大客戶網絡監測系統設計

饒 敏，陳 明，馬 亮，鄭 斌

(重慶郵電大學通信學院，重慶 400065)

隨著移動網絡的迅速發展和用戶數量的急劇增加，各大運營商競爭的加劇，網絡的服務質量越來越受到人們的關注。尤其是對于大客戶而言，更是需要高質量的網絡服務，網絡服務質量直接影響到用戶業務服務質量，在網絡部署日益復雜和使用范圍日益擴展的情況下，高負荷業務量對網絡的影響較大，用戶所使用的多業務對網絡參數變化十分敏感，網絡性能的不足將引起用戶的網速慢、網絡堵塞，視頻業務實時性差等問題，這也對網絡優化工作提出了挑戰。

為了保證網絡運行的可靠性和穩定性，提高網絡維護的服務質量，簡單實用的網絡監測系統對于增強公司對重要客戶數據的服務能力，幫助運維人員順利開展工作是非常必要的。本文闡述了一種網絡質量監測系統技術方案對集團網絡進行監控和維護，可以及時檢測網絡的情況，將狀況反饋給網絡管理及優化人員，保證用戶網絡的正常穩定運行。

1 總體方案

1.1 大客戶網絡質量監測指標

對大客戶網絡質量的監測主要從帶寬驗證、實時流量大小觀測、通信質量的衡量、網絡實時監測、網絡時延大小、網絡傳輸的順序性、突發性流量的處理能力、測試信號產生情況幾個方面進行考察。測試項目和對應的測試指標如圖1所示。

圖1 大客戶網絡測試的八大主題

1.2 傳統測試方法

傳統測試方法以單機測試為主，即測試是在網絡產品未投入使用或暫停使用時進行的，僅對網絡產品相關參數進行測試、復核、校對等簡單的處理。隨著網絡的發展，用戶數量陡增，若網絡出現問題，根本不可能允許以長時間中斷網絡的方式來進行網絡測試。

目前使用的一些針對性的網絡監測系統多是使用特定的儀表，需要運維人員親自到現場進行環境搭建，數據采集，這種方式操作復雜、靈活性差、維護成本高、故障修復時間長，這樣可能造成用戶信息泄露、影響用戶工作進展等問題。另外，對于大客戶而言，也可通過自己的操作，實時地對網絡質量和運行狀況進行監控，實現對網絡質量檢測的需求。

本文闡述的是一種大客戶網絡質量監測系統技術方案，完全脫離各種測試儀表——依靠軟件實現，維護方便且易于操作，非專業維護人員經過簡單培訓后即可熟練使用，易于被用戶采納，也保護了客戶數據的安全性，同時大大節省維護時間，節約維護成本。目前，本方案已成功地在國內一些運營商布點試用，經實踐證明，本方案完全滿足網絡質量的各種技術指標的監測。

本大客戶網絡質量監測系統技術方案針對各項網絡測試主題都設計了專門的模塊進行系統的測試，全面地測試了網絡性能，是傳統測試方法不能替代的。

1.3 大客戶網絡質量監測系統功能模塊

大客戶網絡質量監測系統的軟件功能，按照要實現的功能分為帶寬驗證模塊、流量觀察模塊、丟包率測試模塊、Monitor模塊、延時測試模塊、序列測試模塊、網絡流量生成器7個模塊，分別針對大客戶網絡質量要求所監測的各項指標進行設計，見圖2。

圖2 大客戶網絡質量監測系統軟件功能模塊圖

本網絡質量監測系統的網絡流量生成器用于產生測試信號，提供給后續測試模塊使用。本系統的網絡流量生成器模塊彌補了現有流量生成手段Sniffer等工具軟件不能達到全線速率和無法產生錯誤幀的缺陷，具有以下特點:1)MAC地址、IP地址全自定義;2)幀長度自由可設;3)提供多種常用協議模板，方便調用;4)支持全自定義幀內容，詳細至每1 bit，模擬任何協議;5)全0、全1、遞增、遞減、隨機多種數據形式可選;6)30 kbit/s～100 Mbit/s全線速率發包，步長精確至10 kbit/s;7)支持802.1qVLAN協議幀;8)支持產生CRC檢驗錯誤幀;9)基于發包數量和發包時長的測試控制機制，方便靈活。

下面主要介紹本網絡質量監測系統特有的帶寬測試模塊和Monitor網絡實時監測模塊。

1)帶寬測試模塊

帶寬測試模塊，主要通過吞吐率測試確認新安裝網絡鏈路的性能、查找網絡瓶頸、驗證帶寬是否滿足新增應用的需求等。如何確認新安裝的網絡鏈路是否達到預期的性能(例如2 Mbit/s，10 Mbit/s，100 Mbit/s)對于一個正在使用的網絡，如果它的性能比正常情況慢了許多，如何來查找網絡中的瓶頸?企業要增加某種應用時，如何知道現有帶寬是否滿足要求?這些指標都得通過吞吐率測試實現。

圖3是系統測試網絡帶寬的示意圖，假設A公司申請了10 Mbit/s帶寬的互聯網專線，但上網速度比較慢，則可用本系統測試運營商分配給A公司帶寬的是否足夠，是否達到了10 Mbit/s。本系統主要用于以下幾種情況:(1)確認新安裝的網絡鏈路是否達到預期的性能;(2)對于一個正在使用的網絡，測試它的性能比正常情況慢了多少，用于查找網絡中的瓶頸;(3)企業要增加某種應用時，用于驗證現有帶寬是否滿足要求。

圖3 帶寬測試模塊測試網絡示意圖

2)Monitor網絡實時監測模塊

Monitor模塊，該模塊主要用于網絡實施監測。通常帶寬被擠占有以下幾種情況:(1)黑客對服務器進行飽和式攻擊，造成訪問服務器速率變得極其緩慢;(2)過時的或不正確的設備配置產生過時的、不必要的協議;(3)采用默認端口設置的交換機可能導致大量無用流量;(4)有員工在使用BT軟件，大數量下載，搶占帶寬;(5)有電腦感染了病毒，大量發送廣播包，擁堵網絡。如圖4所示。

圖4 網絡實時監測圖

Monitor模塊則可使用鏡像法、TAP法和HUB法來統計收包數、廣播包、流控包、超長包、超短包等數量，并偵測最大發送包流量、接收包流量、廣播包發送流量的主機地址來確定帶寬被擠占的原因和主機，從而解決帶寬問題。

網絡質量監測系統的流量觀察模塊可以監測到實時監測系統的工作狀態、流量、收包數、廣播數、流控、長包和短包的數量。延時測試模塊通過在網絡的兩端發送測試信號，并針對結果進行分析。其中，在測試端發送帶有“Time Stamp”標記的包，通過網絡到達環回端，環回端接收到此包后，返回帶有“Time Stamp”標記的包。根據測試端接收到的包，則可以分析出網絡的延時，主要指標包括有延時上限、抖動上限、丟包率上限和包誤差率上限等，保證各項業務特別是實時業務的順利運行。序列測試模塊通過在一端發送帶有序列號的包，在網絡環回端通過儀表檢查該序列號的包，從而完成序列性測試。丟包測試模塊遵循RFC2544建議，通過包發生器向待測設備或網絡發送特定的包，并通過包接收器全速率地接收與判別，檢查包地址、內容與長度，并全面地統計結果。

2 應用效果

本網絡質量監測系統對集團網絡的監控和維護，支持任務管理，實現長期在線撥測，能夠幫助尋找問題特征、規律，從而更好地解決或規避問題;同時勝任局域網測試和廣域網測試，可以幫助用戶找到自身問題，降低運營上的維護成本，還可幫助運營商快速定位問題，提高處理效率;故障定位及時準確，可掌握電信、聯通主要地址信息，因而故障點可精確到運營商省網級別;支持對比分析歷史數據。本系統自帶存儲介質，能夠根據用戶需求，實現不同時段的撥測結果對比;數據輸出方式靈活，可提供USB，Email，FTP等多種途徑的數據導出方式;客戶化便捷，可靈活定制分析報表。由于本系統自帶大容量存儲介質，可直接在儀表上定制簡單的分析報表并呈現。目前，本方案已成功在國內一些運營商布點試用，經實踐證明本方案基本滿足網絡質量各種技術指標的監測。

3 結論

采用本網絡質量監測系統對集團網絡進行監控和維護，可以及時檢測網絡的情況，將狀況反饋給網絡管理及優化人員，保證了用戶網絡的正常穩定運行。但IP網絡的維護還存在一些問題，可控性差，路由變化不可知，不能實時掌握路由變化情況，由于路由變化發生的瞬斷類故障難以復現，無法定位，但故障隱患仍然存在，業務層面出現丟包造成的告警或故障時，責任往往由IP專用承載網來承擔。有待進一步研究通過對業務級、網絡級、網元級的監控提高網絡的可控性[5－7]。

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