一種網絡性能測量方法及系統的製作方法
2023-06-04 14:27:31 1
專利名稱：一種網絡性能測量方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及通信領域的測量技術，尤其涉及網絡性能測量方法及系統。
背景技術：
隨著Internet技術和網絡業務的飛速發展，用戶對網絡資源的需求空前增長，網絡也變得越來越複雜。不斷增加的網絡用戶和應用，導致網絡負擔沉重，網絡設備超負荷運轉，從而引起網絡性能下降。這就需要對網絡的性能指標進行提取與分析，對網絡性能進行改善和提高，因此網絡性能測量便應運而生。通過測量能夠發現網絡瓶頸，優化網絡配置，並進一步發現網絡中可能存在的潛在危險，更加有效地進行網絡性能管理，提供網絡服務質量的驗證和控制。對服務提供商的服務質量指標進行量化、比較和驗證，是網絡性能測量的主要目的。
最常見的IP網絡性能測量方法有兩類主動測量和被動測量。主動測量是在選定的測量點上利用測量工具有目的地主動產生測量流量，注入網絡，並根據測量數據流的傳送情況來分析網絡的性能。被動測量是指在鏈路或設備(如路由器，交換機等)上利用測量設備對網絡進行監測，而不需要產生多餘流量的測量方法。
網絡性能測量從方向上來劃分，還可以分為單向網絡性能測量和往返網絡性能測量。單向網絡性能測量就是測量從一個測量點A到另一個測量點B一個方向的網絡性能指標。往返網絡性能測量是測量從一個測量點A到另一個測量點B再返回測量點A的網絡性能指標。對於兩點之間的通信，在往返兩個方向上可能經過不同的路徑，或者同一個路逕往返兩個方向的QoS是不相同的，因此單向網絡性能並不等於簡單的將往返時延除以二。在本發明如非特別指出，網絡性能測量均為單向網絡性能測量。
如圖1所示，被動測量系統一般包括測量控制器、採集器和測量裝置(或稱測量點)構成。測量控制器的功能如下1、對測量點進行配置，包括被測流的五元組，測量持續的時間。如果使用採樣，還需配置測量點的採樣算法。
2、接收採集器上報的網絡性能指標，以及向用戶或者其他運營商網絡的測量控制器報文本網絡的性能指標。
3、向其它運營商網絡的測量控制器發送測量請求。
測量裝置的功能如下1、根據測量控制器的配置提取所有或者部分屬於被測流的報文(如果使用採樣的方法減少提取報文的數量，那麼測量點僅根據採樣算法提取被測流的一部分報文)。
2、時鐘同步。進行單向性能測量，要求測量點之間必須時鐘同步。
3、如果使用採樣，根據採用算法提取被測流的一部分報文。
4、在提取的目標報文中附加一個時間戳信息。
5、根據提取的報文生成報文摘要數據，在報文摘要數據中至少要包括-流標識，用來唯一標識被測流。不同測量點的報文摘要數據匯聚到採集器後，根據流標識來匹配從不同測量點提取的報文摘要數據，確定不同測量點採集的同一個被測流。
-報文標識，用來唯一標識屬於同一個被測流的報文。在報文摘要數據匯聚到採集後，首先根據流標識匹配從不同測量點提取的報文摘要數據，再根據報文標識進行匹配，從而確定不同測量點所採集的同一個目標報文。
-時間戳，用來測量點時延。根據不同測量點的報文摘要數據中的時間戳信息，確定兩個測量點之間時延。
採集器的功能如下1、存儲從測量點發送的報文摘要數據。
2、根據不同測量點的報文摘要數據，計算每一個報文的時延以及是否丟失(如果上遊測量點提取到報文，在下遊測量點沒有提取到，那麼就判斷這個報文在傳送過程中丟失了)。
3、根據每一個報文的時延和丟失與否，可以計算出一個時間段內(這個時間段稱作計算間隔Evaluation Interval)的平均時延、最大時延、最小時延、時延抖動、丟包率以及網絡不可用性等網絡性能指標。
4、將性能指標報告給測量控制器。
在現有技術中，流標識一般從提取的報文頭中獲得，流標識可以是五元組，即由源IP位址、目的IP位址、源埠號、目的埠號和協議類型組成。報文標識一般也從提取的報文頭中獲得；對於IPv4報文，可以將IP報文頭部的標識符(Identification)欄位和分片偏移量(Fragment-offset)做為唯一標識被測報文的報文標識。
在現有技術中，針對一個測量任務其被動測量的具體流程如下步驟200、測量控制器配置測量點。配置包括被測流的五元組、測量開始時間，測量結束時間。如果需要應用採樣，還需提供採樣算法。
步驟205、測量點A、B根據配置，到達測量開始時間時，根據被測流的五元組提取目標報文並附著時間戳信息；並根據提取報文的內容生成流標識和報文標識。
步驟210、測量點A、B將流標識、報文標識和時間戳信息合併為報文摘要數據發送測量數據採集器。
步驟215、採集器接受測量點A、B的報文摘要數據，比較從測量點A、B收到的報文摘要數據，匹配流標識和報文標識，比較時間戳，從而獲得針對單個報文的時延。如果一個報文標識出現在從測量點A收集的報文摘要數據中而沒有出現在從測量點B收集的報文摘要數據中，那麼，該報文即判定為丟失。
步驟220、採集器根據單個報文的時延、和報文丟失情況，計算在一個計算間隔的網絡性能指標，即平均時延、最大時延、最小時延、時延抖動、丟包率以及網絡不可用性等。
步驟225、採集器向測量控制器發送平均時延、最大時延、最小時延、時延抖動、丟包率以及網絡不可用性等性能指標。
步驟230、測量控制器向用戶或者其他運營商報文本網絡的性能指標。
到達測量結束時間後，測量點停止提取目標報文。
雖然上述方案能夠進行被動測量，但存在以下不足(1)現有的被動測量沒有考慮對聚合流的測量。雖然五元組可以用來描述兩個主機之間的數據流，但被測流可能是兩個網絡之間的數據流或者其他形式的聚合流，此時就無法採用五元組來描述被測流，因此無法進行測量。
(2)由於根據提取的報文頭部信息生成流標識，因此，當被測流是兩個網絡之間的數據流時，則無法用提取到的報文頭部信息生成流標識。例如從100.1.1.0/24到200.1.1.0/24，對於這個聚合流的描述應該是由「源網絡地址100.1.1.0/24，目的網絡地址200.1.1.0/24，優先級信息」組成的元組。報文頭部不包含掩碼信息，因此無法從報文頭部獲得這個聚合流的流標識。
(3)根據IPv4報文頭中標識符(Identification)欄位和分片偏移量(Fragment-offset)作為報文標識。對於兩個主機之間的通信，標識符(Identification)欄位和分片偏移量(Fragment-offset)可以作為唯一標識報文的欄位。但是對於一個聚合流，可能存在多個主機之間的通信，那麼標識符(Identification)欄位和分片偏移量(Fragment-offset)都是存在重複的可能性的。在這種情況下，標識符欄位和分片偏移量不能作為報文標識，而且報文標識的生成也沒有考慮到IPv6的環境，因為在IPv6的報文頭中已經沒有了IPv4的標識符欄位和分片偏移量欄位。
發明內容
本發明提供一種網絡性能測量方法及系統，以解決現有被測量中無法針對聚合流進行網絡性能測量的問題；進一步解決可能無法得到報文標識而影響測量的問題。
本發明提供以下技術方案一種網絡性能測量方法，包括如下步驟根據網絡性能測量請求為被測流分配流標識，並將流標識和被測流的流描述配置到測量點；測量點根據流描述提取屬於被測流的報文，生成包含流標識和報文標識的報文摘要數據並上報；匹配流標識和報文標識確定不同測量點上報的且屬於同一報文的報文摘要數據，並依據報文摘要數據計算網絡性能指標。
根據上述方法測量點在提取報文後進一步附著時間戳信息，並將該時間戳信息攜帶在報文摘要數據中。
測量點根據報文頭中的內容生成報文標識；或者，根據報文頭中的內容和淨荷部分的內容生成報文標識。
所述報文頭中的內容包括報文頭中的標識符和分片偏移量欄位內容，以及協議類型、源地址和目的地址中的部分欄位或全部欄位的內容；對於IPv6格式報文，所述報文頭中的內容包括報文頭中的淨荷長度、下一個頭部、源地址和目的地址欄位的內容。
將報文頭中的內容或將報文頭中的內容和淨荷部分的內容經過函數運算後生成報文標識。
一種網絡性能測量方法，包括如下步驟根據網絡性能測量將被測流的流描述配置到測量點；測量點根據流描述提取屬於被測流的報文，根據所述流描述生成流標識，以及生成包含該流標識和報文標識的報文摘要數據並上報；匹配流標識和報文標識確定不同測量點上報的且屬於同一報文的報文摘要數據，並依據報文摘要數據計算網絡性能指標。
其中，將流描述中欄位的內容經函數運算後生成流標識。
一種網絡性能測量系統，包括所述測量控制器根據網絡性能測量請求為被測流分配流標識，並將流標識和被測流的流描述配置到測量裝置；所述測量裝置根據流描述提取屬於被測流的報文，生成包含流標識和報文標識的報文摘要數據並上報所述採集器；所述採集器根據上報的報文摘要數據計算網絡性能指標，並發送給測量控制器。
一種網絡系統，包括所述測量控制器根據網絡性能測量請求將被測流的流描述配置到測量點；所述測量裝置根據流描述提取屬於被測流的報文和根據所述流描述生成流標識，以及生成包含流標識和報文標識的報文摘要數據並上報所述採集器；所述採集器根據上報的報文摘要數據計算網絡性能指標，並發送給測量控制器。
本發明有益效果如下1、本發明由測量控制器分配流標識，或者由測量點根據被測流的流描述生成流標識，而不是從提取的目標報文中獲得，因此，能夠支持微流和聚合流的測量。
2、根據提取的IP報文的報文頭中的內容和淨荷部分的內容生成報文標識，不僅可以支持IPv4和IPv6格式，同時支持微流(由IPv4五元組或者IPv6三元組確定一個流)和聚合流的測量。
圖1為現有技術中測量系統的結構示意圖；圖2為現有技術中實現被動測量的流程圖；圖3為本發明實施例中由測量控制器分配流程標識實現被動測量的流程圖；
圖4為本發明實施例中測量點根據流描述生成流標識實現被動測量的流程圖。
具體實施例方式
實施例一參閱圖1所示，在測量控制系統中，測量控制器除了完成現有的基本功能外，還根據被測量請求為每一個被測流的流描述分配一個唯一的流標識，並將流描述和流標識配置到測量點，測量點則按流描述提取屬於被測流的報文，將流標識附加在生成的報文摘要數據中並上報到採集器；採集器匹配流標識和報文標識確定不同測量點上報的且屬於同一報文的報文摘要數據，並依據報文摘要數據計算網絡性能指標並上報到測量控制器。測量控制器與採集器可以是相互獨立的實體，也可以是同一個實體。這樣，只要在測量控制器和測量點保存分配的流標識和流描述的對應表即可，採集器進行性能指標的計算根據流標識的具體含義無關，只要能唯一標識一個被測流即可，從而可以簡化實現和提高效率。
為了支持不同粒度流的性能測量(包括微流和聚合流)，以及同時支持IPv4和IPv6，測量控制器下發給測量點的被測流的描述可以是下列描述之一(1)源IP位址，目的IP位址，源埠號，目的埠號，協議類型(僅應用IPv4)。
(2)源網絡地址，目的網絡地址，差分編碼點(DiffServ Code Point，DSCP)(僅應用IPv4)。
(3)源IP位址，目的IP位址，流標籤(僅應用IPv6)。
(4)源網絡地址，目的網絡地址，流量類型(Traffic Class)(僅應用IPv6)。
(5)多協議標籤交換(MPLS)標籤。
(6)其他聚合流的描述。
根據IP報文格式可以知道，無論是IPv4報文還是IPv6報文，對於不同的報文其報文頭部和報文淨荷部分某些欄位的內容區別比較大，因此，可以將這些區別比較大的欄位放在一起組合成為一個報文標識，用來唯一標識一個報文。
對於IPv4來說，可以用標識符(Identification)和分片偏移量(Fragment-offset)結合協議類型(Protocol)，源地址(Source IP address)，目的地址(Destination IP address)中的部分或全部欄位的內容來生成報文標識；進一步的，可以再加上部分淨荷數據(一般地，淨荷部分的前20個字節即可)生成報文標識。
對於IPv6來說，淨荷長度(Payload Length)，下一個頭部(Next Header)，源地址(Source IP address)，目的地址(Destination IP address)來生成報文標識；進一步的，可以再加上部分淨荷數據(一般地，淨荷部分的前20個字節即可)生成報文標識。
為了儘可能節約存儲空間和網絡資源，可以採用合適的函數(即能夠避免產生報文標識衝突，也就是在測量期間該報文標識唯一)根據上述欄位生成一個報文標識，如，採用循環校驗碼函數(CRC32)、壓縮函數或者哈希函數(HASH)等。
參閱圖3所示，由測量控制器分配流標識實現被動測量的過程如下步驟300、測量控制器為被測流分配流標識並配置測量點。配置包括被測流的流標識、被測流的流描述、測量開始時間，測量結束時間。如果需要應用採樣，還需提供採樣算法。流描述為前述的描述之一。
步驟305、到達測量開始時間時，測量點A、B分別根據被測流描述提取目標報文並附著時間戳信息，同時，採用標識符(Identification)、分片偏移量(Fragment-offset)、協議類型(Protocol)、源地址(Source IP address)和目的地址(Destination IP address)生成報文標識(以IPv4為例)。
步驟310、測量點A、B分別將流標識、報文標識和時間戳信息合併為報文摘要數據發送測量數據採集器。
步驟315、採集器接受測量點A、B的報文摘要數據，比較從測量點A、B收到的報文摘要數據，匹配流標識和報文標識，比較時間戳，從而獲得針對單個報文的時延。
如果一個報文標識出現在從測量點A收集的報文摘要數據中而沒有出現在從測量點B收集的報文摘要數據中，那麼判定該報文丟失。
步驟320、採集器根據單個報文的時延、和報文丟失情況，計算在一個計算間隔的網絡性能指標，即平均時延、最大時延、最小時延、時延抖動、丟包率以及網絡不可用性等。
步驟325、採集器向測量控制器發送平均時延、最大時延、最小時延、時延抖動、丟包率以及網絡不可用性等性能指標。
步驟330、測量控制器向用戶或者其他運營商報文本網絡的性能指標。
在到達測量結束時間後，測量點停止提取目標報文。
實施例二參閱圖1所示，在測量控制系統中，流標識由測量點根據測量控制器下發的被測流的流描述來獲得，而不是從提取的目標報文頭部信息中獲得。這樣，可以支持微流的測量，同時還可以支持聚合流的測量。測量控制器和採集器的基本功能與現有技術相同。測量點將可以將被測流描述的欄位經過函數運算，計算出一個流標識。這個計算函數可以是循環冗餘碼(CRC16，CRC32)函數，壓縮函數或者哈希函數(HASH)，只要保證函數生成的流標識在測量期間唯一即可。這樣，可以生成一個固定長度的流標識，也有利於匹配報文摘要數據。
被測流的流描述以及報文生成方式與實施例一中的方式相同。
參閱圖4所示，測量點根據流描述生成流標識實現被動測量的過程如下步驟400、測量控制器配置測量點。配置包括被測流的流描述、測量開始時間，測量結束時間。如果需要應用採樣，還需提供採樣算法。流描述為前述的描述之一。
步驟405、到達測量開始時間時，測量點A、B分別根據被測流描述提取目標報文並附著時間戳信息；同時，根據被測描述中的欄位採用循環冗餘碼函數生成流標識，以及採用淨荷長度(Payload Length)、下一個頭部(NextHeader)、源地址(Source IP address)、目的地址(Destination IP address)和淨荷部分的前20個字節生成報文標識(以IPv6為例)。
步驟410、測量點A、B分別將流標識、報文標識和時間戳信息合併為報文摘要數據發送測量數據採集器。
步驟415、採集器接受測量點A、B的報文摘要數據，比較從測量點A、B收到的報文摘要數據，匹配流標識和報文標識，比較時間戳，從而獲得針對單個報文的時延。
如果一個報文標識出現在從測量點A收集的報文摘要數據中而沒有出現在從測量點B收集的報文摘要數據中，那麼判定該報文丟失。
步驟420、採集器根據單個報文的時延、和報文丟失情況，計算在一個計算間隔的網絡性能指標，即平均時延、最大時延、最小時延、時延抖動、丟包率以及網絡不可用性等。
步驟425、採集器向測量控制器發送平均時延、最大時延、最小時延、時延抖動、丟包率以及網絡不可用性等性能指標。
步驟430、測量控制器向用戶或者其他運營商報文本網絡的性能指標。
在到達測量結束時間後，測量點停止提取目標報文。
從上可知，採用不僅可以支持IPv4和IPv6格式，同時支持微流(由IPv4五元組或者IPv6或者三元組確定一個流)和聚合流的測量。
顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若對本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.一種網絡性能測量方法，其特徵在於，包括如下步驟根據網絡性能測量請求為被測流分配流標識，並將流標識和被測流的流描述配置到測量點；測量點根據流描述提取屬於被測流的報文，生成包含報文標識和所述分配的流標識的報文摘要數據並上報；以及根據報文摘要數據計算網絡性能指標。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，測量點在提取報文後進一步附著時間戳信息，並將該時間戳信息攜帶在報文摘要數據中。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，測量點根據報文頭中的內容生成報文標識；或者，根據報文頭中的內容和淨荷部分的內容生成報文標識。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，對於IPv4格式報文，所述報文頭中的內容包括報文頭中的標識符和分片偏移量欄位內容，以及協議類型、源地址和目的地址中的部分欄位或全部欄位的內容。
5.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，對於IPv6格式報文，所述報文頭中的內容包括報文頭中的淨荷長度、下一個頭部、源地址和目的地址欄位的內容。
6.如權利要求3、4或5所述的方法，其特徵在於，將報文頭中的內容或將報文頭中的內容和淨荷部分的內容經過函數運算後生成報文標識。
7.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，被測流的流描述為下列描述之一(1)源IP位址、目的IP位址、源埠號、目的埠號和協議類型；(2)源網絡地址、目的網絡地址和差分編碼點；(3)源IP位址、目的IP位址和流標籤；(4)源網絡地址、目的網絡地址、流量類型；(5)MPLS標籤。
8.一種網絡性能測量方法，其特徵在於，包括如下步驟根據網絡性能測量將被測流的流描述配置到測量點；測量點根據流描述提取屬於被測流的報文，根據所述流描述生成流標識，以及生成包含該流標識和報文標識的報文摘要數據並上報；以及根據報文摘要數據計算網絡性能指標。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，測量點在提取報文後進一步附著時間戳信息，並將該時間戳信息攜帶在報文摘要數據中。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，將流描述中欄位的內容經函數運算後生成流標識。
11.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，測量點根據報文頭中的內容生成報文標識；或者，根據報文頭中的內容和淨荷部分的內容生成報文標識。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，對於IPv4格式報文，所述報文頭中的內容包括報文頭中的標識符和分片偏移量欄位內容，以及協議類型、源地址和目的地址中的部分欄位或全部欄位的內容。
13.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，對於IPv6格式報文，所述報文頭中的內容包括報文頭中的淨荷長度、下一個頭部、源地址和目的地址欄位的內容。
14.如權利要求11、12或13所述的方法，其特徵在於，將報文頭中的內容或將報文頭中的內容和淨荷部分的內容經過函數運算後生成報文標識。
15.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，被測流的流描述為下列描述之一(1)源IP位址、目的IP位址、源埠號、目的埠號和協議類型；(2)源網絡地址、目的網絡地址和差分編碼點；(3)源IP位址、目的IP位址和流標籤；(4)源網絡地址、目的網絡地址、流量類型；(5)MPLS標籤。
16.一種網絡性能測量系統，其特徵在於，包括測量控制器、採集器和測量裝置；所述測量控制器根據網絡性能測量請求為被測流分配流標識，並將流標識和被測流的流描述配置到測量裝置；所述測量裝置根據流描述提取屬於被測流的報文，生成包含流標識和報文標識的報文摘要數據並上報所述採集器；所述採集器根據上報的報文摘要數據計算網絡性能指標，並發送給測量控制器。
17.如權利要求16所述的系統，其特徵在於，測量裝置根據報文頭中的內容生成報文標識；或者，根據報文頭中的內容和淨荷部分的內容生成報文標識。
18.一種網絡系統，其特徵在於，包括測量控制器、採集器和測量裝置；所述測量控制器根據網絡性能測量請求將被測流的流描述配置到測量點；所述測量裝置根據流描述提取屬於被測流的報文和根據所述流描述生成流標識，以及生成包含流標識和報文標識的報文摘要數據並上報所述採集器；所述採集器根據上報的報文摘要數據計算網絡性能指標，並發送給測量控制器。
19.如權利要求18所述的系統，其特徵在於，測量裝置根據報文頭中的內容生成報文標識；或者，根據報文頭中的內容和淨荷部分的內容生成報文標識。
全文摘要
本發明公開了一種網絡性能測量方法，該方法根據網絡性能測量請求為被測流分配流標識，並將流標識和被測流的流描述配置到測量點；測量點根據流描述提取屬於被測流的報文，生成包含流標識和報文標識的報文摘要數據並上報；以及根據報文摘要數據計算網絡性能指標。本發明同時公開一種網絡性能測量系統。
文檔編號H04L12/26GK101056215SQ20061007216
公開日2007年10月17日 申請日期2006年4月14日 優先權日2006年4月14日
發明者楊道彥 申請人:華為技術有限公司