饒 敏，陳 明，馬 亮，鄭 斌

(重慶郵電大學(xué)通信學(xué)院，重慶 400065)

隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和用戶數(shù)量的急劇增加，各大運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)的加劇，網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量越來(lái)越受到人們的關(guān)注。尤其是對(duì)于大客戶而言，更是需要高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量直接影響到用戶業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量，在網(wǎng)絡(luò)部署日益復(fù)雜和使用范圍日益擴(kuò)展的情況下，高負(fù)荷業(yè)務(wù)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響較大，用戶所使用的多業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化十分敏感，網(wǎng)絡(luò)性能的不足將引起用戶的網(wǎng)速慢、網(wǎng)絡(luò)堵塞，視頻業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性差等問(wèn)題，這也對(duì)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作提出了挑戰(zhàn)。

為了保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的服務(wù)質(zhì)量，簡(jiǎn)單實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)于增強(qiáng)公司對(duì)重要客戶數(shù)據(jù)的服務(wù)能力，幫助運(yùn)維人員順利開(kāi)展工作是非常必要的。本文闡述了一種網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案對(duì)集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)，可以及時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的情況，將狀況反饋給網(wǎng)絡(luò)管理及優(yōu)化人員，保證用戶網(wǎng)絡(luò)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。

1 總體方案

1.1 大客戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)指標(biāo)

對(duì)大客戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的監(jiān)測(cè)主要從帶寬驗(yàn)證、實(shí)時(shí)流量大小觀測(cè)、通信質(zhì)量的衡量、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延大小、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)捻樞蛐?、突發(fā)性流量的處理能力、測(cè)試信號(hào)產(chǎn)生情況幾個(gè)方面進(jìn)行考察。測(cè)試項(xiàng)目和對(duì)應(yīng)的測(cè)試指標(biāo)如圖1所示。

圖1 大客戶網(wǎng)絡(luò)測(cè)試的八大主題

1.2 傳統(tǒng)測(cè)試方法

傳統(tǒng)測(cè)試方法以單機(jī)測(cè)試為主，即測(cè)試是在網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品未投入使用或暫停使用時(shí)進(jìn)行的，僅對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品相關(guān)參數(shù)進(jìn)行測(cè)試、復(fù)核、校對(duì)等簡(jiǎn)單的處理。隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，用戶數(shù)量陡增，若網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)問(wèn)題，根本不可能允許以長(zhǎng)時(shí)間中斷網(wǎng)絡(luò)的方式來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。

目前使用的一些針對(duì)性的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多是使用特定的儀表，需要運(yùn)維人員親自到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行環(huán)境搭建，數(shù)據(jù)采集，這種方式操作復(fù)雜、靈活性差、維護(hù)成本高、故障修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，這樣可能造成用戶信息泄露、影響用戶工作進(jìn)展等問(wèn)題。另外，對(duì)于大客戶而言，也可通過(guò)自己的操作，實(shí)時(shí)地對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量檢測(cè)的需求。

本文闡述的是一種大客戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案，完全脫離各種測(cè)試儀表——依靠軟件實(shí)現(xiàn)，維護(hù)方便且易于操作，非專業(yè)維護(hù)人員經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單培訓(xùn)后即可熟練使用，易于被用戶采納，也保護(hù)了客戶數(shù)據(jù)的安全性，同時(shí)大大節(jié)省維護(hù)時(shí)間，節(jié)約維護(hù)成本。目前，本方案已成功地在國(guó)內(nèi)一些運(yùn)營(yíng)商布點(diǎn)試用，經(jīng)實(shí)踐證明，本方案完全滿足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的各種技術(shù)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。

本大客戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)方案針對(duì)各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試主題都設(shè)計(jì)了專門的模塊進(jìn)行系統(tǒng)的測(cè)試，全面地測(cè)試了網(wǎng)絡(luò)性能，是傳統(tǒng)測(cè)試方法不能替代的。

1.3 大客戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能模塊

大客戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件功能，按照要實(shí)現(xiàn)的功能分為帶寬驗(yàn)證模塊、流量觀察模塊、丟包率測(cè)試模塊、Monitor模塊、延時(shí)測(cè)試模塊、序列測(cè)試模塊、網(wǎng)絡(luò)流量生成器7個(gè)模塊，分別針對(duì)大客戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求所監(jiān)測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，見(jiàn)圖2。

圖2 大客戶網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件功能模塊圖

本網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)流量生成器用于產(chǎn)生測(cè)試信號(hào)，提供給后續(xù)測(cè)試模塊使用。本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)流量生成器模塊彌補(bǔ)了現(xiàn)有流量生成手段Sniffer等工具軟件不能達(dá)到全線速率和無(wú)法產(chǎn)生錯(cuò)誤幀的缺陷，具有以下特點(diǎn):1)MAC地址、IP地址全自定義;2)幀長(zhǎng)度自由可設(shè);3)提供多種常用協(xié)議模板，方便調(diào)用;4)支持全自定義幀內(nèi)容，詳細(xì)至每1 bit，模擬任何協(xié)議;5)全0、全1、遞增、遞減、隨機(jī)多種數(shù)據(jù)形式可選;6)30 kbit/s～100 Mbit/s全線速率發(fā)包，步長(zhǎng)精確至10 kbit/s;7)支持802.1qVLAN協(xié)議幀;8)支持產(chǎn)生CRC檢驗(yàn)錯(cuò)誤幀;9)基于發(fā)包數(shù)量和發(fā)包時(shí)長(zhǎng)的測(cè)試控制機(jī)制，方便靈活。

下面主要介紹本網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)特有的帶寬測(cè)試模塊和Monitor網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊。

1)帶寬測(cè)試模塊

帶寬測(cè)試模塊，主要通過(guò)吞吐率測(cè)試確認(rèn)新安裝網(wǎng)絡(luò)鏈路的性能、查找網(wǎng)絡(luò)瓶頸、驗(yàn)證帶寬是否滿足新增應(yīng)用的需求等。如何確認(rèn)新安裝的網(wǎng)絡(luò)鏈路是否達(dá)到預(yù)期的性能(例如2 Mbit/s，10 Mbit/s，100 Mbit/s)對(duì)于一個(gè)正在使用的網(wǎng)絡(luò)，如果它的性能比正常情況慢了許多，如何來(lái)查找網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸?企業(yè)要增加某種應(yīng)用時(shí)，如何知道現(xiàn)有帶寬是否滿足要求?這些指標(biāo)都得通過(guò)吞吐率測(cè)試實(shí)現(xiàn)。

圖3是系統(tǒng)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)帶寬的示意圖，假設(shè)A公司申請(qǐng)了10 Mbit/s帶寬的互聯(lián)網(wǎng)專線，但上網(wǎng)速度比較慢，則可用本系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)營(yíng)商分配給A公司帶寬的是否足夠，是否達(dá)到了10 Mbit/s。本系統(tǒng)主要用于以下幾種情況:(1)確認(rèn)新安裝的網(wǎng)絡(luò)鏈路是否達(dá)到預(yù)期的性能;(2)對(duì)于一個(gè)正在使用的網(wǎng)絡(luò)，測(cè)試它的性能比正常情況慢了多少，用于查找網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸;(3)企業(yè)要增加某種應(yīng)用時(shí)，用于驗(yàn)證現(xiàn)有帶寬是否滿足要求。

圖3 帶寬測(cè)試模塊測(cè)試網(wǎng)絡(luò)示意圖

2)Monitor網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)模塊

Monitor模塊，該模塊主要用于網(wǎng)絡(luò)實(shí)施監(jiān)測(cè)。通常帶寬被擠占有以下幾種情況:(1)黑客對(duì)服務(wù)器進(jìn)行飽和式攻擊，造成訪問(wèn)服務(wù)器速率變得極其緩慢;(2)過(guò)時(shí)的或不正確的設(shè)備配置產(chǎn)生過(guò)時(shí)的、不必要的協(xié)議;(3)采用默認(rèn)端口設(shè)置的交換機(jī)可能導(dǎo)致大量無(wú)用流量;(4)有員工在使用BT軟件，大數(shù)量下載，搶占帶寬;(5)有電腦感染了病毒，大量發(fā)送廣播包，擁堵網(wǎng)絡(luò)。如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖

Monitor模塊則可使用鏡像法、TAP法和HUB法來(lái)統(tǒng)計(jì)收包數(shù)、廣播包、流控包、超長(zhǎng)包、超短包等數(shù)量，并偵測(cè)最大發(fā)送包流量、接收包流量、廣播包發(fā)送流量的主機(jī)地址來(lái)確定帶寬被擠占的原因和主機(jī)，從而解決帶寬問(wèn)題。

網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的流量觀察模塊可以監(jiān)測(cè)到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)、流量、收包數(shù)、廣播數(shù)、流控、長(zhǎng)包和短包的數(shù)量。延時(shí)測(cè)試模塊通過(guò)在網(wǎng)絡(luò)的兩端發(fā)送測(cè)試信號(hào)，并針對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。其中，在測(cè)試端發(fā)送帶有“Time Stamp”標(biāo)記的包，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)環(huán)回端，環(huán)回端接收到此包后，返回帶有“Time Stamp”標(biāo)記的包。根據(jù)測(cè)試端接收到的包，則可以分析出網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)，主要指標(biāo)包括有延時(shí)上限、抖動(dòng)上限、丟包率上限和包誤差率上限等，保證各項(xiàng)業(yè)務(wù)特別是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的順利運(yùn)行。序列測(cè)試模塊通過(guò)在一端發(fā)送帶有序列號(hào)的包，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)回端通過(guò)儀表檢查該序列號(hào)的包，從而完成序列性測(cè)試。丟包測(cè)試模塊遵循RFC2544建議，通過(guò)包發(fā)生器向待測(cè)設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)發(fā)送特定的包，并通過(guò)包接收器全速率地接收與判別，檢查包地址、內(nèi)容與長(zhǎng)度，并全面地統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

2 應(yīng)用效果

本網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和維護(hù)，支持任務(wù)管理，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期在線撥測(cè)，能夠幫助尋找問(wèn)題特征、規(guī)律，從而更好地解決或規(guī)避問(wèn)題;同時(shí)勝任局域網(wǎng)測(cè)試和廣域網(wǎng)測(cè)試，可以幫助用戶找到自身問(wèn)題，降低運(yùn)營(yíng)上的維護(hù)成本，還可幫助運(yùn)營(yíng)商快速定位問(wèn)題，提高處理效率;故障定位及時(shí)準(zhǔn)確，可掌握電信、聯(lián)通主要地址信息，因而故障點(diǎn)可精確到運(yùn)營(yíng)商省網(wǎng)級(jí)別;支持對(duì)比分析歷史數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)自帶存儲(chǔ)介質(zhì)，能夠根據(jù)用戶需求，實(shí)現(xiàn)不同時(shí)段的撥測(cè)結(jié)果對(duì)比;數(shù)據(jù)輸出方式靈活，可提供USB，Email，F(xiàn)TP等多種途徑的數(shù)據(jù)導(dǎo)出方式;客戶化便捷，可靈活定制分析報(bào)表。由于本系統(tǒng)自帶大容量存儲(chǔ)介質(zhì)，可直接在儀表上定制簡(jiǎn)單的分析報(bào)表并呈現(xiàn)。目前，本方案已成功在國(guó)內(nèi)一些運(yùn)營(yíng)商布點(diǎn)試用，經(jīng)實(shí)踐證明本方案基本滿足網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量各種技術(shù)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)論

采用本網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)，可以及時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)的情況，將狀況反饋給網(wǎng)絡(luò)管理及優(yōu)化人員，保證了用戶網(wǎng)絡(luò)的正常穩(wěn)定運(yùn)行。但I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)還存在一些問(wèn)題，可控性差，路由變化不可知，不能實(shí)時(shí)掌握路由變化情況，由于路由變化發(fā)生的瞬斷類故障難以復(fù)現(xiàn)，無(wú)法定位，但故障隱患仍然存在，業(yè)務(wù)層面出現(xiàn)丟包造成的告警或故障時(shí)，責(zé)任往往由IP專用承載網(wǎng)來(lái)承擔(dān)。有待進(jìn)一步研究通過(guò)對(duì)業(yè)務(wù)級(jí)、網(wǎng)絡(luò)級(jí)、網(wǎng)元級(jí)的監(jiān)控提高網(wǎng)絡(luò)的可控性[5－7]。

[1]謝鯤，張大方，謝高崗，等.一種基于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流的流量監(jiān)測(cè)分析算法[J]. 小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，2006，27(1):46－49.

[2]林健敏.論GSM網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化新技術(shù)[J].科技風(fēng)，2009，16(1):23－26.

[3]劉青，雷斌.通信網(wǎng)語(yǔ)音質(zhì)量綜合評(píng)估系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子元器件應(yīng)用，2009，11(12):34－37.

[4]張大方，沈永堅(jiān)，黎文偉.一種基于歷史記錄的網(wǎng)絡(luò)流量數(shù)據(jù)采樣方法[J]. 湖南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2005，32(6):102－105.

[5]李江濤，雷振明.P2P網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)度及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模型[J].北京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，29(3):17－21.

[6]張蕾，陳中.實(shí)時(shí)語(yǔ)音流傳輸質(zhì)量測(cè)試工具的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)科技信息，2009，18(7):38－39.

[7]WILL IAMSON C.Internet traffic measurement[J].IEEE Internet Computing，2006，5(6):70－74.