IP網絡可用帶寬測量研究

馮國軍

中興通訊股份有限公司，廣東深圳 518057

IP網絡可用帶寬測量研究

馮國軍

中興通訊股份有限公司，廣東深圳 518057

本文重點闡釋了IP網絡性能測試的重要性，并對IP網絡性能測試的主要指標、關鍵技術進行闡釋。

IP網絡性能測試；主要指標；關鍵技術

引言

面對電信業由語音業務向數據業務進行戰略性轉變，各運營商紛紛進行IP數據網絡的建設。但是現有的IP網絡在網絡承載和業務運營上還存有不足，各運營商對現有IP網是否能夠承載各種電信級業務仍存有疑慮。主要表現在：

1)運營商對于IP網絡接入層、骨干層鏈路的通信質量和狀況缺乏評估的手段。

2)運營商對客戶尤其是大客戶的服務等級缺乏評估、保障和維護手段。

3)運營商對IP承載網是否滿足一些新業務的需求缺乏評估手段。

另外，監管部門對IP網間互聯互通鏈路的通信質量也缺乏監管手段。

根據IETF的RFC2330的建議，IP網絡性能指標如下：

IP連接性：即IP網絡的可用性

IP包傳輸時延：包括單向時延、雙向時延

IP包丟失率：包括單向丟包率和雙向丟包率

IP包時延變化：即最大時延和最小時延的差值

流量參數：即可用帶寬

目前，現有的IP網絡性能測試儀表和IP網絡性能測試系統大多實現了雙向時延、單/雙向丟包率、時延變化的測量。但支持可用帶寬測量的設備很少，本文主要闡述可用帶寬的測量方法。

1.可用帶寬的測量簡介

帶寬是指一條通信鏈路的最大分組發送速率?？捎脦捠怯脩艨梢韵硎艿降腎P層帶寬，是應用性能的決定性因素。精確的測量網絡的帶寬不但可以幫助維護人員了解整個網絡的狀態、及時發現網絡的瓶頸所在，更好的避免擁塞的發生，實現更好的擁塞控制策略。

目前的帶寬測量技術歸類為兩種：單數據包技術和數據包對技術。單數據包技術通常也稱為可變大小數據包技術，因為它向網絡發送大小變化的探測數據包并統計達到目的端的時延來測試網絡的帶寬；數據包對技術利用數據包在傳輸過程中所形成的時間間隔來測試帶寬。

2. 單數據包技術

單數據包技術通過向網絡發送大小變化的探測數據包并統計達到目的端的時延來測試網絡的帶寬。網絡的時延由傳播時延、發送時延、排隊時延三部分組成。其基本原理是如果一個大小已知的數據包經過一條鏈路的時間已知，則該鏈路的帶寬就可以計算出來。計算必須考慮鏈路的傳播時延，對于一定的傳輸媒介，傳播時延是固定的。在不考慮網絡的排隊時延的情況下，傳輸時間（t）由數據包的大小（p），鏈路的帶寬（b）還有一個固定的傳播時延（l）決定：

t = p/b + l

測試時，發送多個不同大小的數據包，當這些數據包在該鏈路的傳輸時間被測到后，通過上述公式可以得出鏈路的帶寬b。這些值都存在著干擾，可以采用濾波的方法可以過濾出最接近于實際帶寬值的數據。

3. 數據包對技術

數據包對技術利用數據包在傳輸過程中所形成的時間間隔來測試帶寬。數據包對技術所測試的是鏈路的瓶頸帶寬或是可用帶寬，而不是單個數據包技術所測得的鏈路的容量。數據包對技術基本方法可以用下圖來說明：

圖1 數據包對技術測量原理圖

圖中鏈路L2是鏈路中的瓶頸。在沒有干擾的情況下，由于L3帶寬大于L2，因此兩個數據包在經過L2、L3之間的節點處會形成時間間隔t。這個間隔時間等于L2鏈路末端的節點在接收完第一個數據包之后，用在接收第二個數據包上的時間。這個值也實際上就等于第二個包的發送時延。發送時延與數據包大小成正比和鏈路的帶寬成反比：

t = p/b

從上述分析可以看出，數據包對技術需要解決兩個問題：傳輸時延t的測量和干擾流量導致測得的傳輸時延t的偏差。傳輸時延t的測量可以通過基于測得數據的時間同步技術解決。干擾流量的影響可以通過如下的測量方法加以解決：

圖2 數據包對技術克服干擾流量的流程圖

4. 結束語

通過本文介紹的幾項關鍵技術，可以解決IP網絡單向時延、可用帶寬的精確測量問題，并為IP網絡的擁塞分析提供了一種實際可行的分析手段。

參考資料

[1]ETF.RFC2330

[2]專利.申請號200510075342.0

[3]專利.申請號200510130143.5

[4]張蓉,李健.高速網絡環境下的網絡帶寬測試.www.net130.com

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.09.065

馮國軍（1971年出生），男，河北遵化人，工程師，在讀MBA，主要研究方向：通訊產品需求分析和設計。