端到端互联网性能监测技术研究

论文摘要

以TCP/IP协议为基础的互联网得到了迅猛发展和广泛应用,已经并正在改变着人们的工作、学习和生活方式。而网络服务质量、可管理性、网络模型等对互联网的进一步发展提出了挑战。由于互联网固有的异构性、复杂性、开放性和动态性等特点,以及网络及其应用的飞速发展,人们迫切需要对网络行为有透彻的理解,可以对网络整体进行监测管理和建模,保障服务质量,特别是端到端服务质量。端到端互联网性能监测技术的研究将为互联网的科学管理和有效控制、科学规划和合理利用、高效的协议、设备、应用的开发及部署提供科学依据和有力辅助。本文对端到端互联网性能监测技术进行了深入调研,回顾了技术发展历程,分析了性能监测指标体系的定义,测量方法的分类和评价标准,总结了已有大规模端到端互联网性能监测系统的研究进展、特点等,针对高效、准确的指标测量方法,测量实现协议差异,测量系统设计等问题进行了深入研究并取得如下创新性成果:1)提出了高精度的端到端时延测量方法对在通用PC实现的时延测量方法分析发现,由于存在时钟误差、位置误差其精度较差。提出一种改进的时延测量方法,以TSC寄存器计数取代系统时钟计时,减少了测量的时钟误差;修改系统内核,将时间戳记录位置由应用程序转移到网卡驱动,减少了测量的位置误差。该方法测量结果稳定,对系统吞吐量基本无影响。与传统方法相比,可显著降低测量误差。该方法基于通用PC架构,测量成本低,适于普遍采用。由于端到端最小包时延的可测性对该方法精度有较大影响,亦以仿真为手段定量分析了在不同路径长度下最小包时延的可测性,并提出一种基于仿真分析的最小时延测量方法。在互联网的实际测量表明该方法能以较小的测量开销获得较准确的最小时延测量结果。2)提出了基于泊松采样的端到端时延变化测量方法基于路径排队模型,发现时延变化对负载的反映受探测包发送时间间隔影响;因参考时延选取不当及采样方式限制,现有方法所测时延变化只粗略反映路径负载。提出了泊松包对采样方法,选取探测包对前后包互为参考时延,增强了时延变化反映路径负载的能力;调整探测包对的采样方式为泊松包对采样,避免了通常周期采样、泊松采样等采样方式的限制。同时基于路径排队模型,确定了探测包对发送时间间隔的下界。3)提出了低开销的端到端路径容量测量方法

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 互联网发展现状及所面临的挑战
• 1.2 互联网监测技术的研究意义
• 1.3 论文研究内容与创新点
• 1.4 论文结构与章节安排
• 第2章 端到端互联网性能监测技术研究概述
• 2.1 互联网监测技术的发展
• 2.2 互联网监测技术分类
• 2.3 互联网性能指标
• 2.4 端到端互联网性能监测方法
• 2.5 测量结果分析技术
• 2.6 监测平台与项目
• 2.7 小结
• 第3章 端到端时延测量技术
• 3.1 引言
• 3.2 时延测量研究概述
• 3.3 时钟误差消除
• 3.4 位置误差消除
• 3.5 时延测量实现
• 3.6 实验结果
• 3.7 最小时延测量
• 3.8 小结
• 第4章 端到端时延变化测量技术
• 4.1 引言
• 4.2 IPDV 研究基础
• 4.3 前后参考变化 IPDV 分析
• 4.4 泊松包对测量算法
• 4.5 实验和结果分析
• 4.6 小结
• 第5章 端到端路径容量测量技术
• 5.1 引言
• 5.2 路径容量测量概述
• 5.3 已有工具性能分析
• 5.4 测量方法的改进
• 5.5 方法实现关键问题
• 5.6 实验结果
• 5.7 小结
• 第6章 测量协议差异分析
• 6.1 引言
• 6.2 研究概述
• 6.3 实验设计
• 6.4 连通性测量协议差异
• 6.5 往返时延测量协议差异
• 6.6 丢包率测量协议差异
• 6.7 小结
• 第7章 面向 SLA 的互联网测量系统设计
• 7.1 引言
• 7.2 SLA 监测技术概述
• 7.3 系统结构设计
• 7.4 系统设计的关键问题
• 7.5 测量结果存储 MIB 设计
• 7.6 系统实现
• 7.7 小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
• 附录 B 攻读学位期间所参与的其它科研活动
• 致谢