（通信与信息系统专业论文）基于ip网络的sla评估系统研究与实现.pdf

摘要 s l a 是一个经服务双方谈判而达成的正式协议，它约定了服务质量指标和服 务双方的职责，是电信运营商与客户为达到和维持特定的服务质量而协商制定的 一套相关目标和过程。s l a 可以保证电信运营商和客户双方各自的利益。 本文在对网络管理的基本概念、原理、现状及未来趋势分析的基础上，引入 了s l a 的概念，详细介绍了它的内容及意义，性能规范等。在此基础上深入研究 s l a 评估理论，涉及网络性能参数到q o s 参数的映射机制以及s l a 指标的测量 方式，并给出了一个实用的s l a 性能评估方法。 提出一套基于i p 网络的s l a 评估系统，大致可归类为b s s ( 业务支撑系统) ， 实现i p 网络端到端s l a 管理，监测，评估和报告。本系统的研发参考了t m f 的 s l a 管理手册( s l am a n a g e m e n th a n d b o o k l 以及e t o m 业务模型，涉及到j 2 e e 、 e b 、x m l 等或经典或新兴的计算机软件开发技术。 关键词：服务水平协议s l a ，q o s ，i p 网络 a b s t r a c t s l ai saf o r m a ln e g o t i a t e da 伊e e m e n tb e t w e e nt h es e r v i c ep r o v i d e ra n dt h e c u s t o m e ri td e f i n e st h eo b j e c t i v e so fs e r v i c eq u a l i t ya n dc o n t r a c t st h er e s p o n s i b i l i t i e s f o rt h et w op a r t i e s a ns l ai sas e to fa p p r o p r i a t ep r o c e d u r e sa n dt a r g e t sa g r e e d b e t w e e ns e r v i c ep r o v i d e r sa n dc u s t o m e r s ，i no r d e rt oa c h i e v ea n dm a i m a i ns p e c i f i e d q u a l i t yo fs e r v i c e s l am a yb r i n ga d v a n t a g ef o rb o t hs pa n dc u s t o m e r an o v e lm a n a g e m e n tc o n c e p t s e r v i c el e v e la g r e e m e n ti si n t r o d u c e do nt h eb a s i s o f i n t r o d u c t i o na n da n a l y s i so f t h eb a s i cc o n c e p t s ，t h e o r i e sa n dt h es t a t u so f t h ep r e s e n t a n df u t u r er e s e a r c h e so fn e t w o r km a n a g e m e n t s l ae v a l u a t i n gt h e o r i e si s d e e p l y d i s c u s s e d i nt h i sp a r tt h em a p p i n go fn e t w o r kp e r f o r m a n c em e t r i c si m oq o s p a r a m e t e r sa n dm e a s u r e m e n to fs l am e t r i c si s i n v o l v e d a n das e to fp r a t i c a l e v a l u a t i n gm e t h o do fs l ap e r f o r m a n c ei sp r e s e n t e d as e to fi pn e t w o r ks l a e v a l u a t i n gs y s t e mi sp r e s e n t e di nt h i sp a p e r , w h i c hi s o n eo ft h eb u s i n e s ss u p p o r ts y s t e m s t h em a n a g e m e n t ，m o n i t o r i n g ，e v a l u a t i n ga n d r e p o r t i n go fe n d t o e n ds l ab a s e do ni pn e t w o r ki sr e a l i z e di n t h i ss y s t e m t h e s y s t e md e v e l o p i n gc o n s u l t st h et m fs l am a n a g e m e n th a n d b o o k , w h i l ei ti n v o l v e s n o w a d a ys o f t w a r e t ec h n o l o g i e ss u c ha sj 2 e e ，f a b ，x m l ，e t c k e y w o r d ：s l a ( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ) ，q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) ，i pn e t w o r k 第一章绪论 1 1 1 网络管理定义 第一章绪论 1 1 网络管理概述 随着计算机与通信技术的飞速发展，极大促进了计算机网络事业的发展。网 络系统规模日益扩大，网络业务和应用的不断丰富，给人类带来了极大的便利。 但是同时也带来了一系列的问题，例如，对网络管理工作而言，一方面使网络的 维护更加困难；而另一方面，如何提高网络性能成为网络系统应用的主要研究课 题。为了保证网络安全、可靠、经济、有效的运行，网络管理员必须对网络本身 进行有效的管理和维护。根据g a r t n e rg r o u p1 9 9 3 统计，个网络的维护费用占 整个投资的8 5 左右。因此，网络的维护和管理就显得非常重要。 目前，关于网络管理的定义有多种，但每一种都不够权威。一般来说，网络 管理就是指监督、组织和控制网络通信服务以及信息处理所必需的各种活动的总 称，它可以分为静态管理和动态管理。其目的就是将所有的管理子系统集成在一 起，为管理员提供统一的控制方式，能够在计篡机网络运行出现异常时及时响应、 排除故障，并最大限度地增加网络的可用时间，提高网络的设备利用率、性能、 服务质量以及安全性，从而简化众多厂商网络环境下的管理，控制网络运行的成 本。国际标准化组织0 s o ) 在i s o i e c7 4 9 8 4 中定义并描述了开放系统互连( o s 0 管理的术语和概念，提出了一个o s l 管理的结构并描述了o s i 管理应有的行为。 它认为，开放系统互连管理是指这样些功能，它们控制、协调、监视o s i 环境 下的一些资源，这些资源保证o s i 环境下的通信。 1 1 2 网络管理的标准与协议 计算机网络管理系统中网络管理协议是最重要的部分，它定义了网络管理器 与代理间的通信方法，规定了管理信息库的存储结构、信息库中关键字的含义以 及各种事件的处理方法。目前网络管理协议主要包括基于简单网络管理协议 ( s i m p l en e t w o r km a n a g e m e n tp r o t o c o l ，s n m p ) 和公共管理信息协议( c o m m o n m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o np r o t o c o l ，c m n ) 口a 及其他一些网络管理协议。 s n m p 是i n t e m e t 体系结构委员会( i a b ，i n t e r n e ta r c h i t e c t u r eb o a r d ) 为了适应 i n t e r a c t 的发展而指定的基于t c p 口的网络管理协议，主要解决t c p 球网络的管 ! 基于i p 网络的s l a 评估系统研究与实现 理问题。s n m p 推出后便以其简单性与易于实现而取得了出人意料的成功，使得 这一原本“暂时性”的网络解决方案成为了事实上的工业标准。虽然s n m p 起初 是基于t c p i p 设计的，但它现在已经在其它很多协议如i p x s p x ，d e c n e t , a p p l e t a l k 上得到了实现。 c m i p 是由国际标准化组织i s o 指定的一个网络管理协议。作为国际标准， 由i s o 制定的公共管理信息协议( c m i p ) 着重于普遍性。c m i p 主要针对o s i 七层 协议模型的传输环境而设计，用户提供标准的公共信息管理服务( c m i s ) 。它采用 报告机制，具有许多特殊的设施和能力，需要能力强的处理机和大容量的存储器， 因此目前支持它的产品相对较少。 1 1 3 传统网络管理系统 一般来说，一个网络管理系统软件并不一定包含网络管理的所有功能，而只 是选取其中的某一个或几个加以实现。网络管理系统原则上由以下四部分构成： 多个被管代理，至少一个网络管理者或网络管理系统，一种通用的网络管理协议， 一个或多个管理信息库。 网络管理系统结构通常可划分为集中式、分布式和分层结构三大类。集中式 管理结构具有较方便的系统维护性和扩展性。异构性在平台级处理一次，不必在 每一个应用程序中考虑。但对目前规模越来越大的网络而言，扩展能力的有限性 是集中式结构所特有的。这种结构不适用于大规模的网络管理。比较理想的是“分 布式网络管理结构”，分布式结构与管理域( 按照地域、组织和其它方式定义不同 的域1 的概念相关，并且系统中使用了一个以上同等级别的管理者。因为它是根 据每个域设置一个管理者原理，很适合多域的大型网络结构。这种结构的主要优 点是扩展性好，通过建立更多的管理域以及增加相应数量的管理者可以满足更高 的性能要求和扩充性。分布式结构的转变产生了层次化结构，它同样在每一个管 理域均配置了管理者的模式，但是域管理者之间并不通信。 1 1 4 传统网管软件中的问题 传统的网络管理系统软件中都存在着一个共同的缺点：管理员只能从底层面 向系统的角度，而不能从面向用户的角度来管理服务。这些解决方案使服务提供 商对网络和系统内部的工作状况一览无余，可是不能实现对整个端到端的应用服 务过程的浏览。当出现服务质量不能让用户满意的情况时，服务提供商往往没有 办法诊断所出现的问题。这样就只有两种结果：一是用户选择别的服务供应商；二 是服务供应商为了避免用户的流失，就只能在他们的系统和基础设施上加载过量 第一章绪论 的资源，以满足用户的需求。对于网络服务提供商而言，这种为了满足用户的需 求而提高容量的方法显然开销太大，因此必需找到一种新的方式来解决这个问题。 1 2s l a 的提出 现有的网络管理办法都不能提供一些有意义的文档来说明响应时间，和可用 性，以及它们如何影响终端用户体验到的应用服务性能，因此网络供应商无法实 现对现有基础设施以及利用这些基础设施为终端用户提供的服务的有效性能的监 控。另一方面网络的普及又使得用户对网络的依赖加强，对网络服务的可用性和 可靠性的要求与日俱增。用户对服务质量( q l | a l i t yo f s e r v i c eq o s ) 的期望促使他们 与网络供应商进行协商，要求网络供应商对不同服务等级的质量提供支持和保证。 这样就产生了服务等级协议( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t , s l a ) 。另外，当前有些网络 供应商的部分或全部的服务系统部件是从第三方厂商处购买的，只有在这些外包 服务的质量具有一定保证的前提下，网络供应商才能为其用户提供端到端服务质 量的保证。这样网络供应商之间也可以通过s l a 来协商关于服务水平的问题。 s l a 中的指标反映了用户和网络供应商本身对网络性能的“最低要求”，并 将这种要求以一种合法的书面的形式给出，它的推出与实施将有助于整个数据业 务服务水平的提高和对数据业务服务质量的规范化。对于网络供应商来讲，如果 达不到要求就要受到经济上的惩罚；对于用户来讲，在多网络供应商的情况下， 可以自由选择具有高s l a 水平的网络供应商。目前s l a 已经成为服务行业( 尤其 是外包服务行业) 首要的也是基本的行业服务规范。 1 3s l a 的发展现状和存在的问题 1 3 1s l a 的发展现状 s l a 己经成为网络供应商在竞争中取胜的一个重要筹码，目前国内外的网络 供应商都纷纷推出了s l a ，以服务质量上的承诺来吸引用户。最近两年来，s l a 在国外用的十分普遍，从a t m ，帧中继，到i p 骨干网、v p n ，互联网数据中心， 网络供应商都推出了相应的s l a 。据不完个统计，在美国仅1 9 9 7 年一年内就有 3 3 的网络供应商与其商业用户签署了s l a 。所有i n t e m e t 用户中有9 4 认为网 络供应商提供的s l a 是必不可少的，8 4 的用户则表示愿意为得到网络供应商更 加良好的服务质量而额外付费。国内这方面的起步较晚，但是很多网络供应商也 已经意识到了这个问题。世纪互联网率先在国内引入了s l a 的概念，其深远意义 不仅在于为国内运营商行业提出了实现报务标准化的问题，同时也为其他信息 一4 基于i p 网络的s l a 评估系统研究与实现 服务领域的服务品质评估和对比提供了一条新的思路。 网络供应商保证的一定服务水平，通常是以书面s l a 的形式给出，这是服务 水平管理的第一步。它决定了对于用户来说技术如何得到以及它的性能水平。一 旦s l a 被制定以后，网络供应商就必须测量和报告相关s l a 的性能。目前市场 上已经有一些应用于服务等级跟踪和报告的产品，包括r e s p o n s en e t w o r k s 的 v e r i s 瓤i n f o v i s t ac o r p 的i n f o v i s t a , m i c r o m u s e 的n e t c o o l 。v i t a l s i g n ss o f t w a r e 的 v i t a l s u i t e 、c o n c o r dc o m m u n i c a t i o n s 的n e t w o r kh e a l t hr e p o r t e r , v i s u a ln e t w o r k s 的v i s u a li pi n s i g h t , n p s 的e q o s p r o 及a g i l e n tt e c h n o l o g i e s 的f i r e 妇 等等。 1 a g i l e n tt e c h n o l o g i e s 的f i r e h u n t e r a g i l e n tt e c h n o l o g m s 的f i r e h u n t e r 是一种管理，监控解决方案，可 对包括邮件、新闻及网络在内的i n t e m e t 业务进行主动监控和管理。f i r e h u n 幼可 为每个测量参数设定基值，利用它可以确立阈值，跟踪服务的偏离和发展趋势， 产生阈值警报；实现了整个服务环境的可视化管理和对故障的快速检测及隔离； 网络性能插件可以用于监视骨干网络的性能；能够对口网络的时延抖动进行测量 和监视，从而为i p 电话业务的质量保证提供了有力的s l a 工具；同时能根据史 料数据形成信息报告。除此而外，客户业务代表还可快速处理用户呼叫。 2 i n f o v i s t ac o r p 的i n f o v i s t a i n f o s t a 系统是一个管理s l a 的应用程序，它能够对信息系统的各个元素进 行交叉监测、从而得到整个服务水平的综合评价。它采用客户服务器的模型， 代理置于网络中，用于从不同的元件采集数据，r r 管理者和一些非技术人员就是 通过对这些数据的处理来准备服务质量报告的。有了它的帮助，管理员和r r 管理 者还能够对网络性能进行分析，对他们的系统进行升级。 3 n p s 的e q o s p r o e q o s p r o 可以为网络使用状况和性能提供足够的数据，使网络管理员能够从 用户的角度出发，对网络性能进行优化。e q o s p r o 能够对w e b 站点的可用性以及 性能进行监测，将w e b 站点的反应时间分成几个部分，使网络管理员能够找出造 成用户端响应时间很长的具体原因；当w e b 站点不可用或者超出阈值性能降低的 时候，它能以e m a i l 或传呼的形式告知网络管理员；对f t p 、d n s 、h t i v 等应用 层服务进行监测：图形化的界而，方便好用。 4 v i s u a ln e t w o r k s 的v i s u a l1 i i n s i g h t v m l 妒i n s i g h t 是第一个从终端用户的角度出发，管理口网络和应用服务的 服务管理系统。已包括两个有力的应用组件，能够有效的提供和监控s l a s ，提 供终端用户关心的新的服务水平，监控端到端的网络性能。它还提供了各种各样 的工具来测量网络性能，为口性能问题提供了实时信息。更重要的是，v i s u a li p 第一章绪论 i n s i g h t 服务水平管理器是从用户的角度出发，来评价服务质量的。 5 共享软件m r t g ( m u l t ir o u t e rt r a f f i cg r a p h e r ) m r t g 是由t o b i a so e t i k e r 和d a v er a n d 设计的一个功能强大的基于w e b 的 图形化界面流量统计分析工具，通过调用外部的实用程序完成s n m p 查询，生成 g i f 图形并创建h ，r h 亿页面。自从1 9 9 5 年春m r t g 在i n t e m e t 上免费发布后， 由于其简便易用的特点它非常迅速地普及开来。m r t o 每5 分钟收集一次被监测 设备的流量，具有实时性；并对这些实时收集的数据进行统计分析，给出这些设 备的周、月、年的历史流量记录。 1 3 2 目前s l a 中存在的问题 s l a 是一种完全不同于传统网络管理的全新的网络管理方法，它是建立在一 种全新的网络管理思想基础上的。目前s l a 还处于研究阶段，虽然也取得了一定 的成果，但是也存在着一些问题： 1 在现有的基本s l a 中，矩阵信息包括网络的可用性、网络延时以及网络 故障的修复时间等等。由于网络连接对商业终端用户越来越重要，s l a 矩阵也将 根据这些用户的需求进行适当的修改或变动。 j 2 网络开始渗入到用户商业活动的方方面面，网络的崩溃给用户所带来的利 益损失是无法估量的，用户当然希望网络的可用性和稳定性能够得到保证。因此 s l a 矩阵特性必需从原来的对数据包进行简单的计数和测量延时，开始慢慢向与 商业活动相关的s l a 转变。 3 大多数现有的s l a 合同为所有的用户提供的都是同一个矩阵，对特定用 户来说，这样会出现在某一方面提供的信息太多，而在另一方面又不够的情况。 4 现在的s l a 验证工具多半都是针对网络供应商而设计的，一般都是由网 络供应商对其提供服务的s l a 进行监控，然后为用户提供所需的数据报表，这样 不利于用户直接了解服务的实际质量，容易让用户对网络供应商提供的服务产生 怀疑态度。 第二章s l a 综述 第二章s l a 综述 众所周知，i n t e m e t 正将人们带入一个全新的信息时代。但是很多网络应用， 尤其是实时应用( 例如i p 电话) 只有在网络能够提供稳定可靠的q o s 的情况下才能 够得到很好的运行效果。因此越来越多的网络供应商在网络中引入了s l 氏的 概念，用来对自己提供服务质量的等级进行划分和监督。 2 1 1s l a 的定义 2 1 什么是s l a 在t m f 的s l a 管理手册( s l a m a n a g e m e n t h a n d b o o k ) 中，对s l a 有如下的 定义： “服务等级协议一个经双方谈判而成的正式协议，有时也称为服务等级 承诺。它是运营商和客户之间的一个合同( 或合同的一部分) ，其设计目的在于对 服务、优先级、责任等达成共识( t m f7 0 1m o d i f i e d ) 。” 一般来说，服务等级协议( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ，s l a ) 是在一定开销( 通 常这个开销是驱动提供服务质量的主要因素) 下为保障服务的性能和可靠性，网络 供应商与用户或者网络供应商之间定义的一种双方认可的协定。它规定了服务等 级以及服务所必需满足的性能等级，包括服务水平测量、服务水平报告和信誉及 费用三个方面，并使网络供应商有责任完成这些预定的服务等级。一个完整的 s l a 同时是一个合法的文档，包括所涉及的当事人、协定条款所包含的应用程序 和支持的服务、违约的处罚、费用和仲裁机构、政策、修改条款、报告形式和双 方的义务等等。同样，网络供应商也可以对用户在工作负荷和资源使用方面进行 规定。s l a 的技术和细节规范是在服务水平规范( s e r v i c el e v e ls p e c i f i c a t i o n ，s l s ) 中描述的。目前还没有制定s l s 内容的标准，只是给出了一些建议。 传统上，s l a s 包含了对服务有效性的保障，譬如对故障解决时间，服务溢 出等等的保证。但是随着更多的商业应用在i n t e m e t 上的广泛开展，越来越需要 s l a s 对服务的性能如响应时间做出保障。 实际上，s l a s 的保障是以一系列服务水平目标( s e r v i c el e v e lo b j e c t , s l o ) 的 形式定义的。s l o 是一个或多个有限定的服务组件的测量组合。一个s l o 被实 现是指那些有限定的组件的测量值在限定范围里。在s l o 操作时段范围内，s l o 必须被实现。但是由于i n t e m e t 的统计特性，我们不可能总是实现这些保障。 7 ! 基于i p 网络的s l a 评估系统研究与实现 因此s l a s 一般都有实现时间段和实现比例。实现比例被定义为s l a s 必须 实现的时间与实现时段的比值。例如：在工作负荷 9 7 。 “一个s l a 或合同是网络运营者服务供应商( n e t w o r k o p e r a t o r s s e r v i c e p r o v i d e r s ，n o s s p s ) 之间或n o s s p s 和客户之间为了达到和维持特定的服务质 量( q o s ) 而经i e 式或非正式协商制定的一套相关过程和目标。s l a 可以是合同的 一部分。这些过程和目标与特定的电路服务的可用性、误码性能、服务就绪时 间( r f s d ) 、平均故障间隔时间( m t b f ) 、服务平均恢复时间( m t r s ) 、平均修理时 间( m t r g ) 有关( 玎u _ tr e c m 1 3 4 0 ) 。” 综上，可以概括s l a 定义的要点为： s l a 是具有法律效力的正式协议 s l a 的核心内容是服务质量( q o s ) s l a 的具体任务是明确一系列的与服务质量相关的目标或过程( 如性能 参数指标和申告处理过程规范) s l a 的内容主要包含下述三大方面： 签约服务的技术指标( 如：服务提供开通时间、误码率指标、故障处 理时限指标等，并包含对其测量和技术处理方式的说明) 服务违例的处罚措施( 如：赔偿损失、折扣优惠、更换服务资源等，并 包含协议双方职责) 运营商和客户的交流规则( 如：定期的服务性能报告、实时的预警和告 警通告、故障申告渠道等) 2 1 2s l a 的生命周期 s l a 是一个动态的概念。s l a 的生命周期伴随着产品，服务的生命周期， 包括五个循环往复的阶段( 根据t m f 的s l a 管理手册) ： 1 ) 产品服务开发阶段( 1 r o d u c t ，s e r v i c e d g v d o p m e n t ) 对s l a 而言，开发阶段的任务是制定s l a 模板，运营商内部技术发展的阶 段性成果可以导致策划、开发个新的s l a 模板：但更为关键的是在技术可行的 前提下，由客户需求引发制定新的s l a 模板。新s l a 模板既可以针对新开发的 业务，也可以针对缺乏s l a 或需要改进s l a 的已有业务。 这一阶段的主要任务包括：明确客户需求，并映射为业务特征；设计s l a 服 务质量指标，即设计质量等级、每一等级的具体的质量参数及其取值范围；根据 网络资源和运维现状，验证技术可行性。如果上述任务顺利过关，则可制定出新 第二章s l a 综述 9 的s l a 模板，这也正是这一阶段工作完成的成果性标志。 2 ) 谈判和销售( n e g o t i a t i o na n ds a l e s ) 这一阶段主要由运营商营销部门人员和客户共同完成，也可能需要借助技术 人员的帮助。销售人员和客户将根据预定义的s l a 模板，进行详尽的商谈，主要 就s l a 中的质量参数指标及其违例处罚措施进行讨论与确定。根据客户类型的不 同，商谈的灵活程度不同，对于普通客户，仅可在若干s l a 等级模板范围内进行 选择，而对于“大”客户，可进行颗粒度更为细小的更灵活的商谈，如可在s l a 模板的基础上对若干服务质量参数指标进行增加、删除和修改，即有可能会产生 不同于s l a 模板的s l a 实例。上述任务的顺利完成意味着正式签订含有s l a 的 服务合同，s l a 签订标志着本阶段工作的完成。 3 1 实施( i m p l e m e n t a t i o n ) 实施即服务的提供开通阶段。该阶段的主要工作是进行业务实现方案的制定； 由网络技术人员对网络资源进行逐级、逐段的调度和配置；并对服务( 如业务电路) 进行端到端的s l a 符合测试；最终由客户确认服务是否满足s l a 要求，若是，则 标志该阶段工作的完成。 4 1 运行( e x e c u t i o n ) 在服务运行期间，将不断地收集服务质量数据。一方面，实时地捕获和监测 s l a 违例事件；另一方面，周期性地统计、分析服务质量报告。s l a 的违例预警 事件将引发预防性维护工作，而s l a 的违例事件将引发进入s l a 违例处理流程， 周期性的统计分析报告将被分别送往客户和运营商的运行维护人员。面向客户的 报告是针对单个客户的，而面向运营商的报告还将综合各类信息，为运营商进行 服务运行分析和网络业务规划提供参考数据。 5 1 再评估( a s s e s s m e n t ) 与日常运行中的评估不同，这里的再评估特指对较长时间内s l a 运行情况的 一个综合、深入的分析和评估。再评估的目标是对现有s l a 业务进行优化，同时 为新s l a 产品的规划提供参考依据。 终止：当合同到期或合同终止条件发生时，运营商将终止服务的供应，相关服 务实例的s l a 生命周期随之终止。 2 1 3s l m 与s l a 为了对s l a 生命周期内的五个阶段进行综合性的管理，人们引入了s l m ( s e r v i c el e v e lm a n a g e m e n t ) 的概念。s l m 是对各种s l a 的创建到评估进行管 理的综合性方法。当前的电信市场，不同的服务提供商和用户需要不同的s l a 。 服务提供商分为三类：网络服务提供商( n s p ) i n t e m e t 服务提供商( i s p ) 以及应用 卫 基于i p 网络的s l a 评估系统研究与实现 服务提供商( a s p ) 。用户也分为三类：个人、团体以及公司。服务提供商所提供的 某种服务与其它服务相关联。从这种意义上来说，服务提供商可能是另一个服务 提供商的用户，于是他们相互签订合约。因此，有效的综合性的s l m 必须支持 复杂多样的s l a 。 图2 i 服务管理功能 s l m 主要分为七大功能：s l a 的创建、协商、准备、监测、维护、报告和评 估( 如图2 1 所示) 。s l a 的创建为指定的服务建立了一个s l a 模版。s l a 协商对 s l a 中的q o s 参数进行适当选择并商议在违反s l a 时的处罚的过程。s l a 准备 指服务的提供商配置网元和拓扑结构，为服务的提供做好准备。准备完毕后，服 务提供商必须验证与用户签订合约中的s l a 保证的程度。为了监视q o s 参数，需 要进行s l a 监测。当发现违反了某q o s 参数时，s l a 维护分析哪个q o s 参数出 现了降级及其产生的原因，然后通知s l a 准备对服务进行恢复。s l a 报告按用 户要求或者定期的提供性能信息。最后，出现违规时，s l a 评估对用户进行赔偿 或者处罚。 在上述的功能中，s l a 准备和s l a 监测是在网络管理层实现s l a 支持的服务的 关键。s l a 准备配置了确保质量的服务网络和系统结构。在网络服务领域内，己 经提出了许多新的流量工程方法( 例如：数学证明学习系统、区分服务) ，并且针对 第二章s l a 综述 基于q o s 的流量控制做出了大量的有价值的研究。s l a 监测按照s l a 中协定的q o s 参数为用户监测服务状态，并且为账单和报表系统提供基础。虽然己经明确了网 络监测对s i a 监测的必要性，并且在网络监测方面做出了大量的研究，但是很少 考虑如何将网络监测的结果应用于s l a 监测中。另外许多服务提供商采用自己私 有的s l a 监测方法。因此，应当考虑建立一个标准的s l a 监测方法，这对于一个 新投入基于s l a 服务的服务提供商是必需的。 2 2s l a 中的q o s 参数 s l a 监测是s l m 网络管理层中最重要的部分之一。s l a 监测中有两种输入 ( 如图2 2 所示) ，一种是各种与服务相关的q o s 参数，另一种是每个用户的s l a 合约。借助于网络监测系统完成s l a 监测后，s l a 监测的输出也有两种，一种 是问题通告，另一种是性能数据。 甲is l a 套y t 早 由审 输 褊j l ( s 溅二 l i 潮络妒麓冶溯系缔 图2 2s l a 监测数据流程图 目前，s l a 中描述服务质量的q o s 参数大多数是有关于用户方支持和可靠性 等方面的量度。常见的有： 用户方支持。它包括呼叫跟踪报告和对问题响应时间的保证。例如，供 应商会提供7 x 2 4 的支持；问题在收到报告后的2 4 小时内得到解决。 可靠性。它指的是指一定时间内的可用性保证。例如，保证网络在一年 内的故障时间不超过1 个小时；w e b 服务器在一年的使用中保证9 4 的 时间可用。 服务供应。它保证以某种方式提供某项服务。例如，一个供应商为他的 望 基于m 网络的s l a 评估系统研究与实现 用户提供了到w e b 服务器的多条e - 1 连接线路。 商业活动的连续性和故障修复。它保证在出现故障时有一个修复计划， 保证设备冗余，分布式备份和库存。 除了可靠性和用户方支持，服务性能也是商业应用的重要衡最标准。最近， 通信厂商发布的s l a 中提出了包括性能、利用率和安全性在内的测度： 性能。通常用响应时间和流量来表示。 响应时间。它规定了服务从用户提出请求到响应的最大时间间隔。例如， 在早上8 ：3 0 到下午5 ：3 0 之间的工作时间段内，对9 8 的用户所请求的服 务响应时间不超过2 秒。 吞吐量。它定义了数据传输速率。由于数据可以在多种媒质中传输，故 该尺度比较重要。例如，一个i n t r a n e t 用户在早上8 ：3 0 到下午5 ：3 0 之间 的工作时间段中可以在5 秒内下载一个2 5 6 k b 的g i f 文件。 利用率。它定义了服务在保证的响应时间和流量范围内可达到的最大利 用率。例如，系统在上网高峰期可同时为1 0 个用户提供服务支持。 2 3s l a 性能规范说明 s l a 性能可以通过应用层性能条款或者网络层性能条款的形式定义，网络供 应商可以根据自己提供的服务特性和用户要求，采取其中任何一种方式或者两者 的结合。 通常情况下，应用层s l a s 比网络层s l a s 更贴近用户的需求，但不是所有 的网络供应商都能为其用户提供应用层s l a s 。只有那些对网络设备、网络服务 的服务器具有完全控制权的网络供应商，才能够为其用户提供应用层s l a s ：对 于仅仅提供网络接入服务的供应商来说，他们对某些终端机并没有完全的控制权， 因此根本无法提供应用层s l a s ，只能够为其用户提供网络层s l a s 。但共同的是， 不管是在应用层还是网络层，可用性和响应速度都是s l a 的重要指标。下面我们 详细介绍一下网络层s l a s 和应用层s l a s 。 2 3 1 网络层s l a s 网络层s l a s 是网络供应商提出的、对其所提供的网络的网络层性能做出的 保障，它是根据网络中两点间的链路性能来规定的。如图2 3 所示，网络层s l a 可能通过以下三种方式来定义网络性能： “隧道”方式：网络层性能是以两个特定结点之间的链路性能来衡量的， 即从某个特定结点到另一个特定结点的所有流量情况。源结点和目的结 第二章s l a 综述 1 3 点在网络通信中形成了一个逻辑“隧道”，可以通过定义这两个结点之 间所有流量的延时不超过某个值来达到保证网络性能的目的。 “漏斗”方式：网络层的性能仅仅通过某特定结点来衡量，即从某个结 点进入网络的所有流量情况。从这个结点进入的数据包可能流向网络中 任何地方，形成一个漏斗的形状，这个特定的结点就是漏斗的底部。可 以通过规定这个结点到其它所有结点之间的流量延时不超过某个值来 保障网络的性能。 “云状”方式：网络层性能是以两个任意结点之间的链路性能来衡量的， 即从某个任意结点到另一个任意结点的所有流量情况。这样整个网络的 性能是模糊的，但性能的最坏情况总是存在下限，可以通过规定网络中 任意两个结点之间所有流量的延时不超过某个值来达到保证网络性能 的目的。 。式钦。方式 图2 3 网络层s l a s 的三种方式 以网络接入为例，网络供应商为用户提供了很多接入点，这样用户网络就可 以通过接入服务器与供应商的网络相连，从而实现对i n t e r a c t 的访问。网络供应 商根据每个用户对网络性能和可用性的不同要求定制合适的s l a s 。当接入服务 器的流量特性相近，并且不同接入服务器之间提供的服务类型相似时，网络供应 商通常会提供“云状”方式的s l a s ，定义任意两个接入服务器之间的延时不超 过某个特定的阀值；当某个站点的进出流量特别大，而其它站点的流量相对较小 时，网络供应商通常会提供“漏斗”方式的s l a s ，定义某个特定接入服务器到 其它所有接入服务器的延时不超过某个特定的阀值：当两个特定用户站点间的性 能需求比其它网络通信的类型要求都紧迫，需要在二者间建立特殊连接时，网络 旦基于m 网络的s l a 评估系统研究与实现 供应商通常会提供“隧道”方式的s l a s ，即定义两个特定接入服务器之间的延 时不超过某个特定的阀值。 从商业的角度来看，在这三种方式中，“隧道”方式在网络中是最容易支持的， 但同时也是最难规定的。如果每条隧道的流量负担和性能限制都是己知的，就能 够在网络设计上进行优化从而满足s l a s 的要求，但是对于每条可能的隧道均规 定一个具体的阀值是一件让人头疼的事情。另一方面，“云状”方式的s l a s 最容 易定义和管理，但不同用户对网络延时和吞吐率的需求是不一样的，网络供应商 应该综合考虑用户对各方面的不同要求，因此在实际操作中，常常使用实现更为 方便的漏斗方式商定s l a s 。 2 3 2 应用层s l a s 应用层s l a s 是网络应用服务供应商提出的、主要是用来保证其所提供的各 种不同应用层服务的质量。例如，在性能规范中可以包括下面的条款： 数据库服务器在连接用户小于2 0 0 时，对每个用户的响应时间不得超过 2 0 0 m s ： 小于i m b 的文件的下载时间不得超过5 秒； 正常工作时间内服务器的可用率不小于9 8 ，其它时段可用率不小于 9 5 。 应用服务是依靠网络来完成的，因此应用层s l a s 也是建立在网络层s l a s 的基础上的。如果网络层s l a s 不能保证一定的链路性能，也就谈不上什么应用 服务的质量，更不用说应用层s l a s 。一般来说，网络供应商在制定应用服务s l a s 时可以假定客户端和服务器端之间可能成为性能瓶颈的逻辑链路已经提供了特定 的网络连接s l a s ，对于那些成为瓶颈可能性相对较小的部分，可以忽略不计。 因此，般实现应用服务s l a s 分为两步：先根据应用层s l a s 决定相应的网络 层s l a s ：然后再提供合适的网络层s l a s 。 对于一个需要对整个计算机网络资源和用户进行全面管理的组织来说，应用 层s l a s 最贴近用户提出的性能要求。应用层s l a s 从用户最关心的应用服务单 元出发，规定了服务的性能指标( 例如：完成一次事务处理所需的时间或者从系 统得到某个服务的具体响应时间) 。应用层s l a s 中规定的性能主要与并行处理的 用户数目有关，同时也和服务器自身性能以及在服务器、用户之间起到连接作用 的网络带宽有关。网络供应商在提供应用层s l a s 时，可以明确指出达到此性能 标准的并行处理的用户数，该数字可以根据商业活动和预定与该活动相关的工作 站的数量进行预测。 第三章s l a 评估的理论研究 第三章s l a 评估的理论研究 本章针对s l a 评估展开了全面而又深入的研究。首先分析了s l a 监测技术 中的两大核心问题一一网络性能参数的采集与分析、网络服务性能测度到q o s 参 数的映射。在此基拙上，总结了s l a 监测系统中涉及的问题，最后提出了一个通 用的s l a 监测系统的系统结构。 随着网络技术的发展，网络运营商为用户提供了多种形式的s l a ，但是无论 实现哪种类型的s l a ，性能监测总是一个必不可少的步骤。s l a 监测的内容包括 提供服务的性能状态，以及为服务等级管理系统( s l m ) 提供相关的信息。为了帮 助s l m 系统监测指定的q o s 参数值是否达到要求，系统必须通过底层网络性能 监测系统采集性能数据，并将这些数据映射为q o s 参数，以确保服务质量确实达 到预定的s l a ，否则提供任何形式的s l a 都会变成一纸空谈。s l a 监测不仅为 验证网络运营商或服务供应商提出的s l a 给出了有力的证据，同时还为网络的重 新设计和资源的重新分配提供了有用的信息。用户也可以通过监测网络性能或应 用服务的性能，清楚地看到自己是否得到了s l a 合约中规定的服务等级。本章将 从理论角度分析s l a 监测技术的细节。 3 1 网络服务中的q o s 参数与网络服务性能测度 首先，从网络服务的角度来解释q o s 参数与网络性能测度( n e t w o r k p e r f o r m a n c em e t r i c s ，n p m s ) 。目前存在各种各样的网络服务，例如：租用线路服 务、虚拟专用网络、x d s l 服务、帧中继服务等等。 q o s 参数是向用户描述这些服务质量的例证，它必须方便用户理解服务的保 证程度。q o s 参数根据服务类型而有所不同。图3 1 列举了网络服务中常用的q o s 参数：可用性、传送率、响应时间、带宽、m t b f ( 相邻两次失败之问的时间) 、 m t r s ( 服务恢复的时间) 。这些参数的定义如下：可用性是每一次特殊服务请求 成功的概率( 以百分比的形式给出) 。t m f7 0 1 指出服务的可用性是用户关心的 一个关键参数。传送率与丢包率相反，指每一次服务中传送过程中未出现丢包的 百分 e ，对某些服务供应商而言，直接用数据包延时代表传送率，这取决于服务 供应商的决定。响应时间指数据包从服务接入点( s a p ) 到达远程目的服务器后返 回所花的时间，通常包括传输时延和队列等待时间。带宽指线路已用容量或者可 用容量。服务提供商通常向用户保证一个最大带宽，并且在s l a 合同中明确说明。 上面提到的四个参数可以直接由n p m 测量。而m t b f 和m t r s 是基于时间的， 无法直接由n p m 获得。 基于i p 网络的s l a 评估系统研究与实现 图3 1 网络服务中的q o s 参数 图3 2 网络性能测度 网络性能测度( n p m s ) 指在网络管理层上性能监测的基本参数。图3 2 中将 第三章s l a 评估的理论研究 1 7 n p m s 划分为四种类型：可用性、丢包率、时延和利用率。每一种n p m 含义如下： 可用性指网络管理层的连通性和功能性。连通性描述网络设备的物理连通性。功 能性指相关网络设备是否正常工作。