透視網(wǎng)絡(luò ) 有關(guān)網(wǎng)絡(luò )端到端路徑性能測試[1] 軟件測試
近年來(lái)VoIP、VoD等實(shí)時(shí)應用在網(wǎng)絡(luò )應用中比例大量增加，實(shí)時(shí)應用需要網(wǎng)絡(luò )對其提供服務(wù)保證或區分服務(wù)，網(wǎng)絡(luò )路徑的延時(shí)特性和傳輸速率越來(lái)越受到人們的重視。網(wǎng)絡(luò )延時(shí)和有效帶寬直接反映了路徑的性能和對端主機提供的服務(wù)等級水平，但它們都是隨時(shí)間隨機變化的變量，跟蹤這些路徑特征參數的動(dòng)態(tài)變化可以獲得資源的使用狀況和性能趨勢，并作為網(wǎng)絡(luò )路徑性能評價(jià)和實(shí)時(shí)的端到端性能管理的依據。
一、端到端路徑性能問(wèn)題
端到端性能管理的目標是為用戶(hù)提供一條穩定可用的具有一定服務(wù)保障的連接。其范圍已超出了流量工程和容量規劃等傳統問(wèn)題，包括故障發(fā)現、路由選擇與配置管理、流量分析等廣泛的內容。對于用戶(hù)而言，路徑的延時(shí)特性和路徑有效帶寬決定了服務(wù)水平，即是否能啟動(dòng)一次新的連接，在局部節點(diǎn)獲得一定的資源保證，并達到可接受的響應時(shí)間。對ISP來(lái)說(shuō)，則還要關(guān)心網(wǎng)絡(luò )路徑的長(cháng)期利用率、路由可達性、瓶頸帶寬和其它端到端的性能等屬性和參數。這些參數一般是較為穩定的，其中連通性和路徑穩定性反映了路徑的總體性能，而路徑非對稱(chēng)性則影響我們對網(wǎng)絡(luò )延時(shí)的測量。
連通性
連通性指的是IP網(wǎng)絡(luò )中主機之間是否能相互到達對方，或者說(shuō)一個(gè)或多個(gè)節點(diǎn)之間的下層連接是否可用。連通性描述了網(wǎng)絡(luò )的可靠性，是完成網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的基本條件。Ping程序可用于確定網(wǎng)絡(luò )上一個(gè)遠程設備對本地系統來(lái)說(shuō)是否可達，并有助于在系統之間調試連通性問(wèn)題。我們可以從測量主機向網(wǎng)絡(luò )路徑的目的端定時(shí)運行ping，發(fā)出ICMP請求并等待有效的ICMP應答，從而確定網(wǎng)絡(luò )連接的可用性，并可根據ICMP應答的類(lèi)型孤立出路由選擇和許多其它網(wǎng)絡(luò )故障或問(wèn)題的來(lái)源。因此，連通性是保證路徑性能穩定的基礎。
路徑MTU
MTU是網(wǎng)絡(luò )連接中允許一個(gè)物理幀傳輸的最大數據量，TCP/IP驅動(dòng)程序需要知道這個(gè)數值以便設置合適的數據包長(cháng)度，以避免出現不必要的拆分過(guò)程。不同網(wǎng)絡(luò )的MTU缺省值不一樣，以太網(wǎng)的標準值為1500，而多數ISP提供的撥號網(wǎng)絡(luò )的標準值為576。理論上，只要網(wǎng)絡(luò )連接穩定性高，MTU越大則傳輸效率越高。但是，如果接收機器所在網(wǎng)絡(luò )或傳輸路徑上路由器的MTU小的話(huà)，數據幀將不得不再次被拆分，這樣反而降低了效率。因此，優(yōu)化的MTU應與整條傳輸路徑上最小的MTU值(即路徑MTU)相等。RFC1191描述了路徑MTU的發(fā)現機制，通過(guò)發(fā)送分組在分組頭部設置不分片標志字段并判斷返回ICMP錯誤消息實(shí)現。發(fā)送的第一個(gè)分組的長(cháng)度與出口MTU相等，每次收到ICMP不能分片錯誤時(shí)，就減少分組長(cháng)度，以下一個(gè)最小的MTU值發(fā)送。由于MTU值個(gè)數總是有限的，因此總可以找到路徑中最小的MTU。所以檢測路徑MTU并設置系統的MTU值，可以減少對IP數據包的分段，提高路徑的傳輸效率。
路由非對稱(chēng)性
非對稱(chēng)路由是指往返某一節點(diǎn)的路徑不一致，兩個(gè)方向的延時(shí)不同，由此在網(wǎng)絡(luò )測量，特別是基于源端的測量中造成很多問(wèn)題。檢測路由的非對稱(chēng)性目前還非常困難。
路徑穩定性
端到端路徑的穩定性是衡量網(wǎng)絡(luò )性能的關(guān)鍵性參數，路徑穩定性可以分為路徑的空間穩定性和時(shí)間穩定性。其中空間路徑穩定性由路由的規模和模式?jīng)Q定，不穩定的路由可能是由路由不對稱(chēng)、循環(huán)路由、路由振蕩等病態(tài)路由行為引起，也可能是連接頻繁中斷引起的。發(fā)生率(Prevalence) 和持續性(Persistence)，分別從特定路由的發(fā)生頻率和不變性方面定義了穩定性。路徑的時(shí)間穩定性則強調了路徑性能與時(shí)間變化的關(guān)系。本文將從路徑的延時(shí)特性和傳輸速率出發(fā)，給出路徑穩定性的評價(jià)指標，并作為網(wǎng)絡(luò )路徑性能評價(jià)和實(shí)時(shí)的端到端性能管理的依據。
二、性能指標
路徑延時(shí)穩定性參數
設測量的延遲變量為X， 為t時(shí)刻測得的網(wǎng)絡(luò )延時(shí)，則 為 間隔內的延時(shí)變化。若在 時(shí)間段內每次測量的樣本值為 ，則這組延遲樣本集的樣本方差為 ， 其中 = 。假設 為SLA(service level agreement)規定的或是某種應用服務(wù)質(zhì)量要求的網(wǎng)絡(luò )延時(shí)抖動(dòng)目標臨界值。根據在 時(shí)間段延時(shí)的抖動(dòng)程度，定義延時(shí)抖動(dòng)有界比例系數為：一般 可取為 。延時(shí)抖動(dòng)有界比例系數反映了相鄰兩次測量之間延時(shí)抖動(dòng)小于 情況所占的比例，一般設定當 時(shí)，認為連接有較好的穩定性， 越大，即 越接近1，連接越穩定。但延時(shí)抖動(dòng)有界比例系數不能反映最大延時(shí)抖動(dòng)，由于排隊延時(shí)隨背景流量而出現較大的波動(dòng)，定義如下形式的平均抖動(dòng)/最大抖動(dòng)系數：設定 時(shí)，認為連接有較好的穩定性， 越大，連接越穩定。綜合以上兩個(gè)參數，當路徑同時(shí)滿(mǎn)足 和 時(shí)，確定該路徑是關(guān)于延時(shí)穩定的。
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