《網絡分析、測試與優(yōu)化》課程設計任務書

1、網絡分析、測試與優(yōu)化課程設計任務書一、 課程的性質、目的和任務 網絡分析、測試與優(yōu)化課程是網絡工程專業(yè)的一門專業(yè)實踐課，其主要內容是根據網絡系統(tǒng)性能分析研究的指標參數，采用有效的分析研究方法（如：網絡流量分析和協(xié)議分析等）來對現(xiàn)有網絡運行環(huán)境進行性能測試與分析，提出網絡改進和優(yōu)化的辦法，從而進一步提高網絡效率。二、 網絡分析、測試與優(yōu)化的主要原理與方法 一個網絡系統(tǒng)性能好壞的技術包括吞吐量、報文平均延遲時間、系統(tǒng)的平均響應時間、系統(tǒng)的報文平均隊長、最大工作站數、網絡吞吐量的最大距離和可靠性等。從應用系統(tǒng)的設計和網絡系統(tǒng)的維護、管理角度來看，用戶關心的技術指標是：網絡吞吐率（S）、介質利用率（U

2、）和延遲時間（D）。 網絡測試監(jiān)控通過直接對實際運行中的網絡系統(tǒng)的各種性能指標或與之相關的量進行直接的測試，從而對網絡系統(tǒng)的性能進行評價的方法。為了使測試值具有代表性，可以選擇網絡系統(tǒng)在比較接近條件的政策運行期間進行測試，例如要測試負載條件下的性能，就應該選擇在每天網絡使用最防盲的時間內進行測試。 對網絡性能進行測試和分析時，首先確定測試范圍（對哪個網段測試）；其次是確定測試內容或測試參數（連通性、性能、故障）。 在測試中主要測試網絡的流量組成、協(xié)議分布和用戶行為。網絡流量分析時指捕捉網絡中流動的數據包，并通過查看包內部數據以及進行相關的協(xié)議、流量分析、統(tǒng)計等來發(fā)現(xiàn)網絡運行過程中出現(xiàn)的問題，流

3、量分析一般有以下主要功能。(1)流量監(jiān)控和分析 流量監(jiān)控包括對不同粒度的分析對象的流量趨勢分析，并可設置報警閥值?？芍付ūO(jiān)控策略，獲取指定時間內分析對象的平均流量、最大流量、平均包數、最大包數、平均Session數、最大Session數等，應可定制流入/流出或雙向統(tǒng)計方式。流量監(jiān)控應支持豐富的統(tǒng)計圖表，提供基于監(jiān)控策略的橫向和縱向數據分析和比較。提供對不同應用層協(xié)議、TOS和TP的TopN(前N個)等數據。通過對各種分析對象進行流量分析，可以清楚地描述出各分析對象的網絡帶寬的最大占用者，以便于進行以后的網絡管理和用戶跟蹤?？筛鶕偡植呗詫Ψ治鰧ο笾g流量進行費用分攤，可以組合不同的分析對象指定

4、攤分策略，根據不同設備出口設定費率、針對用戶類型分類統(tǒng)計、根據攤分對象的流量和費用做統(tǒng)計排名等。(2)異常流量偵測 提供實時流量分析，發(fā)現(xiàn)了異常，可在實時中隊該異常的策略進行有針對的觀測?？舍槍P、IP對、AS、AS對、IP段、IP段對、全網的協(xié)議、Tos等進行單雙向流量和包的TopN實時顯示。(3)記錄、存儲功能 包括對指定網絡流量連續(xù)記錄和存儲，以及對系統(tǒng)訪問、侵入過程的進行記錄分析。以便于事后進行故障重現(xiàn)，更有效的故障排除。防止偶發(fā)性故障再次發(fā)生，甚至惡化。(4)異常報警 當流量超過閥值并持續(xù)一定時間以后，以及偵測到異常流量等情況時，可以及時采取措施維護網絡的性能。 在測試過程一般采用

5、主動測試或被動測試多網絡性能的相關技術指標進行測試：1、測試方式：(1)、主動測試 主動測試時在選定的測試點上利用測試工具有目的地主動產生測試流量注入網絡，并根據測試數據流的傳送情況來分析網絡的性能。(2)、被動測試 被動測試時指在鏈路或設備(如路由器和交換機等)上對網絡進行檢測，而不需要產生流量的測試方法。2、測試參數選取原則 (1)參數必須是具體而明確的。 (2)參數本身可以對高層應用產生影響，且用戶可以感知。 (3)參數的定義不依賴于具體的網絡技術與拓撲，并用于具體網絡無關的術語進行描述。 (4)參數的測試具有可重復性，在相同條件下測試多次應得到相同的測試結果。 (5)參數的測試即通過對

6、于采用相同技術的網絡部應該表現(xiàn)出差異性，對采用不同技術的網絡應該表現(xiàn)出差異性。 (6)參數的選擇應避免引入人為的性能目標。 （7）網絡性能的五項基本技術指標： 可應用性(availability) 響應時間(response time) 網絡利用率(network utilization) 網絡吞吐量(network throughput) 網絡帶寬容量(network bandwidth capacity)a.可用性 測試網絡性能的第一步是確定網絡是否正常工作，最簡單的方式是使用ping命令。通過向遠端的機器發(fā)送icmp echo request，并等待接收icmp echo reply來判

7、斷遠端的機器是否連通，網絡是否正常工作。 Ping命令有非常豐富的命令選項，比如-c可以指定發(fā)送echo request的個數，-s可以指定每次發(fā)送的ping包大小。 網絡設備內部一般有多個緩沖池，不同的緩沖池使用不同的緩沖區(qū)大小，分別用來處理不同大小的分組(packet)。例如減緩及中通常具有三種類型的包緩沖：一類針對小的分組，一類針對中等大小的分組，還有一類針對大的分組。為了測試這樣的網絡設備，測試工具必須要具有發(fā)送不同大小分組的能力。Ping命令的-s就可以使用在這種場合b.響應時間 Ping命令的echo request/reply一次往返所花費時間就是響應時間。有很多因素會影響到響應

8、時間，如網段的負荷，網絡主機的負荷，廣播風暴，工作部正常的網絡設備等等。 在網絡工作正常時，記錄下正常的響應時間。當用戶抱怨網絡的反應時間慢時，就可以將現(xiàn)在的響應時間與正常的響應時間對比，如果兩者差值的波動很大，就能說明網絡設備存在故障。c.網絡利用率 網絡利用率是指網絡被使用的時間占總時間(即被使用的時間+空閑的時間)的比例。比如，Ethernet雖然是共享的，但同時卻只能有一個報文在傳輸。因此在任一時刻，Ethernet或者是100%的利用率，或者是0%的利用率。 計算一個網段的網絡利用率相對比較容易，但是確定一個網絡的利用率比較復雜。因此，網絡測試工具一般使用網絡吞吐量和網絡帶寬容量來確

9、定網絡中兩個節(jié)點之間的性能。d.網絡吞吐量 網絡吞吐量是指在某個時刻，在網絡中的兩個節(jié)點之間，提供給網絡應用的剩余帶寬。 網絡吞吐量可以幫組尋找網絡路徑中的瓶頸。比如，即使client和server都被分別連接到各自的100M的Ethernet連接上，但是如果這兩個100M的Ethernet被10M的Ethernet連接起來，那么10M的Ethernet就是網絡的瓶頸。 網絡吞吐量非常依賴于當前的網絡負載情況。因此，為了得到正確的網絡吞吐量，最好在不同時間(一天中的不同時刻，或者一周中不同的天)分別進行測試，只有這樣才能得到對網絡吞吐量的全面認識。e.網絡帶寬容量 與網絡吞吐量不同，網絡帶寬熔

10、煉指的是在網絡的兩個節(jié)點之間的最大可用帶寬。這是由組成網絡的設備的能力所決定的。 測試網絡帶寬容量有兩個困難之處：在網絡存在其他網絡流量的時候，如何得知網絡的最大可用帶寬；在測試過程中，如何對現(xiàn)有的網絡流量不造成影響。網絡測試工具一般采用packet pairs和packet trains技術來克服這樣的困難。3、測試的安全性 (1)、網絡對測試方法的安全性要求 (2)、測試方法自身的安全性要求4、測試的不確定性與誤差分析 (1)、對于測試來說最重要的就是準確可靠，因此在設計測試方法或選擇測試工具之前應該盡量避免進行假設，尤其是帶有不確定性的假設。 (2)、對結果進行誤差分析的一個主要方式就是

11、分析結果中的不合理值。5、測試結果的統(tǒng)計方法 (1)對測試結果的統(tǒng)計分為兩個方面：統(tǒng)計方式和統(tǒng)計方法。 (2)對結果的統(tǒng)計方式實際上就是對結果進行抽樣。 (3)對測試結果的統(tǒng)計方法就是對測試結果進行統(tǒng)計的不同算法以及對結果的表示方法。 (4)對測試(采樣)值的表示可以采用統(tǒng)計分布方法。6、測試方法1）、基于SNMP 基于SNMP的流量分析就是通過SNMP協(xié)議訪問設備獲取MIB庫中的端口流量信息，獲得設備端口的實時或者歷史的流入/流出帶寬、丟包、誤包等性能指標，從而對網絡設備端口的整體流量進行分析，典型工具有MRTG(Multi RouterTraffic Grapher)。2)、基于網絡探針(

12、Probe) 基于網絡探針方式的數據抓包、分析和統(tǒng)計等功能一般都在網絡“探針”上以硬件方式實現(xiàn)，分析的結果存儲在探針的內存或磁盤之中，具體的前端展現(xiàn)依賴與之對應的應用軟件。因此具有效率高、可靠性高、告訴運行部丟包的特點。本種方式可深入的對網絡2層、3層甚至7層的特性進行詳細分析。常見的產品有福祿克的Opyiview，Agilent的NetMetrix及其Probes，NetScout的nGenius Perfoemance Manager及其Probes等。3)、基于實時抓包分析 基于實時抓包的分析分析技術提供詳細的從物理層到應用層的數據分析。但該方法主要側重于協(xié)議分析，而非用戶流量訪問統(tǒng)計和

13、趨勢分析，僅能在短時間內對流經接口的數據包進行分析，無法滿足大流量、長期的抓包和趨勢分析的要求。常見的產品有NAI的Sniffer Pro，免費的tcpdump、ethereal等。4)、基于流(Flow)的流量分析 目前基于流的分析技術主要有兩種：sFlow和NetFlow。sFlow是由InMon、HP和Foundry Networks聯(lián)合開發(fā)的一種網絡檢測技術，它采用數據流隨機采樣技術，可以適應超大網絡流量(如大于10Gbps)環(huán)境下的流量分析分析，讓用戶詳細、實時地分析網絡傳輸流的性能、趨勢和存在的問題。三、網絡分析、測試與優(yōu)化的主要內容1、網絡設備測試1).路由器設備檢測檢查路由器，

14、包括設備型號、出廠編號及隨機配套的線纜；檢測路由器軟、硬件配置，包括軟件版本、內存大小、MAC地址、接口板等信息。檢測路由器的系統(tǒng)配置，包括主機名，各端口IP地址、端口描述、加密口令、開啟的服務類型等。檢測路由器的端口配置，包括端口類型、數量、端口狀態(tài)。路由器內的模塊(路由處理引擎、交換矩陣、電源、風扇等)具有冗余配置時，測試其備份功能。對上述的各種檢測數據和狀態(tài)信息做好詳細記錄。2).交換機設備檢測檢查交換機的設備型號、出廠編號及軟、硬件配置。檢測交換機的系統(tǒng)配置，包括主機名、加密口令及VLAN的數量、VLAN描述、VLAN地址、生成樹配置等。檢測交換機的端口，包括端口類型、數量、端口狀態(tài)。

15、在交換機內的模塊(交換矩陣、電源、風扇等)具有冗余配置時，測試其備份功能。對上述的各種檢測數據和狀態(tài)信息做好詳細記錄。3).服務器設備檢測檢測服務器設備的主機配置，包括CPU類型及數量、總線配置、圖形子系統(tǒng)配置、內存、內置存儲設備(軟盤驅動器、硬盤、CD驅動器、磁帶機)、網絡接口、外存接口等。檢測服務器設備的系統(tǒng)配置，包括主機名稱，操作系統(tǒng)版本，所安裝的操作系統(tǒng)補丁情況；檢查服務器中所安裝軟件的目錄位置、軟件版本。檢查服務器的網絡配置，如主機名、IP地址、網絡端口配置、路由配置等。在服務器內的模塊(電源、風扇等)具有冗余配置時，測試其備份能。對上述的各種檢測數據和狀態(tài)信息做好詳細記錄。4)、線

16、纜測試2、子系統(tǒng)測試1).節(jié)點局域網測試若節(jié)點局域網中存在幾個網段或進行虛擬網(VLAN)劃分，測試各網段或VLAN之間的隔離性，不同網段或VLAN之間應不能進行監(jiān)聽。檢查STP的配置情況。2) .路由器基本功能測試對路由器的測試可使用終端從路由器的控制端口介入或是使用工作站遠程登錄。檢查路由器配置文件的保存。檢查路由器鎖開啟的管理服務功能(DNS，SNMP，NTP，Syslog等)。檢查路由器鎖開啟的服務質量保證措施。3) .服務器基本功能測試根據服務器鎖用的操作系統(tǒng)，測試其基本功能。例如系統(tǒng)核心、文件系統(tǒng)、網絡系統(tǒng)、輸入/輸出系統(tǒng)等。檢查服務器中啟動的進程是否符合此服務器的服務功能要求。測

17、試服務器中應用軟件的各種功能。在服務器有高可用集群配置時，測試其主備切換功能。4) .節(jié)點連通性測試測試節(jié)點各網段中的服務器與路由器的連通性。測試節(jié)點各網段間的服務器之間的連通性。測試笨節(jié)點與同網內其他節(jié)點、與國內其他網絡、與國際互聯(lián)網的連通性。5) .節(jié)點路由測試檢查路由器的路由表，并與網絡拓撲結構尤其是本節(jié)點的結構比較。測試路由器的路由收斂能力，先清除路由表，檢查路由表信息的恢復。路由信息的接收、傳播與過濾測試：根據節(jié)點對路由信息的需求以及節(jié)點中路由協(xié)議的設置，測試節(jié)點路由信息的接收、傳播與過濾，檢查路由內容是否正確。路由的備份測試：當節(jié)點具有多于一個以上的出入口路由時，模擬某路由的鼓掌，

18、測試路由的備份情況。路由選擇規(guī)則測試：測試節(jié)點對于路由選擇規(guī)則的實現(xiàn)情況，對于業(yè)務流向安排是否符合設計要求流量疏通的負載分擔實現(xiàn)情況，網絡存在多各網間出入口時流量疏通對于出入口的選擇情況等。6) .節(jié)點安全測試(1)路由器安全配置測試：檢查路由器的口令是否加密。測試路由器操作系統(tǒng)口令驗證機制屏蔽非法用戶登錄的功能。測試路由器的訪問控制列表功能。對于介入路由器，測試路由器的反向路徑轉發(fā)(RFP)檢查功能。檢查路由器的路由協(xié)議配置，是否啟用了路由信息交換安全驗證機制。檢查路由器上應該限制的一些不必要的服務是否關閉。(2)服務器安全配置模式測試服務器的重要系統(tǒng)文件基本安全性能，如用戶口令應加密存放，

19、口令文件、系統(tǒng)文件及主要服務配置文件的安全，其他各種文件的權限設置等。測試服務器系統(tǒng)被限制的服務應被禁止。測試服務器的缺省用戶設置及有關賬號是否被禁止。測試服務器中所安裝的有關安全軟件的功能。測試服務上的其他安全配置內容。3. 網絡測試1) 、網絡連通性測試(1) .網內連通性測試根據網絡拓撲結構形成網絡節(jié)點之間的連通性矩陣，并據之進行兩兩節(jié)點間的連通性測試。(2) .國內網間連通性測試根據網絡與國內其他互聯(lián)網的互聯(lián)情況，測試笨網與國內其他互聯(lián)網的連通性。(3) .國際網間連通性測試根據網絡與其他國家和地區(qū)互聯(lián)網的互聯(lián)情況，測試本網與國際其他互聯(lián)網的連通性。2) 、全網路由測試(1) .全網路

20、由協(xié)議配置檢查 檢查網絡域內及域間路由協(xié)議的配置。 檢查域內路由協(xié)議的LEVEL或AREA的劃分配置情況。 檢查域內路由協(xié)議的鏈路權值設置情況。 檢查域間路由協(xié)議的各種屬性設置情況。檢查域間路由協(xié)議提高擴展性的措施。檢查路由交互的鄰居是否正確等。(2) .全網路由協(xié)議收斂測試人為地清除路由器中域內路由表信息，測試路由信息重新傳播及收斂時間。人為地清楚路由器中域間路由表信息，測試路由信息重新傳播及收斂時間。人為地切斷網絡內部某條中繼電路，測試路由重新收斂情況及收斂時間。條件允許時，可人為地切斷網絡外部某條中繼電路，測試路由重新收斂情況及收斂時間。(3) .全網路由策略測試全網路由信息的分布：跟陸

21、路由策略設計，檢查全網各層次網絡中 用戶路由、域內網絡路由、域間路由及缺省路由的內容。路由的備份：對網絡中節(jié)點間的多挑路由，測試這些路由的互為備份效果。等價路由的負載分擔：對網絡中的等價路由，測試負載分擔實現(xiàn)情況。路由信息的過濾：根據網絡安全的要求、網絡對路由信息的需求、訪問控制的要求以及為防止出現(xiàn)路由環(huán)路等情況，路由信息應進行過濾，尤其是域間路由。4、 全網性能測試時延測試：測試網絡所有各節(jié)點間的IP包傳輸單向或雙向時延。時延變化測試：測試網絡所有各節(jié)點間的IP包傳輸時延變化。IP包丟失率：測試網絡所有各節(jié)點間的IP包丟失率。中繼電路利用率：測試網絡各中繼電路的平均帶寬利用率和峰值帶 寬利用

22、率。5、 網絡安全測試1) .網絡安全測試采用網絡安全審計工具軟件，對全網設備進行安全漏洞掃描。2) .安全管理功能測試測試安全時間集中監(jiān)控功能。測試信息資產與安全風險管理功能。測試安全策略管理功能。測試安全時間預警功能。測試安全信息庫功能。測試安全管理中心其他功能。6、 網管測試1) .網管系統(tǒng)數據采集功能測試測試配置數據的采集。測試告警數據的采集。測試性能數據的采集。測試流量流向數據的采集。測試網絡路由數據的采集。其他數據采集功能測試。2) .網管系統(tǒng)數據處理功能測試 配置數據的存儲：測試配置數據的審核和刷新；測試配置數據的備份；測試配置數據的恢復。 告警數據的處理：告警信息格式標準化、告

23、警重定義、告警過濾、告警傳遞、告警取消。測試告警相關性分析、告警故障定位。測試告警存儲和查詢。測試告警數據的備份和刪除。 性能數據處理：測試性能告警數據處理。測試性能數據的存儲、備份、刪除和恢復。 測試其他數據的處理。3) .網管應用功能測試 測試網管系統(tǒng)資源管理、配置管理、拓撲管理、故障管理功能。測試網管系統(tǒng)性能監(jiān)測與分析功能。測試網管系統(tǒng)流量采集與分析功能。測試網管系統(tǒng)路由管理、Qos管理、前段信息服務管理功能。測試網管系統(tǒng)報表統(tǒng)計功能。測試網管系統(tǒng)的其他應用功能。4) .網管系統(tǒng)性能測試測試網管系統(tǒng)采集輪詢速度一定網元規(guī)模下輪詢需要的遍歷時間。測試系統(tǒng)支持的最小采集間隔。測試拓撲自動發(fā)現(xiàn)

24、時間、拓撲呈現(xiàn)時間。測試告警壓縮率、告警壓縮處理功能、告警處理能力及告警準確率。測試資源信息的準確性和流量數據準確率、實時性。5) .網管系統(tǒng)其他測試統(tǒng)計報表內容測試：測試有關網管系統(tǒng)統(tǒng)計報表的內容、格式的 準確性、包括網絡性能報表、設備性能報表、故障統(tǒng)計報表、資源統(tǒng) 計報表等。自身管理功能測試：測試網管系統(tǒng)自身的配置管理、故障管理、 性能管理和安全管理功能。8、 無線網絡測試查找無線干擾源。多徑干擾檢測。異常流量檢測。幀CRC錯誤檢測。重傳率測試。無線漫游檢測。站點連接、重連接、斷線問題檢測。4、 常用的測試工具1、 利用網絡分析儀1) 、網絡萬用表NetTool2) 、ES網絡分析儀3)

25、、Optiview協(xié)議分析儀2、 Windows 2000 Server 系統(tǒng)提供的網絡監(jiān)視器和網絡性能監(jiān)視器 Windows 2000 Server系統(tǒng)提供了網絡監(jiān)視器和網絡性能監(jiān)視器兩種實用的工具。網絡監(jiān)視器主要是通過數據統(tǒng)計來提供分析依據，而性能監(jiān)視器主要是通過圖像形式來形象的觀測網絡的性能數據，兩者相互相乘。 使用網絡監(jiān)視器能夠捕捉和顯示運行Windows 2000 Server的計算機從局域網上接收的幀(數據包)。網絡管理員可以使用網絡監(jiān)視器檢查和解決在本地計算機上遇到的一些網絡問題。例如，可以定位客戶端到用戶端的連接問題，發(fā)現(xiàn)工作請求數目不成比例的計算機，以及標識網絡上未授權的用戶

26、。另外，當服務器計算機不能與其他計算機進行通訊的時候，可以使用網絡監(jiān)視器診斷硬件和軟件問題等等。3、 Windows 系統(tǒng)提供的常用網絡命令。1) 、Ping命令2) 、ipconfig命令3) 、Tracert命令4) 、netstat命令 通過常用網絡命令可以檢測網絡連通性，實時監(jiān)控網絡會話以及網絡連接，通過及時的掌握網絡中異常會話及連接，對查找網絡安全隱患、病毒掃描攻擊等能提供非常關鍵的數據信息。4、 科來網絡分析系統(tǒng) 科來網絡分析系統(tǒng)是一款協(xié)議分析仿真軟件，網絡仿真就是編制一個程序對所要研究網絡的全部或部分行為進行仿真，然后運行該程序，在程序的運行過程中采集數據，最后對該程序的運行結果進行統(tǒng)計分析，網絡仿真是通過模擬網絡系統(tǒng)的行為來評價性能的。 科來網絡分析系統(tǒng)通過捕獲網絡中傳輸的數據包來分析網絡的運行狀態(tài)以及網絡應用，同時，通過其實時的數據包捕獲和分析能力，能夠快速的發(fā)現(xiàn)網絡故障、查找網絡故障源頭，對網絡的流量及帶寬占用等都能做到全面的監(jiān)控。在課程設計中，采用科來網絡分析系統(tǒng)免費提供了50節(jié)點的技術交流版對網絡進行分析，通過科來網絡分析系統(tǒng)可以實現(xiàn)網絡應用分布及帶寬占用、網絡性能評估分析。科來網絡分析系統(tǒng)具有以下主要功能：1) 、數據采集功能2) 、數據過濾功能3) 、協(xié)議分析功能4) 、數據統(tǒng)計功能5) 、實時監(jiān)控功