端到端网络性能测量系统的分析与研究

论文摘要

当前网络的规模和复杂性不断增加,Internet服务提供商和用户都希望了解自己提供或正在使用的网络的性能。端到端的网络性能测量技术为网络的管理,故障的诊断,设备的部署,应用的开发等提供了科学的依据。本文分析了网络性能参数的定义,测量方法的分类,尤其对时延和带宽测量方法进行了研究。具体成果如下：1、提出了基于TCP的单端可用带宽测量方法。比较现有的可用带宽测量方法发现：基于探测间隔模型的测量方法要比基于探测速率模型的测量方法更准确,对网络的负面影响更小。以前的可用带宽测量方法都需要发送端和接收端协作完成测量。本文在探测间隔模型的基础之上,模拟TCP协议,提出一种单端测量方法。实验结果表明采用该方法比双端的测量方法的系统更容易部署,且其误差精度达到双端的测量工具Spruce的精度。2、改进了目前的往返时延测量方法。目前的往返时延测量工具ping误差较大,且不能解决防火墙过滤ICMP报文的问题。本文利用Linux操作系统提供的PF_PACKET类型套接口得到数据包到达网络适配器的时间戳来测量往返时延,该方法与传统在用户空间获取系统时间相比,减小了测量误差；通过发送伪造的SYN报文解决了防火墙过滤ICMP的问题。3、实现了一个基于Web Service的端到端网络性能测量原型系统。应用前面提出的测量方法,实现了一个面向多域网络环境的端到端网络性能测量系统原型。该原型系统采用Web Service技术,功能模块内聚性好,耦合性低,具有较好的可扩展性,包含测量点服务、测量数据存档服务、认证服务、注册与查找服务。运行结果表明该原型系统可以在即时任务和定时任务两种不同工作模式完成对端到端路径上往返时延、可用带宽等性能参数的测量。本文提出的基于Web Service的端到端网络性能测量原型系统具有：采用本文改进算法保持了双端测量方法精度且更容易部署；减小了传统的用户空间获取系统时间方法的测量误差；功能模块内聚性好,耦合性低,具有较好的可扩展性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 网络检测的研究背景和研究意义
• 1.2 国内外网络检测技术的研究现状
• 1.3 论文的研究内容及与结构章节的介绍
• 第二章 端到端网络测量的概述
• 2.1 端到端的路径介绍
• 2.2 定义端到端网络性能的关键参数
• 2.2.1 IETF对IP网络性能参数的描述
• 2.2.2 ITU-T对IP网络性能参数的描述
• 2.3 网络性能测量方法的基本分类
• 2.4 测量方法的评估
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于包捕获的时延的测量
• 3.1 时延测量概述
• 3.2 时延测量中出现的各种误差
• 3.2.1 基于时钟的误差分析与研究
• 3.2.2 线上时间（Wire-Time）和主机时间（Host-time）误差
• 3.2.3 与目的主机生成响应相关的误差及不确定性的分析研究
• 3.3 往返时延测量实现的基本原理
• 3.4 往返时延测量中误差的消除
• 3.4.1 基于时钟误差消除的研究
• 3.4.2 线上时间与主机时间误差的消除
• 3.5 实验结果对比分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 可用带宽的测量
• 4.1 带宽测量研究的概念
• 4.1.1 带宽相关的定义
• 4.1.2 带宽相关的研究
• 4.2 现有带宽测量算法的研究
• 4.2.1 瓶颈带宽的测量方法
• 4.2.2 可用带宽的测量方法
• 4.3 基于TCP的单端可用带宽测量方法
• 4.3.1 基本思想
• 4.3.2 测量算法设计
• 4.4 测量方法的对比验证
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于Web Service的端到端网络性能测量系统
• 5.1 引言
• 5.2 Web Service简介
• 5.3 体系结构设计
• 5.4 原型实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 结论及展望
• 6.1 论文回顾与结论
• 6.2 后续研究工作的一些展望
• 参考文献
• 致谢