李改河

【摘 要】提出一種IP網(wǎng)絡綜合性能評估模型，結(jié)合網(wǎng)絡健康度和路由器健康度的概念，通過測量收集網(wǎng)絡基本性能數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡作出整體評價?；谠撃Ｐ烷_發(fā)了NHES系統(tǒng)，對中國移動CNGI示范網(wǎng)進行性能測量，實驗數(shù)據(jù)很好地反映了CNGI的運行狀況，為診斷網(wǎng)絡性能問題提供了有用信息。

【關鍵詞】網(wǎng)絡健康度；路由器健康度；綜合性能評估；性能測量

0.概述

隨著 Internet 技術的不斷發(fā)展，人們對其依賴程度也日漸增加。網(wǎng)絡運營商和用戶必須對其性能深入了解，才能保證網(wǎng)絡正常運行。但是Internet的結(jié)構(gòu)日趨復雜，使其性能的可知性越來越低，因此，對網(wǎng)絡性能測量的研究變得越來越重要。

目前，國際上有關性能測量的研究項目主要有：NIMI，AM，CAIDA和Surveyor。IETF也提出了若干RFCs以制定一系列框架指標來規(guī)范對Internet的測量。此外，還有許多其他網(wǎng)絡測量體系，如MOAT， IEPM，NWS，PPNCG等[1]。雖然這些項目在關鍵技術上取得了很大進展，但還存在一些問題：（1）在測量系統(tǒng)模型化方面做的工作比較少，缺乏宏觀的體系結(jié)構(gòu)模型；（2）普遍采用指標體系評價法，雖能從多個角度對事物進行評價，但不利于對事物的綜合評估、統(tǒng)一比較[2]。本文提出的IP網(wǎng)絡綜合性能評估模型采用綜合多指標的評價方法，把反映網(wǎng)絡性能的多個指標信息綜合起來，映射成一個指標，由此來反映網(wǎng)絡整體的性能狀況。通過這一綜合性指標，使網(wǎng)管人員可從宏觀的角度來評測與監(jiān)控網(wǎng)絡。

1.評估模型

節(jié)點是構(gòu)成計算機網(wǎng)絡的基本元素之一，網(wǎng)絡中的任何節(jié)點都會對網(wǎng)絡性能在一定范圍內(nèi)造成影響，這種影響反映在端到端（路徑）性能上，一般認為，計算網(wǎng)絡總體性能指數(shù)只須測量出端到端的性能數(shù)據(jù)加以分析總結(jié)即可[2]。但是，當網(wǎng)絡規(guī)模較大時，對端到端的測量在實現(xiàn)上不可能也沒必要覆蓋網(wǎng)絡中所有的路徑，因此，也不能保證覆蓋所有節(jié)點；另外，對網(wǎng)絡中運行著的各路由器的綜合性能進行評估，對網(wǎng)管人員更全面深入地了解網(wǎng)絡性能情況也很有幫助，例如把路由器綜合性能信息實時呈現(xiàn)在拓撲圖上，可以為網(wǎng)管人員及時準確地定位瓶頸提供輔助信息。因此，在評估模型中加入對節(jié)點的綜合性能評估是非常有用的。

2.路由器綜合性能評估

路由器性能相關指標非常多，其中吞吐量、路由計算能力、路由表能力、系統(tǒng)恢復時間和系統(tǒng)復位時間都是固定型指標，而時延、丟包率、包轉(zhuǎn)發(fā)率、年齡、CPU利用率和內(nèi)存利用率則是動態(tài)型指標。固定型指標即設備固有的靜態(tài)參數(shù)，體現(xiàn)其能力能達到什么程度，跟具體網(wǎng)絡環(huán)境無關，可用特定軟硬件設備測出；動態(tài)型指標是實際運行時的量，其變化跟環(huán)境有關，可在實際運行的網(wǎng)絡上實時監(jiān)測得出。

3.端到端綜合性能評估

關于網(wǎng)絡層的端到端性能測量，IETF的IPPM工作組定義了一個指標注冊框架IPPM Metrics Registry[3]，給出了管理規(guī)則，注冊指標的模板，用此模板列出了已注冊的全部33個指標，給出每個指標的基本屬性，包括：名字，參數(shù)（測量環(huán)境等），具體定義，單位，測量方法，誤差等。

這些指標可以分為2類：基本指標和衍生指標。基本指標指可以直接測量得出的指標，而衍生指標則是建立在若干基本指標之上，可以是基本指標的采樣序列，也可以是采樣序列的統(tǒng)計特征。最基本的原子性指標有4個：時延（delay），丟包率（loss），重包率（duplication）和重排序率（reordering）[4]。

只知道某個時刻上這些原子指標的值是沒有意義的，普遍的方法論是在這些原子性指標的基礎之上，作時間上的擴展，形成序列，再研究這些序列的統(tǒng)計特征平均值、最小值、中值、百分分布等。

4.網(wǎng)絡綜合性能評估

網(wǎng)絡的綜合性能評估方法與路由器一樣， 用 0～100打分，稱為健康度。網(wǎng)絡健康度與端到端的總體評價系數(shù)和路由器健康度緊密關聯(lián)，算法如下：

health=0；

for every path do

health=health+path.eval；

health=round（health×100/ num）；

for every router do

if （router.health<60）

health=health×0.9

其中，num 為實際測量的路徑的數(shù)目；round 為取整函數(shù)。

5.實現(xiàn)根據(jù)這個評估模型，開發(fā)出網(wǎng)絡健康度評估工具（Network Health Evaluation System，NHES）

NHES 分為3層：

（1）數(shù)據(jù)采集層。包括路由器數(shù)據(jù)采集和端到端數(shù)據(jù)采集2部分。其中，路由器采集部分利用SNMP 協(xié)議來收集路由器各端口的輸入輸出總包數(shù)、包丟棄數(shù)、入口帶寬、CPU利用率等數(shù)據(jù)，由此計算出路由器各指標值；端到端采集部分利用Ping命令收集路徑的雙向延時和雙向丟包率，由此計算出延時的最小值、方差和平均值。

（2）評估層。從數(shù)據(jù)庫中取出采集層輸出的數(shù)據(jù)，以其作為輸入，按照上面所述評估模型，逐層計算評估出網(wǎng)絡中各個路由器、各條路經(jīng)以及整個網(wǎng)絡的綜合性能，把評估出的數(shù)據(jù)寫回數(shù)據(jù)庫。

（3）呈現(xiàn)層。負責把評估層輸出的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)給用戶，分為實時呈現(xiàn)和歷史呈現(xiàn)。實時呈現(xiàn)是指把路由器健康度和網(wǎng)絡健康度在網(wǎng)絡拓撲圖上實時顯示出來，而歷史呈現(xiàn)則是根據(jù)用戶的需求從數(shù)據(jù)庫里調(diào)出數(shù)據(jù)，以報表的形式顯示。在中國移動CNGI示范網(wǎng)上運行NHES，把 NHES部署在與其中一個邊緣路由器相連的主機上，選取其中的3條路徑進行測量，并對所有支持SNMP的路由器進行采集，網(wǎng)管人員在 NHES上輸入各路由器地址、端口、口令、OID、目的端地址等信息，系統(tǒng)即可運行。這些信息被寫入配置文件中，用戶無須每次登錄都輸入。除此之外，路由器指標權值、正常值、采集間隔以及計算健康度的周期等參數(shù)也都可由用戶配置。在拓撲圖上每隔一個健康度評估周期自動更新一次路由器和整個網(wǎng)絡的健康度，路徑的綜合性能則可在歷史記錄中查詢。

在不同時刻采集到的中國移動CNGI示范網(wǎng)的部分路由器性能數(shù)據(jù)，以這些數(shù)據(jù)為輸入，根據(jù)模型計算得出網(wǎng)絡綜合性能?？梢钥闯?，CNGI示范網(wǎng)在10月26日無論是路由器的表現(xiàn)還是端到端的性能比24日都有所下降：網(wǎng)絡健康度從90下降到71。路由器（H）無論在網(wǎng)絡整體性能較好還是較差的時候其健康度均只有 66，事實上查看歷史記錄可知它在連續(xù)一個星期的測量中整體性能表現(xiàn)一直不佳，健康度在60上下浮動，與其他路由器較佳的平均表現(xiàn)形成鮮明對比，影響了網(wǎng)絡的整體性能。因此，為了提高綜合性能，網(wǎng)管人員應首先考慮替換路由器（H）或?qū)⑵湟浦凛^為不重要的位置。

6.結(jié)束語

本文從當前網(wǎng)絡管理的需求出發(fā)，提出路由器健康度和網(wǎng)絡健康度的概念，采用模塊化技術，對已有的一些網(wǎng)絡綜合評估方法進行了比較，建立一種IP 網(wǎng)絡綜合性能評估模型，使網(wǎng)絡管理者無須仔細研究各個指標，即可了解網(wǎng)絡性能表現(xiàn)，并且方便了不同節(jié)點、路徑以及網(wǎng)絡之間在時間和空間上的比較。通過中國移動CNGI示范網(wǎng)的的測量評估證明，該模型能夠有效幫助網(wǎng)管人員了解并分析網(wǎng)絡運行狀況，具有較強的實用性。 [科]