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利用Ping拨打测试实现数据网端到端的带宽测试作者：罗志明　刘丕东（2008-1-28) 　[关键词] 数据网 带 宽 摘要　提出利用数据综合网管二期 系统的Ping拨打测试模块实现数据网端到端的带宽测试方法，给出了依照现网数据进行测试的结果，对目前流行的带宽测试方法进行了可行性探讨。 　　随着中国移动各种数据业务的开展，对于端到端用户的服务质量保证 得到了越来越多的重视。很多业务的开展都要得到足够的端到端可用带宽的保证，对于运营商来说，核心运营网络优化工作的基础必然是基于端到端的带宽测量。对 现有实际带宽容量的测量不仅对于评估网络工程质量有一定的意义，而且还影响到网络扩容以及资源利用率。市场上现有网管产品在带宽测量上功能较单一，价格也 非常昂贵，不适合集中网管的要求。针对这一需求，目前在中国移动数据综合网管二期项目中已经部署了Ping时延拨打测试的模块，该模块主要用于对数据设备 和业务主机是否在线进行测试并且获取端到端的时延情况。 　　在这种情况下，山西移动利用现有的网管模块，提出了一种利用 Ping拨打测试来实现数据网端到端带宽测试的方法。这种方法应用了流量工程里的可变包长探测的方法，能够实现端到端路径上每一跳（hop）的带宽估计。 值得一提的是，只要对网管系统拨打测试模块进行较少改造即可实现这一测试方法，因此性价比十分优越。 1、改进探测方法 　　1.1　可变包长探测方法 　　可变包长探测方法利用了Ping测试的结果，主要是为了测试路径 上每一跳的容量带宽。网络管理员可以直接读取路由器或者交换机的端口信息来获取这类信息，但是对于端到端的网络容量以及未在管理范围内的网络容量就无从得 知了，而且在实际网络环境下，理论的端口信息与实际带宽容量相差较大。另外，最终用户和服务提供商只能通过带宽估计而无法直接获取网络容量参数。对于工程 上的线路质量和网络瓶颈这类问题，运营商也只能通过带宽估计来发现，这在实际网络环境中有很大的不便。 　　可变包长探测主要是从源端到路径上的任一设备发送不同大小的包， 通过计算往返时延与包大小的函数关系来获取路径各段带宽容量的方法。具体来说，首先利用IP包头的TTL域（工作原理和常用的Tracerouter工具 一样），强制包在一个特定的跳上超时。这一跳的路由器将丢弃该探测包，并利用Internet控制消息协议（ICMP）的超时错误报文发回源设备。源设备 就获取到了路径设备信息，然后就可以发送Ping测试包，通过接收到的ICMP报文计算出到这一跳的往返时延。 　　往返时延由三部分组成，第一部分是数据包被发送到线路上的时延， 这部分时延和包的大小有关，假如数据包的长度为L，带宽为C，则发送时延为T=L/C；第二部分是信号的传输时延，在数量级上目前基本上都达到了光速级 别，与包的大小无关，只要不改变路径，这部分时延就不会改变；第三部分是排队时延，主要与路由器交换机的缓存有关，由于网络内数据包的数量很多，可能会在 某个路由器缓存内排队等待发送，这种现象将导致排队时延。 　　可变包长探测方法就是从源设备端节点向路径上的每一个三层设备发 送大小固定的很多包，该方法假设至少有一个包可以避免排队时延，那么该往返时延肯定是不包含排队时延的。因此，我们可以认为在这些包中具有最小往返时延的 包只包含了发送时延和传输时延。我们设定发送L长度的数据包时，第i跳最小的往返时延为Ti（L）： 　　　 （1） 　　这里Ck是第k跳的容量，ɑ是与包大小无关的时延，βi是该一次 函数的斜率，　　。 因此有： 　　　 （2） 　　这就是可变包长探测方法的数学表达，即通过求出某一跳所在两个设 备的往返时延函数的斜率，从斜率上计算出该跳的容量带宽。 　　在对Ping拨打测试模块改造的基础上，我们进行了现网测试，得 到的测试结果如图1所示。该测试是对网内某台三层交换机进行拨打测试，包的大小从100字节增至1400字节（注意最大字节数不能超过硬件设备的最大传输 单元，否则将导致硬件拆包重组），增长步长为100字节，每次测试32个包，如果网络较忙，一般采用128个数据包进行统计。经过测试发现，随着包的大小 线性增加，最小往返时延也呈线性递增状态。 图1　最小往返时延趋势 　　将数据进行线性拟和得到最小往返时延趋势拟和线，即可获得当前的 βi。通过这一系列的β值，我们可以利用公式（2）计算出路径上各段的带宽容量。 　　按照公式（2），我们在省级CMNET网络和山西省某地市网络进 行了测试，按照常见的网络环境，可以得到表1的测试结果。将结果与现网历史端口流量的统计结果进行对比，表明了可变包长测试方法能够测试出实际的网络带宽 容量，但是由于存在某些网络环境并不是完全符合理论要求，因此第3个测试结果应该小于实际的带宽容量。 表1　带宽估计测试表 序