有關網(wǎng)絡畢業(yè)論文--網(wǎng)絡性能測量技術的研究

1、<p>　　網(wǎng)絡性能測量技術的研究</p><p>　　摘 要:網(wǎng)絡性能測量是網(wǎng)絡行為分析的基礎。本文對網(wǎng)絡性能測量的相關內(nèi)容以及網(wǎng)絡性能指標的測量與分析進行了系統(tǒng)的介紹，并對網(wǎng)絡性能測量的下一步發(fā)展進行了展望。關鍵詞: 網(wǎng)絡性能 測量技術 性能指標 分析與研究1.引言隨著Internet技術和網(wǎng)絡業(yè)務的飛速發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡資源的需求空前增長，網(wǎng)絡也變得越來越復雜。不斷增加的網(wǎng)絡用戶和應用，導

2、致網(wǎng)絡負擔沉重，網(wǎng)絡設備超負荷運轉(zhuǎn)，從而引起網(wǎng)絡性能下降。這就需要對網(wǎng)絡的性能指標進行提取與分析，對網(wǎng)絡性能進行改善和提高。因此網(wǎng)絡性能測量便應運而生。發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡瓶頸,優(yōu)化網(wǎng)絡配置,并進一步發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡中可能存在的潛在危險，更加有效地進行網(wǎng)絡性能管理，提供網(wǎng)絡服務質(zhì)量的驗證和控制，對服務提供商的服務質(zhì)量指標進行量化、比較和驗證，是網(wǎng)絡性能測量的主要目的。</p><p>　　2.網(wǎng)絡性能測量的概念</p>

3、<p>　　2.1 網(wǎng)絡性能的概念網(wǎng)絡性能可以采用以下方式定義</p><p>　　[1]網(wǎng)絡性能是對一系列對于運營商有意義的，并可用于系統(tǒng)設計、配置、操作和維護的參數(shù)進行測量所得到的結果。可見，網(wǎng)絡性能是與終端性能以及用戶的操作無關的，是網(wǎng)絡本身特性的體現(xiàn)，可以由一系列的性能參數(shù)來測量和描述。2.2 網(wǎng)絡性能參數(shù)的概念對網(wǎng)絡性能進行度量和描述的工具就是網(wǎng)絡性能參數(shù)。IETF和ITU-T都各自定

4、義了一套性能參數(shù)，并且還在不斷的補充和修訂之中。2.2.1 性能參數(shù)的制定原則網(wǎng)絡性能參數(shù)的制定必須遵循如下幾個原則：1) 性能參數(shù)必須是具體的和有明確定義的；2) 性能參數(shù)的測量方法對于同一參數(shù)必須具有可重復性，即在相同條件下多次使用該方法所獲得的測量結果應該相同；3) 性能參數(shù)必須具有公平性，即對同種網(wǎng)絡的測量結果不應有差異而對不同網(wǎng)絡的測量結果則應出現(xiàn)差異；4) 性能參數(shù)必須有助于用戶和運營商了解他們所使用或提供的IP

5、網(wǎng)絡性能；5) 性能參數(shù)必須排除人為因素；2.2.2 ITU-T定義的IP網(wǎng)絡性能參數(shù)ITU-T對IP網(wǎng)絡性能參數(shù)的定義[2]包括：1) IP包傳輸延遲(Packet Transfer Delay, IPTD)2) IP包時延變化(</p><p>　　3.2主動測量與被動測量方式最常見的IP網(wǎng)絡性能測量方法有兩類:主動測量和被動測量。這兩種方法的作用和特點不同，可以相互作為補充。3.2.1主動測量

6、主動測量是在選定的測量點上利用測量工具有目的地主動產(chǎn)生測量流量，注入網(wǎng)絡，并根據(jù)測量數(shù)據(jù)流的傳送情況來分析網(wǎng)絡的性能。主動測量的優(yōu)點是對測量過程的可控性比較高，靈活、機動，易于進行端到端的性能測量；缺點是注入的測量流量會改變網(wǎng)絡本身的運行情況，使得測量的結果與實際情況存在一定的偏差，而且測量流量還會增加網(wǎng)絡負擔。主動測量在性能參數(shù)的測量中應用十分廣泛，目前大多數(shù)測量系統(tǒng)都涉及到主動測量。要對一個網(wǎng)絡進行主動測量，需要一個測量系統(tǒng)，這

7、種主動測量系統(tǒng)一般包括以下四個部分:測量節(jié)點（探針）、中心服務器、中心數(shù)據(jù)庫和分析服務器。有中心服務器對測量節(jié)點進行控制，由測量節(jié)點執(zhí)行測量任務，測量數(shù)據(jù)由中心數(shù)據(jù)庫保存，數(shù)據(jù)分析則由分析服務器完成。3.2.2 被動測量被動測量是指在鏈路或設備(如路由器，交換機等)上利用測量設備對網(wǎng)絡進行監(jiān)測，而不需要產(chǎn)生多余流量的測量方法。被動測量的優(yōu)點在于理論上它不產(chǎn)生多余流量，不會增加網(wǎng)絡負擔；其缺點在于被動測</p><

8、p>　　4.3 丟包率丟包率的定義是[9]：丟失的IP 包與所有的IP 包的比值。許多因素會導致數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡上傳輸時被丟棄，例如數(shù)據(jù)包的大小以及數(shù)據(jù)發(fā)送時鏈路的擁塞狀況等。為了評估網(wǎng)絡的丟包率，一般采用直接發(fā)送測量包來進行測量。對丟包率進行準確的評估與預測則需要一定的數(shù)學模型。目前評估網(wǎng)絡丟包率的模型主要有貝努利模型、馬爾可夫模型和隱馬爾可夫模型等等[10]。貝努利模型是基于獨立同分布的，即假定每個數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡上傳輸時被丟棄的

9、概率是不相關的，因此它比較簡單但預測的準確度以及可靠性都不太理想。但是，由于先進先出的排隊方式的采用，使得包丟失之間有很強的相關性，即在傳輸過程中，包被丟失受上一個包丟失的影響相當大。假定用隨機變量Xi 代表包的丟失事件，Xi = 0 表示包丟失，而Xi = 1 表示包未丟失。則第i 個包丟失的概率為P[Xi|Xi-1, Xi-2,…Xi-n], Xi-1, Xi-2,...Xi-n 取所有的組合情況。當N=2 時，該Markov 鏈

10、退化為著名的Gilbert 模型。隱馬爾可夫模型是對馬爾可夫模型的改進。Maya Yajnik等人所作的172 小時的測量試驗[11</p><p>　　瓶頸帶寬是指當一條路徑（通路）中沒有其它背景流量時，網(wǎng)絡能夠提供的最大的吞吐量。對瓶頸帶寬的測量一般采用包對(packet pair)技術，但是由于交叉流量的存在會出現(xiàn)“時間壓縮”或“時間延伸”現(xiàn)象，從而會引起瓶頸帶寬的高估或低估。另外，還有包列等其它測量技術

11、?？捎脦捠侵冈诰W(wǎng)絡路徑（通路）存在背景流量的情況下，能夠提供給某個業(yè)務的最大吞吐量。因為背景流量的出現(xiàn)與否及其占用的帶寬都是隨機的，所以可用帶寬的測量比較困難。一般采用根據(jù)單向延遲變化情況可用帶寬進行逼近。其基本思想是：當以大于可用帶寬的速率發(fā)送測量包時，單向延遲會呈現(xiàn)增大趨勢，而以小于可用帶寬的速率發(fā)送測量包時，單向延遲不會變化。所以，發(fā)送端可以根據(jù)上一次發(fā)送測量包時單向延遲的變化情況動態(tài)調(diào)整此次發(fā)送測量包的速率，直到單向延遲不再

12、發(fā)生增大趨勢為止，然后用最近兩次發(fā)送測量包速率的平均值來估計可用帶寬瓶頸帶寬反映了路徑的靜態(tài)特征，而可用帶寬真正反映了在某一段時間內(nèi)鏈路的實際通信能力，所以可用帶寬的測量具有更重要的意義。4.5 流量參數(shù)ITU-T提出兩種流量參數(shù)作為參考：一種是以一段時間間隔內(nèi)在測量點上觀測到的所有傳輸成功的</p><p>　　6．結束語：本文對目前網(wǎng)絡性能測量技術的主要方面進行了介紹和分析并對未來網(wǎng)絡性能測量的研究重

13、點進行了展望。參考文獻[1] ITU-T 建議1.350[2] ITU-T，建議Y1540[3] IETF, RFC2330, "Framework for IP Performance Metrics" Table of Contents 6[4] IETF, RFC2330, "Framework for IP Performance Metrics" Table of Cont

14、ents11[5] IETF, RFC2678, "IPPM Metrics Measuring Connectivity"[5] IETF, RFC2679, "A One-way Delay Metric for IPPM"[6] IETF, RFC2681, "A Round-trip Delay Metric for IPPM"[7] IETF. RFC3393