基于校園網的網絡測量系統設計與實現

　　互聯網從誕生之日起就受到了人們的青睞。人們希望利用互聯網技術來改變其生活方式，事實上，互聯網技術經過幾十年的長足發展，已經影響并改變了傳統的生活、工作和學習等方式。互聯網技術的發明可以說是人類發明史最偉大的杰作[1]，隨著網絡規模的日益擴大、互聯網用戶數量激增和新的網絡應用不斷出現，用戶對互聯網資源的需求也急速增加，這就使得網絡經常出現服務質量(QoS)低、網絡阻塞嚴重等現象[2]。尤其對于校園網用戶來說，隨著校園網絡日益規模化和復雜化，其用戶數量通常過萬，當校園網用戶訪問公網（中國聯通網絡、中國移動網絡、中國電信網絡等）時一般會出現網絡阻塞嚴重甚至會出現訪問不可達等現象。在這些情況下，如何提高校園網用戶服務質量是網絡管理人員面臨的重要問題。要有效地解決這些問題，首先就需要對網絡進行測量，然后根據測量結果分析、改進網絡中存在的問題。

　　本文所述測量系統主要是基于校園網絡，實現一個具有分布式、可擴展性的網絡測量平臺。利用各種測量方法和測量工具，測量校園網訪問公網和其他校園網絡各種相關的網絡性能參數。從而獲得網絡的狀態信息，掌握和分析校園網絡中各種性能參數，研究校園網多出口環境下的網絡優化問題，為校園網絡的優化提供有價值的參考。

　　1 網絡測量技術

　　對于網絡測量技術的研究始于20世紀70年代，隨著網絡技術的飛速發展，網絡中出現的各種難以預測的問題日益增多，網絡測量技術也越來越受到研究人員的關注。對于網絡測量，目前沒有一個統一的定義，人們只是形象地將網絡測量描述為利用一些有效的方法和成熟的技術，通過使用軟硬件工具來測試了解網絡的運行狀態、獲得網絡性能參數和網絡行為指標等一系列活動的總稱[3-4]。網絡測量技術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]。根據測量環境中測量節點數目的多少，可以分為基于單點的網絡測量和基于多點的網絡測量；根據被測者是否知情，可以分為協作式網絡測量和非協作式網絡測量；根據被測節點的位置，可以分為端到端的網絡測量和分布式的網絡測量；根據測量的行為方式，可以分為主動式網絡測量和被動式網絡測量。

　　主動式網絡測量方法是測量源節點向目標鏈路或者目標節點發送探測數據包，然后根據返回的網絡性能參數來研究和分析網絡的行為。主動測量方法非常易于在網絡測量中實現，而且能以更加直接的方式來分析網絡，可以全面掌握整個測量網絡的行為特征。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絡中注入特定的探測流量，導致了網絡中流量的增加。雖然探測流量很小，但是如果控制不當，也會在增加網絡負荷的同時對網絡性能結果產生一定的影響。

　　被動式網絡測量方法是通過在網絡中特定的節點上安裝探針和數據采集器等來收集流經該節點的網絡流量，然后進行分析，提取業務特征進而獲得網絡性能數據。被動測量方法主要是通過在一個特殊點觀察網絡的行為，不會增加和修改網絡的數據，對于網絡負荷基本上沒有影響，能夠較為準確地反應網絡中的性能。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，并且難以實現對網絡整體的理解和網絡端到端行為的理解，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點上的數據，可能會造成信息泄露等安全方面的問題。