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浅析网络时延测量技术研究
【摘要】本文讨论端到端网络时延测量的关键技术和影响因素, 介绍了网络时延的有关概念,基于ICMP、TCP、UDP等几种网络通信协议的网络时延测量技术,给出了几种网络时延测量的实现方法。
【关键词】网络测量;时延;测量技术
0 引言
的发展,其规模迅速扩大、网络业务不断出现、网络拓扑结构日益复杂。但具有开放、分布式、不协作、异构等特点的因特网有效管理和控制变得更难。人们致力于在各种情况下寻找和建立连接,主要关注分组向那里发送,而较少关注发送分组的时间。分组到达的时间时延大大影响了因特网的服务质量。要提高网络服务质量,就要找出存在问题。当前的网络性能测量评价指标包括:时延、流量、丢包率、吞吐量(带宽)等。其中网络时延是最重要、最常用的性能指标。
1 网络时延的基本概念和时延测量原理
时延是指一个报文或分组从一个网络的一段传送到另一端所需的时间。时延由发送时延、传播时延和处理时延组成。发送时延是节点在发送数据时使数据块从节点进入传媒所需要时间,也就是数据块的第一个比特开始发送算起,到最后一个比特发送完毕所需时间,也称为传输时延。处理时延是指数据在交换节点为存储转发而进行必要的处理所花费时间。
2 时延测量中的关键技术和影响因素
时延测量首先要消除测量中出现的随机性。网络分组的时延是一个随时间变化的随机变量,由固定时延和可变时延两部分构成。固定时延是基本上不变的,它由传输时延和传播时延构成。传输时延由分组大小和链路的容量决定,一个分组的大小一旦固定,通过的链路容量便是固定的,其传输时延也是固定的。传播时延由固定的物理传输介质确定并且是固定的。分组时延中的可变时延是由很多因素造成的。它可以分成中间路由器处理时延和排队等待时延两部分。对于任何一个分组,中间路由器总要对其进行路由查表以确定其转发端口,这个时间可以看成是处理时间。同时,中间路由器繁忙可能导致分组排队等待处理,也需要一段等待时间。处理和等待时间是不固定的,由路由器的具体性能以及链路的拥塞状况而定,是一个随机变量。所以如果链路不出现拥塞,一个分组的最小时延便与该分组的大小成线性关系。分组的时延具有突发性和偶然性,为了能够使测量结果尽可能地反映网络的真实情况,可以采用低通滤波的方法来消除随机性。
其次,对网络时延的测量,必须保证网络入口点和出口点时钟同步。如果时钟不同步,则时延测量会有很大误差。网络中路径往往是非对称的,或者即使路由是对称的但往返具有不同的性能特征。单向时延测量要求严格的时钟同步。GPS时间同步技术是当前比较成熟的并在国际上广泛使用的时间同步技术。单向时延测量一般要求、成本比较高。在实际的测量中,测量精度不是主要问题。网络时延通常在数十到数百毫秒范围内,测量存在几毫秒的误差完全可以接受。因此测量方案都采用往返时延,可以避开时钟同步问题。
网络时延总是随着网络的运行状况而不断变化。通过分析,可将影响网络时延测量的因素归为两类:1)网络本身的性能,即完全独立于网络测量方法、仅与网络本身特性相关的部分;2)测量报文的特定性能,与网络具体的测量方式密切相关.
目前,基于端到端的网络时延测量方法,能达到快速准确的目的。这种方法,不是单个设备的时延测量,而是某一段甚至某一跳之间链路的时延测量。端到端往返时延的计算时间都在同一台计算