基于TWAMP協議的IP網絡測量平臺架構設計與實現

魏明軍 楊晶

摘 要：隨著社會的發展，網絡已經成為人們生活中不可缺少的元素，但隨著網絡規模的增大，網絡的復雜性、異構性也大大增加，在此背景下如何提高網絡質量就成網絡運營商所關心的核心問題，同時用戶也迫切希望了解所使用網絡的狀態和質量，以便選擇更適合的服務商。時延、抖動、帶寬等參數作為表征網絡質量的參數，能夠最為直觀地反映網絡狀態，對這幾個參數的測量和分析成為掌握網絡質量的關鍵。文章采用當下最為成熟的B/S架構，設計基于TWAMP協議的測量平臺，具有很強的可操作性。并且針對測量數據的離散化處理能夠有效的降低CPU工作強度，提高測量結果的精度。

關鍵詞：網絡測量；B/S架構；離散型隨機變量；TWAMP協議

1 研究背景

隨著社會的發展，網絡已經成為人們生活中不可缺少的元素，但是隨著網絡規模的增大，導致網絡的異構性、復雜性提高。與此同時，用戶對網絡服務質量要求也越來越高。IP網絡作為各種應用的承載，它的性能對上層業務影響重大。

2 網絡測量分類

按照是否向網絡注入額外測量數據包來劃分，網絡測量可以分主動測量和被動測量。主動測量是在網絡流量中插入特別設計的探測數據包，并在數據包通過網絡后分析探測數據包的特征差異可以得到網絡狀態和性能參數，主動測量的特點是是利用測量工具在選定網絡點上插入特定目的數據包。主動測量不依賴于測定對象本身的測量能力，具備靈活和可操作性強等特點。而且主動測量并不需要多點協作，可根據用戶要求測量端到端的網絡性能。被動測量是在關鍵位置和節點部署測量設備來捕獲網絡數據包，并進行統計分析，通過統計分析結果獲取網絡狀態和性能參數，所以被動測量在鏈路或者設備上對經過的流量進行監測，并不需要注入額外的流量包，這種特點也使得被動測量適合作為設備或者網絡流量的測量方式。綜上所述，本研究采用主動測量方式

3 網絡測量性能指標

網絡性能又分為整體性能和節點性能之分，兩者之間的關系是統一的。通過對端到端測量指標的統合分析就可以得到網絡的整體性能。性能指標主要包括以下參數：（1）連通性（Connectivity）。網絡連通性是指網絡連通的程度。這一指標主要與丟包率相關，一般網絡可用性會會有一個閾值，當丟包率高于這一數值時網絡判定為不可用，相反則為網絡可用。（2）數據包傳輸時延（Data Packet Transmission Delay）。時延是指又分為單向時延和往返時延。單向時延是指某一節點接收到數據源所發出的數據包時所經歷的時間。往返時延是指由數據源發送數據包到達指定節點后，指定節點立即發送反饋數據包，此數據包到達源點是所經歷的時長。因為時延是隨時間變化的，若進行網絡測量，應按照某段時間內的平均值計算時延。（3）丟包率。丟包率是指數據源發出的數據包數量與反饋數據包之間的差值占源數據包總量的百分比。

4 測量平臺架構設計

無論基于哪種協議的測量，都需要經歷以5個環節：部署物理節點——設定測量目標——測量執行開始和結束——測量數據分析——報告輸出。

測量平臺采用B/S（Browser/Server，瀏覽器/服務器）架構實現。B/S架構的優點是將測量功能集成到了服務器上，用戶在有測量要求時不需安裝任何客戶端，也不用對軟件進行維護，只需要用戶端擁有瀏覽器即可使用測量服務。測量平臺在B/S架構下采用3層結構：測量層、服務器控制層、服務器數據庫層。測量平臺架構如圖1所示。

測量層：測量探測數據報按照TWAMP協議執行。

服務器控制層：這一層又可以劃分為3個模塊——會話管理模塊、數據管理模塊、WEB服務器模塊。服務器數據庫層：響應服務器控制層的請求。

5 測量數據處理

當用戶訪問服務器，使用測量功能時，系統開始運行。但是測量這對的是瞬時值，并且當測量頻率較高，需要改變數據的處理方式。時延是獨立的，只受單次測量影響，所以可以作為離散型隨機變量處理，采用統計學的方式進行整體運算。上述情況可以抽象為數學模型：數據總和為一個集合M，包含A、B兩個子集，A為已計算的數據，B為為計算數據集，其中數據均為獨立不相關。A集合容量為RA ，時延記為EA，抖動為DA ，同理B集合樣本容量為RB，時延記為EB，抖動為DB，根據時延的定義有：

6 TWAMP協議測量實現的可行性

IETF IPPM工作組在08年發布了雙向主動測量協議，即RFC 5357 （A two-way Active Measurement Protocol ，TWAMP）。雙向主動測量協議定義了兩組協議，其中一組是TWAMP控制（TWAMP-control）協議，另外一組是TWAMP測試（TWAMP-test）協議。TWAMP控制協議的作用是建立并發起測量會話，而且還能夠通過對對發起的測量會話或者控制報文進行加密或者身份認證，這樣一來就能保證測試的安全性操作，當會話介紹測量結果的取回也是由TWAMP控制協議完成的。TWAMP測試（TWAMP-test）協議顧名思義就是用發送與接收網絡測量探測包的方式檢測網絡狀態。為了保證探測報文傳遞的簡單高效，TWAMP測試協議報文采用UDP協議交互。為了保證靈活性，TWAMP體系結構由定義的Control-Client 、Session-Sender 、Server 與Session-Reflector等幾不同的實體組成，而且不同的實體可以位于相同的主機，這就為網絡測量的實現提供了基礎。這些實體的任務是負責啟動網絡測量中的監測會話和交換數據包，其體系結構如圖2所示。

7 結語

由于TEAMP協議的開放性，所以實現網絡測量的可操行非常強，對測量數據采用離散是隨機分布模型能夠有效的降低數據的運算量，減小CPU處理強度，并且采用統計學數據表達也能夠準確的表現真實的網絡狀態。網絡測量在網絡結構日益復雜的今天變得越來越受到重視，無論是運營商還是用戶，都迫切的需要掌握網絡的性能和狀態，因此，網絡測量平臺的研究與開發具有非常廣泛的意義。

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Design and Implementation of IP Network Measurement Platform Architecture Based on TWAMP Agreement

Wei MingJun， YangJing（College of Information Science and Engineering， North China University of Science and Technology， Tangshan 063000， China）

Abstract： With the development of the society， the Internet has become an indispensable element of peoples lives，at the same time， network complexity， heterogeneity also increased ，so， How to improve the quality of the network as a core issue of concern for ISP. Users also eager to know the network status and quality， in order to choose more suitable ISP. Parameters such as delay， jitter， bandwidth as a characterization of the parameters of the network quality， can be the most intuitive reflect the network status， how to Measure and analysis the several parameters becomes the key to grasp the network quality. Adopts B/S structure of the most mature， measurement platform design based on TWAMP agreement， have very strong maneuverability. And in view of the measurement data discretization process can effectively reduce the CPU working strength， improve the accuracy of the measurement result.

Key words： the network measurement； B/S architecture； discrete random variables； TWAMP agreement