鄭利民，劉 軍，歐陽雁，莫燧華

（中國電信股份有限公司東莞分公司 東莞 523000）

1 引言

隨著網絡技術的快速發(fā)展和客戶需求的不斷增加，業(yè)務的種類也不斷發(fā)展和變化著，從傳統(tǒng)的話音業(yè)務到圖像和視頻業(yè)務，從基礎的視聽服務到各種各樣的增值業(yè)務，從64 kbit/s的基礎服務到2.5 Gbit/s/10 Gbit/s的專線業(yè)務，各種業(yè)務層出不窮。不同的業(yè)務都有不同的帶寬需求、不同的服務需求。

隨著互聯(lián)網業(yè)務及各種增值業(yè)務的不斷發(fā)展，客戶網絡要求的帶寬也越來越大。傳統(tǒng)的測速平臺及方法功能單一，可測速帶寬小，不能滿足政企客戶日益增長的業(yè)務需求，加上國內對“假帶寬”質疑的聲音此起彼伏，因此，如何精確地測量網絡的帶寬具有重大的戰(zhàn)略意義。

2 帶寬測量現(xiàn)狀

依據(jù)不同的劃分標準，可對帶寬測量技術進行如下分類：按照是否向網絡內部注入探測分組，可分為主動測量(active measurement)和被動測量(passive measurement)。

2.1 主動測量法

主動測量法是指發(fā)送端通過發(fā)送測量分組獲取網絡性能數(shù)據(jù)。主動測量可以獲得用戶感興趣的端到端的網絡狀況和網絡行為，具有靈活方便、可操作性強等優(yōu)點。

主動測量通過主動分析探測數(shù)據(jù)分組和響應數(shù)據(jù)分組獲取相應的性能參數(shù)，只需要在發(fā)送端運行客戶端軟件或Web頁面即可，適用范圍廣。

傳統(tǒng)的主動測量法主要用到的測量工具：10000測速軟件、第三方測速軟件、FTP軟件和下載軟件等。

2.2 被動測量法

被動測量法是指使用接入網絡的探針記錄和統(tǒng)計鏈路上數(shù)據(jù)分組的網絡特性。被動測量不必發(fā)送主動測量分組，也不會占用網絡帶寬，對網絡影響較小，可以實時監(jiān)控網絡的狀態(tài)。

被動測量利用網絡的探針測量網絡的鏈路，這樣必然要有大量的現(xiàn)實測量工具以及網絡設備的權限，容易對網絡的安全造成風險。

傳統(tǒng)的被動測量法主要是用網絡監(jiān)控工具，如：SolarWinds、MRTG、PRTG等軟件。

2.3 幾種測量方法的比較

由于對于帶寬的各種指標國際上還沒有統(tǒng)一的定義，各種文獻中提到的也不盡相同，因此有必要先對各種指標給予說明。

大帶寬指物理鏈路傳輸數(shù)據(jù)的速率能夠達到100 Mbit/s以上。

大帶寬業(yè)務指的是MSTP、SDH、DDN、FR、城域網、EPON等專線型業(yè)務，從組網方式上來說又可分為傳輸網業(yè)務（MSTP、SDH）和數(shù)據(jù)網業(yè)務（DDN、FR、城域網、EPON、GPON）。

對幾種傳統(tǒng)的帶寬測量工具進行比較，如表1所示。

表1 幾種傳統(tǒng)測量工具對比

通過研究分析，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的帶寬測量方法存在著以下的問題。

·傳統(tǒng)的帶寬測量方法在大帶寬測量準確性上明顯不足，對于帶寬大于100 Mbit/s的高速網絡無法精確地測量出實際的帶寬。

·傳統(tǒng)的帶寬測量方法只是針對傳統(tǒng)的互聯(lián)網業(yè)務進行測量，對于政企客戶大帶寬業(yè)務沒有統(tǒng)一的測試工具和方法。

·在網絡質量方面，傳統(tǒng)的測量方法缺乏準確和有效的監(jiān)控及測量方法。

·在網絡安全方面，傳統(tǒng)的測量方法都偏低，網絡的安全性無法得到保證。

因此傳統(tǒng)的測量工具和方法不能滿足政企客戶日益增長的業(yè)務需求，一種精確度更高、涵蓋網絡范圍廣、安全性更好的帶寬測量方法有待提出。

3 構建基于IGI2的政企客戶大帶寬測速平臺

3.1 IGI2算法及實現(xiàn)

PGM（probe gap model）是指通過分析兩個相鄰數(shù)據(jù)分組到達接收端的時間間隔以測量可利用帶寬。它假設窄鏈路和緊鏈路在同一位置，數(shù)據(jù)分組發(fā)送時的初始時間間隔受網絡中競爭流插分組的影響，這個間隔會變大，從而數(shù)據(jù)分組到達接收端時的時間間隔可以用一個關于網絡中競爭流的函數(shù)表示，可以據(jù)此測量可利用帶寬。

IGI2算法（improvement of initial gap increasing algorithm）基于PGM模型，可進一步提高大帶寬網絡測量的準確率及最大程度地減少測試背景流噪音。IGI2是一種主動探測網絡的可用帶寬的測量方法，其基本原理是：在發(fā)送端以某一時間間隔快速連續(xù)發(fā)送探測分組對測試數(shù)據(jù)分組，接收端測量經過一個路由器后數(shù)據(jù)分組之間的時間間隔，以此來計算網絡的可用帶寬。

如圖1所示，探測分組對數(shù)據(jù)分組和背景流數(shù)據(jù)分組是通過同一路由器的，tin是探測分組對數(shù)據(jù)分組的初始間隔，tbo是探測分組對數(shù)據(jù)分組在瓶頸鏈路上的間隔，tou是探測分組對數(shù)據(jù)分組在背景流影響后的間隔，Bc是背景流的吞吐量，Bo為瓶頸鏈路的容量，ti+、ti-、ti=表示增加、減小和不變的分組對間隔，M、N和K分別表示探測分組對數(shù)據(jù)分組隊列中分組對間隔增加、減小和不變的情況。則有：

圖1 IGI2模型

假定第一個探測分組到達和離開路由器期間，滿足相應的隊列非空的條件，那么tou就是第二個探測分組和在tin時間內進入隊列中的競爭流通過該瓶頸鏈路所用的時間，根據(jù)以上的式子，可用帶寬為：

為提高測量準確性，需要多次重復測量，求出統(tǒng)計平均值。在重復的測量過程中需要不斷發(fā)送分組測試對，不同的分組對先后到達呈泊松分布,以盡量減小探測分組對網絡的影響。

3.2 構建政企客戶大帶寬測速平臺

在基于IGI2的基礎上，構建政企客戶大帶寬測速平臺，響應“寬帶中國·光網城市”國家戰(zhàn)略，全面實現(xiàn)政企客戶大帶寬業(yè)務涵蓋多種網絡的測試和管理，提供大帶寬測速和網絡質量等性能指標等功能，保障網絡的安全性，支撐政企業(yè)務的快速增長，有效提升客戶網絡質量，極大地提高電信網絡運營效率。

政企客戶大帶寬平臺的系統(tǒng)架構如圖2所示，整體的設計思想包括：

（1）設計政企客戶大帶寬測速平臺的硬件模塊，包括服務器、網絡設備及存儲設備。

10萬人、12萬人、30萬至40萬人，這是北京市每年月嫂、育嬰師、養(yǎng)老及住家保姆的需求人數(shù)。同為特大城市的天津，也頻現(xiàn)“保姆荒”。

（2）基于IGI2算法，開發(fā)大帶寬測速功能模塊，涵蓋政企客戶大帶寬業(yè)務的多種不同網網絡（MSTP、SDH、DDN、FR、城域網）的大帶寬測速及網絡質量測試單元。

（3）開發(fā)云管理模塊，包括賬號、權限、角色和功能等管理單元，通過集中式管理系統(tǒng)建立完善的數(shù)據(jù)體系和信息共享機制，通過嚴密的權限管理和安全機制實現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息管理。

（4）開發(fā)數(shù)據(jù)庫，構建云存儲，實現(xiàn)存儲設備的邏輯虛擬化管理、多鏈路冗余管理，通過集群、分布式文件系統(tǒng)和網格計算等技術，實現(xiàn)存儲設備間的協(xié)同；數(shù)據(jù)存儲加密采用AES算法，提高平臺安全性。

（5）設計政企客戶大帶寬測速平臺至數(shù)據(jù)網及傳輸網的數(shù)據(jù)傳輸通道，使測速平臺和數(shù)據(jù)網及傳輸網以云的狀態(tài)呈現(xiàn)。

（6）根據(jù)面向政企客戶對象的設計思想（object oriented，OO），開發(fā)大帶寬測速軟件服務器端及客戶端軟件，開發(fā)基于Web方式顯示的圖形用戶處理界面。

圖2 政企客戶大帶寬測速平臺的系統(tǒng)架構

4 實驗測試

為了驗證IGI2算法的精確性和政企客戶大帶寬測速平臺的實用性，可以通過實驗的方法來進行測試驗證。實驗測試拓撲如圖3所示。

圖3 實驗測試拓撲

4.1 大帶寬測量準確性

通過圖4可以看出：傳統(tǒng)的測速工具在帶寬較小的時候，測試結果比較準確，接近鏈路的實際帶寬；當帶寬超過100 Mbit/s的時候，測試結果誤差比較大?；贗GI2算法的政企客戶大帶寬測速平臺的測試結果和鏈路的實際帶寬吻合，大帶寬測量的準確性高。

圖4 帶寬測量準確性效果

4.2 網絡質量及安全性

通過進一步的實驗測試，分別從網絡的往返時延、分組丟失率、吞吐量、鏈路利用率、設備性能分析、流量監(jiān)控等性能指標進行測試驗證，并且通過網絡嗅探工具進行數(shù)據(jù)捕捉以進行安全性分析，得到傳統(tǒng)的測速工具（10000測速軟件）和政企客戶大帶寬測速平臺的對比結果，見表2。

表2 測試結果對比

通過實驗測試的結果對比可知：傳統(tǒng)的測速工具在網絡質量的測量方面存在不足，且安全性不高；基于IGI2算法的政企客戶大帶寬測速平臺則能夠對網絡的各項性能指標進行準確的測量，而且安全性高。

5 結束語

在激烈的市場競爭下，中國電信股份有限公司東莞分公司政企客戶支撐中心通過持續(xù)學習，勇于創(chuàng)新，進一步提升業(yè)務能力和技術水平，強化市場化思想，通過信息應用的價值填充以提升中國電信的市場占有率。在基于IGI2算法的基礎上，構建政企客戶大帶寬測速平臺，全面實現(xiàn)政企客戶大帶寬業(yè)務網絡的大帶寬測速和網絡質量性能指標測試等功能，保障了網絡的安全性，為企業(yè)的市場發(fā)展奠定了基礎和創(chuàng)造了機遇。

1 Jain M,Dovrolis C.PathLoad:a measurement tool for end-to-end available bandwidth.Proceedings of Passive and Active Measurements(PAM),Fort Collins,Colorado,USA,March,2002:14～25

2 Strauss J,Katabi D,Kaashoek F.A measurement study of available bandwidth estimation tools.Proceedings of ACM Internet Measurement Conference(IMC),Miami Beach,Florida,2003

3 Banerjee S,Agrawala A.Estimating available capacity of a network connection.Proceedings of IEEE Int’1 Conference on Networks,Singapore,Sept 2000:131～138

4 劉敏,耿玉水,趙榮芳等.Internet網絡測量概述.網絡安全技術與應用,2009(9)

5 劉星成,何莉,余順爭.網絡可用帶寬的高精度測量算法.電子學報,2007,35(1)