基于校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(shí)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(duì)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(duì)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)、中國電信網(wǎng)絡(luò)等）時(shí)一般會(huì)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(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)測(cè)量結(jié)果分析、改進(jìn)網(wǎng)絡(luò)中存在的問題。

　　本文所述測(cè)量系統(tǒng)主要是基于校園網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有分布式、可擴(kuò)展性的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量平臺(tái)。利用各種測(cè)量方法和測(cè)量工具，測(cè)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(jià)值的參考。

　　1 網(wǎng)絡(luò)測(cè)量技術(shù)

　　對(duì)于網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(cè)的問題日益增多，網(wǎng)絡(luò)測(cè)量技術(shù)也越來越受到研究人員的關(guān)注。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)測(cè)量，目前沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，人們只是形象地將網(wǎng)絡(luò)測(cè)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(cè)試了解網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)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(dòng)的總稱[3-4]。網(wǎng)絡(luò)測(cè)量技術(shù)主要包括以下幾個(gè)方面：測(cè)量方法、測(cè)量對(duì)象、測(cè)量工具和測(cè)量結(jié)果的可視化等[5]。

　　1.1 測(cè)量方法

　　由于測(cè)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(cè)量環(huán)境中測(cè)量節(jié)點(diǎn)數(shù)目的多少，可以分為基于單點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和基于多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量；根據(jù)被測(cè)者是否知情，可以分為協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和非協(xié)作式網(wǎng)絡(luò)測(cè)量；根據(jù)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的位置，可以分為端到端的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和分布式的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量；根據(jù)測(cè)量的行為方式，可以分為主動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和被動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)測(cè)量。

　　主動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)測(cè)量方法是測(cè)量源節(jié)點(diǎn)向目標(biāo)鏈路或者目標(biāo)節(jié)點(diǎn)發(fā)送探測(cè)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(dòng)測(cè)量方法非常易于在網(wǎng)絡(luò)測(cè)量中實(shí)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(gè)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)的行為特征。但是，主動(dòng)測(cè)量方法也存在一定的缺陷，該方法在測(cè)量的過程中需要向網(wǎng)絡(luò)中注入特定的探測(cè)流量，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)中流量的增加。雖然探測(cè)流量很小，但是如果控制不當(dāng)，也會(huì)在增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

　　被動(dòng)式網(wǎng)絡(luò)測(cè)量方法是通過在網(wǎng)絡(luò)中特定的節(jié)點(diǎn)上安裝探針和數(shù)據(jù)采集器等來收集流經(jīng)該節(jié)點(diǎn)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(dòng)測(cè)量方法主要是通過在一個(gè)特殊點(diǎn)觀察網(wǎng)絡(luò)的行為，不會(huì)增加和修改網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，對(duì)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(dòng)測(cè)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(dòng)測(cè)量方法的適用范圍較小，并且難以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)測(cè)量方法主要用在帶寬測(cè)量和流量測(cè)量等方面。另一方面，由于被動(dòng)測(cè)量方法可以直接獲得該節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)，可能會(huì)造成信息泄露等安全方面的問題。