網(wǎng)絡(luò)性能分析技術(shù)研究

楊春麗　北京電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司工程師張　亮　北京電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司工程師馬媛媛　北京電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司工程師

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網(wǎng)絡(luò)性能分析技術(shù)研究

楊春麗北京電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司工程師
張亮北京電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司工程師
馬媛媛北京電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司工程師

摘要：在網(wǎng)絡(luò)IP化時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)的故障診斷和性能質(zhì)量評(píng)價(jià)成為越來(lái)越突出的問(wèn)題，網(wǎng)絡(luò)故障診斷定位時(shí)間長(zhǎng)、難度大，導(dǎo)致維護(hù)工作量大、效率低，本文分析了網(wǎng)絡(luò)性能分析的必要性，探討了網(wǎng)絡(luò)性能分析的方法和技術(shù)及其今后可能的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)性能；仿真流；業(yè)務(wù)流；網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量

1　引言

隨著IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商都建設(shè)多張IP網(wǎng)絡(luò)。比如，中國(guó)聯(lián)通建設(shè)了IPA網(wǎng)、IP B網(wǎng)、China169網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，每張網(wǎng)都承載著不同的業(yè)務(wù)。以聯(lián)通企業(yè)內(nèi)網(wǎng)為例，網(wǎng)絡(luò)承載著視頻、BSS、MSS、OSS、cBSS等業(yè)務(wù)，而隨著業(yè)務(wù)規(guī)模的發(fā)展和集中，業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求越來(lái)越嚴(yán)格，短暫的故障有可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的業(yè)務(wù)中斷，影響企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)和客戶滿意度，這就要求網(wǎng)絡(luò)具有性能分析手段，不僅在出現(xiàn)故障的時(shí)候能夠快速定位和修復(fù)故障，更能根據(jù)檢測(cè)結(jié)果預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)可能出現(xiàn)的問(wèn)題，并在重大網(wǎng)絡(luò)故障出現(xiàn)之前解決問(wèn)題，減少網(wǎng)絡(luò)故障發(fā)生率。

網(wǎng)絡(luò)性能分析技術(shù)可以檢測(cè)分析出網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率、帶寬占用情況、路由情況等影響網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)質(zhì)量的因素，并快速定位網(wǎng)絡(luò)故障，找出影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量或可能影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的問(wèn)題，同時(shí)作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)者，對(duì)客戶或者業(yè)務(wù)部門(mén)提供準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量參數(shù)，以證明提供的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量滿足規(guī)定和要求，因此本文主要針對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能分析技術(shù)進(jìn)行研究和闡述，探索網(wǎng)絡(luò)性能分析的發(fā)展方向。

2　網(wǎng)絡(luò)性能分析實(shí)現(xiàn)方式

目前的網(wǎng)絡(luò)性能分析實(shí)現(xiàn)方式包括以下幾種：

（1）基于仿真流的間接測(cè)量方式

基于仿真流的間接測(cè)量方式是指通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)上插入檢測(cè)報(bào)文，計(jì)算檢測(cè)報(bào)文的丟包率、延時(shí)等性能來(lái)間接模擬承載業(yè)務(wù)的實(shí)際性能，這種方式檢測(cè)的不是實(shí)際的業(yè)務(wù)流，存在仿真業(yè)務(wù)和實(shí)際業(yè)務(wù)不同路徑等問(wèn)題，不能真實(shí)反映網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的實(shí)際性能。

主流技術(shù)如PING、TWAMP、RFC2544、NQA等，其特點(diǎn)是容易部署，但是精度偏低（10-3），而且由于是基于仿真流，往往統(tǒng)計(jì)結(jié)果會(huì)出現(xiàn)偏差，如業(yè)務(wù)流呈現(xiàn)少量丟包而仿真流無(wú)丟包時(shí)顯示結(jié)果為無(wú)丟包。

（2）基于業(yè)務(wù)流的直接測(cè)量方式

基于業(yè)務(wù)流的直接測(cè)量方式包括兩種方式：

●基于實(shí)際業(yè)務(wù)流進(jìn)行測(cè)量

通過(guò)直接測(cè)量業(yè)務(wù)報(bào)文的實(shí)際收發(fā)情況，計(jì)算得到實(shí)際業(yè)務(wù)流的丟包率、時(shí)延等性能指標(biāo)。

主流技術(shù)如Y.1731、MPLS-TP OAM、IP PM等，其特點(diǎn)是精度高（10-6），但是存在難于部署的問(wèn)題，其應(yīng)用場(chǎng)景局限性高，Y.1731僅針對(duì)二層網(wǎng)絡(luò)，MPLS-TP OAM僅針對(duì)MPLS-TP網(wǎng)絡(luò)。

●基于染色的業(yè)務(wù)流進(jìn)行測(cè)量

在實(shí)際業(yè)務(wù)流的報(bào)文中加入部分字段，對(duì)IP報(bào)文頭中的保留字段填充0或者1實(shí)現(xiàn)報(bào)文的染色，實(shí)現(xiàn)基于實(shí)際業(yè)務(wù)報(bào)文的高精度性能統(tǒng)計(jì)功能。

主流技術(shù)如華為的IP FPM技術(shù)，IP FPM基于IP業(yè)務(wù)流的性能統(tǒng)計(jì)，對(duì)多點(diǎn)間業(yè)務(wù)流（MP2MP）進(jìn)行直接測(cè)量，采用特征分組、時(shí)間同步等方法保證準(zhǔn)確性，集中計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的丟包、業(yè)務(wù)路徑時(shí)延等性能指標(biāo)的測(cè)量方法，統(tǒng)計(jì)精度可達(dá)10-6。

3　網(wǎng)絡(luò)性能分析技術(shù)

3.1基于仿真流的間接測(cè)量技術(shù)

3.1.1 PING

PING（Packet Internet Groper）：因特網(wǎng)包探索器，用于測(cè)試網(wǎng)絡(luò)連接量的程序，PING是使用ICMP（Internet Control MessageProtocol，互聯(lián)網(wǎng)控制報(bào)文協(xié)議）測(cè)試數(shù)據(jù)包在本端和指定目的端之間的往返時(shí)間的，Ping發(fā)送一個(gè)ICMP（Internet Control Messages Protocol，因特網(wǎng)信報(bào)控制協(xié)議）回聲請(qǐng)求消息給目的地并報(bào)告是否收到所希望的ICMPecho（ICMP回聲應(yīng)答）。利用“PING”命令可以檢查網(wǎng)絡(luò)是否連通，可以很好地幫助分析和判定網(wǎng)絡(luò)故障。

3.1.2 NQA

NQA特性通過(guò)發(fā)送測(cè)試報(bào)文，對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能或服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行分析，為用戶提供準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)，如時(shí)延抖動(dòng)、HTTP的總時(shí)延、通過(guò)DHCP獲取IP地址的時(shí)延、TCP連接時(shí)延、FTP連接時(shí)延和文件傳輸速率等。利用NQA的測(cè)試結(jié)果，用戶可以：

●及時(shí)了解網(wǎng)絡(luò)的性能狀況，針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)性能，進(jìn)行相應(yīng)的處理。

●對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障進(jìn)行診斷和定位。

NQA具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

●支持多種測(cè)試類型

●支持多測(cè)試組并發(fā)

NQA模塊支持多個(gè)測(cè)試組并發(fā)，用戶可以根據(jù)需求手工配置并發(fā)個(gè)數(shù)。但對(duì)于DHCP測(cè)試，同一時(shí)刻只允許有一個(gè)測(cè)試組進(jìn)行測(cè)試。

●支持聯(lián)動(dòng)功能

聯(lián)動(dòng)功能是指通過(guò)建立聯(lián)動(dòng)項(xiàng)，對(duì)當(dāng)前所在測(cè)試組中的探測(cè)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)連續(xù)探測(cè)失敗次數(shù)達(dá)到一定數(shù)目時(shí)，就觸發(fā)其他模塊聯(lián)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)功能由應(yīng)用模塊、Track模塊和監(jiān)測(cè)功能模塊三部分組成。Track模塊位于應(yīng)用模塊和NQA之間，當(dāng)監(jiān)測(cè)項(xiàng)的狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，監(jiān)測(cè)功能模塊通知Track模塊，再由Track模塊通知應(yīng)用模塊進(jìn)行相應(yīng)的處理，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)（見(jiàn)圖1）。

圖1　聯(lián)動(dòng)功能的實(shí)現(xiàn)

以靜態(tài)路由為例，用戶配置了一條靜態(tài)路由，下一跳為A.B.C.D，如果A.B.C.D可達(dá)，那么該靜態(tài)路由有效；如果A.B.C.D不可達(dá)，則該靜態(tài)路由無(wú)效。通過(guò)在NQA、Track模塊和應(yīng)用模塊之間建立聯(lián)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)靜態(tài)路由有效性的實(shí)時(shí)判斷。如果NQA發(fā)現(xiàn)A.B.C.D不可達(dá)，NQA將通過(guò)Track模塊通知靜態(tài)路由模塊，靜態(tài)路由模塊可以據(jù)此判斷該靜態(tài)路由項(xiàng)無(wú)效。

3.1.3 TWAMP

TWAMP是IETF標(biāo)準(zhǔn)IPPM工作組定義的針對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)量協(xié)議，定義了一種測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中任意兩臺(tái)支持這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間往返IP性能的靈活方法，TWAMP使用UDP數(shù)據(jù)包測(cè)量網(wǎng)絡(luò)雙向延遲，在測(cè)量之前，使用TCP協(xié)議在主機(jī)之間控制測(cè)量會(huì)話，協(xié)商UDP端口號(hào)以及是否對(duì)傳輸中的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密等。TWAMP定義了兩組協(xié)議：一組用于建立性能測(cè)量會(huì)話，叫做控制協(xié)議；另一組用于性能測(cè)量探測(cè)器的傳送和接收。控制協(xié)議使終端可以協(xié)商和啟動(dòng)性能測(cè)量會(huì)話。性能測(cè)量探測(cè)器的傳送和接收協(xié)議定義了測(cè)量往返性能所需要的數(shù)據(jù)包格式。

在傳統(tǒng)的性能統(tǒng)計(jì)工具中，普遍采用的統(tǒng)計(jì)方法有：主動(dòng)發(fā)送探幀方式、在業(yè)務(wù)流中主動(dòng)插入探幀方式、將業(yè)務(wù)流染色分段方式。但這幾種統(tǒng)計(jì)方式在呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果時(shí)有一個(gè)共同點(diǎn)就是需要主機(jī)承擔(dān)發(fā)起統(tǒng)計(jì)功能，并負(fù)責(zé)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的生成維護(hù)，用戶需要查看整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)性能時(shí)，通常需要網(wǎng)管來(lái)托管多臺(tái)主機(jī)設(shè)備，并由網(wǎng)管適配來(lái)呈現(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果。這種方式的問(wèn)題在于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)可能沒(méi)有網(wǎng)管，或者網(wǎng)管設(shè)備能力有限，無(wú)法管理足夠數(shù)量的主機(jī)，而且通過(guò)網(wǎng)管來(lái)部署統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)時(shí)，對(duì)網(wǎng)管設(shè)備也提出了更高的要求，這些情況對(duì)于用戶希望快速部署/撤銷統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)、獲取統(tǒng)計(jì)結(jié)果的需求背道而馳。而TWAMP主要功能是IP網(wǎng)絡(luò)的雙向性能統(tǒng)計(jì)，采取直接統(tǒng)計(jì)方式，通過(guò)TWAMP的使用和部署，企業(yè)可以在避免花巨資部署采用專有協(xié)議性能管理系統(tǒng)的同時(shí)，有效地測(cè)量網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)位置上的IP性能。

首先我們必須要清楚的認(rèn)識(shí)到，校園文化的主體是師生。準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)，校園文化的形成以及發(fā)展，就是依靠著全體師生，校園文化即是師生的精神面貌、價(jià)值取向和行為理念。校園文化的具體表現(xiàn)，也是通過(guò)師生在日常的行為與活動(dòng)中體現(xiàn)的。那么我們由此可以得出，如果我們要建設(shè)校園文化，可以通過(guò)對(duì)師生進(jìn)行教育與培養(yǎng)，通過(guò)他們的改變，對(duì)價(jià)值取向的正確認(rèn)知、對(duì)思想政治的正確認(rèn)知，進(jìn)而來(lái)改變校園文化。校園文化產(chǎn)生于師生之間，但是也是影響師生的整體素質(zhì)水平的重要因素。良好的校園文化能夠幫助師生對(duì)學(xué)術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)工作進(jìn)行探討，將整體的素質(zhì)道德水平提升到一個(gè)較高的層次。

3.1.4 RFC2544

RFC2544（Benchmarking Methodology for Network InterconnectDevices）提供了一個(gè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備測(cè)試的基準(zhǔn)，規(guī)定了一系列的測(cè)試過(guò)程和方法，使得服務(wù)提供商和用戶間可以在同一個(gè)基準(zhǔn)下對(duì)測(cè)試的實(shí)施和結(jié)果達(dá)成共識(shí)。RFC2544標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)一系列的幀長(zhǎng)（64、128、256、512、768、1024、1280、1518字節(jié)）在一定的時(shí)間內(nèi)按一定的數(shù)目進(jìn)行測(cè)試。其主要測(cè)試項(xiàng)有吞吐率（Throughput）測(cè)試、延時(shí)（Latency）測(cè)試、幀丟失（Frame LossRate）測(cè)試和背靠背測(cè)試（BacktoBackFrames），此外還規(guī)定了系統(tǒng)恢復(fù)（Systemrecovery）測(cè)試和復(fù)位測(cè)試（Reset）。RFC2544基于UDP實(shí)現(xiàn)，缺省情況下，UDP報(bào)文的目的端口號(hào)是7，源端口號(hào)是0xC020。

目前已有很多方法檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的性能，例如二層網(wǎng)絡(luò)可以使用Y.1731，三層網(wǎng)絡(luò)可以使用IP FPM，但是這類直接測(cè)量技術(shù)需要網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)存在業(yè)務(wù)流量，因此在業(yè)務(wù)部署前檢測(cè)設(shè)備性能時(shí)，需要通過(guò)測(cè)試儀解決流量收發(fā)問(wèn)題，可部署性差。

RFC2544測(cè)試是在業(yè)務(wù)部署之前，采用自發(fā)包形式，模擬業(yè)務(wù)流量來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)性能的測(cè)試，提供網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的統(tǒng)計(jì)信息，從而解決上述測(cè)試方法在沒(méi)有業(yè)務(wù)流量就無(wú)法進(jìn)行測(cè)試統(tǒng)計(jì)的難題。

依據(jù)RFC2544實(shí)現(xiàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法和步驟，可方便不同廠商進(jìn)行性能對(duì)比。

總的來(lái)說(shuō)，基于仿真流的測(cè)量技術(shù)通過(guò)模擬流量進(jìn)行檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果與目標(biāo)業(yè)務(wù)流的真實(shí)質(zhì)量存在偏差。其次，這些技術(shù)只能對(duì)粗粒度的管道進(jìn)行模擬檢測(cè)，對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)行為復(fù)雜多變的IP網(wǎng)絡(luò)而言，細(xì)粒度流量之間可能存在明顯不同的轉(zhuǎn)發(fā)行為，顯然這些手段無(wú)法獲取準(zhǔn)確的IP流質(zhì)量。另外，都只是用于端對(duì)端的檢測(cè)，缺乏逐跳檢測(cè)能力，雖然可以通過(guò)方案包裝，以多個(gè)端到端實(shí)例來(lái)進(jìn)行逐跳模擬檢測(cè)，但難以在P設(shè)備之間讓檢測(cè)報(bào)文模擬真實(shí)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)行為，因此檢測(cè)結(jié)果可能嚴(yán)重失真。

3.2基于實(shí)際業(yè)務(wù)流的直接測(cè)量技術(shù)

3.2.1 Y.1731

Y.1731用于在二層網(wǎng)絡(luò)中檢測(cè)鏈路和故障定位，主要有兩大功能，故障管理和性能監(jiān)控，用于性能檢測(cè)的OAM功能可以測(cè)量不同的性能參數(shù)，性能參數(shù)是針對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)的ETH連接定義的，性能參數(shù)包括：

●幀丟失率：幀丟失率定義為用百分?jǐn)?shù)表示的未傳遞的服務(wù)幀數(shù)量除以時(shí)間間隔T內(nèi)服務(wù)幀總數(shù)的比率，未傳遞的服務(wù)幀數(shù)量是一個(gè)點(diǎn)到點(diǎn)ETH連接中到達(dá)入口ETH流節(jié)點(diǎn)的服務(wù)幀數(shù)量和傳遞到出口ETH流節(jié)點(diǎn)服務(wù)幀數(shù)量之差。

●幀時(shí)延：幀的第一個(gè)比特由源節(jié)點(diǎn)開(kāi)始傳輸?shù)江h(huán)回幀的最后一個(gè)比特由同一源節(jié)點(diǎn)接收時(shí)為止所經(jīng)歷的時(shí)間，幀的環(huán)回由該幀的目的地節(jié)點(diǎn)執(zhí)行。

●幀時(shí)延變化：幀時(shí)延變換是對(duì)一對(duì)服務(wù)幀之間幀時(shí)延改變的度量。

性能參數(shù)應(yīng)用于服務(wù)幀，服務(wù)幀是那些符合約定的帶寬特征一致性水平的數(shù)據(jù)幀，Y.1731是對(duì)實(shí)際業(yè)務(wù)流進(jìn)行檢測(cè)的，也可以分層逐段，但只適用于二層網(wǎng)絡(luò)，存在適用場(chǎng)景上的重大限制。

3.2.2 MPLS-TPOAM技術(shù)

MPLS-TPOAM主要有3個(gè)功能，故障管理、性能管理和保護(hù)倒換。故障管理OAM可以有效地定位故障，包括：連續(xù)性檢測(cè)、高警惕信號(hào)、遠(yuǎn)端缺陷指示、環(huán)回鏈路檢測(cè)、鎖定、測(cè)試；性能管理OAM功能是用來(lái)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量和提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率的，包括：幀丟失測(cè)量、時(shí)延測(cè)量；其他OAM功能包括保護(hù)倒換功能和其他維護(hù)信息的傳遞。MPLS-TPOAM只能適用于MPLS網(wǎng)絡(luò)中，且是管道（NNI2NNI）的測(cè)量。

3.2.3 IPPM

IPPM（IP Performance Metrics）是IETF（Intemet Engineering Task Force）成立的專門(mén)來(lái)制定IP網(wǎng)絡(luò)流量測(cè)量分析相關(guān)的工作組。IPPM工作組一直致力于網(wǎng)絡(luò)流量測(cè)量分析的標(biāo)準(zhǔn)制定，提出了多個(gè)RFC（Request for Comments）和互聯(lián)網(wǎng)草案（Internet-Drafts），涉及到網(wǎng)絡(luò)流量測(cè)量分析的各個(gè)方面，包括連接性、單向時(shí)延和丟包、雙向時(shí)延和丟包、時(shí)延抖動(dòng)、批量傳輸能力、鏈路帶寬能力等，IP PM是針對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能分析和測(cè)量的。

總的來(lái)說(shuō)，基于業(yè)務(wù)流的測(cè)量技術(shù)是通過(guò)業(yè)務(wù)流量進(jìn)行檢測(cè)的，其檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際業(yè)務(wù)流的真實(shí)質(zhì)量一致，精度高，而且不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成額外的負(fù)擔(dān)，但是存在難于部署的問(wèn)題，其應(yīng)用場(chǎng)景局限性高，Y.1731僅針對(duì)二層網(wǎng)絡(luò)，MPLS-TP OAM僅針對(duì)MPLS-TP網(wǎng)絡(luò)。其次，由于是針對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)的業(yè)務(wù)流和路徑，不支持多點(diǎn)到多點(diǎn)的方式，不能解決多路徑、多方向流條件下基于網(wǎng)絡(luò)的測(cè)量。

3.3基于染色業(yè)務(wù)流的直接測(cè)量技術(shù)

3.3.1 IP FPM

IP FPM利用報(bào)文染色技術(shù)進(jìn)行性能統(tǒng)計(jì)，對(duì)IP報(bào)文頭中的保留字段填充0或者1實(shí)現(xiàn)報(bào)文的染色，從而實(shí)現(xiàn)了基于業(yè)務(wù)報(bào)文的高精度（10-6）性能統(tǒng)計(jì)功能，包括丟包、時(shí)延和抖動(dòng)（見(jiàn)圖2）。

IPFPM的基本原理簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是報(bào)文數(shù)守恒定律。在目標(biāo)流的始發(fā)點(diǎn)對(duì)報(bào)文進(jìn)行識(shí)別、染色，在目標(biāo)流流經(jīng)的節(jié)點(diǎn)及終點(diǎn)進(jìn)行染色報(bào)文的識(shí)別、統(tǒng)計(jì)，從而根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的計(jì)數(shù)及時(shí)戳在沿途各節(jié)點(diǎn)的變化情況，計(jì)算出時(shí)延、丟包以及故障的引入點(diǎn)。

如圖3所示，一個(gè)承載網(wǎng)絡(luò)存在網(wǎng)絡(luò)邊界，對(duì)于穿越網(wǎng)絡(luò)的流量，一定是從某些邊界進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的，圖中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備Rn的Ingress方向接口，在該接口進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文數(shù)記為PI（n）；并從某些邊界離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，圖中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備Rn的Egress接口方向，在該接口離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的報(bào)文數(shù)記為PE（n）。

在一個(gè)測(cè)量周期T內(nèi)，所有進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的穿越流量（Ingress之和：PI=PI（1）+PI（2）+PI（3）…PI（n）與離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的流量（Egress之和:PE=PE（1）+PE（2）+PE（3）…PE （n）之間的差，即是網(wǎng)絡(luò)在該時(shí)間內(nèi)的丟包特性。丟包測(cè)量即為測(cè)量該時(shí)間內(nèi)各邊界的PI與PE之和的差。

在指定的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間，業(yè)務(wù)報(bào)文進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)（Ingress方向）的時(shí)間與離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)（Egress方向）的時(shí)間之間的差，即為業(yè)務(wù)報(bào)文網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。時(shí)延測(cè)量即為測(cè)量特定業(yè)務(wù)報(bào)文進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間，與該報(bào)文離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間之間的差。

與主動(dòng)測(cè)量方法不一樣，IPFPM是對(duì)業(yè)務(wù)報(bào)文進(jìn)行直接標(biāo)識(shí)和檢測(cè)的測(cè)量，這樣能得到更高的精度。

圖2　IPFPM對(duì)IP報(bào)文頭中的保留字段進(jìn)行染色

圖3　IPFPM測(cè)量原理圖

檢測(cè)業(yè)務(wù)報(bào)文范圍的定義，可以根據(jù)SIP、DIP、PT、DSCP、sPort、dPort 6個(gè)維度，組合可以包括：二元組（SIP，DIP）、三元組（SIP，DIP，PT）、四元組（SIP，DIP，PT，DSCP）、五元組（SIP，DIP，PT，sPort，dPort）等，以上組合中，還需要能包含掩碼（按照網(wǎng)段定義）。組合越長(zhǎng)可以監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)流就越細(xì)。

IPFPM有如下特點(diǎn)：

（1）高精度：基于業(yè)務(wù)報(bào)文進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)性能的統(tǒng)計(jì)，精度可達(dá)10-6。

（2）靈活部署：可以識(shí)別基于IP報(bào)文的所有流量，包括Natve Eth、Native IP、L2VPN、L3VPN等，實(shí)現(xiàn)了全業(yè)務(wù)OAM技術(shù)的統(tǒng)一管理。

（3）故障定位精準(zhǔn)：檢測(cè)的覆蓋范圍足夠廣，能夠界定網(wǎng)絡(luò)故障區(qū)段，另外，檢測(cè)流的粒度靈活可調(diào)，滿足粗粒度的常態(tài)化監(jiān)控以及故障情況下的精確定位。

由于IPFPM的染色和統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)是基于真實(shí)業(yè)務(wù)進(jìn)行的，因此必須疊加在正常的轉(zhuǎn)發(fā)流程中，這就會(huì)導(dǎo)致疊加在正常轉(zhuǎn)發(fā)流程中的檢測(cè)行為需要消耗轉(zhuǎn)發(fā)資源，會(huì)對(duì)性能構(gòu)成一定影響。其次，逐跳的IPFPM檢測(cè)需要在流量途徑的全部節(jié)點(diǎn)上配置，配置前提就是先把流量路徑找出來(lái)。IP/MPLS網(wǎng)絡(luò)中，報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)是每一跳節(jié)點(diǎn)基于本地路由選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑的，網(wǎng)絡(luò)本身并不存在一個(gè)全局性的網(wǎng)元來(lái)感知和維護(hù)流量的路徑信息。目前的實(shí)現(xiàn)方式是通過(guò)網(wǎng)管對(duì)網(wǎng)元進(jìn)行逐跳的查表實(shí)現(xiàn)，但由于網(wǎng)管的查表行為與目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的具體方案緊密耦合，比如HVPN場(chǎng)景下和Native IP場(chǎng)景下需要查找的表項(xiàng)都是完全不同的，因此只能對(duì)各個(gè)典型場(chǎng)景進(jìn)行逐個(gè)適配。

4　結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)性能分析可以實(shí)現(xiàn)端到端的網(wǎng)絡(luò)性能監(jiān)控和端到端的網(wǎng)絡(luò)性能分析及相關(guān)的故障分析流程，快速確認(rèn)故障點(diǎn)并定位責(zé)任部門(mén)，及時(shí)解決網(wǎng)絡(luò)性能問(wèn)題，提高運(yùn)行效率，減少或避免有關(guān)“網(wǎng)絡(luò)不可用”、“網(wǎng)絡(luò)太慢”等用戶和部門(mén)的投訴，給網(wǎng)絡(luò)提供專業(yè)、系統(tǒng)的優(yōu)化依據(jù)，提升整網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)和管理能力，改善網(wǎng)絡(luò)的整體服務(wù)質(zhì)量。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)管理和運(yùn)維也會(huì)隨之帶來(lái)更多的困難，隨之帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)性能分析技術(shù)手段也在不斷的發(fā)展，各種技術(shù)方案各有千秋、所長(zhǎng)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇最合適的技術(shù)方案，在未來(lái)的發(fā)展中，適應(yīng)性強(qiáng)并且可以快速有效的部署將成為網(wǎng)絡(luò)性能分析技術(shù)面臨的巨大挑戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

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Research on network performance analysis technology

Yang Chunli， Zhang Liang， Ma Yuanyuan

Abstract：In the IP network era， network troubleshooting and performance evaluation become increasingly prominent issue， network troubleshooting and trouble locating is long time and difficulty， maintenance work is low efficiency. This paper analyzes the necessity of network performance analysis； discussed the methods and techniques of network performance analysis； and possible future development direction of network performance analysis technology.

Key words：network performance； simulation flow； traffic flow； network quality

收稿日期：（2016-02-18）