網絡測試系統論文

網絡測試系統。由網絡測試設備組建而成的，大型的對網絡運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！

　　分佈式網絡性能監測系統設計與實現

對於實際運行中的網絡應用系統，系統管理員需要對其運行效率進行監控和性能分析，通過有效的管理開展最佳服務。對於欲建的網絡應用系統，網絡設計者需要驗證其設計方案的可行性，以建立最優的網絡環境。網絡規模越大，網絡性能監測和性能分析工作越顯重要。

對網絡性能進行全面監測，是有效管理網絡的基礎。這種方式之所以目前還沒有被廣泛採用，主要是因為傳統網絡監控工具存在着以下幾個缺點：網絡監測工具本身會增加網絡的流量，對網絡本身造成很大的影響;網絡監控工具造價太高，過於昂貴;網絡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絡監測工具，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，力求克服現有網絡監測系統所存在的問題，例如服務器端採用開放式操作系統Linux(同時提供到Unix的移植)以降低成本，將管理界面設計得簡單明瞭，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，應創建一個獨立平台的通用網管系統，我們可以使用Web服務器和瀏覽器來提供靜態、動態和交互的管理信息。基於Web的性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瀏覽器的平台下訪問;對系統的維護只需在Server上進行，無需在客户端修改，降低了維護費用;可以獲得各種可在任何操作系統平台上使用的簡單而有效的管理界面，特別適合於低成本、易於理解和遠程訪問的網絡運行環境。

我們可以採用分佈式測量方法，在每個被測節點處安裝一個測量程序，由該程序完成相應的測量工作，並將最後的測量結果返回服務器。這樣不僅避免了將所有的監測工作全部放在服務器上，造成服務器負載過重的弊病，減輕了服務器的負擔，而且使系統具有很強的可擴展性。當網絡拓撲結構擴展的時候，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序，在配置信息中加入新增節點的相關測量信息，就可以實現對整個擴展後的系統的監測。

服務器端採用Linux下的標準C系統，客户端軟件利用VC++進行程序設計。VC++提供了大量的框架模型及類庫，使軟件的開發與設計變得更為方便。利用C++語言也是為了保證軟件各部分的接口與軟件運行的速率。

二、具體系統設計與實現

1.開發目標

國內外已有的性能監測軟件，主要是對網絡硬件設備以及網絡提供的各種服務性能進行監測。本系統的側重點是從網絡層(IP層)給出網絡的性能指標，從而為網絡性能的分析和管理提供一定的依據和必要的數據。其中主要的性能參數包括以下幾方面。

(1)可用性(Availability)：鏈路的可用性是指有物理連接的鏈路的性能狀況。這個信息可以通過類似於Ping程序來實現，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報文的迴應信息，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) ：網絡延時是指報文在指定兩點間的往返時間(即我們所説的'rtt時間)。這個信息也可以使用類似於Ping程序來實現，即向目標節點發送ICMP報文，並根據收到的ICMP報文的迴應報文與發送ICMP報文的時間差，求出兩點間的延時信息。

(3)丟包率(Packet Loss Ratio)：丟包率是指在網絡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。同樣可以通過向目標節點發送ICMP報文，然後通過接收到的迴應報文和其發出報文的總數的比值得到這個參數。

(4)路徑信息(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

本系統採用分佈式測量和集中管理的辦法，整個系統採用Client/Server的方式，分為三大模塊：測量模塊、分析模塊和用户接口模塊，系統總體框架如圖1所示。其中，測量模塊負責網絡鏈路狀態的測量，它對用户到主幹網節點、主幹網節點之間、主幹網節點到用户的鏈路性能(網絡延時和丟包率)進行測量，並將測量所得結果發送給服務器存入測量數據庫，以備分析模塊時使用。分析模塊定時從測量數據庫中取出測量數據結果進行處理，通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數據庫中，同時結合網絡運行的特點以及用户與ISP之間的服務水平協議(SLA)的要求，對網絡性能做出初步判斷，並將性能不滿足指標的鏈路以報警信息的形式報告給管理員。用户接口模塊負責將網絡管理員所配置的信息寫入配置數據庫中，同時查詢分析數據庫，將分析的結果以Web頁面的形式返回給管理員查看。

這三種模塊主要通過數據庫進行聯接。該系統中存在三種數據庫：(1)測量數據庫，用於存放測量模塊獲得的測量信息;(2) 分析數據庫，用於存放分析模塊的統計信息;(3)配置數據庫，用於存放測量模塊需要的各種測量配置信息，如測量節點、測量間隔時間、是否需要詳細路徑信息等等。

　　系統的總流程如下：

網絡管理員通過Web頁面對系統參數進行配置，用户接口模塊讀取配置信息後，將結果存放於配置數據庫中;

測量模塊向服務器發出請求，服務器讀取配置數據庫的信息後，將所得配置信息返回給測量模塊，使其設置測量方式;

測量模塊按照測量參數進行測量，並將測量結果數據返回給服務器，由其存放於測量數據庫中;

分析模塊定時讀取測量數據庫中的數據信息，對其進行統計、分析，將結果存放在分析數據庫中，並將測量數據庫中分析過的數據刪除;

當網絡管理員想了解網絡狀況的時候，用户接口模塊會讀取分析數據庫中的數據，並通過Web界面，以圖形、報表、圖表等多種形式返回給管理員，並對性能較差的鏈路給出報警信息。

3.測量部分的設計與實現

測量模塊負責網絡鏈路狀態的測量，包括三種測量方式：(1)用户到主幹節點的測量;(2)主幹網節點間的測量;(3)主幹網節點到用户的測量。(2)、(3)都是從監控工作站發起的有規律的、可由網絡管理員控制的主動測量。(1)是由用户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。通過用户接口界面，管理員可以配置測量模塊的各種配置信息，然後將這些配置信息存到配置數據庫中，最後由服務器讀取配置信息，將其傳送給測量模塊，使其根據配置信息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用户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絡性能矩陣，併為總控分析模塊提供對主幹網的分析數據。測量參數由管理員事先配置。

(2)骨幹網節點到用户的測量：這部分測量的目的是為了給出測量點到接入用户之間的網絡性能，進一步使得網絡管理人員判斷接入服務器和其他相關設備是否工作正常。我們將從接入服務器所持有的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)測量模塊向服務器發起請求，通過服務器的認證後，服務器將從配置數據庫中得到的數據傳給測量模塊;

(2)測量模塊根據得到的配置參數進行測量;

(3)測量完畢後，測量模塊將所得測量信息傳回服務器，並使自己進入睡眠狀態，直至下一次測量開始(配置參數中有一個測量時間間隔的參數控制測量間隔);

(4)服務器得到測量參數後將其傳回測量數據庫，一次測量完成。

被動測量是由用户隨機發起的對檢測點的集中測量。其測量不僅可以幫助用户瞭解訪問某些站點速度不理想的原因，還可以幫助ISP在處理用户投訴時具體定位故障位置。考慮到管理員和普通用户的不同要求，客户端測量模塊又可分為兩個部分：從管理員關心的角度出發，程序開始運行後將自動定時測量固定節點的性能(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絡故障位置;從用户關心的角度出發，用户可以對任意他所關心的節點發起測量，瞭解當前網絡狀況。

自動定時測量的流程與主動測量一樣，這裏不再重複了。用户發起的測量流程如下：

用户選擇測量節點IP以及其它測量參數;

測量模塊根據參數進行測量;

測量結果以圖形的形式返回給用户。

4.分析模塊的設計與實現

分析模塊主要對測量模塊獲得的數據進行分析，分析參數主要包括可用性、延時和丟包率。根據用户的要求，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)用户到主幹節點的延時或丟包率隨時間的變化規律;(4)主幹節點到用户的延時或丟包率隨時間的變化規律;(5)用户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)用户到主幹節點的路徑變化規律。

分析模塊是一個單獨運行的進程，它是按照設定時間間隔定時分析。其操作步驟為：

分析模塊讀取測量數據庫的測量信息;

分析模塊進行統計、分析;

分析模塊將分析後的數據存放在分析數據庫中。

分析模塊如果在分析過程中發現網絡出現錯誤或出現需要告警的信息，就將這些信息寫入錯誤、告警數據庫。

5.用户接口模塊的設計與實現

用户接口模塊主要用於用户配置測量模塊需要的測量參數，以及查詢分析模塊分析後的數據。它包括兩大部分：用户配置接口和用户查詢接口。

用户配置接口是用户配置部分的程序接口，它讀取用户的配置信息，並將這些信息存入到配置數據庫，包括六種參數設置。

(1)主幹節點間測量參數設置：設置的參數包括測量方法的選擇(Ping或Traceroute測量)，每次測量發送數據報的數目、大小、TTL值等。設置的結果是給分佈測量中的主幹到主幹測量部分使用;

(2)主幹節點間連接關係設置：設置主幹節點間的連接關係信息，從這個設置的結果可以反映主幹網的拓撲結構信息。設置的結果是給性能分析中的主幹節點空間分析使用;

(3)主幹節點與接入服務器設置：設置主幹邊緣節點、接入服務器以及用户節點的連接關係信息，主要設置包括邊緣節點連接接入服務器IP地址以及每個接入服務器對應的IP地址範圍。設置的結果是用來在寫數據庫時確定用户所屬的接入服務器;

(4)主幹節點IP、域名和別名設置：設置主幹節點的IP地址、域名、別名，目的是便於用户記住已設置的主幹。設置的結果是給用户接口中的查詢部分使用。

(5)用户測量參數設置：設置用户測量主幹節點和出口路由器的一些參數，具體參數和(1)中差不多，設置的結果是給分佈測量中的用户測量部分和主幹到用户測量部分使用。

(6)省網、國家網出口路由器設置：設置網絡的省網、國家網的出口路由器。設置的結果是給分佈測量中的用户測量部分使用。

6.用户查詢接口的功能

用户查詢接口是用户查詢分析數據的程序接口，它讀取測量模塊分析後的數據，並將這些數據以各種形式顯示出來。數據庫維護模塊用於整理分析數據庫和報警、錯誤數據庫中的過時數據。它主要包括8個子功能。

(1)主幹節點間的性能查詢：給出主幹節點間的性能矩陣，主幹節點間的性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)主幹節點到用户的性能查詢：此功能模塊是給出主幹節點回測用户時得到的網絡性能，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)用户到主幹節點的性能查詢：此功能模塊是給出用户測量主幹節點時得到的網絡性能，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)主幹節點間的路徑信息查詢：主幹節點間的路由路徑信息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)主幹節點間的空間信息查詢：此功能模塊用來查詢某個主幹節點到其所有相鄰主幹節點的網絡性能，結果以圖形和(或)報表的形式給出;

(6)用户到出口路由器信息查詢：此功能模塊是給出用户測量主幹節點時得到的網絡性能，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)用户到主幹節點路徑信息的查詢：此功能模塊用户到主幹節點間的路由路徑信息，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)配置信息的查詢：此功能模塊用來讓使用者查詢系統已經設置的運行參數。所有的結果都是以表格形式給出。

三、總結

該網絡性能監測系統具有三個功能：對局域網和廣域網的設備和鏈路進行監控;檢測各種可能的錯誤，並給出報警信息;幫助定位和解決故障。該系統在開發時選取普通PC機以及免費的操作系統Linux(基於Linux的大型數據庫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絡情況自動調整進行，這樣避免了在網絡流量過大的情況下，監控系統本身所產生的大量數據包使網絡性能惡化;另外，該系統的各個模塊之間均是以數據庫來連接的，耦合性不強且易於擴展。當然，本系統也還有些不足之處，例如用户端的測量模塊，目前是獨立的運行程序，需要用户下載才能使用，以後的版本中可以考慮用瀏覽器插件的形式實現。

該系統在廣州電信局試運行過，用於對廣東省163網的性能進行監測。在試運行過程中，該系統運行可靠、穩定，各項功能達到設計要求，管理員可以通過它對網絡進行監控，及時發現網絡中存在的問題，並採取相應的措施，該系統為管理員提供了多種網絡監控的工具。