專利名稱：一種基于tcp的網(wǎng)絡性能測量診斷方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本申請涉及計算機網(wǎng)絡流量監(jiān)測分析技術領域，特別是涉及一種基于TCP的網(wǎng) 絡性能測量診斷方法及系統(tǒng)。
背景技術：
目前網(wǎng)絡帶寬的不斷增加，但是網(wǎng)絡性能卻沒有同步提升，隨著網(wǎng)絡技術的發(fā) 展，用戶對于網(wǎng)絡速度的要求不斷提高，性能問題逐漸變的越來越嚴重。TCP承載了 Internet中絕大多數(shù)的流量，它自適應的重傳機制為上層應用提供方便的同時也隱藏了下 層協(xié)議的錯誤，并且滑動窗口的特性也容易引起錯誤癥狀縮放的問題。快速、有效地定 位TCP性能瓶頸是解決網(wǎng)絡性能問題的關鍵。因此，如何針對TCP性能瓶頸進行測量分 析是一個迫切需要解決的問題。目前所采用的性能測量方法主要包括以下兩類主動測量測量系統(tǒng)產(chǎn)生探測數(shù)據(jù)包并注入網(wǎng)絡中，觀測探測數(shù)據(jù)包的行為和 到達時間，估計網(wǎng)絡性能指標。主動測量使用方便，比較適合端到端的網(wǎng)絡性能測量。 由于該方法不涉及用戶的網(wǎng)絡信息，所以對用戶而言是很安全的。被動測量直接采集通過交換機/路由器上的端口鏡像、物理光纖鏈路上的分 光或者是特定設備導出所得到的流量數(shù)據(jù)，而不需要將任何附加的流量送入到被測網(wǎng)絡 中。被動測量是非入侵式的，對網(wǎng)絡造成的影響很小。發(fā)明人經(jīng)過對現(xiàn)有主動測量和被動測量的研究發(fā)現(xiàn)，主動測量在測量過程中增 加了網(wǎng)絡的潛在負載，對網(wǎng)絡造成較大影響；主動測量容易引起Heisenberg效應，即額 外的流量可能會干擾網(wǎng)絡，并使結果分析產(chǎn)生偏差；而被動測量則容易捕獲敏感流量， 侵犯用戶的安全和隱私；并且被動測量只能獲得網(wǎng)絡局部數(shù)據(jù)，無法了解網(wǎng)絡的整體情 況；因此亟需一種網(wǎng)絡性能的測量診斷方法來解決現(xiàn)有技術中主動測量與被動測量過程 中存在的問題。

發(fā)明內容
本申請實施例提供一種基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷方法及系統(tǒng)，有效的解決 了現(xiàn)有技術中主動測量與被動測量過程中存在的問題。技術方案如下一種基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷方法，包括接收客戶端發(fā)送的測試請求和目標性能參數(shù)；依據(jù)所述測試請求向所述客戶端發(fā)送探測流量，進行TCP網(wǎng)絡性能測量并捕獲 背景數(shù)據(jù)包對所述TCP網(wǎng)絡性能測量的結果進行校對；依據(jù)TCP性能模型和所述目標性能參數(shù)，分析所述經(jīng)過校對的TCP網(wǎng)絡性能測
量結果；匯總所述TCP網(wǎng)絡性能測量過程中的測量數(shù)據(jù)及所述TCP網(wǎng)絡性能測量分析結 果，生成TCP網(wǎng)絡性能測量的診斷報告。
上述的方法，優(yōu)選的，在所述接收客戶端發(fā)送的測試請求和目標性能參數(shù)前， 還包括所述客戶端建立進行TCP性能測量的通信信道，所述通信信道包括控制信道 和測試信道。上述的方法，優(yōu)選的，所述客戶端通過控制信道發(fā)送測試請求和目標性能參 數(shù)；通過所述測試通道接收探測流量。上述的方法，優(yōu)選的，所述TCP網(wǎng)絡性能測量包括初始掃描過程、丟包率測 量過程和瓶頸隊列測量過程；所述初始掃描過程是尋找排隊開始和擁塞出現(xiàn)時對應的滑動窗口的過程；所述丟包率測量過程是測量排隊開始前丟包率的過程；所述瓶頸隊列測量過程是在最大滑動窗口附近進行細粒度掃描，準確的確定擁 塞出現(xiàn)時的滑動窗口大小。上述的方法，優(yōu)選的，所述分析經(jīng)過校對的TCP網(wǎng)絡性能測量結果的過程包 括分析客戶端主機配置、分析網(wǎng)絡路徑瓶頸和分析測試一致性。上述的方法，優(yōu)選的，所述診斷報告包括測試環(huán)境的描述、目標性能參數(shù)與測 試性能參數(shù)的對比評估，客戶端和網(wǎng)絡路徑瓶頸的診斷結果與相應診斷原因解釋。一種基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷系統(tǒng)，包括接收單元、測量單元、校對單元、分析單元和診斷報告生成單元；其中所述接收單元用于接收客戶端發(fā)送的測試請求和目標性能參數(shù)；所述測量單元用于依據(jù)所述接收單元接收的測試請求向所述客戶端發(fā)送探測流 量，進行TCP網(wǎng)絡性能測量；所述校對單元用于捕獲背景數(shù)據(jù)包，對所述測量單元測量的結果進行校對；所述分析單元用于依據(jù)TCP性能模型和所述接收單元接收的目標性能參數(shù)，分 析經(jīng)過所述校對單元校對的TCP網(wǎng)絡性能測量結果；所述診斷報告生成單元用于匯總所述測量單元進行TCP網(wǎng)絡性能測量過程中的 測量數(shù)據(jù)及所述分析單元對TCP網(wǎng)絡性能測量結果進行分析得到的分析結果，生成TCP 網(wǎng)絡性能測量的診斷報告。上述的系統(tǒng)，優(yōu)選的，所述測量單元包括初始掃描子單元、丟包率測量子單 元和瓶頸隊列測量子單元；所述初始掃描子單元用于尋找排隊開始和擁塞出現(xiàn)時對應的滑動窗口 ；所述丟包率測量子單元用于測量排隊開始前的丟包率；所述瓶頸隊列測量子單元用于在最大滑動窗口附近進行細粒度掃描，確定準確 的擁塞出現(xiàn)時的滑動窗口大小。由以上本申請實施例提供的技術方案可見，本發(fā)明提供的基于TCP的網(wǎng)絡性能 測量診斷方法及系統(tǒng)，能夠測量網(wǎng)絡中重要的TCP性能指標數(shù)據(jù)速率、往返時間和丟 包率，并根據(jù)設定的目標性能，參考TCP模型，對網(wǎng)絡中基于TCP的流量性能進行深入 分析和診斷，給出性能優(yōu)化建議以及診斷報告。本申請實施例提供的基于TCP網(wǎng)絡性能 測量診斷方法及系統(tǒng)，有效解決了 TCP隱藏底層錯誤、錯誤癥狀與往返時間成比例的問 題；降低了探測流量對網(wǎng)絡背景流量的干擾，顯著提高了對于本地鏈路錯誤的敏感度。


為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或 現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的 前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本申請實施例提供的基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷方法的流程圖；圖2為本申請實施例提供的基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷方法的一詳細流程 圖；圖3為本申請實施例提供的TCP網(wǎng)絡性能測量的工作流程圖；圖4為本申請實施例提供的TCP性能分析的工作流程圖；圖5為本申請實施例提供的基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷系統(tǒng)；圖6為本申請實施例提供的基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷系統(tǒng)的一詳細結構流 程圖；圖7為本申請實施例提供的基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷系統(tǒng)的一實例示意 圖；圖8為本申請實施例提供的初始掃描的工作流程圖；圖9為本申請實施例提供的丟包率測量和瓶頸隊列測量的工作流程圖；圖10為本申請實施例提供的采樣過程的工作流程圖；圖11為本申請實施例提供的客戶端主機配置分析流程圖；圖12為本申請實施例提供的丟包率分析流程圖；圖13為本申請實施例提供的瓶頸隊列分析流程圖；圖14為本申請實施例提供的測試一致性檢驗流程圖。
具體實施例方式為了使本技術領域的人員更好地理解本申請方案。下面將結合本申請實施例中 的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例 僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I域普 通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本申請 保護的范圍。首先對本申請實施例中所需要的術語進行定義，如下數(shù)據(jù)速率指一段掃描時間內發(fā)送方成功地向接收方傳輸?shù)淖止?jié)數(shù)，也成為吞吐量。往返時間(RTT)從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到來自接收端的確認， 總共經(jīng)歷的時延。丟包率指丟失的數(shù)據(jù)包與發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)的比值。瓶頸隊列指網(wǎng)絡路徑上的瓶頸處(路由器或交換機)用來維持排隊數(shù)據(jù)包的緩 存空間?；瑒哟翱谠谌我鈺r刻，發(fā)送方都維持了一個連續(xù)的允許發(fā)送的幀的序號，稱為發(fā)送窗口；同時，接收方也維持了一個連續(xù)的允許發(fā)送的幀的序號，稱為接收窗口； 為了清楚的表述測量過程，本發(fā)明中的滑動窗口特指發(fā)送窗口。最大滑動窗口 本發(fā)明把網(wǎng)絡擁塞出現(xiàn)時對應的窗口大小定義為滑動窗口的最 大值，即最大滑動窗口。步長在每個掃描周期，滑動窗口增加的數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)稱為步長。根據(jù)頻率的增 長，可以分為可變步長和固定步長。TCP性能模型Mathis于1999年提出了 TCP性能模型，它采用周期丟包模型進 行推導，得到帶寬與時延及丟包率的關系等式
權利要求
1.一種基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷方法，其特征在于，包括 接收客戶端發(fā)送的測試請求和目標性能參數(shù)；依據(jù)所述測試請求向所述客戶端發(fā)送探測流量，進行TCP網(wǎng)絡性能測量并捕獲背景 數(shù)據(jù)包對所述TCP網(wǎng)絡性能測量的結果進行校對；依據(jù)TCP性能模型和所述目標性能參數(shù)，分析所述經(jīng)過校對的TCP網(wǎng)絡性能測量結果；匯總所述TCP網(wǎng)絡性能測量過程中的測量數(shù)據(jù)及所述TCP網(wǎng)絡性能測量分析結果， 生成TCP網(wǎng)絡性能測量的診斷報告。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述接收客戶端發(fā)送的測試請求和目 標性能參數(shù)前，還包括所述客戶端建立進行TCP性能測量的通信信道，所述通信信道包括控制信道和測 試信道。
3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述客戶端通過控制信道發(fā)送測試請求 和目標性能參數(shù)；通過所述測試通道接收探測流量。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述TCP網(wǎng)絡性能測量包括初始掃 描過程、丟包率測量過程和瓶頸隊列測量過程；所述初始掃描過程是尋找排隊開始和擁塞出現(xiàn)時對應的滑動窗口的過程； 所述丟包率測量過程是測量排隊開始前丟包率的過程；所述瓶頸隊列測量過程是在最大滑動窗口附近進行細粒度掃描，準確的確定擁塞出 現(xiàn)時的滑動窗口大小。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述分析經(jīng)過校對的TCP網(wǎng)絡性能測 量結果的過程包括分析客戶端主機配置、分析網(wǎng)絡路徑瓶頸和分析測試一致性。
6.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述診斷報告包括測試環(huán)境的描述、目 標性能參數(shù)與測試性能參數(shù)的對比評估，客戶端和網(wǎng)絡路徑瓶頸的診斷結果與相應診斷 原因解釋。
7.—種基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷系統(tǒng)，其特征在于，包括 接收單元、測量單元、校對單元、分析單元和診斷報告生成單元； 其中所述接收單元用于接收客戶端發(fā)送的測試請求和目標性能參數(shù)；所述測量單元用于依據(jù)所述接收單元接收的測試請求向所述客戶端發(fā)送探測流量， 進行TCP網(wǎng)絡性能測量；所述校對單元用于捕獲背景數(shù)據(jù)包，對所述測量單元測量的結果進行校對； 所述分析單元用于依據(jù)TCP性能模型和所述接收單元接收的目標性能參數(shù)，分析經(jīng) 過所述校對單元校對的TCP網(wǎng)絡性能測量結果；所述診斷報告生成單元用于匯總所述測量單元進行TCP網(wǎng)絡性能測量過程中的測量 數(shù)據(jù)及所述分析單元對TCP網(wǎng)絡性能測量結果進行分析得到的分析結果，生成TCP網(wǎng)絡 性能測量的診斷報告。
8.根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量單元包括初始掃描子單 元、丟包率測量子單元和瓶頸隊列測量子單元；所述初始掃描子單元用于尋找排隊開始和擁塞出現(xiàn)時對應的滑動窗口；所述丟包率測量子單元用于測量排隊開始前的丟包率；所述瓶頸隊列測量子單元用于在最大滑動窗口附近進行細粒度掃描，確定準確的擁 塞出現(xiàn)時的滑動窗口大小。
全文摘要
本申請公開了一種基于TCP的網(wǎng)絡性能測量診斷方法，包括接收客戶端發(fā)送的測試請求和目標性能參數(shù)；依據(jù)所述測試請求向所述客戶端發(fā)送探測流量，進行TCP網(wǎng)絡性能測量并捕獲背景數(shù)據(jù)包對所述TCP網(wǎng)絡性能測量的結果進行校對；依據(jù)TCP性能模型和所述目標性能參數(shù)，分析所述經(jīng)過校對的TCP網(wǎng)絡性能測量結果；匯總所述TCP網(wǎng)絡性能測量過程中的測量數(shù)據(jù)及所述TCP網(wǎng)絡性能測量分析結果，生成TCP網(wǎng)絡性能測量的診斷報告。本申請實施例提供的基于TCP網(wǎng)絡性能測量診斷方法及系統(tǒng)，有效解決了TCP隱藏底層錯誤、錯誤癥狀與往返時間成比例的問題；降低了探測流量對網(wǎng)絡背景流量的干擾，顯著提高了對于本地鏈路錯誤的敏感度。
文檔編號H04L29/06GK102014030SQ20101061975
公開日2011年4月13日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權日2010年12月31日
發(fā)明者張廣興, 文吉剛, 蔡歌, 袁小坊 申請人:湖南神州祥網(wǎng)科技有限公司