（通信与信息系统专业论文）面向sla的网络运行监测系统——拓扑管理模块的设计与实现.pdf

摘要 摘要 服务等级协定( s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ) 是服务提供商和客户双方经协商而 确定的关于服务质量等级的协议。s l a 是涉及多环节全生命期运行管理活动，对 s l a 运行参数的监测与s l a 执行的评估是其中十分重要而相当困难的环节。通过 对s l a 数据的分析，能够发现网络性能瓶颈，判断现有网络在满足服务质量方面 的能力，为网络的优化提供具体的参考依据。开发以s l a 为中心的网络运行动态 监测系统已经有强烈的用户需求和良好的市场预期。网络拓扑信息是对网络的一 种直观的抽象，是网络的基本属性之一。s l a 反映的是网络承载业务的性能和水 平。掌握网络的拓扑结构，可以发现网络元素之间的连接关系，可以确定业务端 到端路径，拓扑信息是进行s l a 参数采集、计算、分析的基础。知晓网络的拓扑 结构，便于把握全局，有助于快速定位网络故障，发现网络性能的瓶颈。离开了 网络拓扑，对网络性能的监测和分析就无从谈起，拓扑管理在以s l a 相关参数为 中心的监测系统中具有举足轻重的作用。 本文首先介绍了s l a 的相关知识，介绍了面向s l a 的网络运行监测系统的架 构和作用，阐述了网络拓扑管理在系统中作用和意义。 其次，本文提出了适用于s l a 管理的拓扑管理模型。这种模型根据参与s l a 不同实体的特点，不同实体在s l a 服务提供价值链中所处位置，以及不同实体对 网络的关注程度的不同，提供了网络拓扑的不同视角。 监视拓扑结构的变化是拓扑管理的一项重要内容。本文给出了一种主动和被 动相结合的拓扑监视策略，可以快速，有效的检查拓扑结构的变化。拓扑发现是 进行拓扑监视的工具，既可以满足系统在传统网络管理方面的需求，也是拓扑监 视中发现拓扑变化的数据来源。在拓扑发现算法的设计上，研究总结了现有的几 种网络层和链路层拓扑发现算法，本文对于目前的基于s n m p 和基于转发表的拓 扑发现算法进行了改进，提出了适用于本系统的网络层和链路层拓扑发现算法。 最后，对拓扑发现算法进行了测试，对于本算法中存在的一些不足给予了分 析。对本论文工作进行总结，给出了对拓扑管理进行进一步研究的一些看法。 关键字：服务等级协定，拓扑管理，s l a 监测系统，拓扑发现 a b s t r a c t a b s t r a c t s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ( s l a ) i saf o r m a ln e g o t i a t e da g r e e m e n ta b o u tt h el e v e l o ft l l es e r v i c eq u a l i t yb e t w e e nt w op a r t i e s s e r v i c ep r o v i d e ra n dc u s t o m e r s l ai sa m a n a g e m e n tp r o c e s sw h i c hi n v o l v e sm u l t i - l i n ka n de n t i r el i f ec y c l e t h ee x e c u t i o na n d a s s e s s m e n tp h a s e sa r ev e r yi m p o r t a n ta n dt h eq u i t ed i f f i c u l t w ec a r lf i n do u tn e t w o r k p e r f o r m a n c eb o t t l e n e c ka n de s t i m a t ec a p a b i l i t yo fp r e s e n tn e t w o r kt os a t i s f ys e r v i c e q u a l i t y , p r o v i d ei d i o g r a p h i cr e f e r e n c ed a t at oo p t i m i z en e t w o r kb ya n a l y z i n gd a t ao f s l ap a r a m e t e r t h ed e v e l o p m e n tn e t w o r km o v e m e n td y n a m i cm o n i t o rs y s t e mw h i c h t a k es l aa st h ec e n t r a l ，a l r e a d yh a dt h ei n t e n s ec u s t o m e r sn e e d sa n dt h eg o o dm a r k e t a n t i c i p a t e d n e t w o r kt o p o l o g yi n f o r m a t i o ni sa ni n t u i t i v ea b s t r a c to f t h en e t w o r ka n d t h eb a s i ca t t r i b u t e so ft h en e t w o r k s l ar e f l e c t st h ep e r f o r m a n c ea n dl e v e lo fn e t w o r k c a r r y i n gb u s i n e s s t h r o u g h t h en e t w o r kt o p o l o g yd i s c o v e r y , w ef i n dt h a tt h ec o n n e c t i o n b e t w e e nt h en e t w o r ke l e m e n t s ，c e r t a i ne n d - t o e n dp a t ho ft h eb u s i n e s s s l ap a r a m e t e r s f o rt h ec o l l e c t i o n ，c a l c u l a t i o na n da n a l y s i sb a s e do nt h et o p o l o g yi n f o r m a t i o n k n o w n n e t w o r kt o p o l o g y , e a s yg r a s pt h eo v e r a l ls i t u a t i o no fn e t w o r k ，c o n t r i b u t et or a p i d p o s i t i o n i n gn e t w o r kf a u l ta n df o u n dt h a tn e t w o r kp e r f o r m a n c eb o t t l e n e c k s l e f tt h e n e t w o r kt o p o l o g y , n e t w o r kp e r f o r m a n c em o n i t o r i n ga n da n a l y s i sw i l lb ei m p o s s i b l e ， t o p o l o g ym a n a g e m e n ti nan e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e mw h i c ht a k es l a a st h ec e n t r a l t h a tp l a y sa ni m p o r t a n tr o l e t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h es l ar e l a t e di n f o r m a t i o na n dt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o n o ft h es l a o r i e n t e dn e t w o r km o n i t o r i n gs y s t e m t h e ni n t r o d u c e st h ef u n c t i o na n d s i g n i f i c a n c eo fn e t w o r kt o p o l o g ym a n a g e m e n t i nt h es y s t e m t h i sp a p e ri n t r o d u c e st h em a n a g e m e n to fs l at o p o l o g ym a n a g e m e n tm o d e l ，t h i s m o d e le n t i t yi na c c o r d a n c ew i t hs l as e r v i c ep r o v i d e r si nt h ev a l u ec h a i nw h e r e d i f f e r e n tl o c a t i o n s ，t op r o v i d ead i f f e r e n tp e r s p e c t i v e m o n i t o rt o p o l o g yc h a n g e si nt h es t r u c t u r eo ft o p o l o g yi sa ni m p o r t a n tp a r to f m a n a g e m e n t t h i sp a p e rp r o p o s e sac o m b i n a t i o no fa c t i v ea n dp a s s i v es u r v e i l l a n c e s t r a t e g yt o p o l o g yc a l lb ef a s ta n de f f e c t i v ei n s p e c t i o nt o p o l o g yc h a n g e s t o p o l o g y d i s c o v e r yc a r r i e do u tb o t hi nt h et r a d i t i o n a ls y s t e mt om e e tt h e n e e d so fn e t w o r k u a b s t r a c t m a n a g e m e n t ，t o p o l o g yi sa l s of o u n di nt h es u r v e i l l a n c et o p o l o g yc h a n g ed a t as o u r c e s t h i sp a p e ri n t r o d u c e dt h es y s t e mt o p o l o g ym a n a g e m e n tm o d u l ed e s i g n t h i s p a p e r s t u d yo fv a r i o u sn e t w o r kt o p o l o g yd i s c o v e r ya l g o r i t h m s ，w h i c ha r ed i v i d e di n t ot w o p a r t s ：n e t w o r kl a y e rt o p o l o g yd i s c o v e r ya n dl i n kl a y e rt o p o l o g yd i s c o v e r y o nt h ea b o v e a l g o r i t h ma n a l y s i s ，s u m m e du pt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fe a c ha n dt h es c o p e o fa p p l i c a t i o n w i t ht h ef e a t u r e so ft h et o p o l o g yd i s c o v e r yi nt h es y s t e m ，w ei m p r o v e t h ea l g o r i t h mb a s e do ns n m pa n db a s e do nt h ea d d r e s sf o r w a r d i n gt a b l e f i n a l l y , t h ea l g o r i t h m sw e r et e s t e d ，a n dp o i n t so u tt h el i m i t a t i o no ft h e m t h e r ei sa s u m m a r yo ft h ew o r ki nt h i st h e s i sa n dg i v es o m eo p i n i o n so nt h ef u r t h e rs t u d yo ft h e t o p o l o g yd i s c o v e r y k e y w o r d s ：s e r v i c el e v e la g r e e m e n t ( s l a ) ，t o p o l o g ym a n a g e ，s l am o n i t o rs y s t e m ， t o p o l o g yd i s c o v e r y i i i 图目录 图2 1 图2 2 图2 3 图2 4 图2 5 图2 6 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图4 1 0 图4 1 1 图5 1 图5 2 图5 3 图目录 服务传递关系( f i g u r e1 1 g b9 1 7 ) 7 s l a 生命周期( f i g i 瓜e5 1 g b9 1 7 ) 7 系统结构模式图1 0 后台服务器功能模块图1 l 拓扑管理模块结构1 2 拓扑管理模块与其他模块关系1 3 s n m p 的5 种操作l5 m i b 库中的对象标识j 16 s l a 拓扑管理模型1 9 拓扑监视触发情况2 2 环型拓扑结构：3 0 转发关系表结构图3l 全网拓扑搜索算法流程图3 4 指定设备的拓扑搜索算法流程3 6 网络层拓扑发现算法例外情况的拓扑结构3 7 二级h a s h 表结构4 0 s n m p 报文的数据流向图4 1 链路层拓扑发现算法流程图4 3 二层中继设备拓扑结构实例图j 4 4 链路层拓扑发现算法例外情况1 4 5 链路层拓扑发现算法例外情况2 4 6 1 跳范围的拓扑结构图5 1 5 跳范围的拓扑结构图5 3 子网拓扑结构图5 4 v i 表目录 表目录 表3 1m i b 标识对象说明1 7 表3 - 2t r a p 的类型18 表3 3网络层拓扑发现算法比较2 7 表3 - 4链路层拓扑发现算法比较2 7 表4 。1网络层拓扑发现使用的m i b 信息2 8 表4 2链路层拓扑发现使用的m i b 信息3 8 表5 11 跳范围的三层中继设备连接信息4 9 表5 21 跳范围的三层中继设备与子网连接信息5 0 表5 35 跳范围的三层中继设备连接信息5 2 表5 4二层中继设备连接信息5 4 v 缩略语 s l a s n 呼 s p n g n q o s m i b c m i p i c m p o s p f m a c 避 a s i e t f i t u 缩略语 s e r v i c el e v e la g r e e m e n t 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 e r v i c ep r o v i d e r n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k q u a l i t yo fs e r v i c e m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o nb a s e c o m m o nm 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 i n t e r n e tc o n t r o lm e s s a g ep r o t o c o l o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t。 m e d i aa c c c s sc o n t r o l a d d r e s sr e s o l u t i o np r o t o c o l a u t o n o m o u ss y s t e m i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o ni j n i o n v i 服务等级协定 简单网络管理协议 服务提供商 下一代网络 服务质量 管理信息库 通用管理信息协议 i n t e r n e t 控制报文协议 开放式最短路径优先 介质访问控制 地址解析协议 自治系统 i n t e m e t 工程专门小组 国际电信联盟 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特另l j ) j n 以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：蛊l 哗一日期：堋年石月占日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名： 司茸 导师签 日期： 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 目前，随着电信市场自由程度的增加，导致竞争越来越激烈，s l a 正是在这 种激烈竞争的环境中产生出来。电信市场的竞争以及客户使用一些更加综合的服 务，这些都使服务提供商需要更加有效的提供服务，从而提升自己的竞争力。随 着电信市场的开放，越来越多的服务提供商进入这个市场争夺客户，s l a 提供了 一种吸引客户的方法，s l a 可以使用户和服务提供商之间建立一种信赖关系，s l a 是服务提供商和客户双方经协商而确定的关于服务质量等级的协议。制定该协议 是为了使服务提供商和客户对服务、优先权和责任等达成共识。s l a 使服务提供 商向用户提供一种有保证的分等级的服务，当服务提供商承诺的服务等级不能达 到时，服务提供商将会按照合同的约定对用户进行赔偿【l 】。 目前，i p 技术和i p 网络取得了极大的成功，下一代网络( n g n ) 也将是基于 i p 技术的网络。用户对于i p 服务的质量也有了相应的要求，因此s l a 正在进入 i p 网络。s l a 是涉及多环节全生命期运行管理活动，对i p 网络的s l a 参数进行 监测和评价是将s l a 应用于i p 网络的一个重要环节。 网络拓扑信息是对网络的一种直观的抽象，是网络的基本属性之一，知晓网 络的拓扑结构有助于掌握网络运行的全局。s l a 反映的是网络承载业务的性能和 水平。网络中的任何业务都要经过路径传递，掌握网络的拓扑结构，可以确定业 务端到端的路径，网络承载业务的性能和水平在很大程度上和网络拓扑结构相关。 在d 网络中，分组的传播路径和一些网络的性能指标随时都在变化，这些变化在 很大程度上也和网络的拓扑结构相关。网络拓扑信息对s l a 参数的监测和评价具 有重要作用。 对网络的s l a 参数进行监测，评价网络承载业务的性能和水平，最大障碍之 一就是缺乏有效的拓扑管理。s l a 参数与网络元素的特征以及这些网络元素承载 业务的能力相关。网络的拓扑信息正好反映了这些网络元素之间的关系。如果不 能对网络的拓扑信息进行有效的管理，很难做到对网络性能进行监测和评价，使 端到端的网络性能参数的测量和管理变得非常复杂和困难。 传统网络管理系统的拓扑管理往往是集中在被管理的网络和网元上，其拓扑 电子科技大学硕士学位论文 模型反映了被管网络和网元之间的逻辑从属关系和物理包含关系。传统的拓扑管 理模型对所有的用户呈现单一视角的拓扑结构。与传统的各种网络管理软件系统 不同，本系统是面向网络服务，以s l a 参数为中心，监测网络运行的态势，监测 网络承载业务的性能。服务提供相关的不同实体在服务提供价值链中所处的位置 不一样，不同实体的业务管理职能、力度和策略会有很大的差别，使用单一视角 的拓扑管理模型来反映不同实体对业务的影响是不完备的，所以应该按照每个实 体参与业务的情况和对业务的理解以及其自身在业务提供价值链中的位置，采用 多视角的拓扑管理，这样才能建立全面完备的s l a 拓扑管理模型 2 1 。 拓扑监视和拓扑发现是拓扑管理的两个重要内容。拓扑信息是s l a 参数的基 础，为大量s l a 参数的测量和计算提供链路信息，有些s l a 参数甚至直接由拓扑 信息决定。监视网络拓扑的变化，是正确获取s l a 参数的保证，直接影响网络服 务等级的评定。建立一套及时、准确的反映拓扑变化的拓扑检查策略，设计一种 快速、高效的拓扑发现算法是拓扑监视的关键。 拓扑发现提供的拓扑信息不但是拓扑监视的基础，也可以满足传统网络管理 的功能和要求，是配置管理的核心，故障管理的基础。知晓网络的拓扑结构，有 助于快速定位网络故障、网络性能的瓶颈。 1 2 研究现状 s l a 最早出现在1 9 9 8 年帧中继论坛推出的服务水平定义实施协议中，该文件 为帧中继业务的几个关键特性定义了可接受的参数，例如，帧传输延时、帧传送 率、数据传送率和业务可用性( 或者为正常运转时间) 等。它除了向帧中继用户描述 了具体的性能和可获得的参数外，还有一个更加重要的目的，它使帧中继提供商 能够满足自身制定的标准，从而向其客户保证有能力提供可信赖的服务。各种各 样的业务提供商紧随其后，s l a 产业开始萌芽。最近几年来，s l a 在国外用得十 分普遍，从口骨干网、v p n 到互联网数据中心，网络服务提供商都推出了相应的 s l a 。据不完全统计网，在美国仅1 9 9 7 年一年内就有3 3 的网络服务提供商与其 商业用户签署了s l a ，所有i n t e m e t 用户有9 4 认为网络服务提供商提供的s l a 是必不可少的，8 4 的用户表示愿意为得到网络服务提供商更良好的服务而额外付 费。 目前市场上已存在基于多种平台的网络服务级别跟踪和报告的系统工具，如 r e s p o n s en e t w o r k s 公司的v e r i s e r v ，i n f o v i s t a 。c o r p 公司的i r r f o v i s t as y s t e m s ， 2 第一章绪论 m i e r o m u s e 公司的n e t c o o l ，v i t a l s i g n ss o f t w a r e 公司的v i t a l s u i t e ，c o n c o r d c o m m u n i c a t i o n s 公司的n e t w o r kh e a l t hr e p o r t e r ，h e w l e t tp a c k a r d 公司的h p f i r e h u n t e r 等等。这些工具可以监视网络服务，将网络监测和网络监控一体化，主 要甬于主动益测和管理i n t e r n e t 上的各种服务信息，为各种服务信息指定一套基了 性能的基线【3 j 。 在网络拓扑发现的研究领域，出现了以下的成果： 互联网数据分析协会( c a i d a ) 以t r a c e r o u t e 为基础，综合b g p 表，开发 了s k i t t e r 系统，探测组成i n t e r n e t 的网络节点之间的连接关系。 c o m e l l 大学开发的o c t o p u s 系统，综合s n m p 、t r a c e r o u t e 、启发式猜想等 拓扑发现方法，进行域内和骨干网的拓扑发现。 南加州大学工程学院信息科学研究所，设计了一个拓扑发现原型 m e r c a t o r ，利用t r a c e r o u t e 等工具提供的逐级回馈发现网络拓扑中的i p 地 址，构造网络拓扑图【4 j 。 国外网络管理系统已经有很多并且也带有各自的拓扑发现功能，使用较多的 有h p 公司的o p e n v i e w ，c i s c o 公司的w o r k s ，i b m 公司的n e t v i e w ，c a b l e t r o n 公司的s p e c t r u m 。虽然国外的商用网管软件在功能和性能上都是很出众的，而且 大多数的软件也都推出了第三方的开发平台，但是主要的问题是价格的昂贵和二 次开发的限制1 5 j 。 w o r k s 2 0 0 0 c i s c ow o r k s 2 0 0 0 是一款用于管理c i s c o 设备的产品。c i s c o 专门开发了c i s c o d i s c o v e r yp r o t o c o l 协议用于c i s c o 产品的通信取得设备的信息，也可以用于拓扑发 现。由于采取了专有的协议，在异构网络环境中c i s c ow o r k s 2 0 0 0 就无法使用了。 o p e n v i e w h p 公司的o p e n v i e w n e t w o r kn o d em a n a g e r 它以直观的图形方式提供了深入 的网络视图。h p 的这个系统可以发现网络设备，并且提供网络实际状况的视图。 在初始化的时候提供一些支持s n m p 节点，使用s n m p 提供的信息构建网络拓扑， 利用i c m p 动态发现设备的存在性 6 1 。 t i v o l in e t v i e w i b m 的t i v o l in e t v i e w 采用的是c m i p ( c o m m o nm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n p r o t o c 0 1 ) 管理协议，只能用于s n a ( s y s t e m sn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ) 架构的网络拓 扑发现。t i v o l in e t v i e w 是m m 公司在h po p e n v i e w 的基础上发展起来的，加入 了大量的应用，特别是对s n a 网络的支持。 电子科技大学硕士学位论文 s p e c t r u m c a b l e t r o n 公司的网络管理系统产品叫做s p e c t r u m 。该产品可以运行在u n i x 或w i n d o w sn t 平台上，s p e c t r u m 是一个面向对象的系统，并且是真正按客户一一 服务器模式设计的。它有两个关键部件，分别是客户端称做s p e c t r o g r a p h 的用户 界面和服务器端的s p e c t r o s e r v e r ，后者负责设备轮询、数据采集与存储以及执行其 他动作以保证网络的正常运行。该产品的关键优势是其各种层次的网络视图。其 中3 种视图是：位置视图，拓扑视图，组织视图。s p e c t r u m 还具备自动发现设备、 支持s r i 的数据库管理系统等功能。 网络拓扑发现算法主要发生在网络层和数据链路层。因此根据算法涉及的层 次将算法分为两类：网络层的拓扑发现和数据链路层拓扑发现，也称为三层拓网 络扑发现算法和二层网络拓扑发现算法。 网络层拓扑发现算法是用来发现网络层设备间的互连关系，包括三层中继设 备之间、三层中继设备和子网之间的连接关系。目前这类拓扑发现算法总结后主 要有以下几种： ( 1 ) 基于i c m p 协议的网络拓扑发现算法【7 】【8 】【9 】【1 0 】【1 1 】【1 2 】。用p i n g 依次检测 i p 地址区间的每一个i p ，对p i n g 后结果依次进行t r a c e r o u t e 操作， 记录t r a c e r o u t e 结果，取得到达该i p 的路由，再发送掩码请求报文得 到子网掩码，将每个i p 加入相应的子网。 ( 2 ) 基于o s p f 路由选择协议的网络拓扑发现算法【1 3 】【1 4 】【1 5 】。通过实现 o s p f 协议与路由设备通信，得到网络路由信息来提取网络拓扑连接信 息。该算法性能高，速度快。缺点是：实现难度大，只限于一个自治系 统范围内进行拓扑发现，无法获得子网信息，并且要求所有的路由器支 持o s p f 协议。 ( 3 ) 基于s n m p 协议的网络拓扑发现算法【1 6 】【1 7 】。该算法利用s n m p 协议 采集网络设备中的路由信息，然后利用采集到的路由信息来提取网络拓 扑连接信息，能较好的得到详细连接情况。该方法目前应用最为广泛， 适用条件是各个中继设备的m i b 均能被访问。它的拓扑搜索方式可以 采用广度优先，也可以采用深度优先。 链路层拓扑发现算法是用来发现子网内部交换机与交换机之间、交换机与主 机之间的连接关系。由于网桥的透明性，这给发现数据链路层的设备增加了难度， 使链路层网络拓扑发现更具挑战性。目前对于链路层网络拓扑发现算法的研究主 要有： 4 第一章绪论 ( 1 ) 基于地址转发表的链路层拓扑发现算法【1 8 】【1 9 i 2 0 1 1 2 1 1 ，通过获得交换机的 地址转发表来得到设备间的连接关系。 ( 2 ) 基于网桥的生成树协议的链路层拓扑发现算法 2 2 1 1 2 3 1 1 2 4 1 ，它只能发现交 换祝之问的连接关系，不能发现交换祝与土机的连接关系。目前这几种 算法都要求网络中的交换机设备支持并开放s n m p 服务。 1 3 本文的组织结构 第一章，阐述了论文的选题背景，分析了国内外s l a 监测和拓扑发现技术的 研究现状。分析了拓扑管理在以s l a 参数为中心的监测系统中的重要性以及作用。 第二章，介绍s l a 的相关概念，介绍面向s l a 的网络运行监测系统的架构， 拓扑管理模块在系统中与其他模块的交互。 第三章，介绍了s l a 拓扑管理的设计。介绍了适用于s l a 管理中不同实体的 多视角拓扑管理模型，介绍了拓扑监视策略，拓扑检查策略，拓扑发现算法的选 择。 第四章，介绍系统中拓扑发现算法的实现。包括网络层拓扑发现算法和链路 层拓扑发现算法的实现。 第五章，拓扑发现算法的测试。展示了系统中采用的拓扑发现算法的测试结 果。 第六章，总结论文工作，说明了需要进一步研究的问题。 5 电子科技大学硕士学位论文 2 1s l a 综述 2 1 1s l a 的定义 第二章系统介绍 s l a 是服务提供商和客户双方经协商而确定的关于服务质量等级的协议。制 定该协议是为了使服务提供商和客户对服务、优先权和责任等达成共识。s l a 是 网络运营商j j l 务提供商( n e t w o r ko p e r a t o r s e r v i c ep r o v i d e r ，n o s p ) 之间或是网 络运营商服务提供商和客户之间经过正式或非正式协商的一系列适当的程序和目 标。s l a 可以涵盖服务提供商和用户之间关系的很多方面，如服务性能、用户关 注、计费和服务提供等。然而，虽然s l a 可以涵盖这些方面，但是s l a 的主要目 的是在服务等级上达成协议。s l a 合同中包含服务提供商提供保证的、用于说明 服务质量水平的q o s 参数，使服务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 同时是一个法律规范文档，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。 服务提供商( s p ，s e r v i c ep r o v i d e r ) 是指提供电信服务作为业务的公司或组织。 服务提供商可能运营网络，或者只是组合其它提供商的服务以向他们的客户提供 完整的服务。当前服务提供商已经成为一个通用术语，它包括网络运营商( n o ， n e t w o r ko p e r a t o r ) 、电信服务提供商( t s p ，t e l e c o ms e r v i c ep r o v i d e r ) 、服务提供 商( i s p ，i n t e m e ts e r v i c ep r o v i d e r ) 、应用服务提供商( a s p ，a p p l i c a t i o ns e r v i c e p r o v i d e r ) 和其它提供服务的组织，例如需要或是具有s l a 能力和需求的企业内部 i t 组织。 客户( c u s t o m e r ) 是指基于合同关系接受服务提供商提供的各种服务的实体。 客户是网络服务的最终购买者，是消费服务的事务。 服务提供商是服务提供方，客户是预定并接受服务的一方。服务提供商和客 户都在服务提供的价值链中。在该价值链中一个s l a 中的客户可能是另一个s l a 中的服务提供商，一个s l a 中的服务提供商可能是另一个s l a 中的客户，具有传 递关系，如图2 1 所示。 6 第二章系统介绍 图2 1 服务传递关系( f i g u r e1 1 g b9 1 7 ) 2 1 2s l a 的生命周期 服务提供商 s l a 的管理分为5 个阶段：产品和服务的开发阶段，协商和定制阶段，实施 阶段，执行阶段，评估阶段。如图2 2 所示。 图2 - 2 s l a 生命周期( f i g u r e5 1 g b9 1 7 ) ( 1 ) 产品和服务开发阶段 这个阶段可以被看作是s l a 的起始阶段。这个阶段的主要工作包括：明确客 户需求；明确所提供的服务的特征，明确反映服务水平的参数及参数取值范围， 服务水平等级划分；了解网络的实际能力以及设计s l a 模板。完成s l a 研究报告 并且设计出s l a 模板标志着这个阶段主要工作结束。 ( 2 ) 协商和定制阶段 这一阶段的主要工作有：服务提供商与用户协商服务水平的s l a 参数，明确 各参数取值。双方协商付费，赔偿，明确输出报表的要求。服务提供商与用户签 署s l a 标志着这个阶段结束。 7 电子科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 实施阶段 这个阶段是执行服务指令和供应。根据客户所需服务配置网络，开通客户所 需服务。这个阶段是保障s l a 顺利执行的基础。 ( 4 ) 执行阶段 这个阶段的主要工作有：对网络的性能进行监视，报告相关s l a 参数，验证 s l a 有效性，并且当发生不满足s l a 的情况时按照协商和定制阶段签订的合同进 行处理。 ( 5 ) 评估阶段 有两种类型的评估：一种是客户根据自己的要求，检查s l a 的执行情况；另 一种是服务提供商总结自身在性能、管理等方面的综合表现。双方可以根据评估 的结果决定是否需要对s l a 进行修改。 本系统就是处于在整个s l a 生命周期中的执行阶段。实施s l a 管理就要求使 用者能对当前运行的网络性能进行准确的实时的监测，获得s l a 规定的网络性能 参数，由此对网络性能和服务进行监测和评估。 2 1 3s l a 参数的定制 i e t f 作为i n t e m e t 网络协议以及标准的制定者一直关注i p 网络的服务质量问 题，并成立i p p m 工作组来负责网络性能方面的研究及性能参数的制定。i p p m 将 要开发一系列可应用于数据传输服务的质量、性能和可靠性的标准度量。i ，r u t 对 i p 网络性能参数的定义来源于对数据网络( 包括a t m ，帧中继等) 性能参数的研 究。 两个标准组织i t u t 和i e t f 制定的i p 网络性能参数大致是相同的，都包括 了连通性、时延、分组丢失和流量性能四种基本的性能参数。 ( 1 ) 连通性 网络的连通性是网络提供服务的基础，它体现了网络的基本可用性。没有连 通的网络是不能提供服务的。严格的说，网络的连通性是网络的一种基本能力或 是属性，虽然不能称其为性能，但是同样可以用一些方法对其进行定量的测量。 ( 2 )时延 时延很大程度上体现了网络的转移效率，对许多业务来说是具有决定性的， 特别是一些实时业务，时延的增大有时会导致这些业务无法正常进行。同时比较 大的时延会影响到传送层的协议，比如t c p ，由时延所造成的超时将使上层协议 8 第二章系统介绍 实际获得的带宽大大下降。时延既表现了网络的运行状况，也是组成网络的网元 性能的一种体现，网络时延的最小值可以近似看成是路由器转发时延和链路传送 时延的总合。 ( 3 ) 分组去矢 分组丢失率体现了网络的可靠性，即网络能否可靠地传送数据。分组丢失率 的大小同样会对传送层乃至应用层的服务产生重大影响。 ( 4 ) 时延变化 时延变化对许多服务来说是非常重要的指标，体现了网络的稳定性。对实时 的语音和视频业务等有重要意义。最大时延变化决定了输入缓冲区的大小。 ( 5 ) 流量 流量是网络质量的一个重要指标，体现了网络的容量。当前多媒体业务迅速 增加的趋势下，网络对大批量数据的传输或者网络的吞吐能力成为网络性能的重 要方面。 i e t f 和i t u t 所制定的性能参数又有各自的特色和针对性。i t u t 的定义着 重于网络对i p 分组的实际传送效果来区分，而i e t f 则在此基础上更注重对业务 的支持。i e t f 中提出了一种通用性说明，即每个参数的具体测量都应该与所承载 的上层应用联系起来。同时i e t f 更加趋于将参数的定义与实际测量的可操作性联 系起来，针对其在性能框架中对测量方法学的研究，每个参数都包含单体度量、 抽样度量和统计度量三个方面的定义。 s l a 参数集中的技术特定参数体现了网络承载服务的服务质量。i p 网络是基 于分组的无连接网络，i p 网络承载服务质量主要通过服务可用性( 网络连通性) 、 分组转移效率、网络可靠性、网络稳定性和网络吞吐性能来衡量。通过结合i p 网 络服务性质和i e t f 与i t u t 定义的各种性能参数，我们制定了s l a 的i p 网络参 数集。s l a 参数分为三大类：技术特定参数，服务特定参数，服务技术独立参数。 ( 1 ) 技术特定参数。这些参数都集中于网络的基本服务性能，对上层服务提 供不同方面的基本支撑，这些参数综合地体现了网络承载服务的服务质 量。包括：服务可用性、吞吐率、占用率、分组丢失率、分组差错率、 时延、时延抖动。 ( 2 ) 服务特定参数。各应用业务服务共有服务状况参数是各种服务都有具有 的，体现的是服务提供商为客户提供服务的情况。服务特定参数包括： 服务响应时间、连接建立时间、服务请求处理速率、服务请求处理率等。 ( 3 ) 服务技术独立参数。这类参数主要提供系统支持，即反映了服务提供 9 电子科技大学硕士学位论文 商对所提供服务的整体支持，服务提供商需要在与客户签订的s l a 中 承诺故障间隔时间不超过多少，故障发生后保证在多长时间内恢复服 务。为了满足这类参数服务提供商需要对网络的整体情况进行全面的掌 握，及时的发现故障、解决故障、恢复服务。服务技术独立参数集包 括：平均故障间隔时间、平均服务恢复时间。 2 2 系统架构介绍 性能优异的s l a 网络监测工具对于厂商和用户都有着很重要的意义。对于供 应商可以增强部署新应用的信心，对于用户可以增加用户的信心和用户满意度。 通过s l a 网络性能监测工具可以连续的、可靠的周期性度量网络的性能，用户可 以确认它的网络应用是否按照他们的需求在运行【2 5 】。 本系统是面向s l a 的网络运行监测系统，以s l a 相关参数为中心，提供网络 运行动态的实时监测。主要功能是以i p 网