网络性能的测量与分析

网络性能的测量与分析

Performance Measurement and

Analysis for IP Network

摘要:本文介绍网络性能的测量,网络性能指标及相关的统计分析方法,对网络性能的测

量和分析作了一个系统的总结;并对网络性能下一步的研究方向和研究重点进行了讨论. 关键词:网络性能测量性能指标统计分析

IP网络性能的测量与分析

Performance Measurement and

Analysis for IP Network

摘要:本文介绍网络性能的测量,网络性能指标及相关的统计分析方法,对网络性能的测

量和分析作了一个系统的总结;并对网络性能下一步的研究方向和研究重点进行了讨论. 关键词:网络性能测量性能指标统计分析

1. 引言

随着网络新技术,新业务的飞速发展,网络用户也变得越来越成熟,他们希望得到更好

的服务,希望更快的上网速度;另一方面,网络提供商也要尽力提供最好的服务给用户,以

在激烈的竞争环境下生存.不可避免地,网络性能越来越成为人们关注的焦点,网络提供商和网络用户都需要了解自己提供或正在使用的网络,其性能如何,是不是与所期望的一致. IP网络性能的测量与分析是一项复杂的工作.如何能得到准确,可靠的测量数据又

如何在大量的测量数据基础上,对网络的总体运行状态做一个恰当的评价本文将对有关

IP网络性能的测量,统计分析知识作一个系统的介绍.

2. 测量类型

要了解网络的运行状态,就需要对相关的对象进行测量.测量数据显示了网络性能及其

变化;有了这些测量数据,才能对网络性能作进一步的评估.

对于网络性能的测量,基本有以下几种分类:

2.1 主动测量与被动测量

主动测量

主动测量就是通过向网络,服务器或应用发送测试流量,以获取与这些对象相关的性能

指标.例如,可以向网络发送数据包并不断提高发送速率直至网络饱和,以此来测量网络的最大负载能力.

主动测量的主要优点是不依赖于被测对象的测量能力.但另一方面,这种测量会给网络

增加额外的通信流量,这在一定程度上也可能影响测量的结果.所以应该考虑试图进行的测量对测量结果产生的影响,并尽量使这种影响降到最低.

被动测量

被动测量通过监测网络通信状况进行,因此不会影响网络.被动测量通常用于测量通信

中国SIP网 2

流量,即经过指定源和目的地之间路由器或链路的数据包或字节数,也可用于获取网络节点的资源使用状况的信息.

被动测量可以通过三种方式获得:

服务器端测量:通常是在服务器端安装测试代理,实时监测服务器的性能,资

源使用等状况.

用户端测量:将监测功能封装到客户应用中,从特定用户的角度实时监测相关

的业务性能.

利用网络探针:网络探针可用于监测网络传输状态,分析捕获的数据包,以实

现对网络及相关业务的测量.

被动测量的一个潜在问题在于它依赖于测量链路上的通信流量或被测节点的负载情况. 例如,要测量网络上某主机和某Web服务器之间的通信流量,我们可以从客户端通过监测

上传或从该Web服务器下载的数据包来得到测量结果.这种方法适合于用户确实经常下载该Web服务器页面的情况.如果只是不时浏览一下页面,那就没有足够的通信流量,这种

情况下进行的被动测量也就不可靠了.这时,可以建立一个脚本,每隔一段时间从该Web

服务器下载页面以得到测量结果,即采用主,被动混合的测量方式.事实上,在很多情况下, 主动测量和被动测量都是结合着进行的.

因为一台进行主动测试的主机只需处理与该测量相关的通信,因此其硬件要求不高.而

对于进行被动测试的主机而言就不同了,因为它必须处理通过该测量点的所有通信流量,尤其当通信速率增长的时候,对执行测量的主机性能要求就更高.

2.2 单点测量与多点测量

网络测量的另一个方面在于测量所处的位置.一些测量依赖于在网络的多个点上进行监测.例如要测量一个数据包从主机A到主机B所需的时间,则需使用准确,同步的时钟记

录数据包离开主机A和到达主机B的时间.

对于大型网络上通信流量的测量,也可考虑在多点监测流量,以收集到数据包通过该网

络的详细信息.但这并不是个理想的办法.因为要使不同测量点上同一时间的测量值彼此关

联是很难的.更简单的方法是监测网络的入口和出口链路的通信流量,以避免对单个数据包经过网络的详细路径信息进行跟踪,同时我们也可以建立一个通信矩阵,以获得整个网络的通信流量.通常,在网络的入口和出口点上设置被动测试是非常有效的.

2.3 网络层测量与应用层测量

应用层测量可以使我们对整个应用的性能有一个清楚的认识,而这是很难从低层测量数

据综合得到的.同时应用层测量也能提供客户机和服务器之间,网络链路之间的性能参考. 比如,Web下载是一种网络业务,但测量其性能也能间接反映网络层的性能.

比如想比较某一特定业务连续几天或几星期的性能,假定由服务器负载引起的变化比由

网络拥塞引起的变化小,则测量该业务的总体性能就足够了.这种方法常用于对不同提供商

提供的业务进行性能比较.

采用应用层测量的另一个原因是一些ISP在其网络内使用通信过滤(Traffic Filtering) 技术,比如阻止ICMP响应包或限制其传送速率.虽然用ping作一些网络测量还是有用的, 但通信过滤技术的使用日益广泛,在一定程度上减少了此类测量的使用.

因此,对于ISP提供的骨干网一般采用网络层测量,以评估其提供的网络链路或路由器,

服务器等网络节点的性能;而对于基于网络平台的各种业务,其应用层性能的测量正变得越

中国SIP网 3

来越重要.

2.4 采样技术

在网络上监测数据包,其目标是通过测量,实时监测通信状况,不因任何原因错过任何

数据包;但随着通信速率的日益提高,这个目标变得越来越难以实现.

如果速率太高以至难以可靠地监测数据包,则测量工具应至少能报告错过的数据包数

目.在这种情况下,别无选择,只能对数据包进行采样,即对网络通信进行采样.

那么,应该采用什么采样算法呢常用的方法是周期性采样,遵循采样定理,即"采样

频率必须大于所采样信号最高频率的两倍".但这种方法可能受同步效应的影响.同步效应

是指当被测量的指标,其变化规律与采样频率同步时,将导致采样数据只能部分反映真实的

测量数据;另一种情况是,当采取主动测量时,测量发出的测试流量对网络产生的影响,使

网络进入一种周期性变化状态时,这时也可能发生同步效应.[IETF-IPPM-FRAM]11.1节中

对这个问题进行了讨论,并提出了随机附加采样(random additive sampling)的解决算法. 很多人认为网络速率越高,采样间隔应越小.其实,数据处理的最终目的才是决定采样