网络性能测量技术及其软件的设计与实现
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22 N t s软 件的 实现 . et t e
过在网络中的一个或多个网段上借助包捕获器捕获 数 据 的方 式记 录 网络流量 , 对 流量 进 行分 析 , 动 并 被
地 获知 网络行 为状 况 。被动 测 量不 必 主动 发送 测 量
软件 界面 : eet Nts t  ̄采用 Mi oo i a c +6 c sf Vs l + . r t u 0
握 和分 析 网络 的运 行情 况提 供参考 数据 。 eet ‘ N t s ̄够 t l, …
图2 软 件 的 主 界 面
较为准确的测量 出不 同时刻局域网上任意两个端点
的 网络 性 能 , 括带 宽 、 包 时延 和 丢包 率 。整 个 系统 划 点 击 主 界 面 中 相 应 按 钮 即 可 进 入 相 应 二 级 界
据包后 ,计算出传输丢失的数据包 占总发包数 的百 分 比, 就是丢 包率 。
N t s软 件 的 测 试 : e et 一 款 测 量 局 域 网 et t e Nts t 是
网络性 能 的软件 。我 们 在某 高校 校 园 网的待 测 局域
网的两台计算机上安装N ts eet , t 软件 两台计算机协同 操作可以完成单 向或者双向网络性能测试。在单向
关键词 :网络性能测量; 性能指标 ; 主动测量 ; 被动测量
网络测 量 是指 遵照 一定 的方法 和技 术 ,利 用 软 1 网络性能测量技术 与方法 件 和 硬件 工具 来测试 或 验证 表征 网络性 能 的指 标 的 11 常用 的网络 性能指 标 .
一
网络性 能是 指从 网络运 营 的角度 定 义 的衡 量 网 的踪 迹来 显示 和分 析在 不 同 网络应 用 下 ,网络 中分 络 实 际运行 状况 的参 数 指标 体 系 ,常用 的网络 性 能
Ne T c n lg w e h oo y
在传输管道 中可以传递数据的能力 。 在数字设备 中, 频宽通常以b s i 表示 , d 即每秒可传输之位数。在模拟 设备 中, 频宽通常以每秒传送周期 或赫兹 ( z来表 H)
示。 带宽 一般 分为带 宽容 量 和可用带 宽 。 宽容量 是 带 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 的吞 吐量 。对 带 宽容 量 的测 量 一般 采用 包
率的定义是 : 丢失的数据包与所有的数据包 的比值 。 带宽测量作为网络性能的重要测量技术发展十 数据包丢失一般是 由网络拥塞引起 的。丢包率一般 分迅 速 。 9 8 , .aosn 18 年 V Jcbo首先 提 出了包对 的概念 。 在0 %~1%间变化 。更高的丢包率可能导致网络不 5 但当时人们并未将其用于带宽 的测量 ,而是体现在 可用 。I网上 的传 输基 本 是 一种 “ 力 而为 ” P 尽 的工 作 TP C 拥塞控制的 自同步这个概念 中。 后来人们意识到 方式 。路 由器尽力 而 为地转 发数据 包 , 但也 可能根 据
系 列活 动 的总 和 。网络测 量 通过 收集 数 据或 分组
组 的活动情 况 。 网络性 能是 与 网络 服务 质量 水 平有 如下 : 1 连接 性 。连接性 也称 可用性 、 通性 或者 可 () 连 关 , 映了 网络提 供通信 服 务 的质 量 , 网络本 身特 达 性 , 反 是 严格说 是 网络 的基 本 能力 或属 性 , 能称 为性 不 性 的体现 , 以 由一 系列指标 来定 义和描 述 。网络性 能 。( ) 可 2 时延 。时延 的定 义是 数据包 离 开源点 与到 达
这种 概念 可 以提供 带 宽信 息 ,于是 逐 渐 出现 了包 分 即时 隋况 而将 一 些包 丢弃 。尽力 而 为是 I协 议 的一 P
散模型 , 这一模型又包括包对和包列两种子模型。由 个重要设计思想 ,而需要可靠数据包传输的业 务就 于两 种 子模 型 的假设 条件 和要 求 不 同 ,它们 可 以测 必须检查丢包率并重发丢失的数据包。( ) 4带宽。又
分为三大功能模块 , 如图1 所示。
面; 点击“ 带宽” 按钮 , 进带宽测试功能界面 , 带宽
服务器模型,被测的两端分 网络可 用带 宽 的测 量基 于 包对 模 型 的方法 。测 测试功能模块采用客户\ 如图3 所示。 量原理是 :若报文对在进入瓶颈链路前近似背靠背 别作为客户端和服务器进行通信 ,
据。 文章首先从 网络 性能测量的概念和 发展 历程入手 , 了网络 陛能指标和 网络测量方法及分类。 阐述 然后 , 详细说 明 了一款轻便 的局域 网网络 }能测量软件Net t 生 ts e 的设计与 实现 。 最后 , 实际的校 园网环境 中对 Ne e进 行 了功能性 在 ts t
测试 。
12 网络 性能 测量 的方 法及分 类 .
传输 , 瓶颈 链路 处需 要 排 队 , 两报 文 在后 续链 路 在 则
和反向链路上的时问间隔保持相对不变且此间隔由 报 文大 小 和瓶颈 带 宽共 同决 定 ,由可测 的时 间间 隔 和已知的报文大小可计算出端到端的可用带宽。 时延 测 量 主要 测量 往返 时 延 。对多 种 网络 通信
新 技 术
Ne e h oo y w T c n lg 数据通信 2 1 . 01 6
网络性能测量技术 及其软件的设计与实现
王海涛 高 晓睿 李建 州 ( 放军理 工大学通信 工程学院 南京 2 0 7) 解 0 1 0
摘
要 :网络 『能测量是深入 了解网络运行状况和活动特性 的重要手段 ,也是进行 网络管理和优化 的重要依 生
量 的参数也 不相 同。
1 基 金 项 目 : 家 自然 科 学基 金 资 助 项 目 (1 7 0 3 2 国 6 02 4 ) J 稿 日期 : 0 1 1 ~ 3 收 2 1— 1O
称频宽 , 是指在 固定 的时间可传输的资料数量 , 即 亦
新技术
2 1 . 数 据 通信 0 16
新 技 术
New Tec nol y h og
数据通信 2 1 . 0 16
打包 成 T P 文段 、 D 报 文 段 、 MP 文 并 封装 在 C报 UP I 报 C I包 中传 送 。与 Widw操 作 系统 自带 的测 试 命 令 P no s Pn相 比 , eet ig N ts的时延 精 度较 高 ,能够精 确 到 纳秒 t 级 , ig 而Pn只能精 确到 毫秒级 。 可用 带宽 的测量 采用 包对模 型 。首先 , 发送方 在
量 可为 网络 流量工 程 和 网络行 为学 的研究 提 供基 础 时延 两部分构 成 。对 于单 向时延 , 测量要 求 时钟严 格 辅助 依据及 验证 平 台 , 开展 Q S 感应 用 、 是 o敏 提供 Q S 同步 , o 这在实 际 的测量 中很难 做 到 。 3丢包 率 。 () 丢包 保证 的前 提条 件 。
图4 时延 测量 功 能 界 面
图 1 系 统 功 能 结 构 图
对技术 ,但是 由于交叉流量的存在会 出现 “ 时间压
缩 ” “ 问延 伸 ” 或 时 现象 , 而 引起 带宽 容 量 的高估 或 从 低 估 。可 用带 宽是 指在 网络路 径存 在 背 景流 量 的情 况下 , 能够 提供 给某个 业务 的最 大吞 吐量 。
而 言 ,一个 数据 包 一旦从 一 台主机 发送 到 另一 台 主
根 据 测量 的对 象 ,可 以把 网络测 量 分 为拓 扑测 量 与性能 测量 。拓 扑测 量 是 指测 量 网络 的拓 扑结 构
机, 就必须等待直到收到一个应答包 。 网络时延 的确
定 常需 测量 往返 时 问 ,即一 个 数据 包 自客 户机 到 服 或者逻辑拓扑关系图, 以及具有地理信息的拓扑 图; 务 器 问往返 所需 的时 问间 隔 , 以避 开时 钟 同步 问题 。 性 能测 量 的 内容包 括 时 延 、 吐量 、 吞 丢包 率 等 , 时 同 网络时延 随着 网络状 态 变化 而 变化 。服 务器 闲则 响 可 以分析 网络 的可靠 性 、 定性 和有 效性 。这可 以帮 稳 应 快 , 服 务 器 忙 则 响应 慢 ; 若 如果 网络 路径 无 拥 塞 , 助对 特定 网络进 行维 护管 理 , 障服 务质量 。 保 则 排 队时 间最小 ; 网络路径 拥 塞 , 若 则路 由器排 队时 根据 测量 环境 中地点 的分 布 ,将 网络测 量 分成 间延长 。 单 点测量 和 多点测 量 。要 测 量一 个 大规 模 网络 的情 丢 包率 的测 量 中需 要考 虑 发送 数据 包 的 间隔 和 况, 需要 在 网络 中 的很 多 地点 进 行分 布 式多 点测 量 , 分组大小等多方面因素,我们这里仅考虑最简单的 得 到 比较 详 尽 的 、综 合 的大 规模 网络数 据 以及 单点 情况 , 采用 主动 测量 法 , 在发 送 的一 组 固定 大小 的数 测量 所得 不到 的交叉 路 由信息 。 据包 中加 入序 号 ,如果 在接 收 端没 有 收 到该序 号 的 根据 测量 的方 式 , 将 网络 测量 分 为 主动测 量 、 可 包 , 表 明该 数 据 包 丢失 ; 就 当发完 一 组 数 据包 后 , 计 被 动测量 。 动测 量 向网络 中传送 特定 的探测 包 , 主 通 算 出传 输 丢失 的数 据包 占总发 包数 的百 分 比 ,就 是 过 对探测 数 据包 所受 网络影 响 而发 生特 性 变化 的 分 丢包率 。 析, 得到 网络性 能参 数 和网络 行为参 数 。被 动测量 通
开发 的 , 软件 主界 面如 图2 所示 。
包, 不会 对 网络 的正 常 流量带 来 影 响 , 因此 又被 称 为 非 侵扰式 测量 。
2 网络性 能 测量 软 件 N t s的设计 与 实现 et t e
21 总体 架 构 .
N t s旨在对 局域 网的网络 性能 进行 测量 , 掌 e et t 对
能测量可以实时获取网络时延 、 带宽 、 丢包率等 网络 目的点 的时间 间隔 。时 延 由 固定 时 延 和可 变 时延 两 性能 参数 , 而及 时 了解 网络运 行 状况 , 取 网络 的 部分组成。固定时延基本不变, 从 获 由传播时延和传输时 性能 视 图 , 施有 效 的 网络管 理 。另外 , 实 网络 性能 测 延 构成 ; 变 时延 由中问路 由器处 理 时延 和排 队等 待 可
和接收方分别创建Sce okt 通信端点 , 并在两者之间建 立连接。其中 , 一方作为客户端 , 另一方作为服务器
端 。客户端 向服务器 端传送 文件 , 然后服 务器端 接 收 文件 , 录接 收完 文件 的时间 , 记 并据此计 算 网络带 宽 。 时延测 量 模块 只需 要 输入 测试 端 主机 的I地址 P 块 利用 了带 宽测量 模块 , 图5 如 所示 。 丢包 率测 量 采用 主 动测 量法 ,在发 送 的一 组 固 到该序 号 的包 , 则表 明该 数据 包 丢失 ; 当发完 一 组数 就能 够计算 出平均 时延 , 图4 示 。丢包率 测 量模 定 大小 的数 据包 中加 入 序号 ,如 果 在接 收端 没 有 收 如 所
测 试 时 , 方 发 送 测试 流 , 一 另一 方 接 收 , 计 分 析测 统
试流 , 并得 出测 试 结果 ; 双 向测 试 时 , 方 发 送 测 在 一
试流 , 另一 方接 收并 环 回测试 流 , 送方 接 收并 统计 发
分析被 环 回的数据 流 , 最后得 出测试 结果 。 件 的测 软
过在网络中的一个或多个网段上借助包捕获器捕获 数 据 的方 式记 录 网络流量 , 对 流量 进 行分 析 , 动 并 被
地 获知 网络行 为状 况 。被动 测 量不 必 主动 发送 测 量
软件 界面 : eet Nts t  ̄采用 Mi oo i a c +6 c sf Vs l + . r t u 0
握 和分 析 网络 的运 行情 况提 供参考 数据 。 eet ‘ N t s ̄够 t l, …
图2 软 件 的 主 界 面
较为准确的测量 出不 同时刻局域网上任意两个端点
的 网络 性 能 , 括带 宽 、 包 时延 和 丢包 率 。整 个 系统 划 点 击 主 界 面 中 相 应 按 钮 即 可 进 入 相 应 二 级 界
据包后 ,计算出传输丢失的数据包 占总发包数 的百 分 比, 就是丢 包率 。
N t s软 件 的 测 试 : e et 一 款 测 量 局 域 网 et t e Nts t 是
网络性 能 的软件 。我 们 在某 高校 校 园 网的待 测 局域
网的两台计算机上安装N ts eet , t 软件 两台计算机协同 操作可以完成单 向或者双向网络性能测试。在单向
关键词 :网络性能测量; 性能指标 ; 主动测量 ; 被动测量
网络测 量 是指 遵照 一定 的方法 和技 术 ,利 用 软 1 网络性能测量技术 与方法 件 和 硬件 工具 来测试 或 验证 表征 网络性 能 的指 标 的 11 常用 的网络 性能指 标 .
一
网络性 能是 指从 网络运 营 的角度 定 义 的衡 量 网 的踪 迹来 显示 和分 析在 不 同 网络应 用 下 ,网络 中分 络 实 际运行 状况 的参 数 指标 体 系 ,常用 的网络 性 能
Ne T c n lg w e h oo y
在传输管道 中可以传递数据的能力 。 在数字设备 中, 频宽通常以b s i 表示 , d 即每秒可传输之位数。在模拟 设备 中, 频宽通常以每秒传送周期 或赫兹 ( z来表 H)
示。 带宽 一般 分为带 宽容 量 和可用带 宽 。 宽容量 是 带 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 的吞 吐量 。对 带 宽容 量 的测 量 一般 采用 包
率的定义是 : 丢失的数据包与所有的数据包 的比值 。 带宽测量作为网络性能的重要测量技术发展十 数据包丢失一般是 由网络拥塞引起 的。丢包率一般 分迅 速 。 9 8 , .aosn 18 年 V Jcbo首先 提 出了包对 的概念 。 在0 %~1%间变化 。更高的丢包率可能导致网络不 5 但当时人们并未将其用于带宽 的测量 ,而是体现在 可用 。I网上 的传 输基 本 是 一种 “ 力 而为 ” P 尽 的工 作 TP C 拥塞控制的 自同步这个概念 中。 后来人们意识到 方式 。路 由器尽力 而 为地转 发数据 包 , 但也 可能根 据
系 列活 动 的总 和 。网络测 量 通过 收集 数 据或 分组
组 的活动情 况 。 网络性 能是 与 网络 服务 质量 水 平有 如下 : 1 连接 性 。连接性 也称 可用性 、 通性 或者 可 () 连 关 , 映了 网络提 供通信 服 务 的质 量 , 网络本 身特 达 性 , 反 是 严格说 是 网络 的基 本 能力 或属 性 , 能称 为性 不 性 的体现 , 以 由一 系列指标 来定 义和描 述 。网络性 能 。( ) 可 2 时延 。时延 的定 义是 数据包 离 开源点 与到 达
这种 概念 可 以提供 带 宽信 息 ,于是 逐 渐 出现 了包 分 即时 隋况 而将 一 些包 丢弃 。尽力 而 为是 I协 议 的一 P
散模型 , 这一模型又包括包对和包列两种子模型。由 个重要设计思想 ,而需要可靠数据包传输的业 务就 于两 种 子模 型 的假设 条件 和要 求 不 同 ,它们 可 以测 必须检查丢包率并重发丢失的数据包。( ) 4带宽。又
分为三大功能模块 , 如图1 所示。
面; 点击“ 带宽” 按钮 , 进带宽测试功能界面 , 带宽
服务器模型,被测的两端分 网络可 用带 宽 的测 量基 于 包对 模 型 的方法 。测 测试功能模块采用客户\ 如图3 所示。 量原理是 :若报文对在进入瓶颈链路前近似背靠背 别作为客户端和服务器进行通信 ,
据。 文章首先从 网络 性能测量的概念和 发展 历程入手 , 了网络 陛能指标和 网络测量方法及分类。 阐述 然后 , 详细说 明 了一款轻便 的局域 网网络 }能测量软件Net t 生 ts e 的设计与 实现 。 最后 , 实际的校 园网环境 中对 Ne e进 行 了功能性 在 ts t
测试 。
12 网络 性能 测量 的方 法及分 类 .
传输 , 瓶颈 链路 处需 要 排 队 , 两报 文 在后 续链 路 在 则
和反向链路上的时问间隔保持相对不变且此间隔由 报 文大 小 和瓶颈 带 宽共 同决 定 ,由可测 的时 间间 隔 和已知的报文大小可计算出端到端的可用带宽。 时延 测 量 主要 测量 往返 时 延 。对多 种 网络 通信
新 技 术
Ne e h oo y w T c n lg 数据通信 2 1 . 01 6
网络性能测量技术 及其软件的设计与实现
王海涛 高 晓睿 李建 州 ( 放军理 工大学通信 工程学院 南京 2 0 7) 解 0 1 0
摘
要 :网络 『能测量是深入 了解网络运行状况和活动特性 的重要手段 ,也是进行 网络管理和优化 的重要依 生
量 的参数也 不相 同。
1 基 金 项 目 : 家 自然 科 学基 金 资 助 项 目 (1 7 0 3 2 国 6 02 4 ) J 稿 日期 : 0 1 1 ~ 3 收 2 1— 1O
称频宽 , 是指在 固定 的时间可传输的资料数量 , 即 亦
新技术
2 1 . 数 据 通信 0 16
新 技 术
New Tec nol y h og
数据通信 2 1 . 0 16
打包 成 T P 文段 、 D 报 文 段 、 MP 文 并 封装 在 C报 UP I 报 C I包 中传 送 。与 Widw操 作 系统 自带 的测 试 命 令 P no s Pn相 比 , eet ig N ts的时延 精 度较 高 ,能够精 确 到 纳秒 t 级 , ig 而Pn只能精 确到 毫秒级 。 可用 带宽 的测量 采用 包对模 型 。首先 , 发送方 在
量 可为 网络 流量工 程 和 网络行 为学 的研究 提 供基 础 时延 两部分构 成 。对 于单 向时延 , 测量要 求 时钟严 格 辅助 依据及 验证 平 台 , 开展 Q S 感应 用 、 是 o敏 提供 Q S 同步 , o 这在实 际 的测量 中很难 做 到 。 3丢包 率 。 () 丢包 保证 的前 提条 件 。
图4 时延 测量 功 能 界 面
图 1 系 统 功 能 结 构 图
对技术 ,但是 由于交叉流量的存在会 出现 “ 时间压
缩 ” “ 问延 伸 ” 或 时 现象 , 而 引起 带宽 容 量 的高估 或 从 低 估 。可 用带 宽是 指在 网络路 径存 在 背 景流 量 的情 况下 , 能够 提供 给某个 业务 的最 大吞 吐量 。
而 言 ,一个 数据 包 一旦从 一 台主机 发送 到 另一 台 主
根 据 测量 的对 象 ,可 以把 网络测 量 分 为拓 扑测 量 与性能 测量 。拓 扑测 量 是 指测 量 网络 的拓 扑结 构
机, 就必须等待直到收到一个应答包 。 网络时延 的确
定 常需 测量 往返 时 问 ,即一 个 数据 包 自客 户机 到 服 或者逻辑拓扑关系图, 以及具有地理信息的拓扑 图; 务 器 问往返 所需 的时 问间 隔 , 以避 开时 钟 同步 问题 。 性 能测 量 的 内容包 括 时 延 、 吐量 、 吞 丢包 率 等 , 时 同 网络时延 随着 网络状 态 变化 而 变化 。服 务器 闲则 响 可 以分析 网络 的可靠 性 、 定性 和有 效性 。这可 以帮 稳 应 快 , 服 务 器 忙 则 响应 慢 ; 若 如果 网络 路径 无 拥 塞 , 助对 特定 网络进 行维 护管 理 , 障服 务质量 。 保 则 排 队时 间最小 ; 网络路径 拥 塞 , 若 则路 由器排 队时 根据 测量 环境 中地点 的分 布 ,将 网络测 量 分成 间延长 。 单 点测量 和 多点测 量 。要 测 量一 个 大规 模 网络 的情 丢 包率 的测 量 中需 要考 虑 发送 数据 包 的 间隔 和 况, 需要 在 网络 中 的很 多 地点 进 行分 布 式多 点测 量 , 分组大小等多方面因素,我们这里仅考虑最简单的 得 到 比较 详 尽 的 、综 合 的大 规模 网络数 据 以及 单点 情况 , 采用 主动 测量 法 , 在发 送 的一 组 固定 大小 的数 测量 所得 不到 的交叉 路 由信息 。 据包 中加 入序 号 ,如果 在接 收 端没 有 收 到该序 号 的 根据 测量 的方 式 , 将 网络 测量 分 为 主动测 量 、 可 包 , 表 明该 数 据 包 丢失 ; 就 当发完 一 组 数 据包 后 , 计 被 动测量 。 动测 量 向网络 中传送 特定 的探测 包 , 主 通 算 出传 输 丢失 的数 据包 占总发 包数 的百 分 比 ,就 是 过 对探测 数 据包 所受 网络影 响 而发 生特 性 变化 的 分 丢包率 。 析, 得到 网络性 能参 数 和网络 行为参 数 。被 动测量 通
开发 的 , 软件 主界 面如 图2 所示 。
包, 不会 对 网络 的正 常 流量带 来 影 响 , 因此 又被 称 为 非 侵扰式 测量 。
2 网络性 能 测量 软 件 N t s的设计 与 实现 et t e
21 总体 架 构 .
N t s旨在对 局域 网的网络 性能 进行 测量 , 掌 e et t 对
能测量可以实时获取网络时延 、 带宽 、 丢包率等 网络 目的点 的时间 间隔 。时 延 由 固定 时 延 和可 变 时延 两 性能 参数 , 而及 时 了解 网络运 行 状况 , 取 网络 的 部分组成。固定时延基本不变, 从 获 由传播时延和传输时 性能 视 图 , 施有 效 的 网络管 理 。另外 , 实 网络 性能 测 延 构成 ; 变 时延 由中问路 由器处 理 时延 和排 队等 待 可
和接收方分别创建Sce okt 通信端点 , 并在两者之间建 立连接。其中 , 一方作为客户端 , 另一方作为服务器
端 。客户端 向服务器 端传送 文件 , 然后服 务器端 接 收 文件 , 录接 收完 文件 的时间 , 记 并据此计 算 网络带 宽 。 时延测 量 模块 只需 要 输入 测试 端 主机 的I地址 P 块 利用 了带 宽测量 模块 , 图5 如 所示 。 丢包 率测 量 采用 主 动测 量法 ,在发 送 的一 组 固 到该序 号 的包 , 则表 明该 数据 包 丢失 ; 当发完 一 组数 就能 够计算 出平均 时延 , 图4 示 。丢包率 测 量模 定 大小 的数 据包 中加 入 序号 ,如 果 在接 收端 没 有 收 如 所
测 试 时 , 方 发 送 测试 流 , 一 另一 方 接 收 , 计 分 析测 统
试流 , 并得 出测 试 结果 ; 双 向测 试 时 , 方 发 送 测 在 一
试流 , 另一 方接 收并 环 回测试 流 , 送方 接 收并 统计 发
分析被 环 回的数据 流 , 最后得 出测试 结果 。 件 的测 软