第三讲I网络测量

第四讲IP网络测量马满福5/24/2023本章内容一、网络测量的概念二、测量方法三、网络性能测量结构五、测量实现1、时延测量

2、带宽测量

3、流量测量

4、拓扑测量六、时钟同步方法一、网络测量的概念1、概念网络性能是一系列对于运营商和用户有意义的、可用于系统设计、配置、操作和维护的参数进行测量所得到的结果。网络测量就是遵照一定的方法和技术，利用软件和硬件工具来测试或验证表征网络性能的指标的一系列活动的总和。网络测量包含以下三个要素：测量对象，也就是被测量的节点和链路，以及待测量节点、链路或网络的某种或某些特性；测量环境，包括测量点的选取，测量时间的确定，测量设备、通信链路的类型等；测量方法，也就是针对某一具体的网络行为指标，选取合适的测量方法。网络测量的概念测量方法应该满足三个方面的要求：稳健性，即被测网络的轻微变化不会使测量方法失效；可重复性，即同样的网络条件下，多次测量结果应该一致；准确性，即测量结果应该能够反映网络的真实情况。网络实体是网络测量的对象。网络实体可分为节点和路径。一个节点并不一定是一个简单的物理实体,它可以是一系列的设备(包括一个自治系统、一个交换机或一个虚拟的节点)。一跳路径是从一个节点到另一个节点的单向连结，在2个节点中的路径作为测量端点。网络测量的概念2、测量的参数定义网络性能参数在国际标准化组织ITU-T（国际电信联盟远程通信标准化组织(ITU-TforITUTelecommunicationStandardizationSector)和IETF的IPPMWG（IPPerformanceMetricWorkingGroup）工作组分别进行。(1)ITU-T定义的IP网络性能参数①IP包传输延迟（IPTD：IPPacketTransferDelay）②IP包延迟变化（IPDV：IPPacketDelayVariation）:参考一个估计值③IP包误差率（IPER：IPPacketErrorRatio）④IP包丢失率（IPLR：IPPacketLossRatio）⑤虚假IP包率（SIPR：SpuriousIPPacketRatio）⑥IP包吞吐量（IPPT：IPPacketThroughput）⑦基于字节的IP包吞吐量（IPOT：OctetbasedIPpacketthroughput）网络测量的概念(2)IETF定义的IP网络性能参数①IP连通性：连通是网络服务的基本假设。②单向延迟③回路延迟④IP包丢失率⑤IP包的延迟变化：IP包的延迟变化是在RFC3393中定义的。它基于度量值单向延迟，定义为同一数据流中的2个包的单向延迟之差。从定义可看出，2个标准化组织制定的网络性能参数包括：延迟，延迟变化，丢包率等。网络测量的概念3、测量的误差（1）网络测量中的误差精度表示测量工具设计时所允许的最大误差。准确性是由于测量设备本身固有的局限，而在其结果中引入大量的人为的各种不同类型的偏差。（2）测量误差的修正与校准寻找一些有助于在数据分析中检测误差、错误和错误概念的技术对于测量来说是非常重要的研究方向，这些即为修正或校准技术。网络测量中有四种基本的校准方法：检验特殊数据；自一致性检查；采用多种不同的方法来测量一个对象并比较测量结果；利用人工合成的数据对测量分析系统进行评估。

网络测量的概念4、网络测量的应用(1)故障诊断(2)协议排错(3)网络流量特征化(4)性能评价或QoS(5)其他用途二、测量方法1、拓扑测量与性能测量拓扑测量指的是测量网络的拓扑结构或者逻辑拓扑关系图，以及具有地理信息的拓扑图。性能测量的内容包括时延、吞吐量、丢包率等，同时可以分析网络的可靠性、稳定性和有效性。2、单点测量和多点测量根据测量环境中地点的分布，可以把网络测量分成单点测量和多点测量。测量方法3、主动测量与被动测量主动测量向网络中传送特定的探测包，通过对探测数据包所受网络影响而发生特性变化的分析，得到网络性能参数和网络行为参数。被动测量通过在网络中的一个或多个网段上借助包捕获器（如sniffer）捕获数据的方式记录网络流量，并对流量进行分析，被动地获知网络行为状况。被动测量不必主动发送测量包，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。三、网络性能测量结构网络性能测量平台采用分层结构进行组建。分为四层如图所示。网络性能测量结构1、数据采集层：负责完成各种网络基本性能数据的采集工作。数据采集层实体向被测网络发送探针/记录相关信息，根据需要有选择地从网络中抽样采集数据，并在必要时与路由器进行通信获取相关数据。网络性能测量结构2、数据存储层：完成网络性能相关数据的分布式存储。不同类型的数据需采用不同的存储策略。网络拓扑数据，在测量任务生成、测量结果数据后处理及其展现等工作中都会被使用，需集中存储，并保证其具有很高的访问效率。网络基本性能数据，如每个探针在网络中经历的时延记录等(数据量非常大）经过汇总分析后可以得出更能说明网络性能状况的统计数据。因此，对于基本性能数据，可以将其存储在采集数据的主机上，并在适当的时候删除。网络性能测量结构3、数据处理层：在测量平台采集到的基本性能数据基础上，利用多种算法从时间尺度、空间尺度等多个方面对数据进行分析与处理，完成误差纠正、异常数据过滤、统计计算等功能，将网络基本性能数据抽象为便于用户分析网络行为、定位网络故障、解决网络性能问题的测量结果数据。如根据测得的端到端路径性能数据推测各链路的性能，便于用户寻找网络性能瓶颈等。网络性能测量结构4、数据展现层：将测量平台测量所得的数据、分析所得的结果，以更加人性化的方式展现给用户，并根据需要将相互关联的数据以多种形式综合表现出来，便于用户发现数据间深层次的关联关系，以解决用户所关心的问题。五、妥测量泳实现1、时壶延测筑量影响丝式网络肿传输较时延贡的因坡素很庭多，洗主要鹅分为勺三大斑类：网络姓本身外的性据能；测量粒数据肯包的间特定竞性能嚼；当前盐的网干络流缺量。时延场测量帅首先筛要消从除测遍量中呆出现田的随到机性慈。如窜同任精何测舅量一晶样，筐对网找络的聋时延旁测量疯存在感很大您的随集机性百。其栗次是己对单撞向时变延的贱测量闷，必或须保谦证网显络入水口点缎和出瞧口点欢的时敬钟同餐步。邻如果寇时钟陵不同拜步，涝则单崖向时酷延测苹量会销有很销大的燃时钟握误差拳。测量却实现网络轿分组葬的时攻延Dto匠ta行l是一是个随以时间折变化挠的随宵机变育量，幸由固劳定时刊延Dfi浩x和可适变时穗延Dva存r两部她分构留成。兆固定宣时延Dfi信x是基价本上邪不变姿的，粒它由纺传播暑时延dp和传朵输时贺延dtr卵an构成央。传规播时孝延dp由固搜定的粱物理恼传输累介质蕉确定民并且接是固喉定的嫩。传亦输时赖延dtr轧an由分思组大纯小和蜻链路袜的容赖量决姜定，页一个惠分组蔽的大死小一感旦固跑定，参通过日的链煌路容乖量便章是固腰定的仇，其茧传输王时延dtr症an也是未固定瓣的。溪因此歼分组至时延Dto桨ta鼓l可以垦用公勉式描替述：Dto语ta四l=Dfi宾x+Dva签r=dp+dtr缘瑞an+Dva船r测量续实现固定讨时延择可以眠看成做与分陪组大惠小成葱线性扩的关倍系。块假设吃网络统入口泰和出爸口之予间由N条链哥路构颗成，栋第i条链历路的骂容量无为Ci，分冈组的待大小杠为s，链导路i的传泊播时纽奉延为dip，则蔑固定归的时益延可萌以用醋下式浪描述旬：测量具实现分组沾时延把中的召可变睡时延觉是由叹很多慢因素上造成笛的。腹它可最以分芝成：中间裕路由悟器处低理时叠延排队舟等待孟时延分组拾的时辱延具六有突向发性嫩和偶那然性直，为笛了能令够使捷测量破结果状尽可舟能地脑反映贵网络越的真走实情窄况，它可以并采用宗低通礼滤波路的方行法来愚消除房诚随机才性。测量亮实现2、可刊用带伟宽测雕量带宽惠的概胶念包禽括链怒路带槽宽和灭有效厕带宽着。链路累带宽旗是链粉路自暮身的笔容量缴，不畜因链叨路中返其他刺流量初的存负在而虽改变州。有效释带宽胡是某抖一时召刻在激给定垄链路医上发替送数雹据可番用的备最大蚊带宽胖，会题随该陆链路挨中背帆景流捡量的步变化恢而变辞化。果有效耻带宽谈是动麻态的痰，因辆此对堪它进请行测窝量比毒较困察难。对网圣络带货宽测催量的窄研究败上作婆主要孤集中找在两令个方复面：端到围端(e蜻nd锁-t狠o-喘en霉d)带宽坐测量领：端打到端寄带宽饿测量排是对警源、魔宿两浑端之系间的惜网络已路径絮的带术宽参膏数进剂行测巩量，文包括吓端到沟端的规瓶颈古带宽粥测量塑和端覆到端鲜的可第用带炕宽测词量；逐跳(p遇er哭-h易op胆)带宽剑测量沉：主敲要是目测量镇网络可路径止上各茄段链孩路的热带宽画参数礼，着嫂重于攻测量楼逐跳斑链路摇的带翻宽值测量郑实现可用博带宽忌通常宵是指摆一段狡时间绒内的晨平均旦可用弦带宽轿。测量杯困难哑：①没有弦统一谅的可泪用带检宽的己准确绿定义间；②可用挥带宽洒随时淋间不霞断变翠化；③长时辞间内,它的骑变化馅范围吩比较炭大。目前趟测量仿可用洞带宽伸的几厅种方裂法通模常都首做了捆如下送假设窝：碧时间玩平均屯后的孔链路迫使用舅率是格一个停常数狭。网吃络路胃径上亲的业衔务负胖载相熊对稳污定、欧这债个假屑设在血短时结间内匀相对泥合理测量惭实现SL饭oP再S技术SL拴oP腹S（Se烧lf报-L费oa那di挑ng衫P吐er骂io枣di元c哗St监re库am亚,自加熔载的拾周期狗性探扮测流谅技术桌）的农基本蜓原理箱为：眉源端户发送约数目似为K的等紧长探旧测分酷组到主接收厚端(分组汽流以伯一定迎的速乖率持券续)，然像后监抢测探用测分恨组单损向时弹延的阔抖动磨。这钻里假窄设链突路遵挥循先略来先己服务剂的规丧则。喉如果眉以T为周橡期发标送长吸度L的K个分敢组，户那么鼻发送患速率R=僚L/帝T。如填果流件发送吊速率R比路炉径的帽可用去带宽A高(R冷>马A律)，会鸟导致荒探测能分组库流在谢可用点带宽酱最小恐链路枯中排她队而紫造成戒短时杠过载输，发膝送分的组的损排队撒时延宝呈上射升趋雁势，信因此牧接收场端监椒测的耕单向侧时延Di(i=1，2，…,倒K)呈上膝升趋敏势，款如果略流发拜送速剖率R比路唐径的软可用冶带宽A低(R沫<A教)，探狂测分违组将突顺利慨地通帅过路衫径中姐的可明用带足宽最丽小链软路，处不会动引起世拥塞沸或者卵排队袍，单怪向时棋延Di(i=1，2，…,凤K)并没乌有上胖升的吉趋势测量琴实现发送限者用欠不同规的速遥率R(麦n)发送逮一系光列分鱼组来咳探测惨路径从，接宣收者允分析勇分组峡的端盈到端屡时延展，并王根据麦每个助流的垒单向会时延液变化划趋势纽奉，把师推断舱出的R跌(n糟)与A的关踏系通猴知给用发送报者，火如果R(宽n)>闻A，发份送者券下一丛个周炭期发愈送数艇据流椒的速眯率R(酸n+赌1)灶<R(幻玉n)，反挖之，R(弟n+日1)却>R(棋n)。R(热n+妙1)可以汇采用扩如下辟方式挨计算旨：IFR(棋n)>盗A,Rm阴ax=R(妈n)；IFR(肯n)<酿=A准,Rm巡寿in=R(闻n)；R(刊n+酿1)箩=(拔R晶ma古x+信Rm押in舍)/废2Rm每ax和Rm衡in分别乌是第n+燥1次探缸测流兵之前风的发魂送速烂率上变限和冒下限盖，最五初Rm文in=0，Rm扑ax设置辱为端舟到端扣路径联带宽钟或者约某一沃较大辜值。测量霞实现3、流鸟量测熊量目前旁的研约究中扒，网艰络流鞭量的信测量纱多采顽用被杰动方耻式，顾其数坊据采男集主孤要有禾两种我方法琴：直粒接读鹊取MI制B对象填的流粒量信旅息和逼网络翻侦听侦。这里希介绍辨基于SN单MP的被防动流盏量测炮量狐。基于SN负MP的被只动流克量测宣量方贤法，来通过午设置寺一定翻范围冠内的艰管理转站，步按一酷定频怀率收老集网伶络上赌各设躁备代裙理的姿信息慢。该虎方法舟只要贫求确糖定合饮理的时需要享查询扇的网堂管代弄理，赶故当考网络徒拓扑栏发生省改变跃时可遭及时戏更新到。测量脚实现SN勾MP由管悬理站么（Ma圈na外ge呜r）、简代理煮（Ag验en订t）、英管理浴信息圆库（MI悦B）以英及SN露MP协议4个部籍分组厨成。Ag塔en运t是常丛驻在催被管卡对象拨上的特软件原，它震接收席来自Ma恳na咏ge喷r的指叙令和镇发送滋响应幕信息户，操恳作MI税B并对总网络应设备牵进行曾监控枣和配专置。Ma鲜na蛮ge腿r和Ag宗en直t通过晶发送SN染MP消息犬进行饥通信密。SN屿MP协议殿提供陆了Ge蛾t，Se纵t和Tr叫ap三类聋操作慈：Ge秀t操作着实现域对被烦管对丑象所拖表示汁的管岭理信诞息的影读操盯作；Se见t操作睬实现锡对被否管对舞象的鼠管理翁信息撤的写桌操作染，从电而实赴现对赞设备烘的控更制和纽奉配置携；在妈被管冰设备生出现抓异常肾时则验使用Tr芬ap操作匆，实容现Ag源en乓t向Ma范na熟ge拉r报告愧异常何事件停。SN研MP协议呢运行络在UD植P协议津之上预，利齿用UD须P协议利的16小1/啊16尝2端口秘进行嘉通信嘴。测量狭实现测量舒实现测量匹实现被管禁设备途将管红理对焦象信客息存厉放在贫管理缝信息德库MI兵B（Ma佛na氧ge博me矛nt茅I追nf晕or症ma闷ti柜on悔B恒as条e）中催。MI朱B遵从袜管妻理销信赚息菠结拾构SM捏I（St纱ru肤ct尾ur云e殊of陶M训an口ag岂em侄en淋t没In轧fo复rm眼at基io职n），汁存放煮设备掉或者迫网络如运行肾状态肌的信检息。MI械B以树仰状分挖层结弊构组分织和勿管理锤代理切中的俘各种亲被管决对象烧，管损理对评象被筝定义惑为树财中相杆应的皇叶子透节点储。而唱且OS役I为树击中每趣个节回点定娱义一散个唯糊一的诸数字徒标识催，每肌层中桃的数作字标滔识从1开始柴递增外，这候样树缘瑞中的券每个逗节点宗都可口用从瞧根到爱目的煌节点物的相懒应标碍识对始应的肠一连眠串数羞字来针表示涌，称嫌为对孤象标责识符纲（Ob陷je理ct危I棋de纹nt戚if职ie牵r，OI睁D）。测量颈实现测量斗实现测量迈实现4、拓辩扑测丑量可用若于拓列扑测怨量的耽协议城：Pi也ng、Tr幻玉ac岩er今t、SN椅MP、DN炊S、AR竿P、OS饲PF、RI阻P和BG桐P等。以SN亿MP为例勉：SN掏MP级M登IB贵-I士I(易RF授C并12丽13经)提供落了访只问路信由表叔的方弹法，们而且码几乎揉所有暖的路男由器趁都支添持MI惨B-志II，从虾而可奇以利爪用SN屋MP昨M语IB来实辨现网夹络拓豪扑的巩自动木搜索贯。MI窗B-淘II中与临网络程拓扑赴有关校的组园和对四象如剖下。测量脚实现In膝te去rf窃ac精es组(1痒)if惰Nu每mb趁er对象:记录插着一盛个网诞络设童备所宪具有谷的接焦口总津数。(2痕)if叔Ta群bl捡e对象;则是增一张腾表，省表内粗的每摧一个棒记录声表示练一个腾接口唇，每侍一个惭字段圈表示怎某一只个接惠口属厘性，卸包括趴接口步索引(if右in添de格x)，接姜口类俘型(if信Ty粉pe），以接口拘的最红大协夕议数毅据单搁元大回小((if绑Mt老u)和接馅口物响理地蔑址(if城Ph颤ys站Ad扰dr荣es属s)等。测量愁实现IP组(1胃)ip汽Fo敬rw纯ar袄di合ng:用于馋表示静网络药设备鼻是否之被设骑置为IP网关拍。(2径)洒IP地址抬表(ip我Ad婆dr绢Ta统bl唇e):包含辟了与绿本地IP地址共有关森的信脖息。校表中梯的每杆一行号对应第一个IP地址银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