IP網(wǎng)絡(luò)可用帶寬測量研究

馮國軍

中興通訊股份有限公司，廣東深圳 518057

IP網(wǎng)絡(luò)可用帶寬測量研究

馮國軍

中興通訊股份有限公司，廣東深圳 518057

本文重點(diǎn)闡釋了IP網(wǎng)絡(luò)性能測試的重要性，并對IP網(wǎng)絡(luò)性能測試的主要指標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行闡釋。

IP網(wǎng)絡(luò)性能測試；主要指標(biāo)；關(guān)鍵技術(shù)

引言

面對電信業(yè)由語音業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變，各運(yùn)營商紛紛進(jìn)行IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。但是現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)承載和業(yè)務(wù)運(yùn)營上還存有不足，各運(yùn)營商對現(xiàn)有IP網(wǎng)是否能夠承載各種電信級業(yè)務(wù)仍存有疑慮。主要表現(xiàn)在：

1)運(yùn)營商對于IP網(wǎng)絡(luò)接入層、骨干層鏈路的通信質(zhì)量和狀況缺乏評估的手段。

2)運(yùn)營商對客戶尤其是大客戶的服務(wù)等級缺乏評估、保障和維護(hù)手段。

3)運(yùn)營商對IP承載網(wǎng)是否滿足一些新業(yè)務(wù)的需求缺乏評估手段。

另外，監(jiān)管部門對IP網(wǎng)間互聯(lián)互通鏈路的通信質(zhì)量也缺乏監(jiān)管手段。

根據(jù)IETF的RFC2330的建議，IP網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)如下：

IP連接性：即IP網(wǎng)絡(luò)的可用性

IP包傳輸時(shí)延：包括單向時(shí)延、雙向時(shí)延

IP包丟失率：包括單向丟包率和雙向丟包率

IP包時(shí)延變化：即最大時(shí)延和最小時(shí)延的差值

流量參數(shù)：即可用帶寬

目前，現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)性能測試儀表和IP網(wǎng)絡(luò)性能測試系統(tǒng)大多實(shí)現(xiàn)了雙向時(shí)延、單/雙向丟包率、時(shí)延變化的測量。但支持可用帶寬測量的設(shè)備很少，本文主要闡述可用帶寬的測量方法。

1.可用帶寬的測量簡介

帶寬是指一條通信鏈路的最大分組發(fā)送速率。可用帶寬是用戶可以享受到的IP層帶寬，是應(yīng)用性能的決定性因素。精確的測量網(wǎng)絡(luò)的帶寬不但可以幫助維護(hù)人員了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸所在，更好的避免擁塞的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)更好的擁塞控制策略。

目前的帶寬測量技術(shù)歸類為兩種：單數(shù)據(jù)包技術(shù)和數(shù)據(jù)包對技術(shù)。單數(shù)據(jù)包技術(shù)通常也稱為可變大小數(shù)據(jù)包技術(shù)，因?yàn)樗蚓W(wǎng)絡(luò)發(fā)送大小變化的探測數(shù)據(jù)包并統(tǒng)計(jì)達(dá)到目的端的時(shí)延來測試網(wǎng)絡(luò)的帶寬；數(shù)據(jù)包對技術(shù)利用數(shù)據(jù)包在傳輸過程中所形成的時(shí)間間隔來測試帶寬。

2. 單數(shù)據(jù)包技術(shù)

單數(shù)據(jù)包技術(shù)通過向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送大小變化的探測數(shù)據(jù)包并統(tǒng)計(jì)達(dá)到目的端的時(shí)延來測試網(wǎng)絡(luò)的帶寬。網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延由傳播時(shí)延、發(fā)送時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延三部分組成。其基本原理是如果一個(gè)大小已知的數(shù)據(jù)包經(jīng)過一條鏈路的時(shí)間已知，則該鏈路的帶寬就可以計(jì)算出來。計(jì)算必須考慮鏈路的傳播時(shí)延，對于一定的傳輸媒介，傳播時(shí)延是固定的。在不考慮網(wǎng)絡(luò)的排隊(duì)時(shí)延的情況下，傳輸時(shí)間（t）由數(shù)據(jù)包的大小（p），鏈路的帶寬（b）還有一個(gè)固定的傳播時(shí)延（l）決定：

t = p/b + l

測試時(shí)，發(fā)送多個(gè)不同大小的數(shù)據(jù)包，當(dāng)這些數(shù)據(jù)包在該鏈路的傳輸時(shí)間被測到后，通過上述公式可以得出鏈路的帶寬b。這些值都存在著干擾，可以采用濾波的方法可以過濾出最接近于實(shí)際帶寬值的數(shù)據(jù)。

3. 數(shù)據(jù)包對技術(shù)

數(shù)據(jù)包對技術(shù)利用數(shù)據(jù)包在傳輸過程中所形成的時(shí)間間隔來測試帶寬。數(shù)據(jù)包對技術(shù)所測試的是鏈路的瓶頸帶寬或是可用帶寬，而不是單個(gè)數(shù)據(jù)包技術(shù)所測得的鏈路的容量。數(shù)據(jù)包對技術(shù)基本方法可以用下圖來說明：

圖1 數(shù)據(jù)包對技術(shù)測量原理圖

圖中鏈路L2是鏈路中的瓶頸。在沒有干擾的情況下，由于L3帶寬大于L2，因此兩個(gè)數(shù)據(jù)包在經(jīng)過L2、L3之間的節(jié)點(diǎn)處會(huì)形成時(shí)間間隔t。這個(gè)間隔時(shí)間等于L2鏈路末端的節(jié)點(diǎn)在接收完第一個(gè)數(shù)據(jù)包之后，用在接收第二個(gè)數(shù)據(jù)包上的時(shí)間。這個(gè)值也實(shí)際上就等于第二個(gè)包的發(fā)送時(shí)延。發(fā)送時(shí)延與數(shù)據(jù)包大小成正比和鏈路的帶寬成反比：

t = p/b

從上述分析可以看出，數(shù)據(jù)包對技術(shù)需要解決兩個(gè)問題：傳輸時(shí)延t的測量和干擾流量導(dǎo)致測得的傳輸時(shí)延t的偏差。傳輸時(shí)延t的測量可以通過基于測得數(shù)據(jù)的時(shí)間同步技術(shù)解決。干擾流量的影響可以通過如下的測量方法加以解決：

圖2 數(shù)據(jù)包對技術(shù)克服干擾流量的流程圖

4. 結(jié)束語

通過本文介紹的幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，可以解決IP網(wǎng)絡(luò)單向時(shí)延、可用帶寬的精確測量問題，并為IP網(wǎng)絡(luò)的擁塞分析提供了一種實(shí)際可行的分析手段。

參考資料

[1]ETF.RFC2330

[2]專利.申請?zhí)?00510075342.0

[3]專利.申請?zhí)?00510130143.5

[4]張蓉,李健.高速網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)帶寬測試.www.net130.com

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.065

馮國軍（1971年出生），男，河北遵化人，工程師，在讀MBA，主要研究方向：通訊產(chǎn)品需求分析和設(shè)計(jì)。