政企客户大带宽业务测量新方法
2013-10-30郑利民欧阳雁莫燧华
郑利民，刘 军，欧阳雁，莫燧华
（中国电信股份有限公司东莞分公司 东莞 523000）
1 引言
随着网络技术的快速发展和客户需求的不断增加，业务的种类也不断发展和变化着，从传统的话音业务到图像和视频业务，从基础的视听服务到各种各样的增值业务，从64 kbit/s的基础服务到2.5 Gbit/s/10 Gbit/s的专线业务，各种业务层出不穷。不同的业务都有不同的带宽需求、不同的服务需求。
随着互联网业务及各种增值业务的不断发展，客户网络要求的带宽也越来越大。传统的测速平台及方法功能单一，可测速带宽小，不能满足政企客户日益增长的业务需求，加上国内对“假带宽”质疑的声音此起彼伏，因此，如何精确地测量网络的带宽具有重大的战略意义。
2 带宽测量现状
依据不同的划分标准，可对带宽测量技术进行如下分类：按照是否向网络内部注入探测分组，可分为主动测量(active measurement)和被动测量(passive measurement)。
2.1 主动测量法
主动测量法是指发送端通过发送测量分组获取网络性能数据。主动测量可以获得用户感兴趣的端到端的网络状况和网络行为，具有灵活方便、可操作性强等优点。
主动测量通过主动分析探测数据分组和响应数据分组获取相应的性能参数，只需要在发送端运行客户端软件或Web页面即可，适用范围广。
传统的主动测量法主要用到的测量工具：10000测速软件、第三方测速软件、FTP软件和下载软件等。
2.2 被动测量法
被动测量法是指使用接入网络的探针记录和统计链路上数据分组的网络特性。被动测量不必发送主动测量分组，也不会占用网络带宽，对网络影响较小，可以实时监控网络的状态。
被动测量利用网络的探针测量网络的链路，这样必然要有大量的现实测量工具以及网络设备的权限，容易对网络的安全造成风险。
传统的被动测量法主要是用网络监控工具，如：SolarWinds、MRTG、PRTG等软件。
2.3 几种测量方法的比较
由于对于带宽的各种指标国际上还没有统一的定义，各种文献中提到的也不尽相同，因此有必要先对各种指标给予说明。
大带宽指物理链路传输数据的速率能够达到100 Mbit/s以上。
大带宽业务指的是MSTP、SDH、DDN、FR、城域网、EPON等专线型业务，从组网方式上来说又可分为传输网业务（MSTP、SDH）和数据网业务（DDN、FR、城域网、EPON、GPON）。
对几种传统的带宽测量工具进行比较，如表1所示。
表1 几种传统测量工具对比
通过研究分析，发现传统的带宽测量方法存在着以下的问题。
·传统的带宽测量方法在大带宽测量准确性上明显不足，对于带宽大于100 Mbit/s的高速网络无法精确地测量出实际的带宽。
·传统的带宽测量方法只是针对传统的互联网业务进行测量，对于政企客户大带宽业务没有统一的测试工具和方法。
·在网络质量方面，传统的测量方法缺乏准确和有效的监控及测量方法。
·在网络安全方面，传统的测量方法都偏低，网络的安全性无法得到保证。
因此传统的测量工具和方法不能满足政企客户日益增长的业务需求，一种精确度更高、涵盖网络范围广、安全性更好的带宽测量方法有待提出。
3 构建基于IGI2的政企客户大带宽测速平台
3.1 IGI2算法及实现
PGM（probe gap model）是指通过分析两个相邻数据分组到达接收端的时间间隔以测量可利用带宽。它假设窄链路和紧链路在同一位置，数据分组发送时的初始时间间隔受网络中竞争流插分组的影响，这个间隔会变大，从而数据分组到达接收端时的时间间隔可以用一个关于网络中竞争流的函数表示，可以据此测量可利用带宽。
IGI2算法（improvement of initial gap increasing algorithm）基于PGM模型，可进一步提高大带宽网络测量的准确率及最大程度地减少测试背景流噪音。IGI2是一种主动探测网络的可用带宽的测量方法，其基本原理是：在发送端以某一时间间隔快速连续发送探测分组对测试数据分组，接收端测量经过一个路由器后数据分组之间的时间间隔，以此来计算网络的可用带宽。
如图1所示，探测分组对数据分组和背景流数据分组是通过同一路由器的，tin是探测分组对数据分组的初始间隔，tbo是探测分组对数据分组在瓶颈链路上的间隔，tou是探测分组对数据分组在背景流影响后的间隔，Bc是背景流的吞吐量，Bo为瓶颈链路的容量，ti+、ti-、ti=表示增加、减小和不变的分组对间隔，M、N和K分别表示探测分组对数据分组队列中分组对间隔增加、减小和不变的情况。则有：
图1 IGI2模型
假定第一个探测分组到达和离开路由器期间，满足相应的队列非空的条件，那么tou就是第二个探测分组和在tin时间内进入队列中的竞争流通过该瓶颈链路所用的时间，根据以上的式子，可用带宽为：
为提高测量准确性，需要多次重复测量，求出统计平均值。在重复的测量过程中需要不断发送分组测试对，不同的分组对先后到达呈泊松分布,以尽量减小探测分组对网络的影响。
3.2 构建政企客户大带宽测速平台
在基于IGI2的基础上，构建政企客户大带宽测速平台，响应“宽带中国·光网城市”国家战略，全面实现政企客户大带宽业务涵盖多种网络的测试和管理，提供大带宽测速和网络质量等性能指标等功能，保障网络的安全性，支撑政企业务的快速增长，有效提升客户网络质量，极大地提高电信网络运营效率。
政企客户大带宽平台的系统架构如图2所示，整体的设计思想包括：
（1）设计政企客户大带宽测速平台的硬件模块，包括服务器、网络设备及存储设备。
10万人、12万人、30万至40万人，这是北京市每年月嫂、育婴师、养老及住家保姆的需求人数。同为特大城市的天津，也频现“保姆荒”。
（2）基于IGI2算法，开发大带宽测速功能模块，涵盖政企客户大带宽业务的多种不同网网络（MSTP、SDH、DDN、FR、城域网）的大带宽测速及网络质量测试单元。
（3）开发云管理模块，包括账号、权限、角色和功能等管理单元，通过集中式管理系统建立完善的数据体系和信息共享机制，通过严密的权限管理和安全机制实现数据和信息管理。
（4）开发数据库，构建云存储，实现存储设备的逻辑虚拟化管理、多链路冗余管理，通过集群、分布式文件系统和网格计算等技术，实现存储设备间的协同；数据存储加密采用AES算法，提高平台安全性。
（5）设计政企客户大带宽测速平台至数据网及传输网的数据传输通道，使测速平台和数据网及传输网以云的状态呈现。
（6）根据面向政企客户对象的设计思想（object oriented，OO），开发大带宽测速软件服务器端及客户端软件，开发基于Web方式显示的图形用户处理界面。
图2 政企客户大带宽测速平台的系统架构
4 实验测试
为了验证IGI2算法的精确性和政企客户大带宽测速平台的实用性，可以通过实验的方法来进行测试验证。实验测试拓扑如图3所示。
图3 实验测试拓扑
4.1 大带宽测量准确性
通过图4可以看出：传统的测速工具在带宽较小的时候，测试结果比较准确，接近链路的实际带宽；当带宽超过100 Mbit/s的时候，测试结果误差比较大。基于IGI2算法的政企客户大带宽测速平台的测试结果和链路的实际带宽吻合，大带宽测量的准确性高。
图4 带宽测量准确性效果
4.2 网络质量及安全性
通过进一步的实验测试，分别从网络的往返时延、分组丢失率、吞吐量、链路利用率、设备性能分析、流量监控等性能指标进行测试验证，并且通过网络嗅探工具进行数据捕捉以进行安全性分析，得到传统的测速工具（10000测速软件）和政企客户大带宽测速平台的对比结果，见表2。
表2 测试结果对比
通过实验测试的结果对比可知：传统的测速工具在网络质量的测量方面存在不足，且安全性不高；基于IGI2算法的政企客户大带宽测速平台则能够对网络的各项性能指标进行准确的测量，而且安全性高。
5 结束语
在激烈的市场竞争下，中国电信股份有限公司东莞分公司政企客户支撑中心通过持续学习，勇于创新，进一步提升业务能力和技术水平，强化市场化思想，通过信息应用的价值填充以提升中国电信的市场占有率。在基于IGI2算法的基础上，构建政企客户大带宽测速平台，全面实现政企客户大带宽业务网络的大带宽测速和网络质量性能指标测试等功能，保障了网络的安全性，为企业的市场发展奠定了基础和创造了机遇。
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