带宽测量

单包技术的实现
包在链路上的传输时间的获得（先不考虑背景流存在 的情况，）
可通过设置TTL域来获得RTT 该办法得到的是一段path上的RTT，而不是每段link上的 传输时间 可通过将当前的RTT减去源点至上一跳（hop）的RTT 值得到当前link的RTT，即有：
但这样，误差就会不断的累积，就不适合测量跳数很多 的path
非忙测量(NBE，non busy estimation)
NBE指的是低负载链路上的可用带宽测量方法 低负载链路一般都满足非忙假设(NBA, non busy estimation) NBE采用的是数据包对技术，包对技术的可用带宽计 算公式如下：
NBE的基本思想是：计算背景流（CT，cross traffic） 造成探测包对的包距离增大的概率，建立该概率值与 输出探测包距离分布的数学关系式，通过对该式的计 算得到可用带宽。
NBE的推导
假设低负载链路的CT 包到达过程满足如下 NBA 假设。
在两个连续的探测包间距内，到达的CT 包数目 不大于1（即没有或只有一个CT 包）， 如果在某一探测包间距内有CT 包到达，则其到 达时间的概率分布是一个[0， gin]间的平均分布。 如上页图中，在t1 与t3 间或t2 与t4 间，不能有 多于1 个CT 包， CT1的到达时间分布为t1 与t2 间的平均分布。
数据包对技术的原理
用包对技术测链路容量
发送一对背靠背的测试包通过该通路每个测试 包的大小均为L 在这两个测试包经过瓶颈链路2 后由于链路2和链路3 吞吐量的不同而造成第2 个数据包的延时∆ 显而易见有如下公式：
数据包对技术测路径容量
因此只要知道了两个包之间的延时∆ 便可以求 得该条通路上的瓶颈带宽
10．探测数据包(Probe Packets)：在网络测量中从发送 端发出，接收端接收用于数据分析，揭示网络状况的 数据包。 11．探测数据包对(Probe Packet Pair)：两个彼此之间有 严格延迟限制的探测数据包，两者间延迟的变化表明 了网络路径带宽或可用带宽的信息。 12. 探测数据包列(Probe Packet Train): 相邻数据包之 间满足一定延迟限制的一系列探测数据包。 13．探测数据包间隔(Inter-packet Gap)：探测数据包之 间的时间间隔。 14．单向延迟(One Way Delay：OWD)：数据包从发送 端到接收端所经历的时间。
输出包距离的分布
包距离对称度
基于以上发现，本文提出包距离对称度的概念
容易看出， 随着对称性的破坏而 增加，所以，GS 的值与包距离的对称性成反 比关系，能够有效描述网络对非忙条件的支持 程度。实验表明，当GS<0.02 时，非忙假设条 件基本成立，NBE 测量结果相当准确。
优点
非忙假设条件下的可用带宽测量方法 提出用包距离对称度来判断非忙假设是否成立 因探测包小，入侵度较小 通过ns2下的实验证明相比其他方法较优的性能 ns2
这是因为它能够利用R0和Rn的协作简化度量过 程,且能获得更多的测量信息，而不像单终端系 统那样必须面对反向路径(Rn到R0)的干扰.
单终端系统的应用范围更广
因为单端系统只需一个机器上就可以测量其为 源终端主机的绝大部分网络路径的网络参数信 息 而双端系统的用户往往没有不能够在其他主机 上安装软件，而使双端系统的应用范围收限制
另外，在A_ABE 方法的探测包发送方式下，探测包输 出包距离分布具备一项有用的性质：当链路负载较低 时，输出包距离的分布呈现高度对称性，随着链路负 载的增加，包距离分布对称性逐渐降低。基于该性质， 提出了一种新的度量GS 来衡量当前测量链路的忙碌程 度。根据GS 的值，A_ABE 在不同的忙碌程度的链路 下分别使用NBE 或BE，从而适应性地测量可用带宽。 在NS2 仿真实验中，本文采用真实网络数据集回放的 方式模拟背景流。实验结果表明，相比其他可用带宽 测量方法，A_ABE 在准确性、测量时间、测量开销上 都存在着较大优势
以数据包的大小对CT 包进行分类，假设有k种 数据包，第j 种数据包的长度用Lj 表示，包数 目在CT包中所占比例用Pj表示(1≤ j≤k )。现在， 计算探测包经过瓶颈链路时，包距离增大的概 率。 定义
由条件概率理论可得：
探测包距离的改变由CT 包的大小及其到达时 间决定。当CT 包到达时间与下一个探测包到 达时间的间隔小于该CT 包在链路上的传输时 间时，探测包距离才会增大。
包对技术在实际应用中存在的问题
包对技术在理论上可以精确测量网络中瓶颈链 路的带宽但是在实际网络环境中背景流量的存 在会干扰包对的传输从而进一步影响到测量结 果的准确性影响包对测量准确度的因素主要表 现为以下两点
(1) 首包末包之间插入背景流量数据包造成测量 值偏低 (2) 包对经过瓶颈链路后首包遇到拥塞排队造成 测量值偏高
网络带宽的测量方法
主动测量
主动测量方法通过发送测试包来获得网络带宽 测量数据
被动测量
被动测量方法通过分析网络中存在的数据流得 到网络带宽测量数据
主动测量与被动测量的比较
被动测量
不对网络造成附加影响， 不需要占用合法的ip，对外部透明，具有相对更好的隐 蔽性，从而增强测量的安全性 但被动测量不够灵活，测量样本难以预知，可能会因为 不能收集到足够的样本而无法完成测量过程；
则
n 代表包距离的个数，m代表包距离增大的个 数
作一个简单的变形，则有：
上式左边为背景流在gin 时间段内的平均值，则 可用带宽为
探测包间距和探测包大小
要求 是因为，只有这样设置gin ，才能使式前面的推 导过程成立。假如设置 则对于长度大于L 的数据包，其造成探测包距 L 离增大的概率 不符合概率的基本要求， 因而前面的推导过程将不成立。 同时， gin也不能设置的太大，因为随着gin 的 增大，对于同样的背景流负载，非忙假设条件 将越来难以满足，从而造成NBE 的实效。
使用不同大小测试包的包对算法
测试包大小对结果的影响
可利用不同大小测试包组成包对对测量结果进 行鉴别最终得到网络通路上路径容量的算法
数据包对技术测可用带宽
这里以Spruce算法为例
Spruce假设窄链路和紧链路为同一链路，通过 测量窄链路的利用率来计算可用带宽
Spruce算法
在接收端获得测试包发送间隔和接收间隔的信息，并 对这些信息进行处理，从而统计估计出可用带宽。 发送端向接收端以间隔△in发送数据包对，测试包符合 Possion分布，调整包对间隔△in ，使得前一个测试包 离开路由器，之后一个测试包到达路由器这段时间内 队列非空。在接收端接收到测试包对，测得包对间隔 为△out。从上图可以看出，△out是后一个测试包和在 △in时间内进入队列中的负载流通过窄链路所用的时间 之和。所以，包对之间插入的负载流本身所用的时间 则为△out-△in。假设窄链路带宽C是已知的，则由上页 所给出的式子可计算出可用带宽。
一些新的带宽测量方法
A New Method for End-to-End Available Bandwidth Estimation
Anfu Zhou; Min Liu; Yilin Song; Zhongcheng Li; Hui Deng; Yuanchen Ma; Global Telecommunications Conference, 2008. IEEE GLOBECOM 2008. IEEE
7．窄链路(Narrow Link：NL)：端到端路径的各段链路中 容量最小的链路，即满足 的链路。 8．可用带宽(Available Bandwidth：AB)：在不影响既有 连接传输速率的情况下路径可以为新的单个连接提供 的最大数据传输速率。即： AB （考虑预留带宽时的定义将不同） 9．紧链路(Tight Link：TL)：端到端路径的各段链路中可 用带宽最小的链路，即满足 AB 的链路
主动测量
可以根据需要随时发送测试包完成测量过程； 但是测试包的存在会干扰网络带宽数据； 并且由于测试包在网络中行为的不可控性会造成无效的 测量数据降低测量精度
主动测量系统
单端系统
单终端系统仅需在R0上安装软件
双端系统
双终端系统要求在R0和Rn上都安装软件.
单双端系统的比较
双终端系统的度量结果更准确,
在以前的使用包对技术测量可用带宽的方法中， “忙假设”是一个普遍要求的条件。为满足 “忙假设”，以前的方法需要使用较高的探测 包发送速率。本文提出了基于包距离模型的自 适应的端到端带宽测量方法A_ABE。A_ABE 首次提出了在“非忙假设”条件下的可用带宽 测量方法NBE，仿真表明NBE 在低负载链路 上相当准确。
单数据包技术的原理
其基本原理是基于低速的链路传输一个数据包 所用的时间比高速的链路长. 单数据包技术测 试到的是网络的容量,如果一个大小已知的数据 包经过一条链路的时间已知,则该链路的带宽就 可以计算出来. 计算必须考虑链路的传播时延, 对于一定的传输媒介,传播时延是固定的. 在不 考虑网络的排队时延的情况下,传输时间( t ) 由 数据包的大小( p) 、链路的带宽( b) 以及一个数据包得到路径容量或可用带 宽估计值的带宽测量技术 如：Pathload，Pathchirp，SLDRT
数据包列技术的原理
数据包列技术一般通过自负载的方法发送数据 包拥塞路径，当路径拥塞时，数据包的排队延 迟将会呈现增加趋势，将此时的数据包列的发 送速率或此时之前数据包列中一些包的平均发 送速率作为可用带宽的估计值
背景流的影响
包的传输时间收背景流的影响将有可能变大 该问题可通过获得shortest observed round trip time (SORTT)来解决
动态路由的影响 ICMP处理时间 噪声的影响
数据包对技术
数据包对技术(Packet Pairs) 利用数据包在传 输过程中所形成的时间间隔(Dispersion Time) 来测试带宽. 数据包对技术衍生出了很多的算 法和工具,如bprobe 、PBM 算法、nettimer 、 Spruce等. 数据包对技术所测试的是链路的路 径容量或可用带宽。
端到端路径带宽测量
带宽测量基本概念
1．网络路径(path)：由一系列存储转发节点和链 路构成的从发送端到接收端之间传递数据包的 一条逻辑路径。 2 2．链路(Link：li)：网络路径上两个节点间的连 (Link l ) 接。 3．链路容量(Capacity：Ci)：在没有背景流量的 情况下，链路能给予一个流的最大IP层吞吐量， 由设备性能决定，是一个常量。
主要技术介绍
单数据包技术
单数据包技术通常也称为可变大小数据包技术 (Variable Packet Size) ,因为它向网络发送大小 变化的探测数据包并统计达到目的端的时延来 测试网络的带宽. 网络的时延由传播时延、发送 时延、排队时延三部分组成. 这类算法典型的有 pathchar 、pchar 、clink等 单数据包技术用来测量link或path的固有带宽
综上，设置
探测包的大小不会影响NBE测量结果。因此， L probe可取任意的值。本文设置 L probe 为互联 网上最小数据包的长度L probe = 40byte，以尽 可能地减小网络测量本身对网络链路的影响。
非忙假设条件成立的判断
包距离对称度 以图1 中的两个探测包距离（ t1 至t2 ， t2 至 t3）为例，定义 则输出包距离为： 则 可见，如果以gin 为基准点，则两个连续的输出 探测包距离对称的。推广至包队列中的所有包 距离，则知：以y = gin为基准线，输出包距离 的分布函数是对称的。
4．背景流(Cross Traffic：Pi)：链路上已经存在 的数据流，可用带宽测量中，探测流要与其共 享链路带宽。 5 5．带宽利用率(Bandwidth utilization：ui，)：某 (Bandwidth utilization u ) 时刻链路上数据流已占用的带宽与链路容量的 比值。 6．端到端路径容量(End-to-End Capacity：C） 数据包从发送端到接收端经过的路径上各段链 路容量的最小值。即：