专利名称：网络的端到端特性的非干扰测量的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及网络测试，特别涉及一种对通过网络的数据传输的端到端特性进行非干扰测量的方法和设备。
网络为数据传输提供单向的虚拟或物理通路或通道。网络流是通过网络的一段时间的数据传输。在一个网络流中，数据单元从网络的入口流到出口。例如，网络是IP网，ATM网和诸如电话网的电路交换网。数据单元是IP信息包，ATM信元和数据字节。为简单起见，下面描述的是在IP网的环境中，所以IP网，IP虚拟通道，IP信息包和信息包流这些术语被使用。
一个信息包流的端到端特性可以通过几个量来测量，例如吞吐量，端到端延时，信息包丢失等等。测量这些量有两种方式。一种是主动方式，另一种是被动方式。
在主动方式中，用于检测，具有特殊标识和时标的信息包被注入信息包流的入口。在出口处这些特殊的监测信息包被识别出来，从信息包流中除去，并加上时标。像端到端延时和信息包丢失这样的量可以通过分析已接收的监测信息包测量。主动方式的优点是直接简单，既可用于在线也可用于离线。主要缺点是在线使用时，无论被注入的监测信息包流多么小，这些监测信息包流总会干扰工作信息包流。而且，既然网络状态是动态的，离线测量可能不会反映信息包流的实际特性。
在被动方式中，没有监测信息包被注入待测量的信息包流中。而是在信息包流的入口和出口截取操作数据信息包，不干扰信息包流本身，这样用于每个数据信息包的测量信息包被产生。来自于两端点的测量信息包具有相关性，从而获得端到端特性的量度。与主动方式相比较，被动方式是非干扰的。它不会以任何形式干扰工作信息包流。这种好处的代价是被动方式更复杂，更难实现。由于依靠工作信息包流，被动方式在网络实际工作之前不会评定网络通道的端到端特性。
一种用于ATM网络的监测系统是由新西兰Waitato大学提出的WAND方案，这个方案公布在网址http://atm.cs.waikato.ac.nz/wand.WAND集中于ATM网的时延测量，特别将CRC用于数据相关(ATM信元的匹配)，使入口的一个信元和出口的信元表相匹配。
所希望的是获得一种有效地监测端到端特性的非干扰方法。
因此，本发明相应地为使用被动方式非干扰地测量网络流量的端到端特性提供了一种方法和设备。当数据单元通过网络进入网络通道时，一个入口监测器非干扰地截取数据单元。同样当它们离开这条网络通道时，一个出口监测器截取同样的数据单元。每个监测器使用同步时钟为每个截取的数据单元产生时标，为每个数据单元获得唯一的标识，以便同一个数据单元在入口和在出口有同样的标识。另外入口和出口监测器分别计算从网络流中获得的信息包数。标识，时标和信息包计数值形成一个记录项，被保存在每个监测器的记录项队列里。数据相关器连接到一个带外网络上，同时监测器也连接到这个网络上，数据相关器周期性地从每个监测器上抽取记录项表，通过匹配标识使记录项表相关。来自于两个表中有同样标识的记录项的时标经处理后得到这个网络通道的端到端延时，在一给定时间段中计数值的差值提供了端到端信息包丢失的测量。
下面的详细说明中描述了本发明的目的，优点和其他的新性能。读详细说明时可以结合附加权利要求和附图。
图1是根据本发明的对网络通道的端到端特性进行非干扰监测的系统的结构视图。
图2是根据本发明的对网络通道的端到端特性进行非干扰监测的方法的流程图。
图1表示用于监测网络通道端到端特性的非干扰方法的总的结构。为测量端到端特性，在通过网络16的信息包流14的入口12和出口22处分别放置监测器10,20。这两个监测器10,20通过带外网络24连接到数据相关器18，带外网络24独立于被监测的信息包流14，不会造成干扰。监测器10,20和数据相关器18有同步时钟26。在两端点12,22的监测器10,20从被监测的网络流中截取信息包，计算已获得信息包的数量，并从这些信息包中抽取测量数据，给测量数据加上时标。数据相关器18从监测器10,20中抽取测量数据，使它们相关联，以确认来自于两个监测器的数据属于同一信息包，从而得到测量结果。
在入口12的监测器10以非干扰的方式实时截取所有流入通道14的数据信息包。当来自于数据信息包流14的一个数据信息包被截获时，监测器10产生一个时标，抽取数据信息包的一个标识。监测器10也保存已获得信息包的计数。信息包标识是一种信息，用于区别所研究的信息包和在同一信息包流14中的其他信息包。在大多数情况下，循环冗余校验的特殊形式可用作信息包标识，例如，数据信息包中的全帧CRC(随每次跳跃而改变的IP信息包头中的CRC除外)。其他信息，比如数据信息包头中的某些帧，可以在需要时抽取。因此对于每个数据信息包监测器产生一条包括<标识，时标，计数>的记录项，即信息包标识，时标和已获得信息包的计数。监测器10保存一个按时标递增顺序排列最近记录项的队列，用于数据恢复和数据相关器10的处理。准确地说，多长时间的记录项被保存取决于几个因素，比如，端到端信息包流的延时，带宽和在数据相关器18和监测器10,20之间的带外网络的延时。
在出口22的监测器20对从出口流出的数据信息包作与入口12的监测器10同样的处理。
数据相关器18对端到端特性的测量数据进行周期地抽样。经过抽样，数据相关器18从监测器10,20分别抽取一个记录项表，使两表相关，得到端到端信息包流特性的测量值。数据相关器18将两个表中的信息包标识(s-i；s-e)匹配直到一表的子集和另一表的子集相匹配，从而使两表相关。做相关运算时，如果一表中的记录项和另一表中的记录项相匹配，那么这两个记录项包含同样的信息包标识，并被认为是同一个数据信息包(P-l)的测量值。当数据信息包进入信息包流时，入口监测器10中的记录项(P-i-l:<S-i-l,T-i-l,C-i-l>)包含时标(T-i-l)。当这个数据信息包离开信息包流时，出口监测器20中的记录项(P-e-l:<S-e-l,T-e-l,C-e-l>)包含时标(T-e-l)。这时，S-i-l=S-e-l。两个时标的差值就是数据信息包流流过网络通道的端到端延时。数据相关器从监控器10,20中抽取数据的频率和每次抽取的数据量取决于使用的特定配置，带外网络24的可利用带宽和其他相关因素。
在稍后的间隔n，数据相关器18识别另一对匹配记录项(P-i-n:S-i-n,T-i-n,C-i-n),(P-e-n:S-e-n,T-e-n,C-e-n)，此时S-i-n=S-e-n。((C-i-n-C-i-l)-(C-e-n-C-e-l))是P-l和P-n之间信息包丢失的数量。信息包丢失比是((C-i-n-C-i-l)-(Ce-n-C-e-l))/(C-i-n-C-i-l)-(C-e-n-C-e-l)，信息包丢失率是((C-i-n-C-i-l)-(C-e-n-C-e-l))/(T-i-n-T-i-l)。
下面进一步说明测量数据相关。假设在时刻T数据相关器18从监视器10，20中抽取Ts到T时刻的所有记录项，此时Ts＜T。来自于入口监视器10的表是List-i:(Pi-l:<S-i-l,T-i-l,C-i-l>,…,P-i-m:<S-i-m,T-i-m,C-i-m>)此时，(P-i-l:<S-i-l,T-i-l,C-i-l>)是一个信息包标识为S-i-l，时标为C-i-l，计数为C-i-l的记录项。来自于出口监视器的表是List-e:(P-e-l:<S-e-l,T-e-l,C-e-l>,…，P-e-n:<S-e-n,T-e-n,C-e-n>)。假设表i的子表(p-i-x1,…,P-i-xk)与表e的子表(P-e-yl,…,P-e-yk)相匹配，即S-i-xj=S-e-yj,j从l到k。这样S-i-xj和S-e-yj被认为是同一数据信息包P-j的信息包标识，T-i-xj和T-e-yj是数据信息包P-j分别通过入口12和出口22的时刻。那么T-e-yj-T-i-xj是数据信息包流过网络通道14的端到端延时。通过计算匹配子表中所有数据信息包的测量数据，得到一组延时测量值。
同样，任何两个数据信息包之间的信息包丢失，如上所述，可以通过它们的信息包计数值来计算。
上述处理中产生的单个信息包的延时测量可用于分析网络流量的各种短期和长期延时。经过一段长时间的延时测量抽样可用于产生统计量，比如，百分比图，柱状图和分布图，以分析网络流量延时的长期分布和趋势。数据相关器18得到的每个延时测量表都经过一段短的时间，可用于获得短期延时抖动。通过对延时测量表周期取样，也可分析延时抖动的趋势。
同样根据单个信息包丢失测量值，也可分析短期和长期信息包丢失特性。
上述讨论中，为了说明的方便，假定数据相关器周期地从入口监测器10和出口监测器20抽取测量信息包表。而在实际应用中入口监测器10和出口监测器20可以将测量信息包压栈进入到数据相关器18中。实际上压栈模型在一些情况下更为有效。
图1的结构是理论上的。实际实现时，为降低对带外网络24的带宽要求，数据相关器18的功能可被置于监测器10,20中的一个。组合的数据处理器和监测器的实现至少有两个优点(a)降低对网络带宽的要求；(b)可以实现数据相关器18从常驻的监测器10,20中得到更长的数据表，这增加了数据相关时的搜索范围。另一方面物理上分离的数据相关器18可以容易地被监测不同信息包流的多对监测器10,20共享。在大量信息包流同时被监测时，可能需要不止一个数据相关器18分配它们的工作量。
当监测器10,20，带外网络24或数据处理器18不能捕获，传输或处理信息包流中所有数据信息包的测量数据时，对测量信息包进行二次抽样是必要的。对测量信息包进行二次抽样时，监测器10,20对所有信息包计数，但仅仅对信息包流中数据信息包的一个可选择子集产生测量数据，端到端特性从数据信息包的这个子集的测量数据中得到。二次抽样方案必须满足两个要求。一个要求是入口监测器10和出口监测器20选择数据信息包的同一个子集。否则，如果来自于两个端点12,22的两个测量数据表对应于数据信息包中的不同部分，那么就不可能获得网络的端到端特性。另一个要求是抽样是周期加权或基于某种统计分布的随机加权。标识位遮蔽是满足这两个要求的二次取样方案。使用标识位遮蔽，一个数据信息包只有当它的标识位中最无代表性的部分有明确的给定值时才被选择。例如对数据信息包的八分之一进行二次取样，仅仅选择那些标识位的最有效的三比特是000的数据信息包。如果数据信息包被入口监测器10选择，它也会被出口监测器20选择，因为信息包标识不会在信息包流14中改变。当CRC用作标识时，因为CRC被很好地随机化，标识位掩蔽成为一种很好的几何抽样的形式。在几何抽样中，信息包被以固定概率选择，它是一种随机加权抽样的形式。
信息包标识的唯一性影响数据相关器18所作的数据相关的可靠性。不同的数据信息包可能有相同的内容，因而有相同的CRC。甚至内容不同的数据信息包也可能有相同的CRC。信息包标识的不唯一性引入表相关的多义性。谨慎地选择用于信息包标识的特殊CRC所包括的域有助于提高唯一性。例如，因为IP信息包头的信息包标识域包含一个计数器的值，主机每发送一个IP信息包，这个计数器的值通常加一，在信息包标识CRC中包括这个域可使多个信息包的信息包标识唯一，即使它们包含相同的净荷。可能有这样的情况，来自于两个监测器10,20的数据表互相匹配的方式不止一种。如果这种多义性产生，就无法可靠地判断哪一个匹配是正确的。因此从所研究的两张表中不可能得到延时测量值。增加从监测器10,20中抽取的测量数据表中记录项的数量有助于降低多义性的概率，但要求带外网络24更多的带宽。
IP网络的一些特性使得数据相关更为复杂。IP信息包不仅会被丢失，而且会被网络16复制或分片。它们也会被无序的传送。这些问题中的一些可能会不存在，这取决于网络16的配置。
本发明应用于ATM网络时，某种形式的CRC仍用于信元标识。应用于电路交换网时，这时数据单元是字节，整个字节本身可被用来代替它的标识。
这样，本发明为网络流的端到端特性提供了非干扰测量的方法。这种方法对被测量的网络流入口和出口中的数据信息包进行抽样，为每个信息包分配一个唯一的标识，一个使用同一系统时钟的时标和已收到信息包的计数。根据唯一的标识，将来自于入口和出口的信息包表相关，对在入口和出口的同一信息包使用时标和计数值，从而获得所希望的对这个网络流端到端特性的测量。
权利要求
1．一种对网络流的端到端特性进行非干扰测量的方法，网络流是从网络通道的入口流到出口的一段数据单元，此方法包含以下步骤用入口监测器对入口的数据单元进行抽样；为入口监测器中的每个抽样数据产生唯一标识和输入测量数据；用出口监测器对出口处网络流的数据单元进行抽样；为出口监测器中的每个抽样数据产生唯一标识和输出测量数据；使分别来自于入口和出口监测器的记录项相关，记录项在每个监测器中是一张表的形式，每个记录项对应于每个数据单元有唯一标识和相关的测量数据，使两个表中记录项的唯一标识相匹配；以及根据匹配记录项的输入和输出测量数据确定网络流的端到端特性。
2．根据权利要求1的方法，其中输入和输出测量数据是通过同步时钟得到的时标，分别表示入口和出口监测器接收到数据单元的时刻。
3．根据权利要求1或2的方法，其中输入和输出测量数据是入口和出口监测器已获得的数据单元数量的计数。
4．根据权利要求1的方法，进一步包含在产生步骤之前对数据单元二次抽样的步骤，以便于入口和出口监测器选择相同的具有随机加权分布的二次抽样数据单元。
5．根据权利要求4的方法，其中二次抽样的步骤包括遮蔽唯一标识的步骤，以便于只有当唯一标识的最无代表性的部分具有给定值时，此数据单元才被入口和出口监测器选择。
6．一个对网络流的端到端特性进行非干扰测量的系统包括用于截取流过网络通道的数据单元，并连接到网络流入口的入口监测器，这个入口监测器为每个数据单元确定一个唯一标识并产生输入测量数据；用于截取流过网络通道的数据单元，并连接到网络流出口的出口监测器，这个出口监测器为每个数据单元确定一个唯一标识并产生输出测量数据；连接到同时与入口和出口监测器相连的带外网络上的数据相关器，从入口和出口监测器中抽取记录项表的数据处理器，为每个数据单元包含唯一标识和测量数据的记录项，使基于唯一标识的记录项表相关，从具有相同唯一标识的数据单元的输入和输出测量数据中确定网络流的端到端特性。
7．根据权利要求6的系统，其中输入和输出测量数据是基于同步时钟得到的数据单元的时标，分别表示数据单元到达入口和出口监测器的时刻。
8．根据权利要求5或6的系统，其中输入和输出测量数据分别是入口和出口监测器已获得的数据单元数量的计数。
9．根据权利要求5的系统，其中在产生测量数据单元之前入口和出口监测器对数据单元进行二次抽样，在入口和出口监测器中被选择的数据单元是同样的，具有随机加权分布。
10．根据权利要求9的系统，其中数据单元被二次抽样是基于唯一标识中最无代表性的部分的一个给定值。
全文摘要
一种采用被动方式对网络流的端到端特性进行非干扰测量的方法和设备,网络通道输入端的数据单元被入口监测器抽样,识别每个具有唯一标识的数据单元,产生测量数据,同一数据单元在出口被出口监测器抽样,识别每个具有唯一标识的数据单元,产生测量数据,数据相关器分别从入口和出口监测器中抽取记录项表,每个记录项包括与数据单元对应的唯一标识和测量数据,将两个数据表相关,从两张表中找到具有相同唯一标识的记录项,通过具有相同唯一标识的两张表中对应数据单元的测量数据,确定网络流的端到端特性。
文档编号H04L12/24GK1324162SQ0111787
公开日2001年11月28日 申请日期2001年2月28日 优先权日2000年3月1日
发明者S·岑 申请人:特克特朗尼克公司