钟矫正量较大的情况，这种情况一般认为本地时钟是没有同步的。796.2.5 基于时延特征的数学分析方法略806.3 端到端带宽测量研究带宽测量方法的意义：评估网络性能。带宽指标是衡量网络性能行为的重要指标之一，便于运营商掌握网络的运行状况以及作为验收网络工

40、程的考查指标。网络资源的合理配置。根据测量得到的每个链路的瓶颈带宽、可用带宽或利用率情况调配资源，以达到充分利用。路由优化。利用实际测量得到的可用带宽作为链路的“权值(weight)”指标，能用来进行路由的动态构造，从而得到最优路由。81研究带宽测量方法的意义（续）：接入控制。对新的业务请求进行接入控制，一方面可以在网络拥塞时防止网络性能的进一步恶化，另一方面对于强调服务质量的网络应用来说，可以作为接入控制的依据。拥塞控制。通过准确地估计网络带宽，对视频流的传输速率与网络带宽进行匹配可以防止拥塞的发生。故障诊断。网络可用带宽行为规律的奇异变化可给判断网络故障的发生、定位故障的位置、分析故障原因

41、以及消除故障提供思路和途径。826.3.1 IP网络端到端带宽测量研究现状瓶颈带宽（Bottleneck Bandwidth）瓶颈链路能提供的最大分组传输速率，也即端到端最大分组传输速率，是网络在没有干扰业务（Cross Traffic）存在时能提供的最大传输速率。可用带宽（Available Bandwidth）存在干扰业务时端到端路径能提供的最大可用带宽。标称带宽（Nominal Bandwidth）生产厂家提供的传输速率值。测量方法主动探测，被动收集网络数据，二者结合。83“Narrow” and “tight”Tight！84Tight！85Narrow！866.3.2 IP网络端到端

42、瓶颈带宽测量常用测试方法：单个分组（Single Packet）技术分组对（Packet Pair）技术分组束（Packet Bunch）技术分组链（Packet train）技术871. 单个分组技术单个分组技术通过发送不同长度的分组，探测一条端到端路径上各节点与源节点之间的端到端时延（OWD，One Way Delay）或往返时延RTT，可以计算出分组在每一条链路（相邻节点之间）的时延。由分组的大小和时延计算每条链路的带宽，找出最小值即为瓶颈链路带宽。若分组长度l，带宽b可由下式计算：88C:Documents and Settingshptracert （西电-华商报网站）Tracing

43、 route to 59over a maximum of 30 hops: 1 1 ms 1 ms 1 ms 52 2 1 ms 1 ms 1 ms 3 1 ms 1 ms 1 ms 41 4 1 ms 1 ms 1 ms 5 1 ms 1 ms 1 ms 6 1 ms 1 ms date 当前日期: 2005-02-27 星期日 当前时间: 5:28:11.1489How does traceroute work?IP packets contain a time-to-live field that is initialized by the original sender then d

44、ecremented by one at each intermediate router. If the field is decremented to zero, the packet is discarded and an error indication packet (an ICMP “time exceeded”) is sent back to the original sender.The source address of the ICMP “time exceeded” identifies the router that discarded the data packet

45、. So if packets are sent to the final destination but with the ttl set to n, the router n hops along the path is forced to identify itself.90A model for per-hop forwarding time未考虑排队时延di i-1到i个路由器之间的距离fi 处理时延 91A model for ICMP-time-exceeded往返时延RTT92Raw measured data for one hop93Min-filtered data fo

46、r the same hop测得的值减去最小值可近似看作排队时延。进行拟和，如采用最小二乘法。94以pathchar为例Pathchar1Van Jacobson，pathchar a tool to infer characteristics of Internet paths. /pathchar/, 1997.The program works by sending packets of varying sizes and measuring their round trip time. It correlates the round trip times with the packet

47、 sizes to calculate bandwidth. It uses the results from earlier hops for calculations on father hops.the pathchar program uses an active algorithm that sends packets varying in size from 64 bytes to the path MTU with a stride of 32 bytes.95分组发送策略分组大小从64字节到路径MTU，按32字节步进。所以不同大小的分组共：对于Ethernet，MTU为1500

48、 bytes，则s为45。每跳每种大小分组发送p次，缺省值 p = 32。收到每个分组的应答后，再发送下一个分组。96测量开销概算（1）花费的时间设跳数为h，li为从发送端到第i跳路由器的往返时间，则pathchar的运行时间为：若h为10跳，平均RTT为10ms，pathchar需运行144秒！97测量开销概算（2）占用带宽设第i跳的往返时间为li，则占用带宽为：对一跳的网络，若往返时间为1ms，则占用带宽为：6.02Mb/s！（注意Byte与bit）98测量开销概算（3）发送的总数据对10跳的以太网，pathchar发送10MB的数据！99问题：（1）若采用单向时延，收发端需要同步；（2）

49、若采用RTT，链路不对称，并且增加了排队的可能性，使测量误差加大；（3）为寻找瓶颈链路需逐节点、逐链路测试时延，因此要发送大量分组，会给网络造成较大负担。不适于探测跳数较多的链路；（4）单个分组探测常常采用ICMP echo/reply消息，某些路由器出于网络安全的考虑，给ICMP较低的服务级别，甚至直接丢弃，致使测量误差较大或测量失败；（5）cross traffic使分组在路由器处排队时延随机变化，对测量造成较大的误差；（6）“不可见的节点”，指有时延而分辨不出的节点，如交换机不使TTL的值减1，但有处理时延和排队时延。100算法改进的可能思路对于单分组技术，为克服cross traffi

50、c的影响，Dowley研究发现，不受干扰影响的测试，其时延是所有观察到的最小值，即SORTT（Shortest Observed Round Trip Time）。为了避免ICMP受到的限制，采用UDP或TCP协议，如TCP SYN/TCP FIN, UDP echo等。1012. 分组对技术基本思想：在源端发送相同长度的分组，并假定这两个分组只在瓶颈链路处排队，而在此之前和之后不需排队，则在接收端测得的两个分组的接收间隔等于这两个分组离开瓶颈链路时的间隔。1022. 分组对技术若分组长度为 l ，瓶颈带宽为bB，令两个分组到达目的端点的时刻分别为 ，则分组到达间隔为：瓶颈带宽可估算为：103

51、几种分组对技术基于接收方的分组对(Receiver-Based Packet Pair，RBPP)基于发送方的分组对(Sender-Based Packet Pair，SBPP)仅基于接收方的分组对(Receiver-Only Packet Pair，ROPP)，ROPP易于配置，其精度比RBPP相差约1%。104算法示意图105比较RBPP t is measured at the receiver:SBPP uses round trip time:Filtering techniques can be used to reject incorrect estimatesRBPP is m

52、ore accurate but harder to deployROPP sacrifices a little accuracy for ease of deploymentai: arrival time of packet iri: arrival time of ACK of packet i1062. 分组对技术问题：经过瓶颈链路后，由于背景流量的存在若第1个分组排队时延大于第2个分组则分组到达间隔受到压缩，导致过高估计；若第2分组排队时延较大时，分组间隔扩大，导致估计过低。分组对技术要求节点队列管理采取FIFO机制。乱序（out of order）传送，使得测量失效。时钟分辨率的

53、影响，接收端时钟频差导致测得的两分组间隔不准确。测试过程中路由的变化会引起瓶颈链路的改变。107分组对算法改进的可能思路对于分组对算法，可以做以下改进：采用统计的算法，用不同长度的分组对进行探测，取平均值；分组对算法能探测到的带宽受发端发送带宽的限制，将发端发送带宽称为Potential Bandwidth。PBF（Potential Bandwidth Filtering）算法：若探测得到的带宽大于Potential Bandwidth，则判断为时间压缩，丢弃；若探测得到的带宽小于potential Bandwidth, 则可能是真实的带宽。1083. 多分组技术发送3个或3个以上的分组的技

54、术称为多分组技术，发送分组的长度可以相同，也可以不同，令第n个分组的长度为 ，此时瓶颈带宽为：仍然存在背景流量的问题。109瓶颈带宽常用工具1106.3.3 IP网络端到端可用带宽测量端到端可用带宽是指一条端到端路径（path）在不降低竞争业务（cross traffic）吞吐率的前提下能给一个新的流（flow）提供的最大吞吐率，即最大剩余带宽。由于可用带宽随着Internet链路上突发性竞争业务的变化而快速变化，因此可用带宽测量方法要求快速、准确，并且对网络的负荷要轻。Sink tSourceC2C3C1A111研究可用带宽的意义端到端接入控制基于速率的流媒体应用镜像服务器选择路由优化拥塞控制服务质量评估等112可用带宽测量方法基于SNMP的方法基于竞争业务统计模型（