專利名稱：IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的快速測量方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)，尤其涉及IPv6環(huán)境下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的測量方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
隨著Internet的迅猛發(fā)展和多媒體通信技術(shù)的進(jìn)步，IP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)已經(jīng)變得極為重要。由于不同類型的業(yè)務(wù)具有不同的業(yè)務(wù)特性和服務(wù)質(zhì)量要求，需要網(wǎng)絡(luò)能夠提供相應(yīng)的機(jī)制，使其能夠在高效地提高資源利用率的同時保證不同類型業(yè)務(wù)的QoS。目前主要的QoS體系結(jié)構(gòu)有兩種集成服務(wù)(InterServ)和區(qū)分服務(wù)(DiffServ)。InterServ面向動態(tài)虛電路，依賴于網(wǎng)絡(luò)流狀態(tài)，復(fù)雜性高，可擴(kuò)展性、魯棒性和實現(xiàn)難度大，發(fā)展逐漸受阻；DiffServ業(yè)務(wù)模型定義了一種具有較高擴(kuò)展性的QoS實現(xiàn)方法，改變了網(wǎng)絡(luò)處理不同業(yè)務(wù)類流量的方式，具有伸縮性較好以及容易實現(xiàn)等優(yōu)點，是Internet QoS發(fā)展的重要方向。
隨著Internet的擴(kuò)展和新應(yīng)用的不斷推出，IPv4網(wǎng)絡(luò)在地址空間緊缺、端到端網(wǎng)絡(luò)的安全等方面越來越顯示出局限性，因此IETF在20世紀(jì)90年代提出IPv6協(xié)議的推薦版本，IPv6作為替代IPv4的下一代網(wǎng)絡(luò)被逐步推進(jìn)普及。IPv6不僅具有全新的報文結(jié)構(gòu)、巨大的地址空間和全新的地址配置方式，同時也為QoS機(jī)制提供了更好支持。
DiffServ區(qū)域參數(shù)測量目的是用測量手段取得網(wǎng)絡(luò)的性能和QoS指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)的QoS管理、維護(hù)、控制和計費都需要QoS參數(shù)測量的支持。目前，DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能主要有兩類測量方法。一種是通過在網(wǎng)絡(luò)一端向待測網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送大量測試數(shù)據(jù)流，然后，沿通路各主要節(jié)點為測量監(jiān)視此測試業(yè)務(wù)流，對多個參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計、計算。涉及使用IPv6時間戳擴(kuò)展報文頭來記錄報文經(jīng)過每一跳路由器的當(dāng)前時間，根據(jù)多個探測報文的時間戳序列得到鏈路利用率的方法。這種方法存在兩大缺陷一方面，所發(fā)送的測試數(shù)據(jù)流由于并沒有經(jīng)過流聚類，對待測網(wǎng)絡(luò)本身的流量會造成影響，使測試結(jié)果失真；另一方面，這種方法在操作中由沿通路各主要節(jié)點對每個QoS指標(biāo)進(jìn)行逐個測試，測量不但耗費時間，而且使用戶難以對網(wǎng)絡(luò)性能有整體把握。另一種方法是基于路由器的被動測量方法，即通過路由器網(wǎng)管軟件的接口，直接獲取路由器軟件的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。該方法具有較高的測量精度，但必須具備網(wǎng)絡(luò)的管理權(quán)，特別是對于某些跨越多個運營商的網(wǎng)絡(luò)測量，該方法顯得很不靈活，局限性比較突出。
申請?zhí)枮?00610144203.3、名稱為“IPv6網(wǎng)絡(luò)鏈路利用率測量方法、測量裝置及IPv6網(wǎng)絡(luò)路由器”的專利申請公開了使用IPv6時間戳擴(kuò)展報文頭來記錄報文經(jīng)過每一跳路由器的當(dāng)前時間，根據(jù)多個探測報文的時間戳序列得到鏈路利用率，但其缺陷是未公開給出IPv6報文頭中時間戳信息具體的擴(kuò)展方法，也未涉及利用IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展報文頭構(gòu)造測試報文的方法、以及DiffServ區(qū)域網(wǎng)絡(luò)性能測試方法。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的快速測量方法，可對IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行快速準(zhǔn)確的測量，能反映出整體網(wǎng)絡(luò)性能。
本發(fā)明的另一目的是提供一種該測量方法的系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，具有很好的靈活性，易于實施。
本發(fā)明測量方法采用的技術(shù)方案是由源端A、IPv6下DiffServ區(qū)域和目的端B組成，IPv6下DiffServ區(qū)域由若干邊緣節(jié)點和若干個核心節(jié)點構(gòu)成；所述源端A由測量控制模塊、報文處理模塊、業(yè)務(wù)流處理模塊、信息表維護(hù)模塊、統(tǒng)計計算模塊組成，目的端B由控制模塊、另一報文處理模塊和另一信息表維護(hù)模塊構(gòu)成。
本發(fā)明測量系統(tǒng)采用的技術(shù)方案是將測試源端A和目的端B與待測IPv6下DiffServ區(qū)域需測量的兩個網(wǎng)絡(luò)端點相連，分別建立其報文信息表TA、TB并配置測量所需的相關(guān)參數(shù)信息；源端A按指數(shù)分布序列向目的端B發(fā)送包含IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭報文構(gòu)成的測試業(yè)務(wù)流，并將報文信息記錄到信息表TA中，目的端B若在約束時間內(nèi)收到測試報文則構(gòu)造反向報文發(fā)送給源端A，否則丟棄該報文；收集存儲在源端A、目的端B分別維護(hù)的報文信息表TA、TB，對信息表進(jìn)行查詢、計算，將性能評價指標(biāo)量化，得出反映IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)整體性能指標(biāo)。
本發(fā)明的有益效果是 1、充分利用IPv6和DiffServ結(jié)構(gòu)特點，利用IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展報文頭構(gòu)造測試報文的方法，構(gòu)造由僅供目標(biāo)節(jié)點處理的IPv6擴(kuò)展報文構(gòu)成的測試報文和業(yè)務(wù)流，擴(kuò)展報頭中記錄了時間戳和測試報文序號信息，為測量提供保障。
2、不需要對路由器進(jìn)行改造，也不需要網(wǎng)絡(luò)運營商公開內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜驮O(shè)備配置等資料，只需網(wǎng)絡(luò)兩端部署系統(tǒng)，使測量技術(shù)獲得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點更多的支持。
3、對測量過程的可控性比較高，同時又不影響網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的性能； 4、測試速度快，設(shè)定的指標(biāo)體系能反映出整體網(wǎng)絡(luò)性能，利于用戶從整體上把握DiffServ區(qū)域網(wǎng)絡(luò)性能，同時可以利用測量結(jié)果進(jìn)行其他網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的推測。



圖1為本發(fā)明測量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖； 圖2為本發(fā)明測量方法的總流程圖； 圖3為本發(fā)明中測試報文的IPv6報頭結(jié)構(gòu)； 圖4為IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展報頭結(jié)構(gòu)； 圖5為圖4擴(kuò)展報頭中帶有時間戳和測試報文序號信息的的選項字段結(jié)構(gòu)； 圖6為本發(fā)明測量方法中測試業(yè)務(wù)流組成原理圖； 圖7為本發(fā)明實施例1的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施例方式 如圖1所示，本發(fā)明提出的測量系統(tǒng)由源端A 201、IPv6下DiffServ區(qū)域301和目的端B 401組成。其中，源端A 201由測量控制模塊202、報文處理模塊203、業(yè)務(wù)流處理模塊204、信息表維護(hù)模塊205、統(tǒng)計計算模塊206組成。測量控制模塊202分別連接統(tǒng)計計算模塊206、報文處理模塊203和業(yè)務(wù)流處理模塊204，報文處理模塊203和業(yè)務(wù)流處理模塊204互連后分別連接至信息表維護(hù)模塊205，信息表維護(hù)模塊205接至統(tǒng)計計算模塊206。IPv6下DiffServ區(qū)域301由若干邊緣節(jié)點和若干個核心節(jié)點構(gòu)成，圖1僅示出2個邊緣節(jié)點302、306和3個核心節(jié)點303、304、305。目的端B 401由控制模塊402、報文處理模塊403和信息表維護(hù)模塊404構(gòu)成，其中控制模塊402分別接至報文處理模塊403和信息表維護(hù)模塊404，報文處理模塊403連接信息表維護(hù)模塊404。源端A 201和目的端B 401分別通過邊緣節(jié)點302、306接至IPv6下DiffServ區(qū)域301。
對上述源端A 201包括的多個功能模塊具體說明如下 測量控制模塊202，實現(xiàn)對包括IPv6配置、單路時延門限值、業(yè)務(wù)流結(jié)構(gòu)、速率、權(quán)重等測量參數(shù)的配置，對源端A 201和目的端B 401發(fā)送控制指令，啟動和控制測量過程。
報文處理模塊203，實現(xiàn)對報文構(gòu)造、發(fā)送、接收與處理功能。
信息表維護(hù)模塊205，實現(xiàn)對信息表的創(chuàng)建、更新、查詢等操作。
業(yè)務(wù)流處理模塊204，通過對處理數(shù)據(jù)報文流標(biāo)簽和流類別、設(shè)定上層應(yīng)用協(xié)議和填充內(nèi)容，實現(xiàn)業(yè)務(wù)流序列的構(gòu)造，并控制發(fā)送速率和分布規(guī)律。
統(tǒng)計計算模塊206，收集信息表數(shù)據(jù)，按指標(biāo)體系進(jìn)行計算處理。
對目的端B 401中包括的功能模塊具體說明如下 控制模塊402，接受來自源端A 201的控制信息，并答復(fù)相關(guān)請求。
報文處理模塊403，實現(xiàn)對報文接收、構(gòu)造、發(fā)送與處理功能。
信息表維護(hù)模塊404，實現(xiàn)對信息表的創(chuàng)建、更新、查詢等操作。
本發(fā)明測量方法包括的源端A 201是通信的發(fā)起端，也是測量系統(tǒng)的主端點，對測量過程起主導(dǎo)作用。首先設(shè)定測試源端A 201與目的端B 401，分別建立其報文信息表TA、TB，并配置測量所需的相關(guān)參數(shù)信息。源端A 201按指數(shù)分布序列向目的端B 401發(fā)送包含IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭報文構(gòu)成的測試業(yè)務(wù)流。目的端B 401若在約束時間內(nèi)收到測試報文，則構(gòu)造反向報文發(fā)送給源端A 201，否則丟棄該報文。最后收集在源端A 201、目的端B 401分別維護(hù)的報文信息表TA、TB，按指標(biāo)體系統(tǒng)計、計算數(shù)據(jù)，得出反映DiffServ區(qū)域301端到端網(wǎng)絡(luò)整體性能的指標(biāo)。
對上述的測量方法具體描述如下 參見圖2，本發(fā)明的具體測量操作步驟為 步驟101首先將測試源端A 201和目的端B 401分別與待測IPv6下DiffServ區(qū)域301選定需要測量的兩個網(wǎng)絡(luò)端點，即DiffServ區(qū)域的邊緣節(jié)點302、306相連。在測試源端A 201、目的端B 401分別創(chuàng)建數(shù)據(jù)報文信息表TA、TB，配置測量所需的相關(guān)參數(shù)信息，設(shè)定單向延遲的門限值，設(shè)置業(yè)務(wù)流結(jié)構(gòu)、速率、權(quán)重等信息。
步驟102測試源端A 201構(gòu)造包含IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭的報文組成符合要求的業(yè)務(wù)流，按指數(shù)分布序列以目的端B 401為目的地址發(fā)送，并將報文信息記錄到信息表TA中。
步驟103測試報文經(jīng)過IPv6下DiffServ區(qū)域301的邊緣和內(nèi)部路由節(jié)點時，將由各節(jié)點按各自預(yù)定的報文處理機(jī)制對其進(jìn)行處理，包括計量、標(biāo)記、整形和丟棄等操作。
步驟104～106目的端B 401如果在單向延遲門限值內(nèi)收到測試報文，將報文中的源地址A和目的地址B互換構(gòu)造反向報文，并將發(fā)出時間填寫在目標(biāo)選項擴(kuò)展頭中發(fā)送給源端A 201，否則丟棄該數(shù)據(jù)報文，該反向報文與原報文具有相同的報文結(jié)構(gòu)，具有相同的業(yè)務(wù)流類型；同時，將報文信息記錄到信息表TB中。
步驟108源端A 201收到反向報文后，將收到報文的當(dāng)前時間等報文信息記錄到信息表TA中。
步驟109系統(tǒng)收集存儲在源端A 201、目的端B 401上的報文信息記錄表TA、TB，對信息表進(jìn)行查詢、計算，將性能評價指標(biāo)量化，從而動態(tài)地反映IPv6下DiffServ區(qū)域301運行狀態(tài)和評價網(wǎng)絡(luò)性能。
本發(fā)明源端A 201每發(fā)出一個數(shù)據(jù)報，就對信息表TA執(zhí)行插入記錄操作，記錄具體內(nèi)容為RA＝{記錄序號，流類型編碼，流標(biāo)簽值，報文序號，數(shù)據(jù)報長度，發(fā)送時間，0，0，0}，最后三個字段值為0表示默認(rèn)未收到反向報文。源端A 201每收到一個反向數(shù)據(jù)報，就對信息表TA執(zhí)行更新操作，按測試報文IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭中所記錄的測試報文序號DGNum字段值檢索到要更新的記錄，更新Return字段值為1，更新RetTime字段值為收到反向報文的當(dāng)前時間，更新RetSentTime字段值為該反向報文擴(kuò)展頭中所填寫的發(fā)出時間戳信息。
目的端B 401每收到一個數(shù)據(jù)報，就對信息表TB執(zhí)行插入操作，記錄內(nèi)容為RB＝{記錄序號，流類型編碼，流標(biāo)簽值，報文序號，數(shù)據(jù)報長度，收到時間，報文發(fā)出時間，0}，第2、3個字段分別為收到報文的IPv6報文頭中Traffic Class(流類別)字段值和Flow Label(流標(biāo)簽位)字段值，第4個字段為收到報文的IPv6擴(kuò)展頭中DGNum字段所記錄的值，第5、6個字段分別為收到報文的長度和當(dāng)前時間，第7個字段為該報文IPv6擴(kuò)展頭中所攜帶的時間戳信息，最后1個字段值為0表示默認(rèn)尚未發(fā)出反向報文。目的端B 401每發(fā)出一個反向數(shù)據(jù)報，就對信息表TB執(zhí)行更新操作，按報文序號檢索到要更新的記錄，更新BTime字段值為發(fā)出反向報文的當(dāng)前時間。
本發(fā)明測試用的IP層數(shù)據(jù)報頭由IPv6報文頭、目標(biāo)選項擴(kuò)展頭兩部分組成。IPv6報文頭如圖3所示。VersionIP協(xié)議版本號，定義值為6，長度為4位，其中Traffic Class，流類別，該字段設(shè)置與DiffServ不同的PHB類型所對應(yīng)的DSCP值，長度為8位；Flow Label流標(biāo)簽位，字段為各業(yè)務(wù)流設(shè)置標(biāo)記，長度為20位。Payload Length有效載荷長度，指緊跟在IPv6報頭的數(shù)據(jù)包的其他部分的長度，長度為16位。Next Header下一個報頭字段，定義值為60，表示只由數(shù)據(jù)包目的地址進(jìn)行處理的選項，長度為8位。Hop Limit跳限制字段，為IP數(shù)據(jù)包所經(jīng)過的最大跳數(shù)，長度為8。Source Address發(fā)送方地址，即源地址，長度為128位。Destination Address接受方地址，即目的地址，長度為128位。DiffServ定義了3種PHB類型缺省的PHB(Best Effort，BE)，加速轉(zhuǎn)發(fā)的PHB(ExpeditedForwarding，EF)和確保轉(zhuǎn)發(fā)的PHB(Assured Forward，AF，包含AF1，AF2，AF3，AF4四種類型)。不同的PHB類型對應(yīng)不同的編碼點(DSCP)，也意味著不同的服務(wù)級別。在DiffServ測量中，測量數(shù)據(jù)包應(yīng)具有與待測流量相同的DSCP位。流標(biāo)簽用于標(biāo)記各數(shù)據(jù)流。
IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭如圖4所示，僅供目標(biāo)節(jié)點處理，且記錄有該報文發(fā)送時的時間戳信息。Next Header下一個報頭，表示緊跟IPv6擴(kuò)展時間戳報頭之后的下一個擴(kuò)展頭和協(xié)議報頭類型，長度為8位。Hdr Ext Len報頭擴(kuò)展長度，指目的選項擴(kuò)展報頭中的8字節(jié)塊的數(shù)量，其中不包括第一個8字節(jié)，長度為8位。Options選項，是一系列字段的組合，即該擴(kuò)展報頭所承載的發(fā)送時間戳信息和測試報文序號等字段。
本發(fā)明方法所構(gòu)造的IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭的Options字段用來攜帶報文發(fā)送時間戳信息和記錄測試報文序號，供目標(biāo)節(jié)點進(jìn)行處理，該字段以類型-長度-值(TLV)格式編碼，具體擴(kuò)展方法如圖5所示，含義說明如下 第一個8位是Option Type字段，表示該選項類型和相關(guān)節(jié)點對該選項的處理方法；根據(jù)RFC2460的定義，Option Type字段的最高兩位用于說明相關(guān)節(jié)點對該選項的處理方法，值為00，表示若節(jié)點不支持該選項類型，則忽略此選項完成對擴(kuò)展頭其余部分的處理；第3位指明在包從源地址到目的地址的傳送過程中，選項數(shù)據(jù)的值是否可以改變，值為0，表示不允許改變；從第4位至第8位可根據(jù)需要定義。本發(fā)明中，Option Type字段完整格式為00000010，即值為2，表示該報文是由源端A發(fā)送給目的端B的報文；Option Type字段格式為00000011，即值為3，表示該報文是由目的端B發(fā)回給源端A的反向報文。第二個8位是Option Data Length字段，表示該選項的字節(jié)長度，不包括Option Type和OptionLength的長度，本方法定義值為8。最后是Option Value字段，長度為96位。其中，前64位用以記錄具體時間戳數(shù)值，用UTC午夜開始到當(dāng)前時間所經(jīng)過的微秒數(shù)表示，這8個字節(jié)的長度可以使時間戳具有足夠的精確度；緊跟其后的16位是測試報文序號DGNum字段，用于標(biāo)示測試報文序號；緊跟其后的16位是Pads字段，用于填充，以確保把整個IPv6報文頭的長度填充成8B的整數(shù)倍。
根據(jù)IETF對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)性能參數(shù)制定的標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合DiffServ的特點，本方法選用延遲、穩(wěn)定性和帶寬三方面的六種參數(shù)作為測量指標(biāo)，具體如下 1)單路延遲(One-way Delay)是網(wǎng)絡(luò)傳播延遲的基本定量特征，RFC2679規(guī)定了單向延遲度量值。定義為在T時，包P的第一個比特位從源端A 201向目的端B 401發(fā)送；目的端B 401在T+ΔT時收到包P的最后一個比特位，ΔT就是單路延遲。
2)回路延遲(Round-trip Delay)RFC2681中給出了定義。定義為在T時，包P的第一個比特位從源端A 201向目的端B 401發(fā)送；目的端B 401收到后，立即將類型包返回到源端A 201；源端A 201在T+ΔT時收到包P的最后一個比特位，ΔT就是回路延遲。
在本發(fā)明提出的測量方法中，目的端B 401通過調(diào)換源地址與目的地址構(gòu)造發(fā)送給源端A 201的反向包。設(shè)源端A 201在在T時，包P的第一個比特位從源端A 201向目的端B401發(fā)送；在T+ΔT時收到來自目的端B 401的返回包的最后一個比特位，則回路延遲為ΔT。
3)包延遲變化(Delay Variation)RFC3393中給出了定義。它基于單向延遲度量值，定義為同一數(shù)據(jù)流中的兩個包的單向延遲之差。假設(shè)在同一數(shù)據(jù)流中選取包P1和包P2，其單向延遲分別為ΔT1和ΔT2，則包的延遲變化為|ΔT1-ΔT2|。
4)丟包率(Packet Loss)RFC2680定義了包丟失。如果一個包不能在合理的時間段內(nèi)到達(dá)目的地，則認(rèn)為包丟失，這個合理的時間段依賴于測量得到的單向延遲。本發(fā)明方法中，丟包率分為從源端A 201到目地端B401的正向丟包率與目地端B401到源端A 201的反向丟包率。所有沒有在門限時間內(nèi)收到的報文都作為丟失報文，按公式 LR＝L/N(1) 計算丟包率，其中L位丟失的報文數(shù)，N位總的發(fā)送報文數(shù)。
5)平均包吞吐率(Average Packet Throughput)包吞吐率是指單位時間內(nèi)成功傳送的包的數(shù)量，它的值通常由該路徑上的傳送速度最慢的鏈路所決定，即所謂的瓶頸帶寬。為了使用戶通過測量結(jié)果對網(wǎng)絡(luò)性能有整體的了解，本方法以平均包吞吐率作為指標(biāo)，按公式 計算各業(yè)務(wù)流的平均包吞吐率，其中Si為單個數(shù)據(jù)包的長度(單位B)，ti為該數(shù)據(jù)包的往返時間(單位s)。
6)帶寬分配的公平性考慮到DiffServ針對不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，在基于流的基礎(chǔ)上在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處被聚合，聚合后的流量具有相同的QoS保證的特點，因此本測量方法還把帶寬分配的公平性作為考察指標(biāo)。
帶寬分配的公平性是指，針對具有不同帶寬、延時和抖動等要求的業(yè)務(wù)流，DiffServ區(qū)域按照預(yù)定的服務(wù)策略提供有差別的服務(wù)，有限的網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)以公平的方式分配給共享的各業(yè)務(wù)流。測量帶寬分配的公平性的目的是為改進(jìn)服務(wù)實現(xiàn)機(jī)制，消除各種流特性差異對公平性的影響提供依據(jù)。
定義DiffServ區(qū)域內(nèi)有R種服務(wù)級別，即對應(yīng)R種PHB，其中第j種服務(wù)級別中共有Nj條業(yè)務(wù)流(j＝1，…，R)，設(shè)屬于該服務(wù)級別的第i條業(yè)務(wù)流的預(yù)約帶寬為ci(i＝1，…，Nj)，域內(nèi)的總帶寬為Cb，則第i條業(yè)務(wù)流的公平帶寬為 公式(3)中，公平的帶寬由預(yù)約帶寬和加權(quán)剩余帶寬組成。對于一定的DiffServ區(qū)域，總帶寬Cb、服務(wù)級別種類數(shù)R都是已知常量，預(yù)約帶寬ci、當(dāng)前各業(yè)務(wù)流數(shù)Nj可以設(shè)定或測量得到，因此可以計算出fi的理論值。將fi與業(yè)務(wù)流的平均包吞吐率Bi進(jìn)行比較，可以對帶寬分配的公平性做出評價。
在源端A 201和目的端B 401中各維護(hù)著一張數(shù)據(jù)報文信息表，分別包含字段如表1所示。
表1.數(shù)據(jù)報文信息表字段一覽表
網(wǎng)絡(luò)流量中，75％的字節(jié)、70％的報文和75％的流是Web流量，F(xiàn)TP只占50％的字節(jié)、3％的報文和不到1％的流。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量變化時，路由器作為擁塞控制設(shè)備將對流重新進(jìn)行資源分配，從而產(chǎn)生調(diào)整過程中的擁塞。整體上，DiffServ區(qū)域也會體現(xiàn)出受網(wǎng)絡(luò)流量特征影響較大的特征。為了使測量結(jié)果盡量真實的反映網(wǎng)絡(luò)性能，本發(fā)明如圖6所示，以DSCP值聚合性能為指導(dǎo)，采用響應(yīng)阻塞流(TCP)和不響應(yīng)阻塞流(UDP)二者混合的數(shù)據(jù)流來模擬業(yè)務(wù)流；在具體業(yè)務(wù)類型上，采用Web、FTP、Telnet和基于UDP的各種應(yīng)用數(shù)據(jù)包按比例構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)流量發(fā)送。通過IPv6報文的流標(biāo)簽位標(biāo)記各數(shù)據(jù)流。
根據(jù)IETF的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明中同一種業(yè)務(wù)流按指數(shù)分布發(fā)送測試數(shù)據(jù)包。按照此規(guī)律發(fā)送同類業(yè)務(wù)測量包將構(gòu)成一個泊松過程，在此測量時間段內(nèi)，測量給定狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)所得的性能狀況漸近等價于整個網(wǎng)絡(luò)在此狀態(tài)下實際的性能狀況。根據(jù)泊松過程的特點，泊松過程的和仍為泊松過程，鏈路中各種不同業(yè)務(wù)的復(fù)合對于整個網(wǎng)絡(luò)來說，測量到的樣本數(shù)據(jù)仍舊是無偏的。同時，同一組測量實驗應(yīng)進(jìn)行多次，以保證測量數(shù)據(jù)在一定的分布滿意度內(nèi)。
在測量結(jié)束，由源端A 201的統(tǒng)計計算模塊206向目的端B 401獲取信息表TB的相關(guān)信息，系統(tǒng)收集信息表TA和TB，經(jīng)過指標(biāo)統(tǒng)計、計算后將網(wǎng)絡(luò)性能測量結(jié)果提供給用戶。
具體過程為 單路延遲分為從源端A 201到目的端B 401的延遲和從目的端B 401到源端A 201的延遲。各條報文從源端A 201到目的端B 401的延遲為ΔTAB＝TB.ReceiveTime-TB.ASentTime；如果該報文的反向報文在TA中的Return字段值為1，則說明源端A 201收到反向報文，對應(yīng)的從目的端B 401到源端A 201的延遲為ΔTBA＝TA.RetTime-TA.RetSentTime；否則反向報文丟失。
回路延遲為上述單路延遲之和ΔTRet＝ΔTAB+ΔTBA。
包延遲變化根據(jù)定義，由每個數(shù)據(jù)流中相鄰數(shù)據(jù)報的單路延遲之差可以計算得到包延遲變化。
丟包率首先統(tǒng)計信息表TA中記錄數(shù)NA和未收到反向報文的記錄數(shù)LBA，再按這些記錄的報文序號查找信息表TB，如未找到該序號對應(yīng)的記錄，說明對應(yīng)報文丟失，丟失報文數(shù)為LAB，設(shè)TB中總的記錄數(shù)為NB，則丟包率為LR＝(LAB+LBA)/(NA+NB)。
平均包吞吐率查找在信息表TA中收到反向報文的記錄，統(tǒng)計這些報文的長度之和

和往返時間之和

根據(jù)上文提出的計算公式(2)求出平均包吞吐率。
帶寬分配公平性通過信息表TA中流類型字段、流標(biāo)簽字段分別統(tǒng)計服務(wù)級別種類，以及各服務(wù)級別中業(yè)務(wù)流數(shù)；再根據(jù)各業(yè)務(wù)流的預(yù)約帶寬以及總帶寬(通過估計或設(shè)定)，按照公式(3)求出各條業(yè)務(wù)流的公平帶寬理論值。將各業(yè)務(wù)流的公平帶寬與實際包吞吐率進(jìn)行比較，可以評估帶寬分配是否公平。在具體實施中，可以通過變化業(yè)務(wù)流數(shù)、預(yù)約帶寬等參數(shù)進(jìn)行多組測試，動態(tài)觀察DiffServ區(qū)域資源分配和服務(wù)性能的變化特點，為改進(jìn)服務(wù)實現(xiàn)機(jī)制、消除各種流特性差異對公平性的影響提供依據(jù)。
本發(fā)明提出的測量方法可應(yīng)用于IPv6網(wǎng)絡(luò)中各種DiffServ區(qū)域端到端的網(wǎng)絡(luò)測量，為用戶提供反映網(wǎng)絡(luò)整體性能的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)，并可以利用其進(jìn)行其他網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的推測。
以下提供本發(fā)明的一個實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
實施例 如圖7，首先在IPv6網(wǎng)絡(luò)DiffServ區(qū)域301中選定待測邊緣節(jié)點302、306，分別與測試源端A 201、目的端B 401相連，并建立報文信息表TA、TB。然后設(shè)定測量所需的參數(shù)信息。在源端AF發(fā)送的業(yè)務(wù)流中，服務(wù)等級AF1，AF2，AF3，BE分別發(fā)送常規(guī)TCP流，選擇Web、FTP等數(shù)據(jù)流；EF為基于UDP的恒定比特率(CBR)數(shù)據(jù)流，AF4為突發(fā)性的UDP語音流。為各業(yè)務(wù)流分配權(quán)值和首次實驗的傳輸速率，并按指數(shù)分布產(chǎn)生TCP數(shù)據(jù)包。源端A 201構(gòu)造包含IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭的報文組成符合要求的業(yè)務(wù)流，按設(shè)定的分布序列以目的端B 401為目的地址發(fā)送，并將報文信息記錄到信息表TA中。測試報文經(jīng)過DiffServ區(qū)域的邊緣和內(nèi)部路由節(jié)點到達(dá)目的端B 401。如果在單向延遲門限值內(nèi)，目的端B 401將源地址A201和目的地址B401互換構(gòu)造反向報文，并將發(fā)出時間記錄在IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭中供源端A 201處理，否則丟棄該數(shù)據(jù)報文；同時，將報文信息記錄到信息表TB中。源端A 201收到反向報文后，將收到報文的當(dāng)前時間等報文信息記錄到信息表TA中。結(jié)束后，源端A 201收集報文信息表TA、TB，對信息表按指標(biāo)體系進(jìn)行計算，將性能評價指標(biāo)量化。
在具體實施中，本發(fā)明測量方法可以根據(jù)環(huán)境的不同設(shè)定與環(huán)境相似的業(yè)務(wù)流結(jié)構(gòu)，如對時延敏感的語音流、允許一定的丟包率的視頻流、傳統(tǒng)的網(wǎng)頁瀏覽和文件傳輸業(yè)務(wù)等，從而最小程度減少對原網(wǎng)絡(luò)流量的影響；并可多次改變各業(yè)務(wù)流的發(fā)送速率和數(shù)量進(jìn)行反復(fù)測量，以測試待測網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配變化。
權(quán)利要求
1.一種IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的快速測量系統(tǒng)，由源端A(201)、IPv6下DiffServ區(qū)域(301)和目的端B(401)組成，其特征是
所述IPv6下DiffServ區(qū)域(301)由若干邊緣節(jié)點和若干個核心節(jié)點構(gòu)成；
所述源端A(201)由測量控制模塊(202)、報文處理模塊(203)、業(yè)務(wù)流處理模塊(204)、信息表維護(hù)模塊(205)、統(tǒng)計計算模塊(206)組成，所述目的端B(401)由控制模塊(402)、另一報文處理模塊(403)和另一信息表維護(hù)模塊(404)構(gòu)成，其中
測量控制模塊(202)實現(xiàn)對包括IPv6配置、單路時延門限值、業(yè)務(wù)流結(jié)構(gòu)、速率、權(quán)重測量參數(shù)的配置，對源端A(201)和目的端B(401)發(fā)送控制指令，啟動和控制測量過程；
報文處理模塊(203、403)實現(xiàn)對報文構(gòu)造、發(fā)送、接收與處理；
信息表維護(hù)模塊(205、404)實現(xiàn)對信息表的創(chuàng)建、更新和查詢操作；
業(yè)務(wù)流處理模塊(204)通過對處理數(shù)據(jù)報文流標(biāo)簽和流類別、設(shè)定上層應(yīng)用協(xié)議和填充內(nèi)容實現(xiàn)業(yè)務(wù)流序列的構(gòu)造，并控制發(fā)送速率和分布規(guī)律；
統(tǒng)計計算模塊(206)收集信息表數(shù)據(jù)，按指標(biāo)體系進(jìn)行計算處理；
控制模塊(402)接受來自源端A(201)的控制信息，并答復(fù)相關(guān)請求。
2.一種IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的快速測量方法，其特征是包括以下步驟
1)將測試源端A(201)和目的端B(401)與待測IPv6下DiffServ區(qū)域(301)需測量的兩個網(wǎng)絡(luò)端點相連，分別建立其報文信息表TA、TB并配置測量所需的相關(guān)參數(shù)信息；
2)源端A(201)按指數(shù)分布序列向目的端B(401)發(fā)送包含IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭報文構(gòu)成的測試業(yè)務(wù)流，并將報文信息記錄到信息表TA中；
3)目的端B(401)若在約束時間內(nèi)收到測試報文則構(gòu)造反向報文發(fā)送給源端A(201)，否則丟棄該報文；
4)收集存儲在源端A(201)、目的端B(401)分別維護(hù)的報文信息表TA、TB，對信息表進(jìn)行查詢、計算，將性能評價指標(biāo)量化，得出反映IPv6下DiffServ區(qū)域(301)端到端網(wǎng)絡(luò)整體性能指標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的快速測量方法，其特征是步驟2)所述目標(biāo)選項擴(kuò)展頭報文記錄有該報文發(fā)送時的時間戳信息，具有如下結(jié)構(gòu)
Next Header下一個報頭，緊跟IPv6擴(kuò)展時間戳報頭之后的下一個擴(kuò)展頭和協(xié)議報頭類型，長度為8位；
Hdr Ext Len報頭擴(kuò)展長度，指目的選項擴(kuò)展報頭中的8字節(jié)塊的數(shù)量，其中不包括第一個8字節(jié)，長度為8位；
Options選項，擴(kuò)展報頭所承載的發(fā)送時間戳信息字段，該字段以類型-長度-值的格式編碼，格式為
第一個8位是Option Type字段，表示該選項類型和相關(guān)節(jié)點對該選項的處理方法；根據(jù)RFC2460的定義，Option Type字段的最高兩位用于說明相關(guān)節(jié)點對該選項的處理方法，值為00，表示若節(jié)點不支持該選項類型，則忽略此選項完成對擴(kuò)展頭其余部分的處理；第3位指明在包從源地址到目的地址的傳送過程中選項數(shù)據(jù)的值是否可改變，值為0，表示不允許改變；從第4位至第8位根據(jù)需要定義；
第二個8位是Option Data Length字段，該選項的字節(jié)長度，不包括Option Type和Option Length的長度；
最后是Option Value字段，長度為96位，其中前64位用以記錄具體時間戳數(shù)值，用UTC午夜開始到當(dāng)前時間所經(jīng)過的微秒數(shù)表示；緊跟其后的16位是測試報文序號DGNum字段，用于標(biāo)示測試報文序號；緊跟其后的16位是Pads字段，用于填充，以確保將整個IPv6報文頭的長度填充成8B的整數(shù)倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的快速測量方法，其特征是步驟2)所述指數(shù)分布序列采用響應(yīng)阻塞流和不響應(yīng)阻塞流二者混合各種應(yīng)用數(shù)據(jù)包按一定比例構(gòu)成混合業(yè)務(wù)流進(jìn)行發(fā)送，通過IPv6報文的流標(biāo)簽位標(biāo)記各業(yè)務(wù)流，其中同一種業(yè)務(wù)流按指數(shù)分布發(fā)送測試數(shù)據(jù)包，按此規(guī)律發(fā)送同類業(yè)務(wù)測量數(shù)據(jù)包將構(gòu)成一個泊松過程。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的快速測量方法，其特征是步驟1)所述的報文信息表TA、TB包含下表字段
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的快速測量方法，其特征是步驟2)所述性能評價指標(biāo)為單路延遲、回路延遲、包延遲變化、丟包率、平均包吞吐率、帶寬分配的公平性，步驟4)所述的對信息表進(jìn)行查詢、計算的操作步驟包括
1)單路延遲的查表計算方法為各條報文從源端A(201)到目的端B(401)延遲為ΔTAB＝TB.ReceiveTime-TB.ASentTime；若該報文的反向報文在TA中的Return字段值為1，則源端A(201)收到反向報文，對應(yīng)的從目的端B(401)到源端A(201)的延遲為ΔTBA＝TA.RetTime-TA.RetSentTime；否則反向報文丟失；
2)回路延遲的查表計算為上述單路延遲之和ΔTRet＝ΔTAB+ΔTBA；
3)包延遲變化的查表計算方法為由每個數(shù)據(jù)流中相鄰數(shù)據(jù)報的單路延遲之差計算得到包延遲變化；
4)丟包率的查表計算方法為首先統(tǒng)計信息表TA中記錄數(shù)NA和未收到反向報文的記錄數(shù)LBA，再按這些記錄的報文序號查找信息表TB，如未找到該序號對應(yīng)的記錄，則對應(yīng)報文丟失，丟失報文數(shù)為LAB，設(shè)TB中總的記錄數(shù)為NB，則丟包率為LR＝(LAB+LBA)/(NA+NB)；
5)平均包吞吐率的查表計算方法為查找在信息表TA中收到反向報文的記錄，統(tǒng)計報文的長度之和
和往返時間之和
根據(jù)公式
求出平均包吞吐率；
6)帶寬分配公平性的查表計算方法通過信息表TA中流類型字段、流標(biāo)簽字段分別統(tǒng)計服務(wù)級別種類和各服務(wù)級別中業(yè)務(wù)流數(shù)；根據(jù)估計或設(shè)定的各業(yè)務(wù)流的預(yù)約帶寬以及總帶寬，按照
求出各條業(yè)務(wù)流的公平帶寬理論值；將各業(yè)務(wù)流的公平帶寬與實際包吞吐率比較。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種IPv6下DiffServ區(qū)域端到端網(wǎng)絡(luò)性能的快速測量方法及系統(tǒng)，由源端A、IPv6下DiffServ區(qū)域和目的端B組成，將測試源端A和目的端B與待測IPv6下DiffServ區(qū)域需測量的兩個網(wǎng)絡(luò)端點相連，分別建立其報文信息表TA、TB并配置測量所需的相關(guān)參數(shù)信息；源端A按指數(shù)分布序列向目的端B發(fā)送包含IPv6目標(biāo)選項擴(kuò)展頭報文構(gòu)成的測試業(yè)務(wù)流，并將報文信息記錄到信息表TA中，目的端B若在約束時間內(nèi)收到測試報文則構(gòu)造反向報文發(fā)送給源端A，否則丟棄該報文；目的端B分別維護(hù)的報文信息表TA、TB，對信息表進(jìn)行查詢、計算，將性能評價指標(biāo)量化。本發(fā)明擴(kuò)展報頭中記錄了時間戳和測試報文序號信息，為測量提供保障，測量過程的可控性較高，測試速度快。
文檔編號H04L29/06GK101808016SQ201010116379
公開日2010年8月18日 申請日期2010年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月2日
發(fā)明者周娟, 王熠, 陳秉巖, 黃皎, 陸小春, 吳凱, 劉憲成, 陳華山 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)