网络性能测量工程的优化与实践

耋兰　舅　璺　些Ｑ　益盏　查墨　嚣　嚣龈ＮＯ然ＬＯ科ＧＹ（学Ｎａ　。。蹦　，　Ｖｏ１．１５，Ｎｏ．４Ｄｅｃ．２０９　网络性能测量工程的优化与实践　姜熙炯　，封红旗ｚ　（１．江苏技术师范学院信息与教育技术中心，江苏常州２１３００１；２．江苏工业学院网络中心，江苏常州２１３１６４）　

摘要：分析了网络性能测量的相关技术，在测量工程实践中采用开源测量工具，通过对生产网络拓扑的优化，　引人性能基线来控制网络测量工程，优化了网络测量方法，解决了网络运行性能控制的问题，在实践中得到较好　应用，对网络的维护与改造提供了有效支持。　关键词：网络测试；测量基线；吞吐量　中图分类号：ＴＰ３　１３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—２２２２（２００９）０４—００１２—０５　

０　引　言　网络测量是指通过分析收集到的网络运行数据，获得网络动态运行信息的方法，从而对网络性能进　行研究和评估。由于Ｉｐｖ４网络设计最初技术上没有过多考虑反映其运行状态，造成了网络测量与分析的　现实困难。然而，网络上新的应用对网络的运行性能要求越来越高，因此，对网络性能的评估及其运行的　监控已成为研究的重要课题。目前，尽管存在众多的商业测量工具，但这些工具提供的处理方法相对复　杂，软件及硬件价格昂贵。为了对网络性能进行有效的快速测量与评估，笔者采用开源网络测量工具，引　入基线控制理论，用简单快速的方法，对网络的运行性能测量评估做了一些有益的尝试。　

１　网络测量现状研究　１．１　网络性能指标研究　要确定网络状态的运行指标，首先需要根据网络运行的衡量标准来指定，网络运行性能指标的主要　参考依据就是ＩＥＴＦ建立的ＩＰＰＭ　ＷＧ（ＩＰ性能测度工作组）定义的网络性能指标【ｌ】，目前已发布的基本指　标包括：ｃｏｎｎｅｃｔｉｖｉｔｙ可连通性（ＲＦＣ　２６７８）、ｏｎｅ—ｗａｙ　ｄｅｌａｙ　ａｎｄ　ｌｏｓｓ单向包延迟和丢失（ＲＦＣ　２６７９）、　ｒｏｕｎｄ—ｔｒｉｐ　ｄｅｌａｙ双向包延迟和丢失（ＲＦＣ　２６８１）、ｄｅｌａｙ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ时延变化（ＲＦＣ　３３９３）、ｌｏｓｓ　ｐａｔｔｅｒｎｓ包丢失　模式（ＲＦＣ　３３５７）、ｐａｃｋｅｔ　ｒｅｏｒｄｅｒｉｎｇ包重组（ＲＦＣ　４７３７）、ｂｕｌｋ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔ　ｃａｐａｃｉｔｙ大批量传输容量（ＲＦＣ　３１４８）、ｌｉｎｋ　ｂａｎｄ　ｗｉｄｔｈ　ｃａｐａｃｉｔｙ链接带宽容量（ＲＦＣ　５１３６）和ｐａｃｋｅｔ　ｄｕｐｌｉｃａｔｉｏｎ包复制（ＲＦＣ　５５６０　ｏ　以上９个指标，涵盖了网络运行时各项性能，不同的性能指标反应不同的网络状态，在进行网络性能　测量时，需要根据不同的应用需求，对某些指标进行有侧重的研究。如指标之一的时延和丢包率，它在很　大程度上反应了网络的拓扑结构和拥塞隋况，对许多业务尤其是实时业务来说具有决定作用，如果运行　管理的是一个多业务网络，这项指标就必须重点关注。　

收稿日期：２００９—１１－０２；修回日期：２００９—１２—０８　作者简介：姜熙炯（１９７２一），男，江苏丹阳人，工程师，硕士，主要研究方向为网络管理与应用、网络安全系统。　第４期　姜熙炯封红旗：网络性能测量工程的优化与实践　１３　１．２常用网络测量技术　目前网络测量技术主要包括两种技术：主动测量技术和被动测量技术［２］。　主动测量技术就是在选定的测试点上，利用测试工具主动产生所需要的测试流量，根据这些测试数　据流的传送情况来分析网络性能。其特点是可主动控制测量过程，对于一些端到端的性能有较好的效果。　但由于在主动测量过程中，注入的测试流量会干扰或改变网络原来的运行状态，使得测试结果与实际存　在一定偏差，处理不当，测试的流量会明显增加网络负担。所以在进行主动测量时，需仔细处理探测包的　数量及大小，避免测试果与真实网络有较大的误差。　被动测量技术就是在某些选定的网络设备上利用测量工具对网络进行监测，采集流经该监测点的业　务流量信息，记录网络中的真实业务流量。被动测量通常适用于与网元相关的度量值，例如链路的吞吐量　和包的大小统计。被动测量的性能参数主要有带宽、特定协议（如ＴＣＰ）的丢包率、延迟及延迟变化等。其　优点是一般不会产生多余流量，不会增加网络负担。缺点是它基于对单个设备的监测，对网络端到端的性　能分析有些困难。此外实时采集的数据量巨大，需要较强大的处理设备对数据进行分析，还存在对用户数　据泄漏等安全性和隐私问题。　１．３收集网络性能数据方法　网络性能数据能够通过多种方式进行收集，主要包括利用ＳＮＭＰ查询网络设备的ＭＩＢ库获得相关　信息；以及利用相关软件，观察网络现有的流量，如发现数据包的重传、ＴＣＰ窗口的大小、广播风暴以及一　些服务应用程序的服务质量，找寻影响网络性能问题的踪迹；或者生成测试流量发送到网络上，以测试网　络性能。有许多工具可以通过生成自己网络流量来确定网络当前性能，一般可以通过在网络上发送数据　包对和数据包列，需要注意的是数据包对不会占用太多的网络带宽，但数据包列可以携带大量的数据到　网络上，在利用测试工具时需要仔细分析，以免影响测试结果。　

２　网络测量实践与分析　２．１　性能基线的建立　为了确定网络的基础运行态，需要根据不同的网络性能指标，制定相应的网络性能基线。所谓网络性　能基线，是指一个（或一组）性能指标在网络测量（或运行）的生命周期的不同时间点上，通过评审而进入　正式受控的一种状态。基线化后的性能指标成为一个静态的版本，对测量基线值的每一次改动，都应该划　归到下一个运行状态中。除了对性能本身的要求外，还可以同时包含政策性的需求、自身的安全建设发展　需求、特殊时期的网络运行保障需求等。管理员通过一些工具对现有的网络运行状况进行分析。当发现运　行状态在达到基线水平之后，部分风险自然会被转移或降低。这样便可以实现持续定义运行基线，持续监　管和持续改进，可以保证每个运行阶段的网络运行都是可控的。性能基线是判断网络状态的重要参照点，　它作为后续测试工作的基准和出发点，是判断网络性能变化的重要的依据。　２＿２　网络测试基线的确定方法　衡量网络性能最为直观且可量化的标准是网络性能指标。而其中核心网络的性能指标不仅反映了核　心网络自身的运行质量，更能反映出与其相关的所有网络，尤其是网络应用的接入质量状况。设定网络性　能基线的中心就是确定网络核心主要关键性能指标的评估优化策略［３１，如可用性、响应时间、网络利用率、　吞吐量、带宽容量等。在确定出核心网络性能指标基线的基础上，对相关子网段提出优化指导方案，在短　时间内，修改运行策略或更新设备，提升网络运行质量，使网络保持较好的运行状态，确保各项网络应用　的正常运行。　参照网络测量的参数，在实践中我们确定相关的网络核心运行状态的性能基线数据，一般而言，通过　ｌ４　江苏技术师范学院学报（自然科学版）　第ｌ５卷　以下几个性能来分析评估网络的运行状态。　网络连通性（ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）：也称可用性或可达性，它严格说应该是网络的基本能力或属性，不能称为　性能，但ＩＴＵ—Ｔ建议可对其进行定量的测量。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，判断网段上存在冲突的状况，以及数据包被设备丢弃的状况，在实践中采用对每点做多次ｐｉｎｇ　测试。　ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ＝（ｐｉｎｇ成功次数／ｐｉｎｇ尝试次数）×１００％。　响应时间（ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｉｍｅ）：用来判断网络是否存在网络过载、网络错误、布线故障、广播风暴、网络设　备故障或网络主机过载等状况，在一个局域网主干内，正常情况下响应时间不应高于２　ｍｓ。　ｒｅｓｐｏｎｓｅ　ｔｉｍｅ＝各次ｐｉｎｇ成功的时间相加／ｐｉｎｇ成功次数。　网络利用率（ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）：每个网段的利用状况，显示了网络在给定期间处于使用状态的时间百分比，　确定一个网络的利用率就比较复杂。一般使用网络吞吐量和网络带宽容量来确定网络中两个节点之间的　性能，一个半双工状态下的计算公式如下：　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ＝ｆ（ｄａｔａｓｅｎｔ＋ｄａｔａｒｅｃｖ）　８）／（ｉｎｔｓｐｅｅｄ　ｓａｍｐｌｅｔｉｍｅ）　１００。　吞吐量（ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔ）：网络吞吐量是指任意给定的时间内两个节点间进行数据传输时，每秒钟在网络　上能够传输的最大字节数。由于网络应用程序需要消耗部分网络带宽，剩余的带宽数量就是所谓的网络　吞吐量。确定了网络吞吐量，管理员就可以找出影响客户端与服务器间给定网络链接性能的瓶颈。　ｔｈｒｏｕｇｈｏｕｔ＝［网络速率（Ｍｂｐｓ）×帧长度（ｂｙｔｅ）×８］，【帧长度（ｂｙｔｅ）×８＋帧间隔（ｂｉｔ）】　可用带宽容量（ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　ｃａｐａｃｉｔｙ）：可用带宽是指在网络路径存在背景流量的情况下，能够提供给某　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较　困难。一般采用根据单向延迟变化情况可用带宽进行逼近。在实际应用中可用带宽的测量采用数据报对　Ｐａｃｋｅｔ　Ｐａｉｒ算法嗍。　Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ＝ｓｅｃｏｎｄ＿ｐａｃｋａｔ＿ｓｉｚｅ／ｔｉｍｅ

＿ｉｎｔｅｒｖａｌ。其中，ｔｉｍｅ＿ｉｎｔｅｒｖａｌ表示这对报文到达的时间间隔，　

ｓｅｃｏｎｄ＿ｐａｃｋａｔ　ｓｉｚｅ表示第２个包的大小。　

２．３测量拓扑模型的构建　在测量分析过程中，由于实际网络结构及其应用极为复杂，要详细对网络每个节点状态进行度量没　有必要也不现实，实际意义也不大。如图１，对于客户端的用户体验而言，测试ｃ３到ｓｌ的网络端到端性　

客户端　客户端　客户端　图１网络拓扑优化　Ｆｉｇ．１　Ｔｏｐｏｌｏｇｙ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ