基于TWAMP协议的IP网络测量平台架构设计与实现

魏明军 杨晶

摘 要：随着社会的发展，网络已经成为人们生活中不可缺少的元素，但随着网络规模的增大，网络的复杂性、异构性也大大增加，在此背景下如何提高网络质量就成网络运营商所关心的核心问题，同时用户也迫切希望了解所使用网络的状态和质量，以便选择更适合的服务商。时延、抖动、带宽等参数作为表征网络质量的参数，能够最为直观地反映网络状态，对这几个参数的测量和分析成为掌握网络质量的关键。文章采用当下最为成熟的B/S架构，设计基于TWAMP协议的测量平台，具有很强的可操作性。并且针对测量数据的离散化处理能够有效的降低CPU工作强度，提高测量结果的精度。

关键词：网络测量；B/S架构；离散型随机变量；TWAMP协议

1 研究背景

随着社会的发展，网络已经成为人们生活中不可缺少的元素，但是随着网络规模的增大，导致网络的异构性、复杂性提高。与此同时，用户对网络服务质量要求也越来越高。IP网络作为各种应用的承载，它的性能对上层业务影响重大。

2 网络测量分类

按照是否向网络注入额外测量数据包来划分，网络测量可以分主动测量和被动测量。主动测量是在网络流量中插入特别设计的探测数据包，并在数据包通过网络后分析探测数据包的特征差异可以得到网络状态和性能参数，主动测量的特点是是利用测量工具在选定网络点上插入特定目的数据包。主动测量不依赖于测定对象本身的测量能力，具备灵活和可操作性强等特点。而且主动测量并不需要多点协作，可根据用户要求测量端到端的网络性能。被动测量是在关键位置和节点部署测量设备来捕获网络数据包，并进行统计分析，通过统计分析结果获取网络状态和性能参数，所以被动测量在链路或者设备上对经过的流量进行监测，并不需要注入额外的流量包，这种特点也使得被动测量适合作为设备或者网络流量的测量方式。综上所述，本研究采用主动测量方式

3 网络测量性能指标

网络性能又分为整体性能和节点性能之分，两者之间的关系是统一的。通过对端到端测量指标的统合分析就可以得到网络的整体性能。性能指标主要包括以下参数：（1）连通性（Connectivity）。网络连通性是指网络连通的程度。这一指标主要与丢包率相关，一般网络可用性会会有一个阈值，当丢包率高于这一数值时网络判定为不可用，相反则为网络可用。（2）数据包传输时延（Data Packet Transmission Delay）。时延是指又分为单向时延和往返时延。单向时延是指某一节点接收到数据源所发出的数据包时所经历的时间。往返时延是指由数据源发送数据包到达指定节点后，指定节点立即发送反馈数据包，此数据包到达源点是所经历的时长。因为时延是随时间变化的，若进行网络测量，应按照某段时间内的平均值计算时延。（3）丢包率。丢包率是指数据源发出的数据包数量与反馈数据包之间的差值占源数据包总量的百分比。

4 测量平台架构设计

无论基于哪种协议的测量，都需要经历以5个环节：部署物理节点——设定测量目标——测量执行开始和结束——测量数据分析——报告输出。

测量平台采用B/S（Browser/Server，浏览器/服务器）架构实现。B/S架构的优点是将测量功能集成到了服务器上，用户在有测量要求时不需安装任何客户端，也不用对软件进行维护，只需要用户端拥有浏览器即可使用测量服务。测量平台在B/S架构下采用3层结构：测量层、服务器控制层、服务器數据库层。测量平台架构如图1所示。

测量层：测量探测数据报按照TWAMP协议执行。

服务器控制层：这一层又可以划分为3个模块——会话管理模块、数据管理模块、WEB服务器模块。服务器数据库层：响应服务器控制层的请求。

5 测量数据处理

当用户访问服务器，使用测量功能时，系统开始运行。但是测量这对的是瞬时值，并且当测量频率较高，需要改变数据的处理方式。时延是独立的，只受单次测量影响，所以可以作为离散型随机变量处理，采用统计学的方式进行整体运算。上述情况可以抽象为数学模型：数据总和为一个集合M，包含A、B两个子集，A为已计算的数据，B为为计算数据集，其中数据均为独立不相关。A集合容量为RA ，时延记为EA，抖动为DA ，同理B集合样本容量为RB，时延记为EB，抖动为DB，根据时延的定义有：

6 TWAMP协议测量实现的可行性

IETF IPPM工作组在08年发布了双向主动测量协议，即RFC 5357 （A two-way Active Measurement Protocol ，TWAMP）。双向主动测量协议定义了两组协议，其中一组是TWAMP控制（TWAMP-control）协议，另外一组是TWAMP测试（TWAMP-test）协议。TWAMP控制协议的作用是建立并发起测量会话，而且还能够通过对对发起的测量会话或者控制报文进行加密或者身份认证，这样一来就能保证测试的安全性操作，当会话介绍测量结果的取回也是由TWAMP控制协议完成的。TWAMP测试（TWAMP-test）协议顾名思义就是用发送与接收网络测量探测包的方式检测网络状态。为了保证探测报文传递的简单高效，TWAMP测试协议报文采用UDP协议交互。为了保证灵活性，TWAMP体系结构由定义的Control-Client 、Session-Sender 、Server 与Session-Reflector等几不同的实体组成，而且不同的实体可以位于相同的主机，这就为网络测量的实现提供了基础。这些实体的任务是负责启动网络测量中的监测会话和交换数据包，其体系结构如图2所示。

7 結语

由于TEAMP协议的开放性，所以实现网络测量的可操行非常强，对测量数据采用离散是随机分布模型能够有效的降低数据的运算量，减小CPU处理强度，并且采用统计学数据表达也能够准确的表现真实的网络状态。网络测量在网络结构日益复杂的今天变得越来越受到重视，无论是运营商还是用户，都迫切的需要掌握网络的性能和状态，因此，网络测量平台的研究与开发具有非常广泛的意义。

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Design and Implementation of IP Network Measurement Platform Architecture Based on TWAMP Agreement

Wei MingJun， YangJing（College of Information Science and Engineering， North China University of Science and Technology， Tangshan 063000， China）

Abstract： With the development of the society， the Internet has become an indispensable element of peoples lives，at the same time， network complexity， heterogeneity also increased ，so， How to improve the quality of the network as a core issue of concern for ISP. Users also eager to know the network status and quality， in order to choose more suitable ISP. Parameters such as delay， jitter， bandwidth as a characterization of the parameters of the network quality， can be the most intuitive reflect the network status， how to Measure and analysis the several parameters becomes the key to grasp the network quality. Adopts B/S structure of the most mature， measurement platform design based on TWAMP agreement， have very strong maneuverability. And in view of the measurement data discretization process can effectively reduce the CPU working strength， improve the accuracy of the measurement result.

Key words： the network measurement； B/S architecture； discrete random variables； TWAMP agreement