大客户网络监测系统设计

饶 敏，陈 明，马 亮，郑 斌

(重庆邮电大学通信学院，重庆 400065)

随着移动网络的迅速发展和用户数量的急剧增加，各大运营商竞争的加剧，网络的服务质量越来越受到人们的关注。尤其是对于大客户而言，更是需要高质量的网络服务，网络服务质量直接影响到用户业务服务质量，在网络部署日益复杂和使用范围日益扩展的情况下，高负荷业务量对网络的影响较大，用户所使用的多业务对网络参数变化十分敏感，网络性能的不足将引起用户的网速慢、网络堵塞，视频业务实时性差等问题，这也对网络优化工作提出了挑战。

为了保证网络运行的可靠性和稳定性，提高网络维护的服务质量，简单实用的网络监测系统对于增强公司对重要客户数据的服务能力，帮助运维人员顺利开展工作是非常必要的。本文阐述了一种网络质量监测系统技术方案对集团网络进行监控和维护，可以及时检测网络的情况，将状况反馈给网络管理及优化人员，保证用户网络的正常稳定运行。

1 总体方案

1.1 大客户网络质量监测指标

对大客户网络质量的监测主要从带宽验证、实时流量大小观测、通信质量的衡量、网络实时监测、网络时延大小、网络传输的顺序性、突发性流量的处理能力、测试信号产生情况几个方面进行考察。测试项目和对应的测试指标如图1所示。

图1 大客户网络测试的八大主题

1.2 传统测试方法

传统测试方法以单机测试为主，即测试是在网络产品未投入使用或暂停使用时进行的，仅对网络产品相关参数进行测试、复核、校对等简单的处理。随着网络的发展，用户数量陡增，若网络出现问题，根本不可能允许以长时间中断网络的方式来进行网络测试。

目前使用的一些针对性的网络监测系统多是使用特定的仪表，需要运维人员亲自到现场进行环境搭建，数据采集，这种方式操作复杂、灵活性差、维护成本高、故障修复时间长，这样可能造成用户信息泄露、影响用户工作进展等问题。另外，对于大客户而言，也可通过自己的操作，实时地对网络质量和运行状况进行监控，实现对网络质量检测的需求。

本文阐述的是一种大客户网络质量监测系统技术方案，完全脱离各种测试仪表——依靠软件实现，维护方便且易于操作，非专业维护人员经过简单培训后即可熟练使用，易于被用户采纳，也保护了客户数据的安全性，同时大大节省维护时间，节约维护成本。目前，本方案已成功地在国内一些运营商布点试用，经实践证明，本方案完全满足网络质量的各种技术指标的监测。

本大客户网络质量监测系统技术方案针对各项网络测试主题都设计了专门的模块进行系统的测试，全面地测试了网络性能，是传统测试方法不能替代的。

1.3 大客户网络质量监测系统功能模块

大客户网络质量监测系统的软件功能，按照要实现的功能分为带宽验证模块、流量观察模块、丢包率测试模块、Monitor模块、延时测试模块、序列测试模块、网络流量生成器7个模块，分别针对大客户网络质量要求所监测的各项指标进行设计，见图2。

图2 大客户网络质量监测系统软件功能模块图

本网络质量监测系统的网络流量生成器用于产生测试信号，提供给后续测试模块使用。本系统的网络流量生成器模块弥补了现有流量生成手段Sniffer等工具软件不能达到全线速率和无法产生错误帧的缺陷，具有以下特点:1)MAC地址、IP地址全自定义;2)帧长度自由可设;3)提供多种常用协议模板，方便调用;4)支持全自定义帧内容，详细至每1 bit，模拟任何协议;5)全0、全1、递增、递减、随机多种数据形式可选;6)30 kbit/s～100 Mbit/s全线速率发包，步长精确至10 kbit/s;7)支持802.1qVLAN协议帧;8)支持产生CRC检验错误帧;9)基于发包数量和发包时长的测试控制机制，方便灵活。

下面主要介绍本网络质量监测系统特有的带宽测试模块和Monitor网络实时监测模块。

1)带宽测试模块

带宽测试模块，主要通过吞吐率测试确认新安装网络链路的性能、查找网络瓶颈、验证带宽是否满足新增应用的需求等。如何确认新安装的网络链路是否达到预期的性能(例如2 Mbit/s，10 Mbit/s，100 Mbit/s)对于一个正在使用的网络，如果它的性能比正常情况慢了许多，如何来查找网络中的瓶颈?企业要增加某种应用时，如何知道现有带宽是否满足要求?这些指标都得通过吞吐率测试实现。

图3是系统测试网络带宽的示意图，假设A公司申请了10 Mbit/s带宽的互联网专线，但上网速度比较慢，则可用本系统测试运营商分配给A公司带宽的是否足够，是否达到了10 Mbit/s。本系统主要用于以下几种情况:(1)确认新安装的网络链路是否达到预期的性能;(2)对于一个正在使用的网络，测试它的性能比正常情况慢了多少，用于查找网络中的瓶颈;(3)企业要增加某种应用时，用于验证现有带宽是否满足要求。

图3 带宽测试模块测试网络示意图

2)Monitor网络实时监测模块

Monitor模块，该模块主要用于网络实施监测。通常带宽被挤占有以下几种情况:(1)黑客对服务器进行饱和式攻击，造成访问服务器速率变得极其缓慢;(2)过时的或不正确的设备配置产生过时的、不必要的协议;(3)采用默认端口设置的交换机可能导致大量无用流量;(4)有员工在使用BT软件，大数量下载，抢占带宽;(5)有电脑感染了病毒，大量发送广播包，拥堵网络。如图4所示。

图4 网络实时监测图

Monitor模块则可使用镜像法、TAP法和HUB法来统计收包数、广播包、流控包、超长包、超短包等数量，并侦测最大发送包流量、接收包流量、广播包发送流量的主机地址来确定带宽被挤占的原因和主机，从而解决带宽问题。

网络质量监测系统的流量观察模块可以监测到实时监测系统的工作状态、流量、收包数、广播数、流控、长包和短包的数量。延时测试模块通过在网络的两端发送测试信号，并针对结果进行分析。其中，在测试端发送带有“Time Stamp”标记的包，通过网络到达环回端，环回端接收到此包后，返回带有“Time Stamp”标记的包。根据测试端接收到的包，则可以分析出网络的延时，主要指标包括有延时上限、抖动上限、丢包率上限和包误差率上限等，保证各项业务特别是实时业务的顺利运行。序列测试模块通过在一端发送带有序列号的包，在网络环回端通过仪表检查该序列号的包，从而完成序列性测试。丢包测试模块遵循RFC2544建议，通过包发生器向待测设备或网络发送特定的包，并通过包接收器全速率地接收与判别，检查包地址、内容与长度，并全面地统计结果。

2 应用效果

本网络质量监测系统对集团网络的监控和维护，支持任务管理，实现长期在线拨测，能够帮助寻找问题特征、规律，从而更好地解决或规避问题;同时胜任局域网测试和广域网测试，可以帮助用户找到自身问题，降低运营上的维护成本，还可帮助运营商快速定位问题，提高处理效率;故障定位及时准确，可掌握电信、联通主要地址信息，因而故障点可精确到运营商省网级别;支持对比分析历史数据。本系统自带存储介质，能够根据用户需求，实现不同时段的拨测结果对比;数据输出方式灵活，可提供USB，Email，FTP等多种途径的数据导出方式;客户化便捷，可灵活定制分析报表。由于本系统自带大容量存储介质，可直接在仪表上定制简单的分析报表并呈现。目前，本方案已成功在国内一些运营商布点试用，经实践证明本方案基本满足网络质量各种技术指标的监测。

3 结论

采用本网络质量监测系统对集团网络进行监控和维护，可以及时检测网络的情况，将状况反馈给网络管理及优化人员，保证了用户网络的正常稳定运行。但IP网络的维护还存在一些问题，可控性差，路由变化不可知，不能实时掌握路由变化情况，由于路由变化发生的瞬断类故障难以复现，无法定位，但故障隐患仍然存在，业务层面出现丢包造成的告警或故障时，责任往往由IP专用承载网来承担。有待进一步研究通过对业务级、网络级、网元级的监控提高网络的可控性[5－7]。

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