IP承載網絡性能測試技術

　　目前，IP技術逐步成為網絡的主角，全網IP化已經成為一種趨勢，IP承載網絡作為NGN網絡、業務專用網絡、移動數據核心網絡等多種網絡的承載基礎，其性能和對業務質量的保障受到越來越多的關注。

　　IP網絡承載著多種業務，包括HTTP，MAIL，VOD，FTP，BT，IPTV，VoIP，PPStream等各種傳統業務和新型業務。這些業務越來越多地對網絡的承載性能提出更為苛刻的要求，例如VoIP語音通話業務，其對時延、時延抖動以及丟包要求較高，否則通話質量和話音的連續性非常差，業務的運營受到非常大的限制和挑戰。另外，如目前IPTV業務正在如火如荼地開展中，用戶的感知、圖像的質量是用戶和業務運營商最為關心的內容，而承載網絡是保障這些的基礎，承載的性能好壞，直接影響著IPTV業務的開展和運營商的經營狀況。

　　因此，業務的發展不斷給網絡提出更多的挑戰，業務流量的增加帶來網絡負荷加重，網絡反應慢、鏈路帶寬不足、擴容投資不斷增長，網絡規劃和網絡質量管理缺乏可靠的依據和手段；評測現有網絡性能對新業務的支撐情況也屬空白?？傊?，基于服務質量的增值運營難于開展，IP網絡承載性能狀況和對實時業務的支撐情況迫切需求在不影響業務運營的情況下進行測評、分析、管理。

　　2、承載網性能測試技術

　　承載網性能的測評從測試的范圍來講分三大類：一類是對網元設備的測評；另外一類是對網絡端到端的性能測評；第三類是基于分布式的端到端全網性能的測試。這三類測試從單點測試到端到端線段式測試，直到分布式網絡測試，測試范圍逐漸增加，由點到線，再到面。目前，這三類方式主要是通過網管或設備自身管理接口、點到點的雙端儀表或專用設備對測、多點到多點的專用系統和設備測試的方式完成。

　　測評的內容包括帶寬、流量、時延、丟包和時延抖動幾個主要指標。從鏈路有向性上講，又分為單向性能指標和雙向性能指標兩類。

　　2.1　性能測評技術

　?。?）基于網元設備測評

　　網元設備的測評是通過網管系統對網絡中的路由器或交換機的性能指標進行獲取，從而實現對流量、帶寬的獲取，而不能實現對時延和丟包相關指標的獲得。獲取的信息是單個設備的流量和端口帶寬占用的統計，或者是多個設備信息的羅列，而不能實現多個設備性能的關聯分析和綜合評估（見圖1）。

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    圖1　基于網元設備的性能測評關系示意圖

　　對設備自身無法獲得的指標，如時延和丟包等是通過手動的方式通過Ping的方式獲取。這種方式獲得的指標會受到諸多的限制，如路由器對Ping的不響應、對Ping的響應級別設置較低、不能區分單向鏈路的性能等，因此手工Ping的方式對性能指標的獲取是不完善、不準確、不精確的。

　　對于常見的用戶投訴訪問某些網站比較慢以及用戶帶寬不足的問題，以網元設備測評方法進行評測就無法定位、分析和解決問題了。這是因為從用戶端到某網站之間的時延和帶寬都是一個端到端的網絡段的性能的表現。不是單個設備性能的體現，單獨去查詢某一設備的性能，只能觀察局部設備的流量和帶寬情況，可能都正常，而用戶的感知為什么差呢?用Ping的方式測試到達該站點的時延顯示的數字的大小，能反映出用戶到達并且返回的時間總和較大，而問題是哪個環節造成的呢?當然。還可以使用Tracert的方式，查看各個數據包所經路由器各段的時延，而這個結果存在兩個重要的問題：路由器對Tracert的響應級別較低，響應時延較大，甚至不響應，從而影響測試結果；Tracert的結果是Rtt（Round trip time）值是回環時間，而不是單向的上行或下行的時延，因此不能區分是上行的問題還是下行的問題。因此，使用現有的網管和手工命令的手段無法解決兩個關鍵問題：首先，造成用戶的感知比較差的原因是網絡的問題還是站點服務器的問題?其次，到底是上行鏈路出現問題，還是下行鏈路出現了問題?網絡中那個設備造成這樣的影響作用最大?總之，網元設備測試的方法無法解決現有網絡運營中常見的問題。

　?。?）基于端到端測評

　　基于端到端的測評是從用戶感知的角度出發，將測評的視角由點轉向線，由單點網元設備評測轉向由多個設備共同構成的端到端鏈路性能的綜合分析評測。一般都需要專用的設備和專用的軟件實現兩端之間的測評，具體的形式如專用的儀表或專用的系統參見圖2。測試的路徑跨越了多個路由器，是直接從用戶端到某一指定測試端的測試，即一對多的端到端的性能測試。測試內容包括時延、丟包、抖動、可用帶寬等指標。和基于網元設備測試的方法相比，端到端的測試是跨越多個網元設備的性能綜合體現，可以提供單向和雙向的性能指標。從而定位不同鏈路性能對用戶感知的影響。

     
    圖2　基于端到端的性能測試

　　在一對多的端到端測試中，端點之間有主從關系，相互之間不能替代，測試儀表端是主要端，而PC端通過軟件的方式或專用硬件的方式作為配合端實現端到端之間的測試。但是在PC端之間不能進行端到端之間的測試。測試路徑數目隨著PC端數目的增加而增加。

　?。?）分布式端到端測評

　　分布式端到端測試是基于多點到多點之間的測試，點與點之間跨越的網元設備包括多個，在多個測試端之間形成一個完全覆蓋所有鏈路的測試，對整個網絡的性能進行全面的評估，具體參見圖3。

   
    圖3　分布式端到端的網絡性能測試結構示意圖

　　分布式端到端的測試和一對多的端到端的測試一樣比基于網元設備的測試更精確、更合理、指標更豐富。分布式方式中所有的端沒有主從的區別，在任意兩個端（End）之間都可以進行測試分析，相對一對多的端到端測試，它增加了邊緣節點之間的測試，提供了多點對多點的網狀覆蓋測試范圍，對所有覆蓋鏈路均可進行測試。從任意一個節點看，它都可以單獨充當一個點到多點的端到端的測試。如果分布式的節點數為N個，它所能測試有向的路徑數有N×（N-1）條，其測試范圍是點到多點端到端測試的N倍。

　　從測試的范圍和測試的方式來講，分布式端到端的測試是一種可擴展性強、覆蓋范圍廣、更為完善的性能測試解決方案。

　　2.2　關鍵性能指標

　　網絡性能指標包括物理性能、傳輸性能、路由性能等多個方面。它們共同形成了對服務質量的保證和作用。這里我們主要關心的是網絡傳輸性能的指標，即時延、丟包、抖動、帶寬利用率、擁塞概率等。

　?。?）時延包括數據包排隊時延、傳輸時延、轉發時延，是影響用戶感知的重要指標；

　?。?）時延抖動是對時延變化的一種評價，它對實時業務的質量影響至關重要；

　?。?）丟包率反映了網絡系統的容量的大小和誤碼情況；

　?。?）帶寬利用率是網絡流量對鏈路帶寬的占用情況，它是衡量網絡負荷情況的重要指標。

　　同時，鏈路性能指標的有向性是所有這些指標的關鍵屬性，路由的非對稱性和鏈路負荷的不一致性要求對鏈路性能指標的評測必須是有向的。

　　其他的一些指標都是依賴于或直接在這些指標基礎之上產生的。但是，有一個非常重要的指標——網絡健康度指標是以上指標的綜合反映，它直接表征了網絡的健康狀況，是一個對網絡性能評價的關鍵指標。

　　3、結束語

　　當前，網絡性能評測主要以基于網元設備的網管能力作為手段，這主要是由于技術與實施成本上的限制，這種方案由于不能客觀反映出用戶的服務質量需求，其應用范圍正在逐漸萎縮。隨著技術進步和運維管理的規范化?；诙说蕉说男阅茉u測技術將成為網絡性能分析管理的新動向，為網絡的運維、業務的開展、性能的評測、用戶的投訴、網絡的擴容、互聯互通的評測提供重要的決策依據。結合網元設備的管理、網絡業務流量分析以及路由監測分析，它們將共同構建下一代綜合網絡管理平臺的基礎框架。 

原文轉自：http://www.anti-gravitydesign.com