IP网络可用带宽测量研究

2011-10-26冯国军

中国科技信息 2011年9期

关键词：数据包时延链路

冯国军

中兴通讯股份有限公司，广东深圳 518057

IP网络可用带宽测量研究

冯国军

中兴通讯股份有限公司，广东深圳 518057

本文重点阐释了IP网络性能测试的重要性，并对IP网络性能测试的主要指标、关键技术进行阐释。

IP网络性能测试；主要指标；关键技术

引言

面对电信业由语音业务向数据业务进行战略性转变，各运营商纷纷进行IP数据网络的建设。但是现有的IP网络在网络承载和业务运营上还存有不足，各运营商对现有IP网是否能够承载各种电信级业务仍存有疑虑。主要表现在：

1)运营商对于IP网络接入层、骨干层链路的通信质量和状况缺乏评估的手段。

2)运营商对客户尤其是大客户的服务等级缺乏评估、保障和维护手段。

3)运营商对IP承载网是否满足一些新业务的需求缺乏评估手段。

另外，监管部门对IP网间互联互通链路的通信质量也缺乏监管手段。

根据IETF的RFC2330的建议，IP网络性能指标如下：

IP连接性：即IP网络的可用性

IP包传输时延：包括单向时延、双向时延

IP包丢失率：包括单向丢包率和双向丢包率

IP包时延变化：即最大时延和最小时延的差值

流量参数：即可用带宽

目前，现有的IP网络性能测试仪表和IP网络性能测试系统大多实现了双向时延、单/双向丢包率、时延变化的测量。但支持可用带宽测量的设备很少，本文主要阐述可用带宽的测量方法。

1.可用带宽的测量简介

带宽是指一条通信链路的最大分组发送速率。可用带宽是用户可以享受到的IP层带宽，是应用性能的决定性因素。精确的测量网络的带宽不但可以帮助维护人员了解整个网络的状态、及时发现网络的瓶颈所在，更好的避免拥塞的发生，实现更好的拥塞控制策略。

目前的带宽测量技术归类为两种：单数据包技术和数据包对技术。单数据包技术通常也称为可变大小数据包技术，因为它向网络发送大小变化的探测数据包并统计达到目的端的时延来测试网络的带宽；数据包对技术利用数据包在传输过程中所形成的时间间隔来测试带宽。

2. 单数据包技术

单数据包技术通过向网络发送大小变化的探测数据包并统计达到目的端的时延来测试网络的带宽。网络的时延由传播时延、发送时延、排队时延三部分组成。其基本原理是如果一个大小已知的数据包经过一条链路的时间已知，则该链路的带宽就可以计算出来。计算必须考虑链路的传播时延，对于一定的传输媒介，传播时延是固定的。在不考虑网络的排队时延的情况下，传输时间（t）由数据包的大小（p），链路的带宽（b）还有一个固定的传播时延（l）决定：

t = p/b + l

测试时，发送多个不同大小的数据包，当这些数据包在该链路的传输时间被测到后，通过上述公式可以得出链路的带宽b。这些值都存在着干扰，可以采用滤波的方法可以过滤出最接近于实际带宽值的数据。

3. 数据包对技术

数据包对技术利用数据包在传输过程中所形成的时间间隔来测试带宽。数据包对技术所测试的是链路的瓶颈带宽或是可用带宽，而不是单个数据包技术所测得的链路的容量。数据包对技术基本方法可以用下图来说明：

图1 数据包对技术测量原理图

图中链路L2是链路中的瓶颈。在没有干扰的情况下，由于L3带宽大于L2，因此两个数据包在经过L2、L3之间的节点处会形成时间间隔t。这个间隔时间等于L2链路末端的节点在接收完第一个数据包之后，用在接收第二个数据包上的时间。这个值也实际上就等于第二个包的发送时延。发送时延与数据包大小成正比和链路的带宽成反比：

t = p/b

从上述分析可以看出，数据包对技术需要解决两个问题：传输时延t的测量和干扰流量导致测得的传输时延t的偏差。传输时延t的测量可以通过基于测得数据的时间同步技术解决。干扰流量的影响可以通过如下的测量方法加以解决：