SNMP下的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量方法研究

1、SNMP下的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量摘要本文引入了網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量的方法，對(duì)這兩類(lèi)測(cè)量方式的原理及各自的優(yōu)缺點(diǎn)分別闡述并進(jìn)行比較，特別強(qiáng)調(diào)了采用每種測(cè)量方式所需注意的安全問(wèn)題，同時(shí)剖析了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，介紹SNMP簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議詳細(xì)介紹了網(wǎng)絡(luò)性能相關(guān)的指標(biāo)參數(shù)，并針對(duì)不同的指標(biāo)重點(diǎn)闡述如何利用SNMP獲得測(cè)量數(shù)據(jù)。本文從多角度、多層面展現(xiàn)了基于SNMP獲取網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì):使用簡(jiǎn)單靈活,應(yīng)用廣泛可靠。并且總結(jié)了現(xiàn)階段存在的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)測(cè)試，網(wǎng)絡(luò)性能，SNMPAbstractThis paper introduces network performance measurement met

2、hod. We elaborated and compare these two types of measurement principle and their respective advantages and disadvantages. The security aspects are accentuated. The development of the relative research field is introduced. Introduction SNMP network performance and indicators parameter details. And e

3、xplains how to use the SNMP measurement data for different indicators focus. Show the advantage of access to network performance measurement data based on SNMP From multi-angle and multi-level, that is Simple to use, flexible, reliable and widely used. At last summarizes the existing problemsKey wor

4、ds: network measurement, network performance, SNMP摘要iAbstracti引言11.網(wǎng)絡(luò)測(cè)量21.1.網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的基本概念21.2.網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的種類(lèi)和常用指標(biāo)21.3.國(guó)內(nèi)外關(guān)于網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的研究進(jìn)展42.性能測(cè)試62.1.SNMP協(xié)議簡(jiǎn)介62.2.可用性62.3.響應(yīng)時(shí)間82.4.理論模型92.5.精確度92.6.利用率102.7.CPU利用率112.8.內(nèi)存利用率113.總結(jié)討論123.1.研究結(jié)論123.2.存在問(wèn)題12參考文獻(xiàn)1313引言隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為信息社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施滲透到了社會(huì)的各個(gè)方面現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)演化成多

5、種體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的異質(zhì)性網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)具有以下顯著特征： 1) 地理分散性：現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為全球性的網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)遍布世界各地。 2) 網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性：隨著網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展利用TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議可以將不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互聯(lián)起來(lái)允許同一網(wǎng)絡(luò)中幾種體系結(jié)構(gòu)的共存。 3) 網(wǎng)絡(luò)通信量大幅增加：隨著光纖通信技術(shù)的發(fā)展線(xiàn)路的通信容量大幅提高。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)類(lèi)型向語(yǔ)音、圖象傳輸?shù)霓D(zhuǎn)變也導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)通信量的大幅增長(zhǎng)。 4) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的自治性增強(qiáng)：隨著IC技術(shù)的發(fā)展調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的處理能力得到大大增強(qiáng)使其能夠獨(dú)立實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的功能。 5) 網(wǎng)絡(luò)的變動(dòng)性增加：網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和

6、網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的增加從而造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的多變性。 6) 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理需求增加：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的種類(lèi)眾多不同的設(shè)備對(duì)設(shè)備管理有不同的需求導(dǎo)致對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的管理變得十分復(fù)雜。上述情況需要我們對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能有一個(gè)全面的了解，即利用網(wǎng)絡(luò)測(cè)量相關(guān)技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行跟蹤。1. 網(wǎng)絡(luò)測(cè)量1.1. 網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的基本概念網(wǎng)絡(luò)測(cè)量是指遵照一定的方法和技術(shù)，利用軟件和硬件工具來(lái)測(cè)試或驗(yàn)證表征網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)的一系列活動(dòng)的總和，可以借鑒物理學(xué)中測(cè)量物理量的方法。網(wǎng)絡(luò)測(cè)量包含以下幾個(gè)要素1。測(cè)量對(duì)象：被測(cè)量的節(jié)點(diǎn)或鏈路，測(cè)量節(jié)點(diǎn)、鏈路或網(wǎng)絡(luò)的什么特征，如鏈路的時(shí)延、帶寬、丟包率，路由器的路由效率、時(shí)延、丟包率;

7、服務(wù)器的應(yīng)答延遲、吞吐率、系統(tǒng)容量、最大穩(wěn)定鏈接數(shù)等；測(cè)量環(huán)境：包括測(cè)量點(diǎn)的選取、測(cè)量時(shí)間的確定、測(cè)量設(shè)備、通信鏈路的類(lèi)型等；測(cè)量方法：針對(duì)某一具體的網(wǎng)絡(luò)行為指標(biāo)，選取合適的測(cè)量方法，測(cè)量方法應(yīng)滿(mǎn)足穩(wěn)健性被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的輕微變化不會(huì)使測(cè)量方法失效；可重復(fù)性同樣的網(wǎng)絡(luò)條件，多次測(cè)量結(jié)果應(yīng)一致；準(zhǔn)確性測(cè)量結(jié)果應(yīng)能反映網(wǎng)絡(luò)的真實(shí)情況)1.2. 網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的種類(lèi)和常用指標(biāo)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的方法有兩種：主動(dòng)測(cè)量、被動(dòng)測(cè)量。主動(dòng)測(cè)量是將探測(cè)分組注入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)量，如通過(guò)在一端發(fā)送UDP分組，而在另一端接收該分組，可以測(cè)量端到端的延時(shí)、丟包率。如后面將要講述的IEPM，NIMI，MLANR AMP，Surveyor,Skit

8、ter 等采用了主動(dòng)測(cè)量。被動(dòng)測(cè)量是在網(wǎng)絡(luò)的某處布置數(shù)據(jù)采集器，收集流過(guò)該處的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流，進(jìn)行分析、提取業(yè)務(wù)特征，獲得性能數(shù)據(jù)。如NLANR PMA，CoralReef。主動(dòng)測(cè)量2是由AMP（Active Measurement Project）組織提出的數(shù)據(jù)分析方法。這種測(cè)量方式實(shí)際上就是映射Internet 系統(tǒng)，在主動(dòng)測(cè)量方式中，通過(guò)向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送數(shù)據(jù)、觀(guān)察結(jié)果和發(fā)送數(shù)據(jù)所需時(shí)間來(lái)研究網(wǎng)絡(luò)的行為。主動(dòng)測(cè)量本身產(chǎn)生新的業(yè)務(wù)測(cè)量流量，利用這些業(yè)務(wù)量測(cè)量反映網(wǎng)絡(luò)提供給其他用戶(hù)的服務(wù)的參數(shù)，包括round-trip time（RTT）和丟包率等。這些測(cè)量流量可能會(huì)引起網(wǎng)絡(luò)的特殊響應(yīng)（ 如trace

9、route），或網(wǎng)絡(luò)為流量提供某種性能（如treno）。在主動(dòng)測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量流量可通過(guò)詳細(xì)定義，在一定的控制條件下產(chǎn)生。主動(dòng)測(cè)量是基于RTT 測(cè)量，而不是對(duì)單程延遲的測(cè)量。因?yàn)镽TT 測(cè)量更易于實(shí)現(xiàn)，而且不會(huì)依賴(lài)外部設(shè)備去同步兩臺(tái)監(jiān)視器的時(shí)間。另外，有的測(cè)量方法是使用全球定位系統(tǒng)（GPS）接收器來(lái)同步主機(jī)的時(shí)間。但是這些系統(tǒng)過(guò)于昂貴而且難于安裝，并且獲得的額外信息也很有限，因此并不普及。具體來(lái)說(shuō)，RTT 測(cè)量是通過(guò)類(lèi)似Ping 的程序，每隔一定時(shí)間段進(jìn)行一次。該程序?qū)γ颗_(tái)被測(cè)主機(jī)發(fā)送ICMP 響應(yīng)包，然后等待ICMP 的回應(yīng)包，記錄每個(gè)站點(diǎn)的測(cè)量延遲。發(fā)現(xiàn)或者診斷一個(gè)站點(diǎn)故障的最好方法之一就

10、是查看RTT 圖標(biāo)的起伏狀況，這些起伏表明了路由或者配置上的變化所引起兩個(gè)站點(diǎn)間RTT 的改變情況。另外一點(diǎn)，就是要查看丟包率。如果一個(gè)站點(diǎn)的丟包率過(guò)高，那么它可能出現(xiàn)硬件損壞，這種分析是非?；镜摹Ｈ绻獙?duì)一個(gè)站點(diǎn)的性能有進(jìn)一步理解，就要通過(guò)比較它同其他站點(diǎn)的連通性來(lái)獲得。比如，被測(cè)站點(diǎn)日常鏈路出現(xiàn)的擁塞是否也同樣出現(xiàn)在其他站點(diǎn)上？連接回程時(shí)間是多少？主動(dòng)測(cè)量的優(yōu)缺點(diǎn)主動(dòng)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)如下：使用方便，適合端到端的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量，對(duì)于需要關(guān)心的內(nèi)容只要在本地發(fā)送測(cè)試包觀(guān)察網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)即可；由于該方法不涉及用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)信息，所以對(duì)用戶(hù)而言是很安全的。但它也存在一定的缺點(diǎn)，主要包括：它增加了網(wǎng)絡(luò)潛在的負(fù)載，

11、尤其是如果該測(cè)量未經(jīng)仔細(xì)設(shè)計(jì)，使產(chǎn)生的流量達(dá)不到最小，可能會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成較大的影響；主動(dòng)測(cè)量會(huì)引起Heisenberg 效應(yīng)，即額外的流量可能會(huì)干擾網(wǎng)絡(luò)，并使結(jié)果分析產(chǎn)生偏差。另外，需要注意的是，在同樣都是主動(dòng)測(cè)量的情況下，一些測(cè)量工具可能會(huì)比其它測(cè)量工具“更加”主動(dòng)一些，如Ping 程序在執(zhí)行過(guò)程中只對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)較輕微的負(fù)載，所以Ping 測(cè)量因Heisenberg 效應(yīng)帶來(lái)的偏差比上述瓶頸帶寬的測(cè)量要小得多。主動(dòng)測(cè)量中的安全問(wèn)題對(duì)于主動(dòng)測(cè)量技術(shù)，需要將測(cè)試流量注入網(wǎng)絡(luò)，這種測(cè)試流量有可能會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)的擁塞情況，因此要謹(jǐn)慎地控制所用的測(cè)試流量，避免因測(cè)試而引起網(wǎng)絡(luò)擁塞3。另外，要避免主動(dòng)測(cè)量技術(shù)被

12、濫用，如利用此技術(shù)進(jìn)行偽造測(cè)試流量的拒絕服務(wù)DoS攻擊。與主動(dòng)測(cè)量相對(duì)應(yīng)的是被動(dòng)測(cè)量2，在被動(dòng)測(cè)量方式中，記錄網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)的探針被接入到網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)點(diǎn)上，在大多數(shù)情況下探接到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的連接上，然后使用包過(guò)濾器捕獲通過(guò)該點(diǎn)的數(shù)據(jù)包，匯總和記錄那條連接上業(yè)務(wù)流量的信息。因?yàn)榘^(guò)濾能夠捕獲網(wǎng)絡(luò)流量而不會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成什么影響，所以使用被動(dòng)測(cè)量可以消除額外的流量負(fù)載和Heisenberg 效應(yīng)。被動(dòng)測(cè)量使用設(shè)備監(jiān)視經(jīng)過(guò)它的流量，這些設(shè)備可以是專(zhuān)用的（如Sniffer），也可以是嵌入在其它設(shè)備（如路由器、防火墻、交換機(jī)和主機(jī)）之中的（如RMON，SNMP 和netflow使能設(shè)備等）。測(cè)量軟件或系統(tǒng)周期性地

13、輪詢(xún)被動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備并采集信息（在SNMP 方式時(shí)，從MIB 中采集），以判斷網(wǎng)絡(luò)性能和狀態(tài)。被動(dòng)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)如下：在測(cè)量時(shí)并不增加網(wǎng)絡(luò)上的流量，測(cè)量的是網(wǎng)絡(luò)上的真正流量；能夠達(dá)到對(duì)觀(guān)察點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)行為的詳盡理解.但它也有其本身所固有的缺點(diǎn)：關(guān)于隱私和安全的問(wèn)題：被動(dòng)測(cè)量方式可能要查看網(wǎng)絡(luò)上的所有數(shù)據(jù)包，容易捕獲網(wǎng)絡(luò)中的敏感信息，給用戶(hù)信息的保密和安全帶來(lái)一定威脅；只能獲得網(wǎng)絡(luò)局部數(shù)據(jù)，無(wú)法了解網(wǎng)絡(luò)整體狀況或?qū)W(wǎng)絡(luò)的端到端行為的理解;被動(dòng)測(cè)量只能固定在網(wǎng)絡(luò)的某一點(diǎn)收集數(shù)據(jù)，而不能根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的整體情況來(lái)調(diào)整收集策略；被動(dòng)測(cè)量在網(wǎng)絡(luò)排錯(cuò)時(shí)特別有價(jià)值，但在仿真網(wǎng)絡(luò)故障或隔離確切的故障位置時(shí)會(huì)受到限制；被動(dòng)測(cè)量的前

14、提是協(xié)作，否則無(wú)法在測(cè)量點(diǎn)安裝必要的軟、硬件設(shè)備，測(cè)量范圍由此而受限。1.3. 國(guó)內(nèi)外關(guān)于網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的研究進(jìn)展到目前為止，人們所做網(wǎng)絡(luò)測(cè)量項(xiàng)目中的大多數(shù)都涉及到主動(dòng)測(cè)量。到了2000 年6 月，運(yùn)行主動(dòng)測(cè)量監(jiān)視器的源站點(diǎn)有116 個(gè)（美國(guó)114 個(gè)，新西蘭、挪威各1 個(gè)），被測(cè)量的目的站點(diǎn)約有13340 個(gè)。到了2003 年11 月，運(yùn)行主動(dòng)測(cè)量監(jiān)視器的源站點(diǎn)已增加到140 多個(gè)。其目的是為了增強(qiáng)參與站點(diǎn)和用戶(hù)對(duì)高性能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況的理解，幫助網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者分析問(wèn)題。美國(guó)的NIMI （National Internet Measurement Infrastructure）項(xiàng)目2，利用p

15、ing，tracerute，mtrace 等工具進(jìn)行主動(dòng)測(cè)量，它是一個(gè)可進(jìn)行大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的測(cè)量基礎(chǔ)設(shè)施，創(chuàng)建了一個(gè)通用的架構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)展性。NIMI 的主要特點(diǎn)在于它不是為某種特殊的分析目標(biāo)執(zhí)行特定的測(cè)試集，而是可以靈活地在底層架構(gòu)之上添加自己所需的測(cè)量工具。NLANR（ The National Laboratory for Applied Network Research），NAI （Network Analysis Infrastructure）是美國(guó)的一個(gè)研究支持HPC（High Performance Connection）的組織建設(shè)的基礎(chǔ)設(shè)施。與其它項(xiàng)目相比，NIANR 主

16、要有以下兩個(gè)特色：1) 數(shù)據(jù)收集方式全面，包括主動(dòng)、被動(dòng)和控制監(jiān)視；2) 數(shù)據(jù)可視化采用了三維形象顯示的方式。Surveyor是一個(gè)建立在全球參與站點(diǎn)上的測(cè)量平臺(tái)，部分由NSF（National Science Foundation）支持。它測(cè)量Internet 的路徑性能，包括單向延時(shí)、損耗、路由測(cè)量等，并研究相應(yīng)的分析方法與工具。Surveyor 的特色主要表現(xiàn)在1) 采用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法，使得結(jié)果具有可比性；2) 利用GPS 卡進(jìn)行時(shí)鐘同步，對(duì)于單向的測(cè)量準(zhǔn)確率較高。依托于UCSD/ SDSC（University of California，San Diego，Supercomputer

17、 Center）的研究部門(mén)CAIDA（ Cooperative Association for Internet Date Analysis），開(kāi)展網(wǎng)絡(luò)測(cè)量、分析、可視化工具的研發(fā)，維護(hù)全球因特網(wǎng)平臺(tái)的健壯性和可擴(kuò)放性，受到NSF、DARPA（Defense Advanced Research Projects Agency）、ISP 和硬件供應(yīng)商的資助，研究對(duì)象包括Internet 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載、網(wǎng)絡(luò)性能、網(wǎng)絡(luò)路由、監(jiān)測(cè)正、異?；顒?dòng)，關(guān)注帶寬估計(jì)、負(fù)載刻畫(huà)、長(zhǎng)期趨勢(shì)識(shí)別，以進(jìn)行流量工程設(shè)計(jì)、能力計(jì)劃、安全跡象檢測(cè)等等。Skitter是一個(gè)采用主動(dòng)測(cè)量方式來(lái)測(cè)量一系列主機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑和RT

18、T 的工具。Skitter 選用了較多的被測(cè)節(jié)點(diǎn)，與其它項(xiàng)目相比，該項(xiàng)目測(cè)量范圍大，對(duì)Internet 的覆蓋面要廣得多。加拿大國(guó)家研究機(jī)構(gòu)使用perl script 跟蹤對(duì)TRIUMF 感興趣的節(jié)點(diǎn)，每10 分鐘檢測(cè)一次丟包率，每天收集4 次tracert 數(shù)據(jù)并生成網(wǎng)絡(luò)可視化圖；歐洲的PPNCG（Particle Physics Network Coordinating Group）項(xiàng)目，監(jiān)視全歐洲某些粒子物理研究所的網(wǎng)絡(luò)端到端性能，并加以?xún)?yōu)化。國(guó)內(nèi)的國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)、西南交通大學(xué)等單位在基于ICMP協(xié)議的IP 拓?fù)涮綔y(cè)方面的技術(shù)比較成熟；哈爾濱工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系實(shí)現(xiàn)了一個(gè)大規(guī)模網(wǎng)

19、絡(luò)拓?fù)錅y(cè)量的原型系統(tǒng)，能夠針對(duì)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由IP 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，并進(jìn)行可視化顯示；中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所信息網(wǎng)絡(luò)室開(kāi)發(fā)出大規(guī)模INTERNET 網(wǎng)絡(luò)測(cè)量與分析系統(tǒng)NIPMAS，該系統(tǒng)能對(duì)跨地域的大型網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，并能根據(jù)用戶(hù)需求靈活添加業(yè)務(wù)測(cè)量工具，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)主要性能狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，分別針對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)運(yùn)行正常、亞健康狀況（ 即網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常但業(yè)務(wù)運(yùn)行不正常）和用戶(hù)業(yè)務(wù)完全不能進(jìn)行（即網(wǎng)絡(luò)設(shè)備或鏈路不正常）狀態(tài)進(jìn)行了具體性能監(jiān)測(cè)或故障定位，另外，NIPMAS 還實(shí)現(xiàn)了GIS 顯示、動(dòng)態(tài)播放和Web 發(fā)布等功能；在NIPMAS 的基礎(chǔ)上，中科院計(jì)算所還開(kāi)發(fā)出支持IPv6 的大型網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)

20、FOX，在國(guó)內(nèi)外處于領(lǐng)先地位。Simple Network Management Protocol作為一種網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是被廣泛接受并投入使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)它的目標(biāo)是保證網(wǎng)絡(luò)管理信息在任意管理實(shí)體和被管設(shè)備間傳送便于網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點(diǎn)檢索信息獲得網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)參數(shù)。SNMP是TCP/IP協(xié)議族中的一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議。2. 性能測(cè)試2.1. SNMP協(xié)議簡(jiǎn)介Simple Network Management Protocol4作為一種網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是被廣泛接受并投入使用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)它的目標(biāo)是保證網(wǎng)絡(luò)管理信息在任意管理實(shí)體和被管設(shè)備間傳送便于網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)上的任何節(jié)點(diǎn)檢索信息獲得網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)參數(shù)。SNMP

21、是TCP/IP協(xié)議族中的一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議。SNMPUDPIP鏈路層協(xié)議物理層協(xié)議2.2. 可用性可用性是網(wǎng)絡(luò)性能最重要的度量指標(biāo)之一是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備、鏈路等和應(yīng)用服務(wù)可供用戶(hù)使用的時(shí)間可以用每年、每月、每周、每天、每小時(shí)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間與所對(duì)應(yīng)時(shí)間段的全部時(shí)間之比表達(dá)5。例如：一個(gè)可提供每天24小時(shí)、每周7天服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，如果在一周168小時(shí)之內(nèi)運(yùn)行了165個(gè)小時(shí)其可用性是98.21%。可用性通常與冗余聯(lián)系在一起但冗余并不是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的目標(biāo)而是可用性目標(biāo)的一種解決方法。冗余是指為避免網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中斷分擔(dān)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載而在網(wǎng)絡(luò)中增加多重鏈路或備用設(shè)備。 可用性還與可靠性有關(guān)但比可靠性更明確前者可以用運(yùn)行時(shí)間百

22、分比來(lái)精確度量?？煽啃允侵竼?wèn)題的多樣性包括精確度、錯(cuò)誤率、穩(wěn)定性、無(wú)故障時(shí)間等。 可用性與彈性也有聯(lián)系。彈性Resiliency指的是網(wǎng)絡(luò)能夠承受多大壓力以及網(wǎng)絡(luò)從問(wèn)題中恢復(fù)回來(lái)的速度。理論模型可用性基于網(wǎng)絡(luò)中單個(gè)系統(tǒng)的可靠性?？煽啃灾敢粋€(gè)系統(tǒng)在特定條件特定時(shí)間內(nèi)執(zhí)行其特定功能的概率。一般地用Mean Time Between Failures平均無(wú)故障時(shí)間來(lái)表示。系統(tǒng)的可用性A可表示為A = MTBF/(MTBF + MTTR)其中MTTR是發(fā)生故障后的平均修復(fù)時(shí)間Mean Time To Repair。由于網(wǎng)絡(luò)配置復(fù)雜，且路由總在不斷地動(dòng)態(tài)變化，除了可以測(cè)量單個(gè)系統(tǒng)的可用性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用性的

23、測(cè)量則簡(jiǎn)化為對(duì)網(wǎng)絡(luò)路徑上每條物理鏈路可用性的測(cè)量。測(cè)量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和鏈路的可用性可以有兩種方式：主動(dòng)探測(cè)和被動(dòng)接收通知。常用的主動(dòng)探測(cè)方法有Icmp Ping、Snmp Poll。Icmp Ping是管理站向被測(cè)設(shè)備發(fā)送ICMP協(xié)議報(bào)文。如果被測(cè)設(shè)備不可用，將返回超時(shí)信息。在實(shí)際測(cè)量中，我們每隔5分鐘向目標(biāo)設(shè)備同時(shí)發(fā)送10個(gè)100字節(jié)大小的ICMP報(bào)文。這樣既可以不占用較多的網(wǎng)絡(luò)帶寬，又能保證測(cè)量的準(zhǔn)確性。如果10個(gè)報(bào)文全部超時(shí)，我們認(rèn)為目標(biāo)不可用；如果有4個(gè)或4個(gè)以下報(bào)文超時(shí)；認(rèn)為目標(biāo)不可達(dá)，如路由錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)擁塞否則目標(biāo)設(shè)備可用。每次的測(cè)量數(shù)據(jù)都被記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。當(dāng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備可用性時(shí)，使用如下公式

24、來(lái)計(jì)算：可用性=總測(cè)量次數(shù)-測(cè)量結(jié)果為不可用的次數(shù)總測(cè)量次數(shù)（3.1.1）為了盡可能避免目標(biāo)不可達(dá)的情況出現(xiàn)，可以采取就近原則，以確保管理站與被測(cè)設(shè)備間鏈路通暢。分布式架構(gòu)就是在大型廣域網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)以區(qū)域劃分的網(wǎng)段內(nèi)放置一臺(tái)管理站，負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能監(jiān)測(cè)。管理站之間保證時(shí)間同步，數(shù)據(jù)同步，即時(shí)鐘保證一致。同時(shí)測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)存入統(tǒng)一的中心數(shù)據(jù)庫(kù)。由于管理站與被測(cè)設(shè)備地理位置較近，測(cè)量結(jié)果也就更加準(zhǔn)確。Snmp Poll是另外一種主動(dòng)探測(cè)方法。管理站與被管設(shè)備之間通過(guò)Snmp協(xié)議通信。管理站M命令被測(cè)設(shè)備A檢索某一管理對(duì)象。A在管理信息庫(kù)(MIB)中查找該對(duì)象的值并將結(jié)果返回給M。 通過(guò)Snm

25、p測(cè)量可用性主要用于獲得設(shè)備接口的可用性。 首先我們要確定能反映接口狀態(tài)的管理變量，這是所有基于Snmp進(jìn)行性能測(cè)量的第一步，也是最重要的步驟。它決定了要通過(guò)Snmp采集什么數(shù)據(jù)、所采集的數(shù)據(jù)是否真正符合要求。使用Snmp Poll5的方法可以準(zhǔn)確地獲得接口狀態(tài)。但要測(cè)量其可用性，則需進(jìn)行大量的采樣。像Icmp Ping一樣，我們每隔5分鐘向目標(biāo)設(shè)備發(fā)送命令報(bào)文，并將測(cè)量結(jié)果記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中。 當(dāng)統(tǒng)計(jì)設(shè)備接口可用性時(shí)，使用如下公式來(lái)計(jì)算：可用性=測(cè)量結(jié)果為可用的次數(shù)總測(cè)量次數(shù) （3.1.2）主動(dòng)探測(cè)適于某一時(shí)刻設(shè)備是否可用的測(cè)量。但對(duì)于可用性統(tǒng)計(jì)來(lái)說(shuō)，由于其使用了采樣的方法難免會(huì)有遺漏。例如：一

26、臺(tái)設(shè)備在采樣點(diǎn)t時(shí)刻是可用的，在采樣點(diǎn)(t + 5)也是可用的，我們的測(cè)量程序就認(rèn)為該設(shè)備在t到(t + 5)時(shí)間段內(nèi)是可用的。實(shí)際上t到(t + 5)時(shí)間段內(nèi)該設(shè)備可能因重啟而不可用.但主動(dòng)探測(cè)并不能發(fā)現(xiàn)。改進(jìn)的辦法就是縮短采樣間隔但這不能徹底的解決問(wèn)題。相對(duì)來(lái)說(shuō),被動(dòng)方式的測(cè)量在這方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。被動(dòng)方式主要采用Snmp Trapd的方式。使用這種方法可以獲得所有的關(guān)于設(shè)備及其端口是否可用的信息,再加上分布式采集結(jié)構(gòu)來(lái)減少因UDP丟包造成的數(shù)據(jù)不完整,相對(duì)來(lái)說(shuō)這是測(cè)量可用性的最完備的解決方案。與此類(lèi)似的另外一種被動(dòng)測(cè)量方法是Syslog。它也使用UDP協(xié)議傳輸報(bào)文。大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都支持

27、Syslog方式將系統(tǒng)日志等發(fā)送到遠(yuǎn)程的管理站的Syslog Daemon。但Syslog Daemon是Unix上的一種特有服務(wù)，并不是在所有平臺(tái)上都可獲得的。一般地Sun工作站上Syslog作為缺省服務(wù)偵聽(tīng)514/udp。 通過(guò)可用性的四種測(cè)量方法的對(duì)比實(shí)現(xiàn)，我認(rèn)為可以采用Snmp Trapd作為基本的測(cè)量手段，以Snmp Poll、Icmp Ping為輔助測(cè)量設(shè)備的可用性，確保數(shù)據(jù)完整性、一致性、可靠性。2.3. 響應(yīng)時(shí)間提到響應(yīng)時(shí)間，一般有兩種解釋?zhuān)壕W(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間和應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間。我們先討論前者。網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間是數(shù)據(jù)流在網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸時(shí)間，是網(wǎng)絡(luò)層的概念。當(dāng)響應(yīng)時(shí)間不正常甚或超過(guò)了

28、某個(gè)閾值（網(wǎng)路用戶(hù)可忍受的最大響應(yīng)時(shí)間）時(shí)就表明可能出現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)擁塞或故障。響應(yīng)時(shí)間能最快、最直接地反映了網(wǎng)路性能幫助我們及時(shí)、準(zhǔn)確的掌握網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)效率。在分布式的網(wǎng)絡(luò)里，響應(yīng)時(shí)間受很多因素所影響，包括：網(wǎng)絡(luò)擁塞路由失效中間設(shè)備超負(fù)荷或處理能力不夠包差錯(cuò)（噪音、CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤等）在一個(gè)實(shí)現(xiàn)了Qos5排隊(duì)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)里，測(cè)量響應(yīng)時(shí)間對(duì)判定某種類(lèi)型的流量是否按所期望質(zhì)量進(jìn)行緩沖轉(zhuǎn)發(fā)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)是非常有意義的。例如：在承載語(yǔ)音業(yè)務(wù)的IP網(wǎng)絡(luò)里，語(yǔ)音分組必須以固定的速率實(shí)時(shí)的傳送以確保高質(zhì)量的話(huà)音。我們可以產(chǎn)生一些仿真的語(yǔ)音分組測(cè)量其在網(wǎng)絡(luò)中指定端點(diǎn)間的傳輸延遲測(cè)量或測(cè)試該網(wǎng)絡(luò)的Qos。測(cè)量響應(yīng)時(shí)間還能夠幫助

29、確定當(dāng)應(yīng)用服務(wù)變得反應(yīng)較慢甚至不可訪(fǎng)問(wèn)時(shí)問(wèn)題的根源。網(wǎng)絡(luò)管理員可以測(cè)量網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間來(lái)證明是否網(wǎng)絡(luò)性能問(wèn)題抑或應(yīng)用服務(wù)自身的問(wèn)題。一般地，測(cè)量響應(yīng)時(shí)間應(yīng)盡可能的仿真最終用戶(hù)行為。舉個(gè)例子：一個(gè)用戶(hù)打開(kāi)瀏覽器輸入要訪(fǎng)問(wèn)的Web服務(wù)器地址敲擊回車(chē)鍵，從這時(shí)開(kāi)始到所請(qǐng)求的頁(yè)面出現(xiàn)在瀏覽器里所經(jīng)過(guò)的時(shí)間是這個(gè)Web應(yīng)用對(duì)這個(gè)用戶(hù)在這個(gè)特定時(shí)刻的響應(yīng)時(shí)間，它包括用戶(hù)主機(jī)到Web服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間還有Web服務(wù)器對(duì)頁(yè)面請(qǐng)求的處理時(shí)間，加在一起就是所謂的應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間。 不幸的是，應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量幾乎是不能做到的，因?yàn)橛脩?hù)太多且分散，而且缺少合適的工具。另外，應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間的測(cè)量對(duì)解決網(wǎng)絡(luò)性能問(wèn)題或?qū)?lái)的網(wǎng)絡(luò)

30、擴(kuò)容規(guī)劃來(lái)說(shuō)也并不是必要的。盡管從測(cè)量應(yīng)用性能的角度來(lái)說(shuō)它是必不可少的。2.4. 理論模型我們可以使用專(zhuān)用的設(shè)備來(lái)測(cè)量響應(yīng)時(shí)間，也可以使用ICMP（如Ping、Traceroute）來(lái)測(cè)量，雖然無(wú)法獲得應(yīng)用級(jí)的響應(yīng)時(shí)間，但至少可以了解網(wǎng)絡(luò)是怎樣一跳一跳地、多快地傳輸IP分組的。比如說(shuō)：可以用Ping命令獲得從管理站到網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的時(shí)延一個(gè)核心路由器的某個(gè)接口、一個(gè)SP（服務(wù)提供商）接入點(diǎn)的設(shè)備、一個(gè)重要用戶(hù)的工作站等。這個(gè)方法的缺點(diǎn)是不能反映用戶(hù)設(shè)備到用戶(hù)目的設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間，僅僅簡(jiǎn)單地收集并報(bào)告了從管理站到用戶(hù)目的設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間。 替代管理站-集中式探測(cè)的另外一種測(cè)量方法是分布式探測(cè)。即

31、以用戶(hù)接入點(diǎn)到用戶(hù)目的設(shè)備響應(yīng)時(shí)間作為用戶(hù)設(shè)備到用戶(hù)目的設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間，這要求我們能夠測(cè)量用戶(hù)接入點(diǎn)到用戶(hù)目的設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間。如果用戶(hù)接入點(diǎn)的設(shè)備是實(shí)現(xiàn)了Service Assurance Agent (SAA)功能的Cisco設(shè)備，就可以做到。利用SAA可以測(cè)量其所駐留的路由器到任意目標(biāo)IP設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間，不但可以模擬ICMP協(xié)議包來(lái)探測(cè)到指定IP設(shè)備的響應(yīng)時(shí)間，還可以模擬發(fā)送UDP、TCP、DNS、DHCP、SMTP、FTP、HTTP、VOICE等多種協(xié)議報(bào)文，仿真用戶(hù)行為，測(cè)量相應(yīng)的應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間。雖然這種方法所得到的測(cè)量數(shù)據(jù)也只是接近而不能完全真實(shí)、絲毫不差的反映用戶(hù)到應(yīng)用的相應(yīng)時(shí)間。但

32、卻是僅有的行之有效的方法。 在實(shí)現(xiàn)了Qos排隊(duì)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)里，依然可以利用SAA產(chǎn)生仿真的數(shù)據(jù)流相對(duì)有效的測(cè)量出網(wǎng)絡(luò)任意端到端的相應(yīng)時(shí)間。2.5. 精確度精確度是衡量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口是否準(zhǔn)確無(wú)誤地轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文的概念，可以用一段時(shí)間內(nèi)無(wú)差錯(cuò)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文數(shù)與報(bào)文總數(shù)的百分比來(lái)表示。例如：一個(gè)接口平均每轉(zhuǎn)發(fā)100個(gè)報(bào)文就有2個(gè)報(bào)文出錯(cuò)，那么錯(cuò)誤率為2%，精確度為98%。 對(duì)于早期的網(wǎng)絡(luò)，特別是廣域網(wǎng)絡(luò)，一定級(jí)別的錯(cuò)誤率是可接受的。但隨著高速網(wǎng)絡(luò)和越來(lái)越多的關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，要求網(wǎng)絡(luò)傳輸必須是穩(wěn)定可靠的。很多技術(shù)文獻(xiàn)提到以下的錯(cuò)誤率參考值5：模擬鏈路的典型閾值為10-5 數(shù)字鏈路中光纜鏈路的錯(cuò)誤率約為10-11銅

33、線(xiàn)鏈路的錯(cuò)誤率約為10-6 共享以太網(wǎng)中，錯(cuò)誤通常是由碰撞引起的。受合法碰撞影響的幀不應(yīng)該超過(guò)0.1%。 任何超過(guò)以上錯(cuò)誤率的差錯(cuò)都可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)停工、用戶(hù)的不滿(mǎn)和申告等一大堆問(wèn)題。 一些常見(jiàn)的接口出錯(cuò)原因有不符合規(guī)范的布線(xiàn) 電子干擾； 軟件或硬件缺陷； 因此監(jiān)視測(cè)量必須修正的錯(cuò)誤率是很有必要的，它能指出必須修正的間歇故障線(xiàn)路、噪聲或干擾源的出現(xiàn)跡象防患于未然。2.6. 利用率利用率是指給定的時(shí)間段內(nèi)資源的利用情況。通常用所能使用和全部可用容量的百分比來(lái)表示。 利用率的最大用途是查找發(fā)現(xiàn)潛在的瓶頸或阻塞區(qū)域。這一點(diǎn)是很重要的，因?yàn)轫憫?yīng)時(shí)間隨資源的利用率呈冪指數(shù)的增長(zhǎng)（這是著名的

34、隊(duì)列理論的結(jié)果）如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理阻塞的話(huà)，阻塞就會(huì)失去控制，致使網(wǎng)絡(luò)性能極度下降。另外，測(cè)量利用率還能發(fā)現(xiàn)那些沒(méi)有利用率較低、沒(méi)有被充分使用的資源。 一般地，利用率主要是作為確定網(wǎng)絡(luò)鏈路使用狀態(tài)的最基本測(cè)量手段。但要完全掌握網(wǎng)絡(luò)資源的利用情況，還需測(cè)量CPU、Interface、Queuing等關(guān)鍵系統(tǒng)容量指標(biāo)。 事實(shí)上，高利用率不一定是壞事，而低利用率則可能暗示網(wǎng)絡(luò)交通量并沒(méi)按所期望的路由流動(dòng)。但利用率過(guò)高、持續(xù)升高則或出現(xiàn)大的起伏變化則說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)正面臨著問(wèn)題。接口利用率當(dāng)一個(gè)接口出現(xiàn)阻塞，接口處報(bào)文越來(lái)越多超過(guò)其處理能力或報(bào)文進(jìn)入接口的速度超過(guò)接口的轉(zhuǎn)發(fā)速度時(shí)，就會(huì)把報(bào)文排入接口隊(duì)列；如

35、果隊(duì)列已滿(mǎn)則丟棄。例如：當(dāng)從一個(gè)快速的接口向一個(gè)慢速的接口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)流時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)丟包。當(dāng)一個(gè)報(bào)文被丟棄時(shí)，上層協(xié)議可能要求重傳，如果丟棄了許多報(bào)文，網(wǎng)絡(luò)就產(chǎn)生大量的重傳報(bào)文流量，這樣發(fā)展下去，網(wǎng)絡(luò)鏈路就會(huì)Down掉。通過(guò)利用率測(cè)量能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)行必要的負(fù)載均衡或路由調(diào)整，避免網(wǎng)絡(luò)癱瘓。 因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)接口利用率的測(cè)量可以說(shuō)是利用率測(cè)量的重中之重。下面是兩個(gè)計(jì)算公式，依據(jù)所要測(cè)試的連接是半雙工還是全雙工使用其一。共享式局域網(wǎng)連接傾向于半雙工，因?yàn)樵O(shè)備在發(fā)送報(bào)文之前需要載波偵聽(tīng)進(jìn)行連接沖突檢測(cè)（CSMA/CD）。廣域網(wǎng)連接則是典型的全雙工,因?yàn)檫B接是點(diǎn)到點(diǎn)的,兩端的設(shè)備可以同時(shí)發(fā)送和接收?qǐng)?bào)文。半

36、雙工連接的接口利用率計(jì)算公式：Utilization=ifInOctets+ifOutOctets*8*100間隔秒數(shù)*ifSpeed（3.5.1）對(duì)于全雙工來(lái)說(shuō)利用率的測(cè)量是不同的:Utilizationin=ifInOctets*8*100間隔秒數(shù)*ifSpeed（3.5.2）Utilizationout=ifOutOctets*8*100間隔秒數(shù)*ifSpeed（3.5.3）上述公式看起來(lái)有些簡(jiǎn)單，并沒(méi)有考慮特定的協(xié)議（Qos），但實(shí)際中使用證明，這種測(cè)量計(jì)算無(wú)論對(duì)局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng)接口都是比較準(zhǔn)確和的可靠的。 另外對(duì)大多數(shù)物理鏈路，接口利用率即是該鏈路的利用率，所以用Snmp Poll來(lái)

37、采集接口使用情況也是測(cè)量鏈路利用率的有效手段。2.7. CPU利用率我們知道一些關(guān)鍵的路由器功能如協(xié)議解析、包交換處理都在內(nèi)存里共享CPU的方式完成的。CPU利用率過(guò)高，就會(huì)造成路由表無(wú)法更新、包丟失等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。 如何了解系統(tǒng)CPU利用率呢？ 這里以Cisco設(shè)備為例，說(shuō)明使用Snmp如何來(lái)獲得CPU利用率。首先確定CPU利用率所對(duì)應(yīng)的管理變量，在Cisco管理信息庫(kù)中，有兩個(gè)表包含著方面的信息一個(gè)表是（OLD-CISCO-CPU MIB）或（OLD-CISCO-SYS MIB）；另外一個(gè)表則是（CISCO-PROCESS MIB）5。 對(duì)于單CPU系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以從上述兩個(gè)表中的響應(yīng)變量獲得CPU利用率。而多CPU系統(tǒng)則只能通過(guò)第二個(gè)表。2.8. 內(nèi)存利用率 監(jiān)測(cè)內(nèi)存使用狀況有助于發(fā)現(xiàn)內(nèi)存泄漏和不正常的網(wǎng)絡(luò)事件。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程申請(qǐng)內(nèi)存塊獲得使用后卻不釋放時(shí)，就稱(chēng)內(nèi)存泄漏了。持續(xù)的發(fā)生這種現(xiàn)象，就會(huì)用盡所有內(nèi)存，