第9章 网络性能分析(新)
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自相关函数定义为
r(k)＝E[(Xt－μ)(Xt+k－μ)]/E[(Xt－μ)2]
@
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性。
掌握：拥塞控制和拥塞相变的概念。
了解：细胞自动机模型的概念。
@
3
9.1 网络性能参数
9.1.1 性能参数的制定原则 9.1.2 ITU-T定义的IP网络性能参数 9.1.3 IETF定义的IP网络性能参数 9.1.4 网络性能结构模型
@
4
9.1.1 性能参数的制定原则
② 水平结构模型 对于网络的性能，用户主要关心的是端到端的性能，因此
从用户的角度来看，可以利用水平结构模型来对IP网络的 端到端性能进行分析。
@
8
9.2 网络性能测量
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。
（1）P类型包 类型P是对IP包类型的一种通用的声明。只
@Hale Waihona Puke Baidu
9
2.主动测量与被动测量方式
（1)主动测量 主动测量是在选定的测量点上利用
测量工具有目的地主动产生测量流量，注入网络， 并根据测量数据流的传送情况来分析网络的性能。
主动测量的优点是对测量过程的可控性比较高，灵活、 机动，易于进行端到端的性能测量；
缺点是注入的测量流量会改变网络本身的运行情况，使 得测量的结果与实际情况存在一定的偏差，而且测量流 量还会增加网络负担。
@
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2.主动测量与被动测量方式
（2) 被动测量 被动测量是指在链路或设备(如路由
器，交换机等)上利用测量设备对网络进行监测， 而不需要产生多余流量的测量方法。
被动测量的优点在于理论上它不产生多余流量，不会增 加网络负担；
其缺点在于被动测量基本上是基于对单个设备的监测， 很难对网络端到端的性能进行分析，并且可能实时采集 的数据量过大，另外还存在用户数据泄漏等安全性和隐 私问题。被动测量非常适合用来进行流量测量。
@
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2.主动测量与被动测量方式
（3)主动测量与被动测量的结合
主动测量与被动测量各有其优、缺点，而且对于不同的 性能参数来说，主动测量和被动测量也都有其各自的用 途。因此，将主动测量与被动测量相结合应用将会给网 络性能测量带来新的发展。
@
12
3.性能指标的测量与分析
(1) 连接性
(2) 延迟
r(k ) E[(X t )(X t k )]/ E[(X t )2 ]
具有以下的形式 r (k ) k ,当k 时，即自相似时间序 列在一个大的时间尺度上具有长范围相关特性。
@
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1. 数学定义
假设一平稳随机过程，即统计特性（均值、方差、
相关等）不随时间推移而变化。一阶平稳（均值为 常数），二阶平稳（均值和方差为常数，任意两时 间点之间的协方差只取决于时间间隔，又称之为广 义平稳）。
(3) 丢包率
(4) 带宽
(5) 流量参数
@
13
9.3 自相似过程
计算机网络中信息流的自相似现象，是相关研
究的最早发现。Leland等人在20世纪90年代初 期首先研究了网络中信息流的分布特征，并在 1994年发表的研究论文中指出：Ethernet局域 网中传输的信息包，其到达时间在时间尺度上 具有某种程度的自相似性，而且具有时间上的 长相关性或突发性，这对传统上人们普遍使用 Poisson模型来表示网络传输的方式提出了挑 战。 @
网络工程概论
第9章 网络性能分析
1
第9章 网络性能分析
9.1 网络性能参数 9.2 网络性能测量 9.3 自相似过程 9.4 拥塞控制 9.5 拥塞相变 9.6 细胞自动机模型
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2
本章学习要求：
掌握：网格的基本目的和要求。 掌握：网络性能结构模型。 掌握：网络性能测量方法。 掌握：自相似过程的概念、数学描述、以及特
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9.3.1自相似的数学描述
设 X ( X t ; t 0,1,) 是一个静止随机过程，Xt表示第t个单位
时间里到达的网络业务实体(Packet或Cell)的数目，均值 μ=E[Xt],方差σ2=E[(Xt-μ)2]，其时间自相关函数为仅与相 关距离k有关，自相似过程的相关函数
9.1.1 性能参数的制定原则
① 性能参数必须是具体的和有明确定义的；
② 性能参数的测量方法对于同一参数必须具有可重复性，即
在相同条件下多次使用该方法所获得的测量结果应该相同；
③ 性能参数必须具有公平性，即对同种网络的测量结果不应
有差异而对不同网络的测量结果则应出现差异；
④ 性能参数必须有助于用户和运营商了解他们所使用或提供
①IP连接性。 ②IP包传送时延。 ③IP包丢失率。 ④IP包时延变化。 ⑤流量参数。
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9.1.4 网络性能结构模型
从空间的角度来看，网络整体性能可以分为两种结构：
立体结构模型和水平结构模型。
① 立体结构模型
IP网络就其协议栈来说是一个层次化的网络，因此，对IP
网络性能的研究也可以按照一种自上而下的方法进行。可 以以IP层的性能为基础，来研究IP层不同性能与上层不同 应用性能之间的映射关系。
⑥ 流量参数(Flow Related Parameters)。
⑦ 业务可用性(IP Service Availability)。
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9.1.3 IETF定义的IP网络性能参数
IETF 将性能参数称为“度量 (Metric)”。由
IPPM (IP Performance Metrics)工作组来负责 网络性能方面的研究及性能参数的制定。IETF 对IP网络性能参数的定义包括：
要一个性能参数的值取决于对测量中采用的包的类型，那 么参数的名称一定要包含一个具体的类型声明。
（2）标准形式的测量包 在定义一个网络性能参数时，应
默认测量中使用的是标准类型的包。比如可以定义一个IP 连通性度量为：“IP 某字段为0的标准形式的P 类型IP 连 通性”。在实际测量中，很多情况下包长会影响绝大多数 性能参数的测量结果，包长的变化对于不同目的的测量来 说影响也会不一样。
的IP网络性能；
⑤ 性能参数必须排除人为因素。
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5
9.1.2 ITU-T定义的IP网络性能参数
ITU-T对IP网络性能参数的定义包括：
① IP包传输延迟(Packet Transfer Delay, IPTD)。 ② IP包时延变化(IP Packet Delay Variation, IPDV)。 ③ IP包误差率(IP Packet Error Rate IPER)。 ④ IP包丢失率(IP Packet Lass Rate, IPLR)。 ⑤ 虚假IP包率(Spurious IP Packet Rate)。
r(k)＝E[(Xt－μ)(Xt+k－μ)]/E[(Xt－μ)2]
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性。
掌握：拥塞控制和拥塞相变的概念。
了解：细胞自动机模型的概念。
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9.1 网络性能参数
9.1.1 性能参数的制定原则 9.1.2 ITU-T定义的IP网络性能参数 9.1.3 IETF定义的IP网络性能参数 9.1.4 网络性能结构模型
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9.1.1 性能参数的制定原则
② 水平结构模型 对于网络的性能，用户主要关心的是端到端的性能，因此
从用户的角度来看，可以利用水平结构模型来对IP网络的 端到端性能进行分析。
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9.2 网络性能测量
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。
（1）P类型包 类型P是对IP包类型的一种通用的声明。只
@Hale Waihona Puke Baidu
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2.主动测量与被动测量方式
（1)主动测量 主动测量是在选定的测量点上利用
测量工具有目的地主动产生测量流量，注入网络， 并根据测量数据流的传送情况来分析网络的性能。
主动测量的优点是对测量过程的可控性比较高，灵活、 机动，易于进行端到端的性能测量；
缺点是注入的测量流量会改变网络本身的运行情况，使 得测量的结果与实际情况存在一定的偏差，而且测量流 量还会增加网络负担。
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2.主动测量与被动测量方式
（2) 被动测量 被动测量是指在链路或设备(如路由
器，交换机等)上利用测量设备对网络进行监测， 而不需要产生多余流量的测量方法。
被动测量的优点在于理论上它不产生多余流量，不会增 加网络负担；
其缺点在于被动测量基本上是基于对单个设备的监测， 很难对网络端到端的性能进行分析，并且可能实时采集 的数据量过大，另外还存在用户数据泄漏等安全性和隐 私问题。被动测量非常适合用来进行流量测量。
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2.主动测量与被动测量方式
（3)主动测量与被动测量的结合
主动测量与被动测量各有其优、缺点，而且对于不同的 性能参数来说，主动测量和被动测量也都有其各自的用 途。因此，将主动测量与被动测量相结合应用将会给网 络性能测量带来新的发展。
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3.性能指标的测量与分析
(1) 连接性
(2) 延迟
r(k ) E[(X t )(X t k )]/ E[(X t )2 ]
具有以下的形式 r (k ) k ,当k 时，即自相似时间序 列在一个大的时间尺度上具有长范围相关特性。
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1. 数学定义
假设一平稳随机过程，即统计特性（均值、方差、
相关等）不随时间推移而变化。一阶平稳（均值为 常数），二阶平稳（均值和方差为常数，任意两时 间点之间的协方差只取决于时间间隔，又称之为广 义平稳）。
(3) 丢包率
(4) 带宽
(5) 流量参数
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9.3 自相似过程
计算机网络中信息流的自相似现象，是相关研
究的最早发现。Leland等人在20世纪90年代初 期首先研究了网络中信息流的分布特征，并在 1994年发表的研究论文中指出：Ethernet局域 网中传输的信息包，其到达时间在时间尺度上 具有某种程度的自相似性，而且具有时间上的 长相关性或突发性，这对传统上人们普遍使用 Poisson模型来表示网络传输的方式提出了挑 战。 @
网络工程概论
第9章 网络性能分析
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第9章 网络性能分析
9.1 网络性能参数 9.2 网络性能测量 9.3 自相似过程 9.4 拥塞控制 9.5 拥塞相变 9.6 细胞自动机模型
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本章学习要求：
掌握：网格的基本目的和要求。 掌握：网络性能结构模型。 掌握：网络性能测量方法。 掌握：自相似过程的概念、数学描述、以及特
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9.3.1自相似的数学描述
设 X ( X t ; t 0,1,) 是一个静止随机过程，Xt表示第t个单位
时间里到达的网络业务实体(Packet或Cell)的数目，均值 μ=E[Xt],方差σ2=E[(Xt-μ)2]，其时间自相关函数为仅与相 关距离k有关，自相似过程的相关函数
9.1.1 性能参数的制定原则
① 性能参数必须是具体的和有明确定义的；
② 性能参数的测量方法对于同一参数必须具有可重复性，即
在相同条件下多次使用该方法所获得的测量结果应该相同；
③ 性能参数必须具有公平性，即对同种网络的测量结果不应
有差异而对不同网络的测量结果则应出现差异；
④ 性能参数必须有助于用户和运营商了解他们所使用或提供
①IP连接性。 ②IP包传送时延。 ③IP包丢失率。 ④IP包时延变化。 ⑤流量参数。
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9.1.4 网络性能结构模型
从空间的角度来看，网络整体性能可以分为两种结构：
立体结构模型和水平结构模型。
① 立体结构模型
IP网络就其协议栈来说是一个层次化的网络，因此，对IP
网络性能的研究也可以按照一种自上而下的方法进行。可 以以IP层的性能为基础，来研究IP层不同性能与上层不同 应用性能之间的映射关系。
⑥ 流量参数(Flow Related Parameters)。
⑦ 业务可用性(IP Service Availability)。
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9.1.3 IETF定义的IP网络性能参数
IETF 将性能参数称为“度量 (Metric)”。由
IPPM (IP Performance Metrics)工作组来负责 网络性能方面的研究及性能参数的制定。IETF 对IP网络性能参数的定义包括：
要一个性能参数的值取决于对测量中采用的包的类型，那 么参数的名称一定要包含一个具体的类型声明。
（2）标准形式的测量包 在定义一个网络性能参数时，应
默认测量中使用的是标准类型的包。比如可以定义一个IP 连通性度量为：“IP 某字段为0的标准形式的P 类型IP 连 通性”。在实际测量中，很多情况下包长会影响绝大多数 性能参数的测量结果，包长的变化对于不同目的的测量来 说影响也会不一样。
的IP网络性能；
⑤ 性能参数必须排除人为因素。
@
5
9.1.2 ITU-T定义的IP网络性能参数
ITU-T对IP网络性能参数的定义包括：
① IP包传输延迟(Packet Transfer Delay, IPTD)。 ② IP包时延变化(IP Packet Delay Variation, IPDV)。 ③ IP包误差率(IP Packet Error Rate IPER)。 ④ IP包丢失率(IP Packet Lass Rate, IPLR)。 ⑤ 虚假IP包率(Spurious IP Packet Rate)。