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網路測試系統論文

網路測試系統論文

  網路測試系統。由網路測試裝置組建而成的,大型的對網路執行狀態進行測試與監控的組織。一起來看看關於相關論文內容,僅供大家參考!謝謝!

  分散式網路效能監測系統設計與實現

  對於實際執行中的網路應用系統,系統管理員需要對其執行效率進行監控和效能分析,透過有效的管理開展最佳服務。對於欲建的網路應用系統,網路設計者需要驗證其設計方案的可行性,以建立最優的網路環境。網路規模越大,網路效能監測和效能分析工作越顯重要。

  對網路效能進行全面監測,是有效管理網路的基礎。這種方式之所以目前還沒有被廣泛採用,主要是因為傳統網路監控工具存在著以下幾個缺點:網路監測工具本身會增加網路的流量,對網路本身造成很大的影響;網路監控工具造價太高,過於昂貴;網路監控工具都比較複雜,需要專業人士才能操作。因此,需要開發一種更方便有效的網路監測工具,使其具有更強的實用性。

  一、開發思路及設計原則

  我們在制定系統框架設計方案時,力求克服現有網路監測系統所存在的問題,例如伺服器端採用開放式作業系統Linux(同時提供到Unix的移植)以降低成本,將管理介面設計得簡單明瞭,降低對操作者的專業要求等等。

  同時,考慮到系統的開放性、可相互操作性和靈活性,應建立一個獨立平臺的通用網管系統,我們可以使用Web伺服器和瀏覽器來提供靜態、動態和互動的管理資訊。基於Web的效能監測系統有很多優點,例如:管理者的操作不受地理位置的限制,可以在任何裝有Web瀏覽器的平臺下訪問;對系統的維護只需在Server上進行,無需在客戶端修改,降低了維護費用;可以獲得各種可在任何作業系統平臺上使用的簡單而有效的管理介面,特別適合於低成本、易於理解和遠端訪問的網路執行環境。

  我們可以採用分散式測量方法,在每個被測節點處安裝一個測量程式,由該程式完成相應的測量工作,並將最後的測量結果返回伺服器。這樣不僅避免了將所有的監測工作全部放在伺服器上,造成伺服器負載過重的弊病,減輕了伺服器的負擔,而且使系統具有很強的可擴充套件性。當網路拓撲結構擴充套件的時候,已有的系統不需要做任何變動,只需要在新增的節點上放上測量程式,在配置資訊中加入新增節點的相關測量資訊,就可以實現對整個擴充套件後的系統的監測。

  伺服器端採用Linux下的標準C系統,客戶端軟體利用VC++進行程式設計。VC++提供了大量的框架模型及類庫,使軟體的開發與設計變得更為方便。利用C++語言也是為了保證軟體各部分的介面與軟體執行的速率。

  二、具體系統設計與實現

  1.開發目標

  國內外已有的效能監測軟體,主要是對網路硬體裝置以及網路提供的各種服務效能進行監測。本系統的側重點是從網路層(IP層)給出網路的效能指標,從而為網路效能的分析和管理提供一定的依據和必要的資料。其中主要的效能引數包括以下幾方面。

  (1)可用性(Availability):鏈路的可用性是指有物理連線的鏈路的效能狀況。這個資訊可以透過類似於Ping程式來實現,即向目標節點發送ICMP報文,如果總是或者過於頻繁地出現在等待時間內沒有ICMP報文的回應資訊,則判斷該鏈路出現故障,是不可用的,管理員應該採取相應的措施。

  (2)點到點的延時(End to End Delay) :網路延時是指報文在指定兩點間的往返時間(即我們所說的rtt時間)。這個資訊也可以使用類似於Ping程式來實現,即向目標節點發送ICMP報文,並根據收到的ICMP報文的回應報文與傳送ICMP報文的時間差,求出兩點間的延時資訊。

  (3)丟包率(Packet Loss Ratio):丟包率是指在網路中由於擁塞或其它原因被路由器拋棄的報文在節點發出的報文總數中所佔的比例。同樣可以透過向目標節點發送ICMP報文,然後透過接收到的回應報文和其發出報文的總數的比值得到這個引數。

  (4)路徑資訊(Routing Information):主要記錄兩個節點間的路由情況,即源節點在到達目標節點的過程中,實際經過了哪些節點。

  2.系統總體框架

  本系統採用分散式測量和集中管理的辦法,整個系統採用Client/Server的方式,分為三大模組:測量模組、分析模組和使用者介面模組,系統總體框架如圖1所示。其中,測量模組負責網路鏈路狀態的測量,它對使用者到主幹網節點、主幹網節點之間、主幹網節點到使用者的鏈路效能(網路延時和丟包率)進行測量,並將測量所得結果傳送給伺服器存入測量資料庫,以備分析模組時使用。分析模組定時從測量資料庫中取出測量資料結果進行處理,透過對各項指標的測量結果的綜合分析,將分析結果寫入分析資料庫中,同時結合網路執行的.特點以及使用者與ISP之間的服務水平協議(SLA)的要求,對網路效能做出初步判斷,並將效能不滿足指標的鏈路以報警資訊的形式報告給管理員。使用者介面模組負責將網路管理員所配置的資訊寫入配置資料庫中,同時查詢分析資料庫,將分析的結果以Web頁面的形式返回給管理員檢視。

  這三種模組主要透過資料庫進行聯接。該系統中存在三種資料庫:(1)測量資料庫,用於存放測量模組獲得的測量資訊;(2) 分析資料庫,用於存放分析模組的統計資訊;(3)配置資料庫,用於存放測量模組需要的各種測量配置資訊,如測量節點、測量間隔時間、是否需要詳細路徑資訊等等。

  系統的總流程如下:

  網路管理員透過Web頁面對系統引數進行配置,使用者介面模組讀取配置資訊後,將結果存放於配置資料庫中;

  測量模組向伺服器發出請求,伺服器讀取配置資料庫的資訊後,將所得配置資訊返回給測量模組,使其設定測量方式;

  測量模組按照測量引數進行測量,並將測量結果資料返回給伺服器,由其存放於測量資料庫中;

  分析模組定時讀取測量資料庫中的資料資訊,對其進行統計、分析,將結果存放在分析資料庫中,並將測量資料庫中分析過的資料刪除;

  當網路管理員想了解網路狀況的時候,使用者介面模組會讀取分析資料庫中的資料,並透過Web介面,以圖形、報表、圖表等多種形式返回給管理員,並對效能較差的鏈路給出報警資訊。

  3.測量部分的設計與實現

  測量模組負責網路鏈路狀態的測量,包括三種測量方式:(1)使用者到主幹節點的測量;(2)主幹網節點間的測量;(3)主幹網節點到使用者的測量。(2)、(3)都是從監控工作站發起的有規律的、可由網路管理員控制的主動測量。(1)是由使用者發起的到任意站點的測量(我們稱之為被動測量),是不可預測的。透過使用者介面介面,管理員可以配置測量模組的各種配置資訊,然後將這些配置資訊存到配置資料庫中,最後由伺服器讀取配置資訊,將其傳送給測量模組,使其根據配置資訊指定的測量方式進行測量。

  主動測量主要是骨幹網分佈節點之間的有規律的定時測量和骨幹網測量節點到使用者的隨機抽樣的定時測量。主動測量分為兩類。

  (1)骨幹網測量節點到骨幹網任意被測節點之間的測量:這部分測量的目的是為給出測量節點和被測節點之間的網路效能矩陣,併為總控分析模組提供對主幹網的分析資料。測量引數由管理員事先配置。

  (2)骨幹網節點到使用者的測量:這部分測量的目的是為了給出測量點到接入使用者之間的網路效能,進一步使得網路管理人員判斷接入伺服器和其他相關裝置是否工作正常。我們將從接入伺服器所持有的IP範圍中做隨機抽取一定數量的IP地址,然後進行測試。測量方法和細節與前面類似。

  主動測量的流程如下:

  (1)測量模組向伺服器發起請求,透過伺服器的認證後,伺服器將從配置資料庫中得到的資料傳給測量模組;

  (2)測量模組根據得到的配置引數進行測量;

  (3)測量完畢後,測量模組將所得測量資訊傳回伺服器,並使自己進入睡眠狀態,直至下一次測量開始(配置引數中有一個測量時間間隔的引數控制測量間隔);

  (4)伺服器得到測量引數後將其傳回測量資料庫,一次測量完成。

  被動測量是由使用者隨機發起的對檢測點的集中測量。其測量不僅可以幫助使用者瞭解訪問某些站點速度不理想的原因,還可以幫助ISP在處理使用者投訴時具體定位故障位置。考慮到管理員和普通使用者的不同要求,客戶端測量模組又可分為兩個部分:從管理員關心的角度出發,程式開始執行後將自動定時測量固定節點的效能(如省網出口路由器、國家網出口路由器等),這將幫助管理員定位網路故障位置;從使用者關心的角度出發,使用者可以對任意他所關心的節點發起測量,瞭解當前網路狀況。

  自動定時測量的流程與主動測量一樣,這裡不再重複了。使用者發起的測量流程如下:

  使用者選擇測量節點IP以及其它測量引數;

  測量模組根據引數進行測量;

  測量結果以圖形的形式返回給使用者。

  4.分析模組的設計與實現

  分析模組主要對測量模組獲得的資料進行分析,分析引數主要包括可用性、延時和丟包率。根據使用者的要求,分析包括:(1)點到點(或端到端)的延時或丟包率隨時間的變化規律;(2)主幹節點與相鄰鏈路的延時或丟包率的空間分佈規律;(3)使用者到主幹節點的延時或丟包率隨時間的變化規律;(4)主幹節點到使用者的延時或丟包率隨時間的變化規律;(5)使用者到省網出口路由器或國家網出口路由器的延時或丟包率隨時間的變化規律;(6)主幹節點到主幹節點的路徑變化規律;(7)使用者到主幹節點的路徑變化規律。

  分析模組是一個單獨執行的程序,它是按照設定時間間隔定時分析。其操作步驟為:

  分析模組讀取測量資料庫的測量資訊;

  分析模組進行統計、分析;

  分析模組將分析後的資料存放在分析資料庫中。

  分析模組如果在分析過程中發現網路出現錯誤或出現需要告警的資訊,就將這些資訊寫入錯誤、告警資料庫。

  5.使用者介面模組的設計與實現

  使用者介面模組主要用於使用者配置測量模組需要的測量引數,以及查詢分析模組分析後的資料。它包括兩大部分:使用者配置介面和使用者查詢介面。

  使用者配置介面是使用者配置部分的程式介面,它讀取使用者的配置資訊,並將這些資訊存入到配置資料庫,包括六種引數設定。

  (1)主幹節點間測量引數設定:設定的引數包括測量方法的選擇(Ping或Traceroute測量),每次測量傳送資料報的數目、大小、TTL值等。設定的結果是給分佈測量中的主幹到主幹測量部分使用;

  (2)主幹節點間連線關係設定:設定主幹節點間的連線關係資訊,從這個設定的結果可以反映主幹網的拓撲結構資訊。設定的結果是給效能分析中的主幹節點空間分析使用;

  (3)主幹節點與接入伺服器設定:設定主幹邊緣節點、接入伺服器以及使用者節點的連線關係資訊,主要設定包括邊緣節點連線接入伺服器IP地址以及每個接入伺服器對應的IP地址範圍。設定的結果是用來在寫資料庫時確定使用者所屬的接入伺服器;

  (4)主幹節點IP、域名和別名設定:設定主幹節點的IP地址、域名、別名,目的是便於使用者記住已設定的主幹。設定的結果是給使用者介面中的查詢部分使用。

  (5)使用者測量引數設定:設定使用者測量主幹節點和出口路由器的一些引數,具體引數和(1)中差不多,設定的結果是給分佈測量中的使用者測量部分和主幹到使用者測量部分使用。

  (6)省網、國家網出口路由器設定:設定網路的省網、國家網的出口路由器。設定的結果是給分佈測量中的使用者測量部分使用。

  6.使用者查詢介面的功能

  使用者查詢介面是使用者查詢分析資料的程式介面,它讀取測量模組分析後的資料,並將這些資料以各種形式顯示出來。資料庫維護模組用於整理分析資料庫和報警、錯誤資料庫中的過時資料。它主要包括8個子功能。

  (1)主幹節點間的效能查詢:給出主幹節點間的效能矩陣,主幹節點間的效能隨時間和空間的分佈規律圖,以及主幹節點間的SLA評價;

  (2)主幹節點到使用者的效能查詢:此功能模組是給出主幹節點回測使用者時得到的網路效能,包括最小、平均、最大時延和丟包率,有最新、當天、一週、一月和總體這五種性能表;

  (3)使用者到主幹節點的效能查詢:此功能模組是給出使用者測量主幹節點時得到的網路效能,包括最小、平均、最大時延和丟包率。有最新、當天、一週、一月和總體這五種性能表;

  (4)主幹節點間的路徑資訊查詢:主幹節點間的路由路徑資訊查詢結果可由圖形和(或)報表兩種形式給出,包括路徑經過的各個節點的IP地址以及這條路徑走的次數;

  (5)主幹節點間的空間資訊查詢:此功能模組用來查詢某個主幹節點到其所有相鄰主幹節點的網路效能,結果以圖形和(或)報表的形式給出;

  (6)使用者到出口路由器資訊查詢:此功能模組是給出使用者測量主幹節點時得到的網路效能,包括最小、平均、最大時延和丟包率,有最新、當天、一週、一月和總體這五種性能表;

  (7)使用者到主幹節點路徑資訊的查詢:此功能模組使用者到主幹節點間的路由路徑資訊,結果可由圖形和(或)報表兩種形式給出,包括路徑經過的各個節點的IP地址以及這條路徑走的次數;

  (8)配置資訊的查詢:此功能模組用來讓使用者查詢系統已經設定的執行引數。所有的結果都是以表格形式給出。

  三、總結

  該網路效能監測系統具有三個功能:對區域網和廣域網的裝置和鏈路進行監控;檢測各種可能的錯誤,並給出報警資訊;幫助定位和解決故障。該系統在開發時選取普通PC機以及免費的作業系統Linux(基於Linux的大型資料庫Oracle也有免費下載版本),可以降低開發成本。系統的監測時間間隔是可以由管理員根據網路情況自動調整進行,這樣避免了在網路流量過大的情況下,監控系統本身所產生的大量資料包使網路效能惡化;另外,該系統的各個模組之間均是以資料庫來連線的,耦合性不強且易於擴充套件。當然,本系統也還有些不足之處,例如使用者端的測量模組,目前是獨立的執行程式,需要使用者下載才能使用,以後的版本中可以考慮用瀏覽器外掛的形式實現。

  該系統在廣州電信局試執行過,用於對廣東省163網的效能進行監測。在試執行過程中,該系統執行可靠、穩定,各項功能達到設計要求,管理員可以透過它對網路進行監控,及時發現網路中存在的問題,並採取相應的措施,該系統為管理員提供了多種網路監控的工具。

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