CN101013975A - 测试ip网络中任意两个端系统之间性能参数的方法及系统 - Google Patents

测试ip网络中任意两个端系统之间性能参数的方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明针对目前的网络测试需要专业人员进行现场测试所带来的不便以及现有的测试服务器不能测量复杂网络中端与端之间性能参数的问题，公开了一种可在任意地点方便地实现测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的方法及系统，其方法是首先从网站上下载测试程序并向中心注册，管理员通过浏览器定制控制策略并发起测试；测试服务器启动移动探针进行测试，向信标站或指定站点发送测试报文，测试完成时将测试结果写入数据库服务器；浏览器可显示测试结果。系统主要由分布式通信控制程序、用户通信控制程序和Web通信控制程序以及相关的数据库程序等几部分构成。本发明能够方便、快捷地测量两点之间的性能参数并能定位网络故障。

Description

测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种网络测量技术，尤其是一种用于远程测量网络端与端性能参数的方法及系统，具体地说是一种测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的方法及系统。
背景技术
IP网络具有的“尽力而为”性质，使得它在网络连通时却不一定能满足多媒体应用的服务质量需求；随着网络规模的扩大，网络故障的影响也越来越严重。因此，监测网络端到端的性能参数，并当网络出现故障时迅速地定位网络故障点，极为重要。
每条IP链路都可以用多个性能指标(如往返时延、丢包率、带宽等)来度量，超出某种范围则可判断为异常。目前常用端到端方法来测试IP网络性能并判定网络故障。网络路径可以表示形式为<h0，l1，h1，...ln，hn>的有向序列，每个hi(i＝0，1，...n)是一个节点(路由器或主机)，每个li是一条hi-1到hi之间的链路，因此通信报文将受到某路径上的各元素h0，l1，h1，...ln和hn的综合影响，其中任何一个元素都可能成为网络故障点。采用端到端方式测试诊断网络故障点，就是确定该序列中可能的故障元素或故障元素范围的过程，通常有以下几种方式：
(1)派遣人员携带仪器到故障现场，进行相关测试。这种方法虽然能够解决大部分网络故障问题，但存在着费用开销大，解决问题时间较长的缺点。
(2)在网络中心机房中设置测试服务器，由该服务器周期性发起对路径上的这些元素的测试报文进行性能测试。该方法能够监测星型结构网络的端到端链路性能，但无法测试结构复杂网络中的许多路径。
发明内容
本发明的目的是针对目前的网络测试需要专业人员进行现场测试所带来的不便以及现有的测试服务器不能测量复杂网络中端到端之间性能参数的问题，发明一种可在任意地点方便地实现测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的方法及系统。
本发明的技术方案是：
一种测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的方法，其特征是：
a、首先由位于被测试的两个网络终端的主机从控制中心的Web网站下载移动探针；
b、在网络端系统上运行移动探针后，该探针自行向控制中心注册；
c、由网管员通过浏览器向系统注册并找到所述的拟运行的移动探针，网管员通过浏览器配置网络测量策略以对移动探针中的测量工具实施控制；
d、当满足网络测量策略时，在网络终端主机端系统上运行的探针中的测量工具将按设置的测量策略自动向信标站或指定站点发送测试报文，从而获得两个网络端系统之间的端到端的网络性能参数；
e、将上述所测的网络性能参数的测试结果传送至控制中心的数据库中，在Web浏览器上以图或表的形式显示出来。
所述的移动探针是一种能够在计算机操作系统后台独立运行的具有测试功能的软件实体，能够经网络下载并运行，从而能将测试功能置于需要的任一网络终端，它能准确测量网络任意两个端节点之间端到端连通性、双向时延、丢包率、可用带宽性能参数，实现故障定位，它的探针测试时机和测试参数受控于网络策略系统。
一种测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的系统，其特征是它至少由1台测试服务器和/或一台信标服务器以及n(n＝2，3，4，...)个安装有移动探针的被测终端主机组成，它们均通过网络相连，并受控于相应的测试服务器系统；其中的测试服务器包括了分布式通信控制程序、Web通信控制程序和数据库服务器，信标服务器用于为网络中的用户提供一个测试基准，其中分布式通信控制程序的主要功能包括：定期维护UCC的注册、在线工作、注销和删除等状态，接收Web通信控制程序发送的网络测量Policy报文，控制移动探针中工具的测量行为，接收移动探针的测量结果并存放数据库中；Web通信控制程序的主要功能包括：为网管人员提供操作和管理系统的界面，选择和设置诊断方法及测量指标，选择包括发送方或/和接收方的测量对象和确定发起测量的时刻或测量周期，观看测量数据和诊断结果，设置用户管理和安全信息；数据库服务器的主要功能包括：存放用户信息和诊断过程和结果信息，以及诊断标准信息，为诊断提供基准信息；移动探针的主要功能包括：维护与分布式通信控制程序连接状态、接收分布式通信控制程序发送的控制报文，根据其中的Policy选用特定工具及参数进行测量、向分布式通信控制程序传送测量结果数据。
本发明具有以下优点：
本发明的方法稳定可靠，实现成本经济，基于使用普通个人计算机的软硬件和通常网络硬件条件设计系统，算法通过协同位于网管中心的测试服务器、信标服务器和分布于不同物理位置多台PC上的移动探针程序，实现了原先无法测试网络中任意两个端系统之间的性能参数的功能。
(1)本发明采用了分布式的系统架构，将集中式控制与对等(peer-to-peer)模式性能测试有机结合起来。本发明的核心部分包括了测试服务器和信标服务器，系统的边缘部分包括了大量分布于被测网络的移动探针。这两部分的实体通过分布式通信控制(Distributed Communication & Control，DCC)程序、用户通信控制(User Communication & Control，UCC)程序和Web通信控制(WebCommunication & Control，WCC)程序协同工作，完成测试任务。操作系统则通过浏览器界面驱动的策略系统进行。
(2)本发明首次提出了移动探针的概念并解决了移动探针实体下载、实例化、运行、控制等技术问题。移动探针是一种能够在计算机操作系统后台独立运行的具有测试功能的软件实体，能够经网络下载并运行，这样就能将测试功能置于需要的地方，解决了网络性能测试受限于IP选路表的难题。移动探针具有准确测量网络任意两个端节点之间端到端连通性、双向时延、丢包率、可用带宽等性能参数和故障定位的能力。探针测试时机和测试参数可通过网络策略系统进行控制。
(3)本发明可通过Web浏览器控制端到端性能测试、测试结果显示和分析等操作。本发明的测试操作的测试时机、被测试的性能指标、测试对象等都可经浏览器定义，也可以通过浏览器查询显示测试的结果。这种方式摆脱了控制台固定的限制，使得授权网管人员可在网络任何地方进行测试和分析。
(4)本发明可实现多项测试功能的综合和灵活的系统管理。它能够一次定制多项测试功能，并根据用户需求或并行或按指定时间进行自动测试；测试结果进入数据库系统，从而形成各种报表，并能进行综合分析。此外，本发明还可实现用户管理、移动探针管理、测试IP地址管理。
(5)本发明还可为网络测量定义多种测量策略。测量可在任意状态之下、任意探针之间进行。测量策略由控制中心向探针加载。探针根据所加载的测量策略发起测量动作。用户通过浏览器向控制中心发送测量命令。
附图说明
图1是本发明的测试系统和结构示意图。
图2是本发明的端到端测试系统组成示意图。
图3是本发明的移动探针的体系结构示意图。
具体实施方式
下面结构附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-3所示。
一种测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的方法，它包括以下步骤：
a、首先由位于被测试的两个网络端系统从控制中心的Web网站下载移动探针；
b、在网络端系统上运行移动探针后，该探针自行向控制中心注册；
c、由网管员通过浏览器向系统注册并找到所述的拟运行的移动探针，网管员通过浏览器配置网络测量策略以对移动探针中的测量工具实施控制；
d、当满足网络测量策略时，在网络终端主机上运行的探针中的测量工具将按设置的测量策略自动向信标站或指定站点发送测试报文，从而获得两个网络终端的端到端的网络性能参数；
e、将上述所测的网络性能参数的测试结果传送至控制中心的数据库中，在Web浏览器上以图或表的形式显示出来。
以图2为例，本发明的测试方法或详述为：
1)位于网络任意位置的主机A和B，从控制中心的Web网站下载测试探针程序。该程序中具有所需的测量工具功能。
2)用户为探针设置其控制中心的IP地址(如果需要的话)，运行探针后这些探针将自行向控制中心注册。
3)网管员通过浏览器向系统注册，此时能发现这些探针，并可配置网络测量策略对探针中的测量工具实施控制。
4)当满足网络测量策略时，在主机A与B上运行的探针中的测量工具将按设置的测量策略自动进行测试，从而获得A、B间的端到端网络性能参数。
5)该测试结果将传送至控制台的数据库中，并可以在Web浏览器以图或表的形式显示出来。
本发明的端到端测试系统组成如图2所示。
一种测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的系统，它至少由1台测试服务器、一台信标服务器(可与测试服务器运行于同一台或多台硬件服务器上)以及n(n＝2，3，4，...)个安装有移动探针(UCC)的被测终端主机组成，它们均通过网络相连，并受控于相应的测试服务器系统；其中的测试服务器包括了分布式通信控制程序(DCC)、Web通信控制程序(WCC)和数据库服务器，信标服务器则用于为网络中的用户提供一个测试基准，其中分布式通信控制程序的主要功能包括：定期维护UCC的注册、在线工作、注销和删除等状态，接收Web通信控制程序发送的网络测量Policy报文，控制移动探针中工具的测量行为，接收移动探针的测量结果并存放数据库中；Web通信控制程序的主要功能包括：为网管人员提供操作和管理系统的界面，选择和设置诊断方法及测量指标，选择包括发送方或/和接收方的测量对象和确定发起测量的时刻或测量周期，观看测量数据和诊断结果，设置用户管理和安全信息；数据库服务器的主要功能包括：存放用户信息和诊断过程和结果信息，以及诊断标准信息，为诊断提供基准信息；移动探针的主要功能包括：维护与分布式通信控制程序连接状态、接收分布式通信控制程序发送的控制报文，根据其中的Policy选用特定工具及参数进行测量、向分布式通信控制程序传送测量结果数据。
如果被测试的IP网络的规模大，可在网管中心最多配置3台PC服务器，分别运行DCC、WCC和信标服务器，这些支持运行的UCC的PC机可以多达几百台。
对PC服务器要求：PIV CPU，主频2.0GHz，内存512MB，硬盘＞100GB，100Mb/s以太网卡，运行Windows 2003 Server操作系统；对运行移动探针的PC机：PIV CPU，主频1.0GHz，内存256MB，硬盘＞10GB，100Mb/s以太网卡，运行Windows XP/2003 Server或Linux操作系统。
其中：DCC的主要功能包括：定期维护UCC的注册、在线工作、注销和删除等状态；接收WCC发送的网络测量Policy报文，控制UCC中工具的测量行为；接收UCC的测量结果并存放数据库中。
WCC的主要功能包括：为网管人员提供操作和管理系统的界面，如选择和设置诊断方法及测量指标，选择测量对象(发送方或/和接收方)和确定时间(发起测量的时刻或测量周期)，观看测量数据和诊断结果，设置用户管理和安全信息。
数据库服务器的主要功能包括：存放用户信息和诊断过程和结果信息，以及诊断标准信息(如默认路径和时延)，为诊断提供基准信息。
UCC即移动探针的主要功能包括：维护与DCC连接状态；接收DCC发送的控制报文，根据其中的Policy选用特定工具及参数进行测量；向DCC传送测量结果数据。它的体系结构参见图3。UCC能够运行在Windows或Linux操作系统上。UCC的测试功能目前包括测量往返时延、丢包率、连通性参数的Probe，它是Ping的一个变种，每个样本根据发送20个短包和20个长包测试结果计算；测量两点间路径的Traceroute；测量TCP、UDP带宽的Iperf；和测量时延抖动的TJitter，这是我们自己提出和实现的一种测量单向时延的工具。
网管人员使用Web浏览器来操作、控制和管理系统，使得测试操作不必固定于特定位置的控制台。位于网络任意点需要进行网络性能测试的主机A和主机B，能够测试它们之间网络性能参数并判断其间是否存在问题。
下面结合一个实施例来对本发明的方法和系统作具体的说明，以加深对本发明的理解。
假定测试服务器和信标服务器位于北京某网管中心(M)的机房，而北京网管员出差在西安。现在接到报告说，上海(A)到福州(B)方向的线路性能不太正常。由于从上海到福州的线路不经过北京，因此北京网管员用一般方法无法直接测试这两点之间的性能参数。此时，北京网管员指令上海和福州的有关人员分别从网站上下载(或原先在本地的)一个UCC在本地端系统上运行，这样移动探针一个运行在位于福州的一个端系统，另一个运行在位于上海的端系统上。这样，北京网管员通过浏览器就能控制本测试系统运行，直接测试得到上海到福州的线路性能参数，并能进行故障定位。图2中的数字①、②、③、④、⑤、⑥表示系统执行测试的先后顺序。
通过本系统提供的端到端路径发现功能以及相应的基准路由信息(一般在网络正常时测试得到)，能迅速判断出哪一跳不通，或者哪一跳可能存在问题。例如，如果基准路由信息表明A点到B点之间共有15跳，而从A到B实测有11跳，B到A进到仅有3跳，这时我们有理由将故障点定位在从A到B的第12跳。
通过本系统能够测试从A点到B点端到端链路的往返时延、丢包率、时延抖动、带宽、路由等指标数值，并可同时列出网络正常时测试数据作为对比。如对RTT通常采用与历史值进行比较的方法，如历史平均值为30ms，而实测值为70ms，就可认为出现了异常；而丢包率＞4％则可认为是异常。而目前的评价IP网络性能通常只能用“不错”或“不行”等模糊词语，无法反映网络一些不正常现象具体原因。因此本发明的方法和系统具有准确可靠的特点。

Claims (3)

1、一种测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的方法，其特征是：
a、首先由位于被测试位置的两台网络端系统主机从控制中心的Web网站下载移动探针程序；
b、在网络端系统上运行移动探针后，移动探针自行向控制中心注册；
c、由网管员通过浏览器向系统注册并找到拟测试的移动探针，网管员经浏览器配置网络测量策略以对移动探针中的测量工具实施控制；
d、当满足网络测量策略时，在网络端系统上运行的探针中的测量工具将按设置的测量策略自动向信标站或指定站点发送测试报文进行测试，从而获得两个网络端系统之间的端到端网络性能参数；
e、将上述所测的网络性能参数的测试结果传送至控制中心的数据库中，在Web浏览器上以图或表的形式显示出来。
2、根据权利要求1所述的测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的方法，其特征是所述的移动探针是一种能够在计算机操作系统后台独立运行的具有测试功能的软件实体，能够经网络下载并运行，从而能将测试功能置于需要的任一网络终端上，它能准确测量网络任意两个端系统之间端到端连通性、双向时延、丢包率、可用带宽性能参数，实现故障定位，它的探针测试时机和测试参数受控于网络策略系统。
3、一种测试IP网络中任意两个端系统之间性能参数的系统，其特征是它至少由1台测试服务器和/或一台信标服务器以及n(n＝2，3，4，...)个安装有移动探针的被测端系统组成，它们均通过网络相连，并受控于相应的测试服务器系统；其中的测试服务器包括了分布式通信控制程序、Web通信控制程序和数据库服务器，信标服务器为网络中的用户提供一个测试基准，其中分布式通信控制程序的主要功能包括：定期维护UCC的注册、在线工作、注销和删除等状态，接收Web通信控制程序发送的网络测量Policy报文，控制移动探针中工具的测量行为，接收移动探针的测量结果并存放数据库中；Web通信控制程序的主要功能包括：为网管人员提供操作和管理系统的界面，选择和设置诊断方法及测量指标，选择发送方或/和接收方的测量对象、确定发起测量的时刻或测量周期，观看测量数据和诊断结果，设置用户管理和安全信息；数据库服务器的主要功能包括：存放用户信息和诊断过程和结果信息，以及诊断标准信息，为诊断提供基准信息；移动探针的主要功能包括：维护与分布式通信控制程序连接状态、接收分布式通信控制程序发送的控制报文，根据其中的Policy选用特定工具及参数进行测量、向分布式通信控制程序传送测量结果数据。
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