宽带测速主题阅读(一)

作者: 云中布衣   分类:  学习笔记    热度: (290℃)   时间: 2018-9-12 12:19   标签: #宽带测速    
目前工作的部门叫做互联网网络研究部,通过之前的工作内容以及研究发现:部门的业务可以概括为互联网网络架构与性能体验监测分析。
而这些业务的基础就是互联网宽带测速,部门的一大优势就是维护一个全球性的互联网测速平台,可以这么说部门是做测速起家的,而后才有IPV6、直联点、互联网交换中心、国际专用通道、工业互联网等业务。
为进一步适应部门的工作环境,巩固自己的技术基础,故进行此次宽带测速主题阅读,本次主题阅读共12篇期刊论文。

01互联网带宽主动测量方法与研究_曹慧海.pdf

本文首先总结了常用的互联网带宽测量指标,分析了当前互联网带宽主动测量的主要方式和方法,最后总结了带宽测量的常用工具和带宽测量误差的原因。

互联网已经成为我国的关键基础设施,对国家经济社会影响日益深入,但互联网繁荣发展的同时,各种问题也日益凸显。
为全面了解互联网整体和各个层面的发展状况,互联网监测技术得到了广泛的关注。互联网带宽相关指标的测量时互联网测量技术的重要组成部分之一,开展互联网带宽测量,对于了解互联网流量状况,进而优化调整网络结构、网络路由策略配置、网络应用等具有重要意义。

常用带宽测量指标

目前带宽测量工具主要测量三种对象:链路/路径带宽、链路/路径可用带宽、批量数据传输能力(BTC)

1)链路/路径带宽
链路/路径带宽是指单位时间内链路/路径可传输的最大数据量,代表网络层提供的最大传输能力,是数据链路层的恒定数据帧收发速率经过折扣数据链路层成帧开销后的结果。

2)可用带宽
路径P有n条链路,Ai为链路i的可用带宽,那么路径的可用带宽A = min{Ai}。
为了区分狭窄的物理链路/路径带宽和可用带宽,分别用窄链路和紧凑链路来表征链路/路径物理带宽(数据链路层恒定速率折扣)和可用带宽。
个人理解:其实简单的来说,窄链路是指实际的物理链路小,而紧链路指的是可用带宽小。


3)BTC
BTC是指在源宿主机传输层协议采用一致的拥塞控制算法的前提下,传输协议进行单个批量传输数据的能力。
BTC区别于可用带宽,因为BTC与协议和TCP连接的个数有关。

带宽测量方法

根据是否向网络注入测试流量数据,测量手段分为被动测量主动测量
被动测量方法主要是通过对网络流量及状态参数进行监视和收集来完成测量任务,其测量机制尽量避免干涉网络的正常运行,因此对网络性能的影响较小。
主动测量方法通过向网络注入测试流量数据,并根据路径中设备对探测包的反馈消息(如ICMP等)或者包流特征的变化来估测网络可用带宽。
由于被动测量需要检测路径所涉及路由器的所属单位共同参与,因此目前大多数带宽测量技术采用主动测量方式。

按照探测包结构分类,主动测量方法可分为单包模型包串模型等长包对模型非等长包对模型等。

1)单包测量模型
单包模型实现简单,只需要源节点,而不需要目的主机的协作即可完成测量。
测量的主要对象是路径中各链路带宽,典型的方法包括Pchar、 Click和Patchar等。各方法实现思想基本类似,都利用了ICMP包和IP包的TTL字段。
测试节点向目标节点发起测试包,目标节点收到该测试后,反馈标识传输出错的ICMP包,源节点接收到该ICMP信息后,就能够根据RTT时间等信息获得链路的可用带宽,从而获得路径可用带宽。
向链路中注入n个探测包,针对一条路径上的某条链路,可以得到不同包长情况下的时延矩阵。单包模型通常基于假设:其中至少有一个探测包的排队时延可以忽略不计。
单包模型通常对应单终端探测系统,其优点是实现简单,不需要源宿主机的协作即可完成链路带宽的测量。
单包模型的测量假设限制了测量的精确性,单向测量存在误差累积,收敛慢,带宽消耗大,缺乏速度、灵活度差等缺点,且由于某些路由考虑到安全和性能,限制ICMP使用,导致测量失败。

2)包对模型
Jacobso首次提出包对模型后得到广泛应用,该模型主要用于测量路径的带宽和可用带宽。
算法略(有空再做详细的介绍)

3)包串模型
包串模型是包对模型的扩展,主要用于测量链路/路径可用带宽。
根据包串模型的机理,可分为直接探测迭代探测两种。
直接探测与包对模型类似,其原理是向目的主机连续发送若干个探测包,通过考察探测包对间隔变化来估测路径的可用带宽,Bprobe、Cprobe、Delphi等工具是此方法的代表。
迭代探测的基本思路是用高速探测流量人为地制造路径拥塞,然后得到可用带宽,ToPP和Pathload工具是迭代测试的典型代表。

典型带宽测量工具

Patchar,一种单包模型测量工具;
Pathload,一种基于包串的迭代探测工具,其基本思路是流速率超过可用带宽时,周期性包流单路时延呈现增大趋势;
Iperf,一种基于客户/服务器共同协作实现BTC测量的工具,允许用户设置多种参数来测试或者优化/调整网络,其测试可以是单向也可以是双向的;
Web100,一种对于Ipref进行改进的测量工具;
Pathneck,一种将单包模型的TTL引发ICMP应答与包对间隔时延变化相结合的方法,该方法可以定位路径中的紧凑链路。

测试误差

目前大多数主动测试工具对测量环境的4点假设:
一是中间节点都采用先进先出(FIFO)的缓冲队列管理算法;
二是背景数据流满足佛洛依德模型,即数据包能够被拆分放入无限小的间隙中;
三是背景数据流的传输速率基本不变(或变化缓慢),以至于在一次度量周期内可以被认为是恒定的;
四是源主机(R0)能够以高于可用带宽的速率发送探测数据包。
在实际的测量过程中,可能不满足上述假设条件,这导致了测量误差,主要表现在5个方面:计时误差、低接入带宽、数据包异常、路由器队列管理、结果验证

结束语

互联网带宽主动测量技术具有操作容易、实施简单等优点,能较容易获得快速测量结果,但带宽主动测量技术容易受到环境的误差影响,尤其是对骨干网大带宽链路的测量误差较大。
此外互联网骨干链路往往由多条线路构成,带宽主动测量方法难以开展综合的互联网骨干网络的带宽定量分析。
因此带宽主动测量方法主要用于靠近用户端链路的带宽测量。
在我国“宽带中国”战略实施关键时期,带宽主动测量技术对了解用户侧宽带性能,推动我国宽带发展具有一定的现实意义。

02互联网网络运行质量监测体系研究_张义.pdf

本文针对互联网网络运行质量监测体制、监测组织机构、监测实施体系分别进行研究,形成一套完整的互联网网络运行质量监测体系。
通过对互联网系统各方面指标的监测和分析,可以让互联网管理者、运营者和使用者快速、全面地了解互联网整体部署架构、网络性能状况、资源使用和运行情况,及时发现互联网运行中的问题并提出解决方案,是提高互联网运行质量、支撑政府管理、服务企业建设运营的重要手段。
互联网系统各部分运行质量的度量体系,指标体系应该具有简单、统一、易采集、可量化等特点。目前常用的互联网运行质量监测指标体系主要包括时延时延抖动丢包率路径跳数等。

时延是指监测源节点和目的节点之间发送数据包所需要花费的时长,是衡量互联网网络相应速度快慢的重要指标;
时延大小主要受数据包大小、源节点和目的节点之间的距离长短、经过的节点数量、网络带宽及拥塞状况、网络设备处理能力和调度策略等因素影响;
时延可分为双向往返时延(Roud-Trip-Time,简称RTT时延)和单向时延(One-Way-Delay,简称OWD时延),单位一般以毫秒计算;
一般来说,由于RTT时延获取方法较简单,在监测工作中使用更为广泛,而OWD时延主要用于对网络上下行需要精确测量的单向监测场景。

时延抖动(简称抖动)是指数据包传输时延在一段较短时间内的变化,是衡量互联网网络传输稳定性的重要指标,主要受网络负载周期性、非周期性变化和路由更新变化等因素影响。

丢包率是指丢失的数据包数占发送总数据包数的比率。
网络数据包从源端发出,在到达目的端的过程中,受网络设备及链路故障、网络拥塞、路由信息错误以及病毒攻击等影响总会发生丢失的现象。
丢包是衡量网络传输质量的重要标准之一。

路径跳数是数据包从源端发送,到达目的端所经过的IP节点数量。跳数是衡量互联网传送距离、网络结构和路径合理性的重要指标,跳数指标受链路物理距离、路由状况等因素影响;
一般来说,随着跳数的增加,时延也会逐步增大,尤其是在网络通信环境较好的情况下;
跳数与互联网网络质量有一定的关系,是分析互联网网络质量的参考因素之一。

互联网运行质量监测技术体系

互联网监测技术是互联网运行质量监测实施的基础,互联网监测主要涉及的技术有网络监测数据采集技术网络性能监测分析技术,此外还包括数据存储技术、数据呈现技术等。

1)网络监测数据采集技术
互联网监测数据采集技术可分成主动采集和被动采集技术。
主动采集技术,论文01中已经做了详细的介绍,此处就不重复做笔记了
被动采集技术即在链路或者设备(如路由器、交换机)上利用采集设备对网络数据进行采集。如OCXmon监测器通过分光器采集包头数据。
被动采集的有点是能够避免干涉监测网络的正常运行,对被监测网络性能的影响较小。
其缺点是被动采集方式是对网络流量的全备份,需要占用大量的存储空间,消耗大量的处理能力,对采集系统资源要求较高。

2)网络性能分析技术
网络性能监测分析技术是对网络数据集进行分析的技术总称。
通过分解数据包、解析协议或者分析流量行为特征,可以分析被监测点、端口、路径或者设备的各性能指标数据和这些性能指标所代表的网络架构、拓扑、安全问题
文中将网络性能监测分析技术分为网络协议分析技术网络行为统计分析技术

网络分析技术主要是指利用已知协议的协议类型、协议格式、字段标示等,通过对网络数据包的解析获得相关指标,并对这些指标所代表的问题和内涵进行分析,得出监测结果。
网络行为统计分析技术包括流量分析、热点分析等。
网络性能监测分析技术是涉及计算机通信网络、数学、统计学、数据库、数据挖掘、粗糙集等多学科的交叉研究领域,是互联网网络运行质量监测技术体系的核心技术。

3)网络监测其他相关技术
数据存储技术,互联网监测分析需要大量高效的存储系统用于采集大量的数据。
数据呈现技术,则是研究以何种方式将网络监测分析结果组织并呈现出来的一种技术。

总结,完善的互联网网络运行质量监测体系应该是一个闭环而又开放的体系。
所谓闭环,主要体现在互联网网络运行质量监测体系的完整性;
所谓开放,是指现有的互联网网络运行质量监测体系还远未成熟,还需要进一步改进和完善,各种新技术新平台和新机构都有进入监测体系的可能。

<20180912未完待续>

56.8K

评论:

云中布衣 Say:
@学习了常来坐坐。

2018-09-29 12:11


网站建设 Say:
学习了

2018-09-28 09:14


云中布衣 Say:
@头条  谢谢,欢迎常来逛逛!

2018-09-16 00:08


头条 Say:
文章不错非常喜欢

2018-09-16 00:03


云中布衣 Say:
@云顶天的博客 哈哈哈,还在学习中。

2018-09-15 23:42


云顶天的博客 Say:
这个不错,下次写专线测试报告的时候可以借鉴一下~

2018-09-15 22:17


发表评论:

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