基于校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)測量系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

　　互聯(lián)網(wǎng)從誕生之日起就受到了人們的青睞。人們希望利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來改變其生活方式，事實上，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過幾十年的長足發(fā)展，已經(jīng)影響并改變了傳統(tǒng)的生活、工作和學(xué)習(xí)等方式。互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)明可以說是人類發(fā)明史最偉大的杰作[1]，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益擴(kuò)大、互聯(lián)網(wǎng)用戶數(shù)量激增和新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用不斷出現(xiàn)，用戶對互聯(lián)網(wǎng)資源的需求也急速增加，這就使得網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常出現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量(QoS)低、網(wǎng)絡(luò)阻塞嚴(yán)重等現(xiàn)象[2]。尤其對于校園網(wǎng)用戶來說，隨著校園網(wǎng)絡(luò)日益規(guī)?；蛷?fù)雜化，其用戶數(shù)量通常過萬，當(dāng)校園網(wǎng)用戶訪問公網(wǎng)（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)、中國移動網(wǎng)絡(luò)、中國電信網(wǎng)絡(luò)等）時一般會出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞嚴(yán)重甚至?xí)霈F(xiàn)訪問不可達(dá)等現(xiàn)象。在這些情況下，如何提高校園網(wǎng)用戶服務(wù)質(zhì)量是網(wǎng)絡(luò)管理人員面臨的重要問題。要有效地解決這些問題，首先就需要對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測量，然后根據(jù)測量結(jié)果分析、改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中存在的問題。

　　本文所述測量系統(tǒng)主要是基于校園網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)一個具有分布式、可擴(kuò)展性的網(wǎng)絡(luò)測量平臺。利用各種測量方法和測量工具，測量校園網(wǎng)訪問公網(wǎng)和其他校園網(wǎng)絡(luò)各種相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)。從而獲得網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息，掌握和分析校園網(wǎng)絡(luò)中各種性能參數(shù)，研究校園網(wǎng)多出口環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化問題，為校園網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化提供有價值的參考。

　　1 網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)

　　對于網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的各種難以預(yù)測的問題日益增多，網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)也越來越受到研究人員的關(guān)注。對于網(wǎng)絡(luò)測量，目前沒有一個統(tǒng)一的定義，人們只是形象地將網(wǎng)絡(luò)測量描述為利用一些有效的方法和成熟的技術(shù)，通過使用軟硬件工具來測試了解網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)、獲得網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)行為指標(biāo)等一系列活動的總稱[3-4]。網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)主要包括以下幾個方面：測量方法、測量對象、測量工具和測量結(jié)果的可視化等[5]。

　　1.1 測量方法

　　由于測量方法分類較多，本文僅介紹幾種最基本、最常用的分類方法[6]。根據(jù)測量環(huán)境中測量節(jié)點數(shù)目的多少，可以分為基于單點的網(wǎng)絡(luò)測量和基于多點的網(wǎng)絡(luò)測量；根據(jù)被測者是否知情，可以分為協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)測量和非協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)測量；根據(jù)被測節(jié)點的位置，可以分為端到端的網(wǎng)絡(luò)測量和分布式的網(wǎng)絡(luò)測量；根據(jù)測量的行為方式，可以分為主動式網(wǎng)絡(luò)測量和被動式網(wǎng)絡(luò)測量。

　　主動式網(wǎng)絡(luò)測量方法是測量源節(jié)點向目標(biāo)鏈路或者目標(biāo)節(jié)點發(fā)送探測數(shù)據(jù)包，然后根據(jù)返回的網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)來研究和分析網(wǎng)絡(luò)的行為。主動測量方法非常易于在網(wǎng)絡(luò)測量中實現(xiàn)，而且能以更加直接的方式來分析網(wǎng)絡(luò)，可以全面掌握整個測量網(wǎng)絡(luò)的行為特征。但是，主動測量方法也存在一定的缺陷，該方法在測量的過程中需要向網(wǎng)絡(luò)中注入特定的探測流量，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)中流量的增加。雖然探測流量很小，但是如果控制不當(dāng)，也會在增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的同時對網(wǎng)絡(luò)性能結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

　　被動式網(wǎng)絡(luò)測量方法是通過在網(wǎng)絡(luò)中特定的節(jié)點上安裝探針和數(shù)據(jù)采集器等來收集流經(jīng)該節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)流量，然后進(jìn)行分析，提取業(yè)務(wù)特征進(jìn)而獲得網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)。被動測量方法主要是通過在一個特殊點觀察網(wǎng)絡(luò)的行為，不會增加和修改網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，對于網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷基本上沒有影響，能夠較為準(zhǔn)確地反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中的性能。但是，從被動測量方法中捕獲得到的包難以甚至不可能包括想要的某些信息，被動測量方法的適用范圍較小，并且難以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)整體的理解和網(wǎng)絡(luò)端到端行為的理解，因此，被動測量方法主要用在帶寬測量和流量測量等方面。另一方面，由于被動測量方法可以直接獲得該節(jié)點上的數(shù)據(jù)，可能會造成信息泄露等安全方面的問題。