隨著Internet技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)資源空前增長，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求和應(yīng)用方式變得越來越復(fù)雜。不斷增加的網(wǎng)絡(luò)用戶和應(yīng)用，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)沉重，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，從而網(wǎng)絡(luò)性能下降。這就需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)進(jìn)行提取與分析，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行改善和提高。
　　摘要：網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量是網(wǎng)絡(luò)行為分析的基礎(chǔ)。該文對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量的概念、結(jié)構(gòu)模型以及網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)的測(cè)量方法進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量的方法和分析進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量的下一步工作進(jìn)行了展望。

　　關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)性能,測(cè)量技術(shù),性能指標(biāo),分析與研究

　　1引言

　　作為網(wǎng)絡(luò)行為分析基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量的作用就極為重要了。發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)瓶頸，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可能存在的潛在危險(xiǎn)，更加有效地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能管理，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量（QOS）的驗(yàn)證和控制，對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行量化、比較和驗(yàn)證等，是網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量的主要目的。

　　2網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量的概念

　　2.1網(wǎng)絡(luò)性能

　　網(wǎng)絡(luò)性能是一組對(duì)于運(yùn)營商有意義的，并可用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)、配置、操作和維護(hù)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量所得到的結(jié)果。可見，網(wǎng)絡(luò)性能是與終端性能以及用戶的操作無關(guān)的，是網(wǎng)絡(luò)自身特性的體現(xiàn)，可以由一系列的性能參數(shù)來測(cè)量和描述。

　　2.2網(wǎng)絡(luò)性能結(jié)構(gòu)模型

　　從空間的角度來看，網(wǎng)絡(luò)整體性能可以分為兩種結(jié)構(gòu)：立體結(jié)構(gòu)模型和水平結(jié)構(gòu)模型。

　　1)立體結(jié)構(gòu)模型

　　IP網(wǎng)絡(luò)就其協(xié)議棧來看是一個(gè)層次化的網(wǎng)絡(luò)，因此，對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)性能的研究也可以按照一種自上而下的方法進(jìn)行�？梢砸訧P層的性能為基礎(chǔ)，來研究IP各層間不同性能與上、下層不同應(yīng)用性能之間的映射關(guān)系。

　　2)水平結(jié)構(gòu)模型

　　對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的性能，用戶主要關(guān)心的是端到端的性能，因此從用戶的角度來看，可以利用水平結(jié)構(gòu)模型來對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)的端到端性能進(jìn)行分析。

　　3網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量的方法

　　網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量涉及到許多內(nèi)容，如采用主動(dòng)方式還是被動(dòng)方式進(jìn)行測(cè)量；發(fā)送測(cè)量包的類型；發(fā)送與截取測(cè)量包的采樣方式；所采用的測(cè)量體系結(jié)構(gòu)是集中式還是分布式等。

　　3.1測(cè)量包

　　網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量中，影響測(cè)量結(jié)果的一個(gè)重要因素就是測(cè)量數(shù)據(jù)包的類型。

　　1)P類型包

　　類型P是對(duì)IP包類型的一種通用的聲明。只要一個(gè)性能參數(shù)的值取決于對(duì)測(cè)量中采用的包的類型，那么參數(shù)的名稱一定要包含一個(gè)具體的類型聲明。2)標(biāo)準(zhǔn)形式的測(cè)量包

　　在定義一個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)時(shí)，應(yīng)默認(rèn)測(cè)量中使用的是標(biāo)準(zhǔn)類型的包。比如可以定義一個(gè)IP連通性度量為“IP某字段為0的標(biāo)準(zhǔn)形式的P類型IP連通性”。在實(shí)際測(cè)量中，很多情況下包長會(huì)影響絕大多數(shù)性能參數(shù)的測(cè)量結(jié)果，包長的變化對(duì)于不同目的的測(cè)量來說影響也會(huì)不一樣。

　　3.2主動(dòng)測(cè)量與被動(dòng)測(cè)量方式

　　1)主動(dòng)測(cè)量

　　主動(dòng)測(cè)量就是通過向網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器或應(yīng)用發(fā)送測(cè)試流量，以獲取與這些對(duì)象相關(guān)的性能指標(biāo)。例如，可以向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包并不斷提高發(fā)送速率直至網(wǎng)絡(luò)飽和，以此來測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的最大負(fù)載能力。主動(dòng)測(cè)量的主要優(yōu)點(diǎn)是不依賴于被測(cè)對(duì)象的測(cè)量能力。但另一方面，這種測(cè)量會(huì)給網(wǎng)絡(luò)增加額外的通信流量，這在一定程度上也可能影響測(cè)量的結(jié)果。所以應(yīng)該考慮試圖進(jìn)行的測(cè)量對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響，并盡量使這種影響降到最低。

　　2)被動(dòng)測(cè)量

　　被動(dòng)測(cè)量通過監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通信狀況進(jìn)行，因此不會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)。被動(dòng)測(cè)量通常用于測(cè)量通信流量，即經(jīng)過指定源和目的地之間路由器或鏈路的數(shù)據(jù)包或字節(jié)數(shù)，也可用于獲取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源使用狀況的信息。被動(dòng)測(cè)量可以通過三種方式獲得：

　　服務(wù)器端測(cè)量：通常是在服務(wù)器端安裝測(cè)試代理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)服務(wù)器的性能，資源使用等狀況；

　　用戶端測(cè)量：將監(jiān)測(cè)功能封裝到客戶應(yīng)用中，從特定用戶的角度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)的業(yè)務(wù)性能；

　　利用網(wǎng)絡(luò)探針：網(wǎng)絡(luò)探針可用于監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)傳輸狀態(tài)，分析捕獲的數(shù)據(jù)包，以實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)業(yè)務(wù)的測(cè)量。

　　被動(dòng)測(cè)量的一個(gè)潛在問題在于它依賴于測(cè)量鏈路上的通信流量或被測(cè)節(jié)點(diǎn)的負(fù)載情況。例如，要測(cè)量網(wǎng)絡(luò)上某主機(jī)和某Web服務(wù)器之間的通信流量，我們可以從客戶端通過監(jiān)測(cè)上傳或從該Web服務(wù)器下載的數(shù)據(jù)包來得到測(cè)量結(jié)果。這種方法適合于用戶確實(shí)經(jīng)常下載該Web服務(wù)器頁面的情況。如果只是偶爾瀏覽一下頁面，那就沒有足夠的通信流量，這種情況下進(jìn)行的被動(dòng)測(cè)量也就不可靠了。這時(shí)，可以建立一個(gè)腳本，每隔一段時(shí)間從該Web服務(wù)器下載頁面以得到測(cè)量結(jié)果，即采用主、被動(dòng)混合的測(cè)量方式。事實(shí)上，在很多情況下，主動(dòng)測(cè)量和被動(dòng)測(cè)量都是結(jié)合著進(jìn)行的。因?yàn)橐慌_(tái)進(jìn)行主動(dòng)測(cè)試的主機(jī)只需處理與該測(cè)量相關(guān)的通信，因此其硬件要求不高。而對(duì)于進(jìn)行被動(dòng)測(cè)試的主機(jī)而言就不同了，因?yàn)樗�必須處理通過該測(cè)量點(diǎn)的所有通信流量，尤其當(dāng)通信速率增長的時(shí)候，對(duì)執(zhí)行測(cè)量的主機(jī)性能要求就更高。

　　3.3測(cè)量中的抽樣

　　3.3.1抽樣概念

　　抽樣，也叫采樣，抽樣的特性是由抽樣過程所服從的分布函數(shù)所決定的。研究抽樣，主要就是研究其分布函數(shù)。對(duì)于主動(dòng)測(cè)量，其抽樣是指發(fā)送測(cè)量數(shù)據(jù)包的過程；對(duì)于被動(dòng)測(cè)量來說，抽樣則是指從業(yè)務(wù)流量中采集測(cè)量數(shù)據(jù)的過程。

　　3.3.2抽樣方法

　　依據(jù)抽樣時(shí)間間隔所服從的分布，抽樣方法可分為很多種，目前比較常用的抽樣方法是周期抽樣、隨機(jī)附加抽樣和泊松抽樣。周期抽樣是一種最簡(jiǎn)單的抽樣方式，每隔固定時(shí)間產(chǎn)生一次抽樣。因?yàn)楹?jiǎn)單，所以應(yīng)用的很多。但它存在以下一些缺點(diǎn):測(cè)量容易具有周期性、具有很強(qiáng)的可預(yù)測(cè)性、會(huì)使被測(cè)網(wǎng)絡(luò)陷入一種同步狀態(tài)。隨機(jī)附加抽樣的抽樣間隔的產(chǎn)生是相互獨(dú)立的，并服從某種分布函數(shù)，這種抽樣方法的優(yōu)劣取決于分布函數(shù)：當(dāng)時(shí)間間隔以概率1取某個(gè)常數(shù)，那么該抽樣就退化為周期抽樣。隨機(jī)附加抽樣的主要優(yōu)點(diǎn)在于其抽樣間隔是隨機(jī)產(chǎn)生的，因此可以避免對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生同步效應(yīng)，它的主要缺點(diǎn)是由于抽樣不是以固定間隔進(jìn)行，從而導(dǎo)致頻域分析復(fù)雜化。在RFC2330中，推薦泊松抽樣，它的時(shí)間間隔符合泊松分布，它的優(yōu)點(diǎn)是：能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)測(cè)量結(jié)果的無偏估計(jì)、測(cè)量結(jié)果不可預(yù)測(cè)、不會(huì)產(chǎn)生同步現(xiàn)象。但是，由于指數(shù)函數(shù)是無界的，因此泊松抽樣有可能產(chǎn)生很長的抽樣間隔，因此，實(shí)際應(yīng)用中可以限定一個(gè)最大間隔值，以加速抽樣過程的收斂。

　　4性能指標(biāo)的測(cè)量與分析

　　4.1連接性

　　連接性也稱可用性、連通性或者可達(dá)性，嚴(yán)格說應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)的基本能力或?qū)傩�，不能稱為性能，但I(xiàn)TU-T建議可以用一些方法進(jìn)行定量的測(cè)量。目前還提出了連通率的概念，根據(jù)連通率的分布狀況建立擬合模型。

　　4.2延遲

　　延遲的定義是：IP包穿越一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)段所經(jīng)歷的時(shí)間。延遲由固定延遲和可變延遲兩部分組成。固定延遲基本不變，由傳播延遲和傳輸延遲構(gòu)成；可變延遲由中間路由器處理延遲和排隊(duì)等待延遲兩部分構(gòu)成。對(duì)于單向延遲測(cè)量要求時(shí)鐘嚴(yán)格同步，這在實(shí)際的測(cè)量中很難做到，許多測(cè)量方案都采用往返延遲，以避開時(shí)鐘同步問題。往返延遲的測(cè)量方法是：入口路由器將測(cè)量包打上時(shí)戳后，發(fā)送到出口路由器。出口路由器一接收到測(cè)量包便打上時(shí)戳，隨后立即使該數(shù)據(jù)包原路返回。入口路由器接收到返回的數(shù)據(jù)包之后就可以評(píng)估路徑的端到端時(shí)延。

　　4.3丟包率

　　丟包率的定義是：丟失的IP包與所有的IP包的比值。許多因素會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)上傳輸時(shí)被丟棄，例如數(shù)據(jù)包的大小以及數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)鏈路的擁塞狀況等。為了評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的丟包率，一般采用直接發(fā)送測(cè)量包來進(jìn)行測(cè)量。對(duì)丟包率進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估與預(yù)測(cè)則需要一定的數(shù)學(xué)模型。目前評(píng)估網(wǎng)絡(luò)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。

　　4.4帶寬

　　帶寬一般分為瓶頸帶寬和可用帶寬。瓶頸帶寬是指當(dāng)一條路徑（通路）中沒有其它背景流量時(shí)，網(wǎng)絡(luò)能夠提供的最大的吞吐量。對(duì)瓶頸帶寬的測(cè)量一般采用包對(duì)(packetpair)技術(shù)，但是由于交叉流量的存在會(huì)出現(xiàn)“時(shí)間壓縮”或“時(shí)間延伸”現(xiàn)象，從而會(huì)引起瓶頸帶寬的高估或低估。另外，還有包列等其它測(cè)量技術(shù)�？捎脦�寬是指在網(wǎng)絡(luò)路徑（通路）存在背景流量的情況下，能夠提供給某個(gè)業(yè)務(wù)的最大吞吐量。因?yàn)楸尘傲髁康某霈F(xiàn)與否及其占用的帶寬都是隨機(jī)的，所以可用帶寬的測(cè)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(jìn)行逼近。其基本思想是：當(dāng)以大于可用帶寬的速率發(fā)送測(cè)量包時(shí)，單向延遲會(huì)呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，而以小于可用帶寬的速率發(fā)送測(cè)量包時(shí)，單向延遲不會(huì)變化。所以，發(fā)送端可以根據(jù)上一次發(fā)送測(cè)量包時(shí)單向延遲的變化情況動(dòng)態(tài)調(diào)整此次發(fā)送測(cè)量包的速率，直到單向延遲不再發(fā)生增大趨勢(shì)為止，然后用最近兩次發(fā)送測(cè)量包速率的平均值來估計(jì)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(shí)間內(nèi)鏈路的實(shí)際通信能力，所以可用帶寬的測(cè)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(shí)間間隔內(nèi)在測(cè)量點(diǎn)上觀測(cè)到的所有傳輸成功的IP包數(shù)量除以時(shí)間間隔，即包吞吐量；另一種是基于字節(jié)吞吐量：用傳輸成功的IP包中總字節(jié)數(shù)除以時(shí)間間隔。Internet業(yè)務(wù)量的高突發(fā)性以及網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，使得網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)復(fù)雜的非線性，建立流量模型越發(fā)變得重要。

　　5結(jié)束語

　　網(wǎng)絡(luò)性能的評(píng)估是一項(xiàng)復(fù)雜的工作。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的日益發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的日益更新，基于特定應(yīng)用的性能測(cè)量與分析，更成為今后網(wǎng)絡(luò)性能研究的重要內(nèi)容。對(duì)于不同的應(yīng)用，有必要建立不同的性能評(píng)價(jià)模型，以實(shí)現(xiàn)不同的業(yè)務(wù)質(zhì)量保證;而對(duì)于多種不同應(yīng)用所基于的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，更需要確立一種綜合的性能體系架構(gòu)，為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基于性能策略的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供基礎(chǔ)。如NGN中語音業(yè)務(wù)的性能問題，由于語音業(yè)務(wù)的特殊性，對(duì)語音質(zhì)量的測(cè)量和評(píng)估需要結(jié)合多方面因素來考慮，如何客觀而又真實(shí)地評(píng)價(jià)語音的質(zhì)量，又如何在數(shù)據(jù)，語音，視頻業(yè)務(wù)融合的IP網(wǎng)絡(luò)上保證各種業(yè)務(wù)的質(zhì)量，對(duì)于正處于激烈競(jìng)爭(zhēng)狀態(tài)下的運(yùn)營商而言，這些都是十分迫切且重要的問題，因而，也成為下一步網(wǎng)絡(luò)性能研究的重點(diǎn)。

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