大客戶網絡監(jiān)測系統(tǒng)設計

饒 敏，陳 明，馬 亮，鄭 斌

(重慶郵電大學通信學院，重慶 400065)

隨著移動網絡的迅速發(fā)展和用戶數(shù)量的急劇增加，各大運營商競爭的加劇，網絡的服務質量越來越受到人們的關注。尤其是對于大客戶而言，更是需要高質量的網絡服務，網絡服務質量直接影響到用戶業(yè)務服務質量，在網絡部署日益復雜和使用范圍日益擴展的情況下，高負荷業(yè)務量對網絡的影響較大，用戶所使用的多業(yè)務對網絡參數(shù)變化十分敏感，網絡性能的不足將引起用戶的網速慢、網絡堵塞，視頻業(yè)務實時性差等問題，這也對網絡優(yōu)化工作提出了挑戰(zhàn)。

為了保證網絡運行的可靠性和穩(wěn)定性，提高網絡維護的服務質量，簡單實用的網絡監(jiān)測系統(tǒng)對于增強公司對重要客戶數(shù)據的服務能力，幫助運維人員順利開展工作是非常必要的。本文闡述了一種網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)技術方案對集團網絡進行監(jiān)控和維護，可以及時檢測網絡的情況，將狀況反饋給網絡管理及優(yōu)化人員，保證用戶網絡的正常穩(wěn)定運行。

1 總體方案

1.1 大客戶網絡質量監(jiān)測指標

對大客戶網絡質量的監(jiān)測主要從帶寬驗證、實時流量大小觀測、通信質量的衡量、網絡實時監(jiān)測、網絡時延大小、網絡傳輸?shù)捻樞蛐?、突發(fā)性流量的處理能力、測試信號產生情況幾個方面進行考察。測試項目和對應的測試指標如圖1所示。

圖1 大客戶網絡測試的八大主題

1.2 傳統(tǒng)測試方法

傳統(tǒng)測試方法以單機測試為主，即測試是在網絡產品未投入使用或暫停使用時進行的，僅對網絡產品相關參數(shù)進行測試、復核、校對等簡單的處理。隨著網絡的發(fā)展，用戶數(shù)量陡增，若網絡出現(xiàn)問題，根本不可能允許以長時間中斷網絡的方式來進行網絡測試。

目前使用的一些針對性的網絡監(jiān)測系統(tǒng)多是使用特定的儀表，需要運維人員親自到現(xiàn)場進行環(huán)境搭建，數(shù)據采集，這種方式操作復雜、靈活性差、維護成本高、故障修復時間長，這樣可能造成用戶信息泄露、影響用戶工作進展等問題。另外，對于大客戶而言，也可通過自己的操作，實時地對網絡質量和運行狀況進行監(jiān)控，實現(xiàn)對網絡質量檢測的需求。

本文闡述的是一種大客戶網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)技術方案，完全脫離各種測試儀表——依靠軟件實現(xiàn)，維護方便且易于操作，非專業(yè)維護人員經過簡單培訓后即可熟練使用，易于被用戶采納，也保護了客戶數(shù)據的安全性，同時大大節(jié)省維護時間，節(jié)約維護成本。目前，本方案已成功地在國內一些運營商布點試用，經實踐證明，本方案完全滿足網絡質量的各種技術指標的監(jiān)測。

本大客戶網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)技術方案針對各項網絡測試主題都設計了專門的模塊進行系統(tǒng)的測試，全面地測試了網絡性能，是傳統(tǒng)測試方法不能替代的。

1.3 大客戶網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)功能模塊

大客戶網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)的軟件功能，按照要實現(xiàn)的功能分為帶寬驗證模塊、流量觀察模塊、丟包率測試模塊、Monitor模塊、延時測試模塊、序列測試模塊、網絡流量生成器7個模塊，分別針對大客戶網絡質量要求所監(jiān)測的各項指標進行設計，見圖2。

圖2 大客戶網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能模塊圖

本網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)的網絡流量生成器用于產生測試信號，提供給后續(xù)測試模塊使用。本系統(tǒng)的網絡流量生成器模塊彌補了現(xiàn)有流量生成手段Sniffer等工具軟件不能達到全線速率和無法產生錯誤幀的缺陷，具有以下特點:1)MAC地址、IP地址全自定義;2)幀長度自由可設;3)提供多種常用協(xié)議模板，方便調用;4)支持全自定義幀內容，詳細至每1 bit，模擬任何協(xié)議;5)全0、全1、遞增、遞減、隨機多種數(shù)據形式可選;6)30 kbit/s～100 Mbit/s全線速率發(fā)包，步長精確至10 kbit/s;7)支持802.1qVLAN協(xié)議幀;8)支持產生CRC檢驗錯誤幀;9)基于發(fā)包數(shù)量和發(fā)包時長的測試控制機制，方便靈活。

下面主要介紹本網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)特有的帶寬測試模塊和Monitor網絡實時監(jiān)測模塊。

1)帶寬測試模塊

帶寬測試模塊，主要通過吞吐率測試確認新安裝網絡鏈路的性能、查找網絡瓶頸、驗證帶寬是否滿足新增應用的需求等。如何確認新安裝的網絡鏈路是否達到預期的性能(例如2 Mbit/s，10 Mbit/s，100 Mbit/s)對于一個正在使用的網絡，如果它的性能比正常情況慢了許多，如何來查找網絡中的瓶頸?企業(yè)要增加某種應用時，如何知道現(xiàn)有帶寬是否滿足要求?這些指標都得通過吞吐率測試實現(xiàn)。

圖3是系統(tǒng)測試網絡帶寬的示意圖，假設A公司申請了10 Mbit/s帶寬的互聯(lián)網專線，但上網速度比較慢，則可用本系統(tǒng)測試運營商分配給A公司帶寬的是否足夠，是否達到了10 Mbit/s。本系統(tǒng)主要用于以下幾種情況:(1)確認新安裝的網絡鏈路是否達到預期的性能;(2)對于一個正在使用的網絡，測試它的性能比正常情況慢了多少，用于查找網絡中的瓶頸;(3)企業(yè)要增加某種應用時，用于驗證現(xiàn)有帶寬是否滿足要求。

圖3 帶寬測試模塊測試網絡示意圖

2)Monitor網絡實時監(jiān)測模塊

Monitor模塊，該模塊主要用于網絡實施監(jiān)測。通常帶寬被擠占有以下幾種情況:(1)黑客對服務器進行飽和式攻擊，造成訪問服務器速率變得極其緩慢;(2)過時的或不正確的設備配置產生過時的、不必要的協(xié)議;(3)采用默認端口設置的交換機可能導致大量無用流量;(4)有員工在使用BT軟件，大數(shù)量下載，搶占帶寬;(5)有電腦感染了病毒，大量發(fā)送廣播包，擁堵網絡。如圖4所示。

圖4 網絡實時監(jiān)測圖

Monitor模塊則可使用鏡像法、TAP法和HUB法來統(tǒng)計收包數(shù)、廣播包、流控包、超長包、超短包等數(shù)量，并偵測最大發(fā)送包流量、接收包流量、廣播包發(fā)送流量的主機地址來確定帶寬被擠占的原因和主機，從而解決帶寬問題。

網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)的流量觀察模塊可以監(jiān)測到實時監(jiān)測系統(tǒng)的工作狀態(tài)、流量、收包數(shù)、廣播數(shù)、流控、長包和短包的數(shù)量。延時測試模塊通過在網絡的兩端發(fā)送測試信號，并針對結果進行分析。其中，在測試端發(fā)送帶有“Time Stamp”標記的包，通過網絡到達環(huán)回端，環(huán)回端接收到此包后，返回帶有“Time Stamp”標記的包。根據測試端接收到的包，則可以分析出網絡的延時，主要指標包括有延時上限、抖動上限、丟包率上限和包誤差率上限等，保證各項業(yè)務特別是實時業(yè)務的順利運行。序列測試模塊通過在一端發(fā)送帶有序列號的包，在網絡環(huán)回端通過儀表檢查該序列號的包，從而完成序列性測試。丟包測試模塊遵循RFC2544建議，通過包發(fā)生器向待測設備或網絡發(fā)送特定的包，并通過包接收器全速率地接收與判別，檢查包地址、內容與長度，并全面地統(tǒng)計結果。

2 應用效果

本網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)對集團網絡的監(jiān)控和維護，支持任務管理，實現(xiàn)長期在線撥測，能夠幫助尋找問題特征、規(guī)律，從而更好地解決或規(guī)避問題;同時勝任局域網測試和廣域網測試，可以幫助用戶找到自身問題，降低運營上的維護成本，還可幫助運營商快速定位問題，提高處理效率;故障定位及時準確，可掌握電信、聯(lián)通主要地址信息，因而故障點可精確到運營商省網級別;支持對比分析歷史數(shù)據。本系統(tǒng)自帶存儲介質，能夠根據用戶需求，實現(xiàn)不同時段的撥測結果對比;數(shù)據輸出方式靈活，可提供USB，Email，F(xiàn)TP等多種途徑的數(shù)據導出方式;客戶化便捷，可靈活定制分析報表。由于本系統(tǒng)自帶大容量存儲介質，可直接在儀表上定制簡單的分析報表并呈現(xiàn)。目前，本方案已成功在國內一些運營商布點試用，經實踐證明本方案基本滿足網絡質量各種技術指標的監(jiān)測。

3 結論

采用本網絡質量監(jiān)測系統(tǒng)對集團網絡進行監(jiān)控和維護，可以及時檢測網絡的情況，將狀況反饋給網絡管理及優(yōu)化人員，保證了用戶網絡的正常穩(wěn)定運行。但IP網絡的維護還存在一些問題，可控性差，路由變化不可知，不能實時掌握路由變化情況，由于路由變化發(fā)生的瞬斷類故障難以復現(xiàn)，無法定位，但故障隱患仍然存在，業(yè)務層面出現(xiàn)丟包造成的告警或故障時，責任往往由IP專用承載網來承擔。有待進一步研究通過對業(yè)務級、網絡級、網元級的監(jiān)控提高網絡的可控性[5－7]。

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