IP网络带宽测量

论文摘要

随着Internet技术和网络业务的飞速发展，用户对网络资源的需求空前增长，网络也变得越来越复杂。越来越多的网络应用程序需要了解网络延迟、带宽、吞吐率等网络性能参数，以支持不同的服务质量（QoS，Quality of Service）。不断增加的网络用户和应用，导致网络负担沉重，网络设备超负荷运转，从而引起网络性能下降。这就需要对网络的性能指标进行提取与分析，对网络性能进行改善和提高。因此网络性能测量便应运而生。迅速准确测量网络可用带宽也有助于保护网络安全，保证互联网的正常运行。网络带宽表征网络传输信息的能力，包括链路带宽和可用带宽，直接反映了端到端路径的基本状况，是对网络进行性能管理和服务质量控制的基础。现在已出现各种各样的带宽测量算法和工具，但是，目前还没有一种能适用于那些网络应用程序如web services的应用，这些程序不能在对方端点安装测量程序。现有的带宽测量算法和工具中，仅pathchar算法不需要目的端的协作。而pathchar算法有只能测量链路带宽，且要求网络路径对称等缺点，从而为其应用带来不少限制。本文在深入分析现有带宽测量的模型与方法后，提出一种新型的算法—TPTA（Timestamp-based Packet Tetrad Algorithm）：探测源端主动向网络发送带有时间戳选项的ICMP（Internet Control Message Protocol）回显请求的四元分组，根据分组长度之差与四元分组通过待测链路的时间差的变化，以及链路的带宽和背景流量的关系，计算出该链路的带宽和可用带宽，并在仿真和实测中验证了该方法的准确性和抗干扰能力。它具有如下优点：1．由于该方法是通过探测源端主动向网络发送带有时间戳选项的ICMP回显请求的四元分组，那么根据时间ICMP记录的信息可以得到需要的时间测量值，从而不要求目的端的协作；2．由于指定路由器把它当前的时间值记录在分组的报文头部然后返回，此值在经过后续链路和路由器时不会改变，即与后续链路无关，所以不要求网络路径对称；3．通过测量分组的时间差值可以过滤部分排队失败的数据，又没有下游链路的拥塞的问题，因而有较强的抗干扰能力。4．由于该算法采用的是四元分组方法，消除了因测量分组通过数据链路层和物理层后分组长度的增加而引起的测量误差，因而具有更高的准确性。5．可以测量路径上任一链路的链路带宽和可用带宽，也可以逐跳测量，从而可以得到路径的瓶颈带宽和可用带宽。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 网络测量的重要性
• 1.2 网络性能概述
• 1.3 带宽测量
• 1.3.1 瓶颈带宽
• 1.3.2 可用带宽
• 1.3.3 瓶颈带宽测量和可用带宽测量的应用范围
• 1.4 本文工作意义
• 1.5 论文基本结构
• 第二章 带宽测量的分类
• 2.1 主动测量
• 2.1.1 主动测量方式的测量原理
• 2.1.2 主动测量的优缺点
• 2.2 被动测量
• 2.2.1 被动测量方式的测量原理
• 2.2.2 被动测量的优缺点
• 2.2.3 测量评价指标
• 2.3 小结
• 第三章 现有主动带宽测量技术分析
• 3.1 数据包延迟模型
• 3.2 链路带宽测量技术
• 3.2.1 基于单包模型的测量
• 3.2.2 基于包对模型的测量
• 3.2.3 链路带宽测量技术分析
• 3.2.3.1 单包模型特点分析
• 3.2.3.2 包对模型特点分析
• 3.3 可用带宽测量技术
• 3.3.1 PRM方法
• 3.3.2 PGM方法
• 3.3.2.1 单跳路径
• 3.3.2.2 多跳路径
• 3.3.3 可用带宽测量技术分析
• 第四章 一种新型的带宽测量算法—TPTA
• 4.1 现在测量方法的不足
• 4.2 时间戳选项介绍
• 4.3 TPTA测量原理
• 4.4 TPTA性能分析
• 4.5 TPTA算法的基本步骤
• 4.6 仿真实验
• 4.7 实际测量
• 4.8 小结
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 下一步工作
• 参考文献
• 附录1 攻读硕士期间发表的学术论文
• 附录2 致谢