网络性能测量技术的研究

1、网络性能测量技术的研究摘要:网络性能测量是网络行为分析的基矗本文对网络性能测量的相关内容以及网络性能指标的测量与分析进展了系统的介绍，并对网络性能测量的下一步开展进展了展望。关键词:网络性能测量技术性能指标分析与研究1.引言随着Internet技术和网络业务的飞速开展，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，网络设备超负荷运转，从而引起网络性能下降。这就需要对网络的性能指标进展提取与分析，对网络性能进展改善和进步。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，更加有效地进展网络性能管理，提供

2、网络效劳质量的验证和控制，对效劳提供商的效劳质量指标进展量化、比拟和验证，是网络性能测量的主要目的。集的数据量过大，另外还存在用户数据泄漏等平安性和隐私问题。被动测量非常合适用来进展流量测量。3.2.3主动测量与被动测量的结合主动测量与被动测量各有其优、缺点，而且对于不同的性能参数来说，主动测量和被动测量也都有其各自的用处。因此，将主动测量与被动测量相结合将会给网络性能测量带来新的开展。3.3测量中的抽样3.3.1抽样概念抽样，也叫采样，抽样的特性是由抽样过程所服从的分布函数所决定的。研究抽样，主要就是研究其分布函数。对于主动测量，其抽样是指发送测量数据包的过程；对于被动测量来说，抽样那么是指

3、从业务流量中采集测量数据的过程。3.3.2抽样方法根据抽样时间间隔所服从的分布，抽样方法可分为很多种，目前比拟常用的抽样方法是周期抽样、随机附加抽样和泊松抽样4。周期抽样是一种最简单的抽样方式，每隔固定时间产生一次抽样。因为简单，所以应用的很多。但它存在以下一些缺点:测量容易具有周期性、具有很强的可预测性、会使被测网络陷入一种同步状态。随机附加抽样的抽样间隔的产生是互相独立的，并服从某种分布函数，这种抽样方法的优劣取决于分布函数：当时间间隔以概率1取某个常数，那么该抽样就退化为周期抽样。随机附加抽样的主要优点在于其抽样间隔是随机产生的，因此可以防止对网络产生同步效应，它的主要缺点是由于抽样不是

4、以固定间隔进展，从而导致频域分析复杂化。在RF2330中，推荐泊松抽样，它的时间间隔符合泊松分布，它的优点是：可以实现对测量结果的无偏估计、测量结果不可预测、不会产生同步现象。但是，由于指数函数是无界的，因此泊松抽样有可能产生很长的抽样间隔，因此，实际应用中可以限定一个最大间隔值，以加速抽样过程的收敛。4.性能指标的测量与分析4.1连接性连接性5也称可用性、连通性或者可达性，严格说应该是网络的根本才能或属性，不能称为性能，但ITU-T建议可以用一些方法进展定量的测量。目前还提出了连通率的概念，根据连通率的分布状况建立拟合模型。4.2延迟延迟的定义是6：IP包穿越一个或多个网段所经历的时间。延迟

5、由固定延迟和可变延迟两局部组成78。固定延迟根本不变，由传播延迟和传输延迟构成；可变延迟由中间路由器处理延迟和排队等待延迟两局部构成。对于单向延迟测量要求时钟严格同步，这在实际的测量中很难做到，许多测量方案都采用往返延迟，以避开时钟同步问题。往返延迟的测量方法是：入口路由器将测量包打上时戳后，发送到出口路由器。出口路由器一接收到测量包便打上时戳，随后立即使该数据包原路返回。入口路由器接收到返回的数据包之后就可以评估途径的端到端时延。4.3丢包率丢包率的定义是9：丧失的IP包与所有的IP包的比值。许多因素会导致数据包在网络上传输时被丢弃，例如数据包的大小以及数据发送时链路的拥塞状况等。为了评估网

6、络的丢包率，一般采用直接发送测量包来进展测量。对丢包率进展准确的评估与预测那么需要一定的数学模型。目前评估网络丢包率的模型主要有贝努利模型、马尔可夫模型和隐马尔可夫模型等等10。贝努利模型是基于独立同分布的，即假定每个数据包在网络上传输时被丢弃的概率是不相关的，因此它比拟简单但预测的准确度以及可靠性都不太理想。但是，由于先进先出的排队方式的采用，使得包丧失之间有很强的相关性，即在传输过程中，包被丧失受上一个包丧失的影响相当大。假定用随机变量Xi代表包的丧失事件，Xi=0表示包丧失，而Xi=1表示包未丧失。那么第i个包丧失的概率为PXi|Xi-1,Xi-2,Xi-n,Xi-1,Xi-2,.Xi-

7、n取所有的组合情况。当N=2时，该arkv链退化为著名的Gilbert模型。隐马尔可夫模型是对马尔可夫模型的改良。ayaYajnik等人所作的172小时的测量试验11结果说明，在不同的数据采样间隔下20s,40s,80s,160s采用三种不同的丢包率分析模型进展分析得到的结果完全不同，在不同的估计准确度的要求下实验结果也各有不同。因此，目前需要可以准确描绘丢包率的数学模型。4.4带宽带宽一般分为瓶颈带宽和可用带宽。瓶颈带宽是指当一条途径通路中没有其它背景流量时，网络可以提供的最大的吞吐量。对瓶颈带宽的测量一般采用包对(paketpair)技术，但是由于穿插流量的存在会出现“时间压缩或“时间延伸

8、现象，从而会引起瓶颈带宽的高估或低估。另外，还有包列等其它测量技术。可用带宽是指在网络途径通路存在背景流量的情况下，可以提供应某个业务的最大吞吐量。因为背景流量的出现与否及其占用的带宽都是随机的，所以可用带宽的测量比拟困难。一般采用根据单向延迟变化情况可用带宽进展逼近。其根本思想是：当以大于可用带宽的速率发送测量包时，单向延迟会呈现增大趋势，而以小于可用带宽的速率发送测量包时，单向延迟不会变化。所以，发送端可以根据上一次发送测量包时单向延迟的变化情况动态调整此次发送测量包的速率，直到单向延迟不再发生增大趋势为止，然后用最近两次发送测量包速率的平均值来估计可用带宽瓶颈带宽反映了途径的静态特征，而

9、可用带宽真正反映了在某一段时间内链路的实际通信才能，所以可用带宽的测量具有更重要的意义。4.5流量参数ITU-T提出两种流量参数作为参考：一种是以一段时间间隔内在测量点上观测到的所有传输成功的IP包数量除以时间间隔，即包吞吐量；另一种是基于字节吞吐量：用传输成功的IP包中总字节数除以时间间隔。Internet业务量的高突发性以及网络的异构性，使得网络呈现复杂的非线性，建立流量模型越发变得重要。早期的网络流量模型，是经典流量模型，也即借鉴PSTN的流量模型，用pissn模型描绘数据网络的流量,以及后来的分组火车模型，arkv模型等等。随着网络流量子相似性的发现，基于自相似模型的流量建模研究也获得

10、了不少进展和得到了广泛的应用,譬如分形布朗运动模型和分形高斯噪声模型以及小波理论分析等等。高速网络技术的开展使得对宏大的网络流量进展直接测量几乎不可能，同时，大量的流量日志也使流量分析变得相当困难。为理解决这一问题，近几年，流量抽样测量研究已成为高速网络流量测量的研究重点。5网络性能测量的展望网络性能测量中还有许多关键技术值得研究。例如：单向测量中的时钟同步问题；主动测量与被动测量的抽样算法研究；多种测量工具之间的协同工作；网络测量体系构造的搭建；性能指标的量化问题；性能指标的模型化分析1216；对网络将来状况进展趋势预测；对海量测量数据进展数据挖掘或者利用已有的模型(Petri网、自相似性、

11、排队论)研究其自相似性特征1719；测量与分析结果的可视化，以及由测量所引起的平安性问题等等都是目前和今后所要研究的重要内容。随着网络性能相关理论、测量方法、分析模型研究的逐渐深化、各种测量工具的不断出现以及大型测量工程的不断开展，人们对网络的认识会越来越深化，从而不断地推动网络技术向前开展。6完毕语：本文对目前网络性能测量技术的主要方面进展了介绍和分析并对将来网络性能测量的研究重点进展了展望。参考文献1ITU-T建议1.3502ITU-T，建议Y15403IETF,RF2330,FraerkfrIPPerfraneetrisTablefntents64IETF,RF2330,Fraerkfr

12、IPPerfraneetrisTablefntents115IETF,RF2678,IPPetriseasuringnnetivity5IETF,RF2679,Ane-ayDelayetrifrIPP6IETF,RF2681,ARund-tripDelayetrifrIPP7IETF.RF3393,IPPaketDelayVariatinetrifrIPPPDF文件使用pdfFatryPr试用版本创立..n8IETF,RF2680,Ane-ayPaketLssetrifrIPP9H.SannekandG.arleGDFkus,Kaiserin-Augu

13、sta-Allee31,D-10589Berlin,Gerany,AFraerkdelfrPaketLssetrisBasednLssRunlengths10ayaYajnik,Suen,JiKurseandDnTsley,easureentanddellingftheTepralDependeneinPaketLss,DepartentfputerSieneUniversityfassahusettsAherst,A01003USA11JabsnV,PathharATltInferharateristisfInternetPaths.12LPRESTIF,DUFFIELDNG,HRITZJ,

14、etal.“ultiast-basedInferenefNetrkInternet-DelayDistributins.Universityfassahusetts,Aherst,puterSiene,TehnialReprtU-S-1999-055,1999.13DUFFIELDNG,LPRESTIF.“ultiastinferenefpaketdelayvarianeatinterirnetrklinks.IEEEINF2000.TelAvivIsrael,2000.14HUANGL,SEZAKIK.“End-t-endInternetDelayDynais.IEiETehnialReprtfQG,ay2000.15HSAKIH,URATA,IYAHARAH,“delingend-t-endpaketdelaydynaisftheInternetusingsysteidentifiatinA.InternatinalTeletraffingress17.SalvadrdaBahia,Brazil,2001.16SueB.n,easureentandAnalysisfEnd-t-EndDelayandLssinTheInternet17J.