网络测量指标初步分析

摘要:网络测量指标是进行网络性能分析的基础,介绍了两种国际标准化组织提出的网络测量指标,并进行比较,并给出实际测量时的常用指标。

关键词:网络测量;性能指标;时延

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)31-pppp-0c

Preliminary Analysis to the Performance Parameters of Internet Measurement

YE Qing

(Foshan Radio & Televisionyyrt University, Foshan 528000, China)

Abstract: The performance parameters of internet measurement are the baisic factors of network analysis. Two Kinds of ISO performance parameters are presented and compared, and practical performance parameters are summarized.

Key words: internet measurement; performance parameters; delay

现代网络具有三个重要特征:1) 提供实时业务传输,并且业务比重不断增加;2) 承担关键紧急应用,如军事控制等;3) 由于各种原因引起网络运行环境动态变化。网络承载实时紧急业务和网络动态变化的矛盾使得人们不得不面临网络性能问题的挑战,网络测量技术正是在此需求上发展起来的一个研究方向。

网络测量是指遵照一定的方法和技术,利用软件包或硬件工具来测量表征网络性能指标,获取网络拓扑结构、节点属性、业务特征等一系列活动的总和。进行网络测量的时候,人们希望定义一系列的定量参数用以描述网元、链路、端到端路径以及路径和网络设备集合性能和可靠性,使得用户和网络运营商对网络性能和可靠性具有最精确全面的理解。这些经过严格定义的定量参数称为测量指标,对应于网络协议层次、满足某个目的的测量指标的集合称为测量指标体系。

国际电信联盟远程通信标准化组织(ITU-T)和互联网工程任务组(IETF)都各自定义了一套网络测量指标,并且在不断地补充和修订中。

1 ITU-T定义的测量指标

ITU-T定义的测量指标[1]主要包括:

1) IP包传输时延(IP Packet Transfer Delay,IPTD):假设包传输的起始时间为 Tstart ,包到达目的端的时间为 Tend ,则:

IPTD=Tend - Tstart

2) IP包时延变化(IP Packet Delay Variation,IPDV):用E(IPTD)表示IPTD的均值,则:

IPDV = IPTD - E(IPTD)

3) IP包错误率(IP Packet Error Rate,IPER):

IPER = 错误的IP包数 / (错误的IP包数 + 成功的IP包数)

4) IP包丢包率(IP Packet Lass Rate,IPLR):

IPLR = 丢失的IP包数 / IP包总数

5) 虚假IP包率(Spurious IP Packet Rate):单位时间内的虚假包数。

2 IETF定义的测量指标

IETF将测量指标称为“度量(Metric)”,由IPPM(IP Performance Metrics)工作组来制定网络性能方面的研究和测量指标[2],主要包括:

1) IP连通性(Connectivity):连通性也称为可用性或可达性,严格说应该是网络的基本能力或属性,但可用定量的方法度量,包括单向和双向连通度量值。

2) 单向时延(One-way Delay):假设数据包源地址Src和目标地址Dst,在T时刻在Src发送数据包P,在T+ST时刻在Dst收到数据包P,则单向时延为ST。

3) 环回时延(Round-trip Delay):

网络应用经常需要客户机和服务器之间发送请求和应答,以完成信息传递。路由存在不对称性,使得只有测量双向时延才能得到一次握手不同路径的总时延。

4) 丢包率(Packet Loss):

如果一个包没有在合理的时间内从Src到达Dst,就认为发生丢包。这个合理的时间段依赖于测量得到的单向时延。

5) IP包的时延变化(IP Packet Delay Variation,IPDV):

基于度量值单向时延,定义为同一数据流中的两个包的单向时延之差。

3 两种测量指标的比较

两个标准化组织指定的测量指标均包括时延、时延变化、丢包率等。时延在很大程度上体现了网络的拓扑和拥塞情况,对许多业务尤其是实时业务来说具有决定性的作用。时延变化对一些实时业务至关重要。丢包率则体现了网络的可靠性,它的大小对传输层乃至应用层的服务具有决定性的作用。

两个国际标准化组织制定的测量指标也有不同之处,体现在以下几点:

1) 所定义参数的不同:ITU-T定义了虚假IP包,使得指标定义更为全面,但这个参数仅在测量中有用;

2) 侧重点不同:ITU-T的定义侧重在网络对IP包的实际传输结果,而IETF则更注重对业务的支持;

3) 测量架构不同:IETF定义了在参数测量中所采用的附加随机抽样方法以及在结果统计中所使用的统计方法,而ITU-T对测量架构的研究较少。

4 实际测量中的常用指标

对不同网络业务或应用,涉及的测量指标也不尽相同[3]-[5]。实际测量中经常关注以下几个指标:

1) 测量包:网络性能测量中影响测量结果的一个重要因素就是测量数据包的类型,测量包一般分为P类型包和标准形式的测量包;

2) 连接性:网络的基本能力或属性,可用一些方法进行定量的测量;

3) 时延:时延的定义是指等待某动作发生的时间,由几部分组成:数据包沿物理链路传输所需的时间、数据包经路由器排队转发所需的时间、服务器处理数据包并产生响应包所需的时间;

4) 丢包率:在特定时间间隔内,从客户机到服务器间往返过程中丢失的数据包占发送数据包的百分数,数据包丢失一般由网络拥塞引起;

5) 带宽:带宽分为瓶颈带宽和可用带宽,前者指当一条路径中没有其他背景流量时,网络能够提供的最大吞吐量;后者指在网络路径中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;前者反映了路径的静态特征,后者反映了路径的实际通信能力,因此测量可用带宽具有更重要的意义。

5 结束语

网络测量是一项复杂的工作。随着网络技术的日益发展,网络业务的日益更新,基于特定应用的网络测量与分析,成为今后网络性能研究的重要内容。而随着网络性能相关理论、测量方法、测量指标、分析模型研究的逐渐深入,各种测量工具的不断出现,也会推动网络技术继续向前发展。

参考文献:

[1] ITU-T Y.1540. "Internet protocol data communication service-IP packet transfer and availability performance parameters." Dec.2002.

[2] V.Paxson, G.Almes, J.Mahdavi, M.Mathis, "Framework for IP Performance Metrics." RFX2330, May 1998.

[3] 俞小兵.网络性能测量技术及其性能指标的统计分析[J].硫磷设计与粉体工程,2007(1):42-45.

[4] 裴昌幸.现代通信系统与网络测量[M].北京:人民邮电出版社,2008.

[5] 宋焱淼,皇安伟,穆源,王芳.基于OWAMP的网络性能测量技术[J].计算机工程,2009(7):138-141.