透視網(wǎng)絡(luò ) 有關(guān)網(wǎng)絡(luò )端到端路徑性能測試
sanandi 2007/05/29
近年來(lái)VoIP、VoD等實(shí)時(shí)應用在網(wǎng)絡(luò )應用中比例大量增加，實(shí)時(shí)應用需要網(wǎng)絡(luò )對其提供服務(wù)保證或區分服務(wù)，網(wǎng)絡(luò )路徑的延時(shí)特性和傳輸速率越來(lái)越受到人們的重視。網(wǎng)絡(luò )延時(shí)和有效帶寬直接反映了路徑的性能和對端主機提供的服務(wù)等級水平，但它們都是隨時(shí)間隨機變化的變量，跟蹤這些路徑特征參數的動(dòng)態(tài)變化可以獲得資源的使用狀況和性能趨勢，并作為網(wǎng)絡(luò )路徑性能評價(jià)和實(shí)時(shí)的端到端性能管理的依據。
一、端到端路徑性能問(wèn)題
端到端性能管理的目標是為用戶(hù)提供一條穩定可用的具有一定服務(wù)保障的連接。其范圍已超出了流量工程和容量規劃等傳統問(wèn)題，包括故障發(fā)現、路由選擇與配置管理、流量分析等廣泛的內容。對于用戶(hù)而言，路徑的延時(shí)特性和路徑有效帶寬決定了服務(wù)水平，即是否能啟動(dòng)一次新的連接，在局部節點(diǎn)獲得一定的資源保證，并達到可接受的響應時(shí)間。對ISP來(lái)說(shuō)，則還要關(guān)心網(wǎng)絡(luò )路徑的長(cháng)期利用率、路由可達性、瓶頸帶寬和其它端到端的性能等屬性和參數。這些參數一般是較為穩定的，其中連通性和路徑穩定性反映了路徑的總體性能，而路徑非對稱(chēng)性則影響我們對網(wǎng)絡(luò )延時(shí)的測量。
連通性
連通性指的是IP網(wǎng)絡(luò )中主機之間是否能相互到達對方，或者說(shuō)一個(gè)或多個(gè)節點(diǎn)之間的下層連接是否可用。連通性描述了網(wǎng)絡(luò )的可靠性，是完成網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的基本條件。Ping程序可用于確定網(wǎng)絡(luò )上一個(gè)遠程設備對本地系統來(lái)說(shuō)是否可達，并有助于在系統之間調試連通性問(wèn)題。我們可以從測量主機向網(wǎng)絡(luò )路徑的目的端定時(shí)運行ping，發(fā)出ICMP請求并等待有效的ICMP應答，從而確定網(wǎng)絡(luò )連接的可用性，并可根據ICMP應答的類(lèi)型孤立出路由選擇和許多其它網(wǎng)絡(luò )故障或問(wèn)題的來(lái)源。因此，連通性是保證路徑性能穩定的基礎。
路徑MTU
MTU是網(wǎng)絡(luò )連接中允許一個(gè)物理幀傳輸的最大數據量，TCP/IP驅動(dòng)程序需要知道這個(gè)數值以便設置合適的數據包長(cháng)度，以避免出現不必要的拆分過(guò)程。不同網(wǎng)絡(luò )的MTU缺省值不一樣，以太網(wǎng)的標準值為1500，而多數ISP提供的撥號網(wǎng)絡(luò )的標準值為576。理論上，只要網(wǎng)絡(luò )連接穩定性高，MTU越大則傳輸效率越高。但是，如果接收機器所在網(wǎng)絡(luò )或傳輸路徑上路由器的MTU小的話(huà)，數據幀將不得不再次被拆分，這樣反而降低了效率。因此，優(yōu)化的MTU應與整條傳輸路徑上最小的MTU值（即路徑MTU）相等。RFC1191描述了路徑MTU的發(fā)現機制，通過(guò)發(fā)送分組在分組頭部設置不分片標志字段并判斷返回ICMP錯誤消息實(shí)現。發(fā)送的第一個(gè)分組的長(cháng)度與出口MTU相等，每次收到ICMP不能分片錯誤時(shí)，就減少分組長(cháng)度，以下一個(gè)最小的MTU值發(fā)送。由于MTU值個(gè)數總是有限的，因此總可以找到路徑中最小的MTU。所以檢測路徑MTU并設置系統的MTU值，可以減少對IP數據包的分段，提高路徑的傳輸效率。
路由非對稱(chēng)性
非對稱(chēng)路由是指往返某一節點(diǎn)的路徑不一致，兩個(gè)方向的延時(shí)不同，由此在網(wǎng)絡(luò )測量，特別是基于源端的測量中造成很多問(wèn)題。檢測路由的非對稱(chēng)性目前還非常困難。
路徑穩定性
端到端路徑的穩定性是衡量網(wǎng)絡(luò )性能的關(guān)鍵性參數，路徑穩定性可以分為路徑的空間穩定性和時(shí)間穩定性。其中空間路徑穩定性由路由的規模和模式?jīng)Q定，不穩定的路由可能是由路由不對稱(chēng)、循環(huán)路由、路由振蕩等病態(tài)路由行為引起，也可能是連接頻繁中斷引起的。發(fā)生率（Prevalence） 和持續性（Persistence），分別從特定路由的發(fā)生頻率和不變性方面定義了穩定性。路徑的時(shí)間穩定性則強調了路徑性能與時(shí)間變化的關(guān)系。本文將從路徑的延時(shí)特性和傳輸速率出發(fā)，給出路徑穩定性的評價(jià)指標，并作為網(wǎng)絡(luò )路徑性能評價(jià)和實(shí)時(shí)的端到端性能管理的依據。
二、性能指標
路徑延時(shí)穩定性參數
設測量的延遲變量為X， 為t時(shí)刻測得的網(wǎng)絡(luò )延時(shí)，則 為 間隔內的延時(shí)變化。若在 時(shí)間段內每次測量的樣本值為 ，則這組延遲樣本集的樣本方差為 ， 其中 = 。假設 為SLA(service level agreement)規定的或是某種應用服務(wù)質(zhì)量要求的網(wǎng)絡(luò )延時(shí)抖動(dòng)目標臨界值。根據在 時(shí)間段延時(shí)的抖動(dòng)程度，定義延時(shí)抖動(dòng)有界比例系數為：一般 可取為 。延時(shí)抖動(dòng)有界比例系數反映了相鄰兩次測量之間延時(shí)抖動(dòng)小于 情況所占的比例，一般設定當 時(shí)，認為連接有較好的穩定性， 越大，即 越接近1，連接越穩定。但延時(shí)抖動(dòng)有界比例系數不能反映最大延時(shí)抖動(dòng)，由于排隊延時(shí)隨背景流量而出現較大的波動(dòng)，定義如下形式的平均抖動(dòng)/最大抖動(dòng)系數：設定 時(shí)，認為連接有較好的穩定性， 越大，連接越穩定。綜合以上兩個(gè)參數，當路徑同時(shí)滿(mǎn)足 和 時(shí)，確定該路徑是關(guān)于延時(shí)穩定的。
路徑速率參數
路徑延時(shí)穩定性參數反映了鏈路整體運行的穩定程度，但不能反映不同鏈路速率的差別。某一條鏈路可能延遲較大，但延時(shí)抖動(dòng)較小，丟失率很低，這時(shí)僅由路徑延時(shí)穩定性參數難以反映鏈路的實(shí)際傳輸質(zhì)量。通過(guò)采集SNMP網(wǎng)絡(luò )設備MIB接口組數據，可以計算接口數據傳輸速率V：，其中 分別為在 內接口接收與發(fā)送的總字節數。通過(guò)連續采集路徑中多個(gè)接口的流量數據，將最小的接口傳輸速率 作為路徑速率參數通知給用戶(hù)，以反映當前路徑的實(shí)際傳輸性能。
數據采集
我們選擇實(shí)驗室的測量主機到湖南大學(xué)DNS服務(wù)器作為實(shí)驗對象，該路徑經(jīng)過(guò)兩個(gè)路由器，分別通過(guò)100M Ethernet和1000M Ethernet鏈路相連。我們使用Ping采集了近兩天的每10ms一次測量的延時(shí)數據，并通過(guò)讀取第一個(gè)路由器MIB庫獲得了每5ms的接口速率數據。
三、端到端路徑性能的測量
我們采用以上測量方法基于以下原因。通常，網(wǎng)絡(luò )性能參數的測量采取主動(dòng)測量的方法，即在指定的路徑上按一定規則發(fā)送探測性流量數據來(lái)測量網(wǎng)絡(luò )上某一主機是否可達（reachability）、網(wǎng)絡(luò )延遲、網(wǎng)絡(luò )中包丟失情況和網(wǎng)絡(luò )吞吐量等鏈路性能參數或測量網(wǎng)絡(luò )路徑的跳數、路由抖動(dòng)、路由對稱(chēng)性等從源端到目的端的路由信息。主動(dòng)測量會(huì )在網(wǎng)絡(luò )中引入較多的測量流量，對網(wǎng)絡(luò )實(shí)際性能會(huì )造成一定的影響。
由于路徑帶寬的測量需要向網(wǎng)絡(luò )發(fā)送大量的分組數據，耗費大量有效帶寬，這使得以主動(dòng)方式測量帶寬對用戶(hù)應用和網(wǎng)絡(luò )都極具損害性。而使用SNMP可以定時(shí)查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )設備接口的流量速率數據，結合SNMP與網(wǎng)絡(luò )往返延遲的測量評價(jià)路徑性能，可使測量發(fā)送的分組數降到最低。
延時(shí)分布數據分析
測量獲得的延時(shí)數據的分布可以看出延時(shí)分布RTT的測量值很不穩定，延時(shí)值最高達到了25.198ms，最低為2.091ms，接近于固有延時(shí)。但大部分散點(diǎn)集中于10ms的上下5ms范圍內，只有極少數點(diǎn)落在大于20ms小于5ms范圍，說(shuō)明路徑相對較為穩定。計算延時(shí)抖動(dòng)有界比例系數 ，平均抖動(dòng)/最大抖動(dòng)系數 ，與實(shí)際網(wǎng)絡(luò )運行狀況基本相符。
延時(shí)抖動(dòng)數據分析
40小時(shí)中每十分鐘測量的延時(shí)抖動(dòng)的分布延時(shí)的抖動(dòng)分布來(lái)看，在取網(wǎng)絡(luò )延時(shí)抖動(dòng)目標臨界值 為 ＝4.629ms時(shí)，最壞情況下達到抖動(dòng)的邊界16ms，遠遠超過(guò)了期望的 值。這說(shuō)明該路徑對于實(shí)時(shí)應用是不可能達到很好的性能的。
鏈路接口速率分析
同時(shí)采集的路由器MIB庫接口流量速率數據可以看出該路徑的利用率極低，特別是流出速率很小。在實(shí)際中可以用加大負載的辦法提高網(wǎng)絡(luò )的利用率，計算鏈路接口可以達到的最大的數據傳輸速率。
賽迪網(wǎng) 中國信息化(industry.ccidnet.com)
相關(guān)鏈接:
亚洲精品网站在线观看不卡无广告,国产a不卡片精品免费观看,欧美亚洲一区二区三区在线,国产一区二区三区日韩
武陟县|
阿合奇县|
荔波县|
宜春市|
安溪县|
满洲里市|
松江区|
潮安县|
宿松县|
灌南县|
秦皇岛市|
阳西县|
屏边|
五常市|
南通市|
小金县|
阳原县|
南汇区|
浦东新区|
海原县|
元朗区|
鄂托克旗|
贵溪市|
平舆县|
永济市|
师宗县|
巴青县|
九龙坡区|
芒康县|
湛江市|
光山县|
镇江市|
黔西|
两当县|
黄梅县|
镶黄旗|
吉木萨尔县|
和顺县|
启东市|
北海市|
东明县|
http://444
http://444
http://444
http://444
http://444
http://444