[发明专利]用于IP网络的大规模网络性能测量系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大规模网络性能测量系统和方法，确切地说，涉及一种用于IP网络主动测量的大规模网络性能测量系统和方法，用于解决现有IP网络中，因防火墙及网络地址转换NAT而产生的跨网网络测量的测量范围小、测量拓扑单一、实时性差和扩展性差的多种缺点，属于数据通信的技术领域。

背景技术

自从互联网诞生以来，网络性能的测量技术也随之产生。40余年来，人们不停地研究如何测量网络性能与测量网络的各种新方法，以适应快速发展与扩张中的互联网。在这期间产生了许多结构设计和性能都非常优良的网络性能测量系统，并在网络调优，网络建设与规划中都产生了深远的影响。

网络研究的目的，是建立高效稳定，安全可控的网络。网络性能测量是获得网络中各项实时性能指标参数的最有效方法。然后，基于测量结果搭建模型，对测量数据进行分析，有利于人们深入理解网络，预测网络的发展，解决网络潜在问题。所以说，网络测量是收集和分析网络协议的运行性能、帮助人们获得网络各项性能指标参数的数值、进而排查网络问题的有效手段。

网络性能测量包括以下三个要素：

测量对象：包括网络节点、链路或应用等，测量节点、链路或网络传输的各种性能：包括链路的传输时延、吞吐率、丢包率，路由器的路由效率、时延、丢包率，Web服务器的应答延迟、吞吐率、系统容量和最大稳定链接数等。

测量环境：包括测量点的选取、测量时间的确定、网络探针和通信连路的类型等。

测量方法：针对每个网络的网络性能指标，都要执行下述操作：先选取适宜的测量方法，该测量方法至少应满足稳健性：被测网络的动态变化，不会使测量方法失效；其次，应满足可重复性：同样的网络条件，多次测量结果应保持一致；再次，应满足准确性：测量结果应能反映网络的真实情况。

由于因特网与传统电信网的差别，分组交换的通信质量会在通信过程中不断发生变化。因此，对于因特网而言，网络性能测量具有更重要的意义。20世纪90年代起，许多机构开始研究和设计因特网性能的测量系统。1995年美国科学基金会（NSF）对当时的因特网通信进行了较大规模的系统测量。1996年初，美国应用网络研究国家实验室（NLANR）召开了有关因特网统计与分析的研讨会ISMA。此后，依托于美国加州大学圣地亚哥分校超级计算中心的因特网数据分析合作组织（CAIDA）对网络测量的相关理论和方法进行了系统性的研究。IETF也成立了专门工作组IPPM来制定网络的运行参数。1997年V.Paxson博士发表的论文《An Architecture for Large-scale Internet Measurement》已经成为网络性能测量领域的经典文献。

根据CAIDA的统计，美国关于因特网的公开、非公开的性能测量测量系统共有21个（其中公开的15个，非公开的6个）。我国也有许多大学和科研机构参与其中。清华大学的大规模互联网性能测量模型（LIPM），西安交通大学的互联网性能测量系统（NAPM）提出了应用探针和区域探针的概念。北京航空航天大学的可定制的网络测量基础构架（CNMI）是利用Java平台的优势，使得系统易于开发与部署。西安电子科技大学提出的分布式网络测量基础架构（DNMAI），并开发出了嵌入式的测量节点。除此之外，还有日本的MAWI，欧洲的PPNCG测量项目等等。

但是，现有技术存在着如下问题：

（一）配置复杂，由于现有的系统多为研究型系统，其主要的使用者为科研人员，并且其使用的测量设备比较特殊，所在网络大多需要进行专门调整，不易操作。

（二）无法穿越NAT网关，测量拓扑结构受限制。由于现有的测量方法尚未考虑NAT网关的作用，现有机制无法越过NAT网关进行有效通信。使得测量内网变得十分困难。

（三）成本过高，难以商用。由于现有的测量系统主要基于服务器作为测量设备，使得成本过高。现实推广比较困难或规模受到成本制约无法形成大规模测量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于IP网络的大规模网络性能测量系统和方法，本发明采用过新的测量系统构架及其通信机制，使得网络性能测量系统能够完成大规模网络的网内测量与跨网络测量，具有很好的实时性及可扩展性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于IP网络的大规模网络性能测量系统，其特征在于：所述系统是由呈服务器与客户端架构的位于核心网的服务器与位于被测网络中的多个网络探针所组成的；其中：