專利名稱：一種利用混合報文測量可用帶寬的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機網(wǎng)絡電子通信領域，特別是指一種利用混合報文測量可用帶寬 的方法和裝置。
背景技術：
隨著計算機技術的發(fā)展，因特網(wǎng)(Internet)逐漸成為人們獲取信息、相互交流的 重要平臺之一。因特網(wǎng)在全球范圍的急劇膨脹、以及因特網(wǎng)中實時業(yè)務和多媒體業(yè)務等新 業(yè)務的快速發(fā)展，導致了因特網(wǎng)網(wǎng)絡性能的下降。目前，影響網(wǎng)絡性能的主要原因有鏈路帶 寬、鏈路瓶頸、應用與協(xié)議的設計和主機系統(tǒng)等因素，其中，鏈路帶寬是最重要的網(wǎng)絡資源， 也是傳輸路徑性能的主要決定因素之一，并且與網(wǎng)絡瓶頸、整體性能分析、容量規(guī)劃等密切 相關，因此，精確地測量帶寬就成為因特網(wǎng)研究中的一個重要問題。在網(wǎng)絡帶寬測量領域中，按不同的測度，網(wǎng)絡帶寬測量可分為鏈路帶寬、路徑帶寬 和可用帶寬等不同方面的測量?？捎脦捲诠こ讨惺蔷W(wǎng)絡路由、流量工程、QoS控制中的一 個關鍵參數(shù)，相比于瓶頸帶寬更具有實際意義。鏈路帶寬指一條鏈路的最大帶寬、即該條鏈路的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，由鏈路的物 理性質決定；鏈路可用帶寬指一條鏈路當前未被使用的帶寬；路徑帶寬為當前路徑上的所 有鏈路帶寬的最小值，路徑帶寬也被稱為端到端路徑帶寬；路徑可用帶寬為當前路徑上的 所有鏈路可用帶寬的最小值，路徑可用帶寬也被稱為端到端路徑可用帶寬。在當前路徑上 的所有鏈路中，鏈路可用帶寬最小的鏈路被稱為該路徑的緊迫鏈路，鏈路帶寬最小的鏈路 被稱為該路徑的瓶頸鏈路。圖1所示為端到端帶寬示意圖，發(fā)送端和接收端之間的路徑由三條鏈路1^丄2和L3 組成，其中，Cp C2、C3分別為鏈路Li、L2、L3的鏈路帶寬；陰影部分表示當前鏈路已經(jīng)使用的 帶寬，則ApA2、A3分別為鏈路Li、L2、L3未被使用的帶寬、即鏈路可用帶寬。從圖中可以看出 C1 < C2 < C3、即鏈路L1的鏈路帶寬最小，決定了發(fā)送端到接收端的路徑帶寬，則鏈路L1是 發(fā)送端和接收端之間的瓶頸鏈路；另外，A3 < A1 < A2、即鏈路L3鏈路可用帶寬最小，決定了 發(fā)送端到接收端的路徑可用帶寬，則鏈路L3為該路徑的緊迫鏈路?，F(xiàn)有的帶寬測量方法多是基于時間戳的包隊列算法，主要測量模型有探測間隔模 型(PGM，Packet Gap Model)和探測速率模型(PRM，Packet Rate Model)。其中，基于 PGM 模型的算法主要是分析探測包隊列的包間隔變化，根據(jù)變化趨勢來確定帶寬的估計值，也 被稱為基于時間戳的帶寬測量方法；基于PRM模型的算法主要是在發(fā)送端以一定的速率發(fā) 送探測包隊列，根據(jù)接收端接收探測包隊列的速率，動態(tài)調整探測包隊列的發(fā)送速率，從而 確定一個匹配的臨界速率來估算待測帶寬。但是，現(xiàn)有的基于PGM和PRM的帶寬測量方法主要存在以下缺點1.上述兩種測量方法一般需要被動測量端的配合工作，也就是說，被動測量端需 要根據(jù)探測包隊列的一些信息進行相應的計算，并將這些計算信息返回給主動測量端，兩 測量端需要配合工作才能測試出鏈路帶寬。這種情況下，需要被動測量端采取安裝相應的
4測量程序等輔助措施，這樣降低了測量方法的實用性和靈活性。2.上述兩種測量方法計算流程復雜，特別是基于PGM的帶寬測量方法，對于定時 精度等要求比較嚴格，計算的復雜度較高。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用混合報文測量可用帶寬的方法和 裝置，能夠降低帶寬測量的復雜度。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明提供了一種利用混合報文測量可用帶寬的方法，該方法包括主動測量端發(fā)送網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP報文給被動測量端，所述主動測量端統(tǒng) 計到被動測量端的網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率；主動測量端發(fā)送混合報文給所述被動測量端，主動測量端統(tǒng)計到被動測量端的所 述混合報文的ICMP報文平均丟包率；主動測量端判定所述ICMP報文平均丟包率與網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率之差大于 預設的丟包率閾值時，統(tǒng)計所述被動測量端接收混合報文的平均速率，作為主動測量端到 被動測量端的可用帶寬。該方法進一步包括所述主動測量端以預設的初始發(fā)送速率發(fā)送ICMP報文給被 動測量端，所述被動測量端接收到所述ICMP報文后，將所述ICMP報文返回給所述主動測量 端，所述主動測量端依據(jù)自身發(fā)送的ICMP報文和被動測量端返回的ICMP報文，統(tǒng)計所述網(wǎng) 絡正常ICMP報文丟包率。其中，所述主動測量端發(fā)送混合報文給所述被動測量端之前，該方法還包括所述 主動測量端確定所述混合報文的發(fā)送速率；相應的，確定所述混合報文的發(fā)送速率，具體為當所述主動測量端第一次向所述被動測量端發(fā)送所述混合報文時，所述混合報文 的第一次發(fā)送速率為所述預設的初始發(fā)送速率、或者為所述主動測量端到被動測量端之間 瓶頸鏈路的鏈路帶寬。所述主動測量端發(fā)送的混合報文為η組混合報文，且所述混合報文包括所述ICMP 報文和用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議UDP報文，其中η為大于等于1的整數(shù)。該方法還包括所述主動測量端將所述UDP報文的目的端口設置為錯誤的目的端 口 ；相應的，所述被動測量端接收到所述混合報文后，依據(jù)所述錯誤的目的端口將所述UDP 報文丟棄，并將所述混合報文中的ICMP報文返回給所述主動測量端。所述主動測量端統(tǒng)計所述ICMP報文平均丟包率，具體為所述主動測量端依據(jù)自 身發(fā)送的η組混合報文、和被動測量端返回的ICMP報文，統(tǒng)計所述η組中每組混合報文的 ICMP報文丟包率，并對所述η組混合報文的ICMP報文丟包率進行平均，得到所述ICMP報文 平均丟包率。所述主動測量端判定所述ICMP報文平均丟包率與所述網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率 之差小于等于預設的丟包率閾值時，該方法還包括所述主動測量端重新確定所述混合報 文的發(fā)送速率，具體為以所述混合報文的第一次發(fā)送速率為基礎，采用線性提高、或者指 數(shù)倍提高的方式增加所述發(fā)送速率。
所述主動測量端統(tǒng)計所述被動測量端接收所述混合報文的平均速率，具體為所 述主動測量端依據(jù)自身發(fā)送的η組混合報文、和被動測量端返回的ICMP報文，統(tǒng)計所述被 動測量端接收所述η組中每組混合報文的速率，并對所述被動測量端接收所述η組混合報 文的速率進行平均，得到所述被動測量端接收所述混合報文的平均速率。本發(fā)明還提供了一種利用混合報文測量可用帶寬的裝置，該裝置包括主動測量 端和被動測量端，其中，所述主動測量端，用于發(fā)送ICMP報文給所述被動測量端，并統(tǒng)計到所述被動測量 端的網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率；還用于發(fā)送混合報文給所述被動測量端，并統(tǒng)計到所述被 動測量端的所述ICMP報文平均丟包率，并在判定所述ICMP報文平均丟包率與所述網(wǎng)絡正 常ICMP報文丟包率之差大于預設的丟包率閾值時，統(tǒng)計所述被動測量端接收所述混合報 文的平均速率；所述被動測量端，用于接收所述ICMP報文和所述混合報文。其中，所述被動測量端還用于，在接收到所述主動測量端發(fā)送的ICMP報文時，返 回所述ICMP報文給主動測量端；在接收到所述主動測量端發(fā)送的混合報文時，將所述混合 報文中的UDP報文丟棄，并將混合報文中的ICMP報文返回給主動測量端。本發(fā)明的帶寬測量方案，由主動測量端發(fā)送ICMP報文給被動測量端，并統(tǒng)計到被 動測量端的網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率；由主動測量端發(fā)送混合報文給被動測量端，并統(tǒng)計 到被動測量端的ICMP報文平均丟包率；當主動測量端判定ICMP報文平均丟包率與網(wǎng)絡正 常ICMP報文丟包率之差大于預設的丟包率閾值時，統(tǒng)計被動測量端接收混合報文的平均 速率；該平均速率即為測量的路徑可用帶寬。另外，該方案中，主動測量端發(fā)送的混合報文 中UDP報文的目的端口被設置為錯誤的，如此，被動測量端可以直接將UDP報文丟棄，只向 主動測量端返回ICMP報文。由此可見，本發(fā)明中的帶寬測量不需要被動測量端的配合工 作，降低了測量工作的復雜度，同時本發(fā)明的測量方法的實用性和靈活性也比較高。


圖1為端到端帶寬示意圖；圖2為本發(fā)明利用混合報文測量可用帶寬的方法流程示意圖；圖3為本發(fā)明利用混合報文測量可用帶寬一實施例的方法流程示意圖；圖4為本發(fā)明的混合報文構成示意圖；圖5為本發(fā)明利用混合報文測量可用帶寬的裝置結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的技術方案進一步詳細闡述。本發(fā)明中的帶寬測量主要是對端到端的路徑可用帶寬的測量，其中一端為主動測 量端，則另外一端為被動測量端；主動測量端通過向被動測量端發(fā)送混合報文的方式，對兩 端的路徑可用帶寬進行測量。本發(fā)明中混合報文指用戶數(shù)據(jù)報文協(xié)議(UDP，User Datagram Protocol)報文和 網(wǎng)際控制 艮文協(xié)議(ICMP, Internet Control Message Protocol) 艮文。本發(fā)明利用混合報文測量可用帶寬的流程如圖2所示，包括
步驟201，主動測量端發(fā)送ICMP報文給被動測量端，主動測量端統(tǒng)計到被動測量 端的網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率；步驟202，主動測量端發(fā)送混合報文給被動測量端，主動測量端統(tǒng)計到被動測量端 的混合報文中的ICMP報文平均丟包率；步驟203，主動測量端判定ICMP報文平均丟包率與網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率之差 大于預設的丟包率閾值時，統(tǒng)計被動測量端接收混合報文的平均速率，作為主動測量端到 被動測量端的可用帶寬。下面結合具體的實施里來說明本發(fā)明測量帶寬的方法，如圖3所示，包括步驟301，主動測量端測量網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率。主動測量端以預設的初始發(fā)送速率發(fā)送ICMP報文給被動測量端，被動測量端接 收到ICMP報文后，將ICMP報文返回給主動測量端，主動測量端依據(jù)自身發(fā)送的ICMP報文 和被動測量端返回的ICMP報文，統(tǒng)計主動測量端到被動測量端的網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包 率，具體為主動測量端以預設的初始發(fā)送速率Vtl向被動測量端發(fā)送ICMP報文，其中Vtl為 一個較低的發(fā)送速率，當以Vtl為ICMP報文的發(fā)送速率時，需要確保不會造成網(wǎng)絡的擁塞， 在該前提下，主動測量端可以根據(jù)自身需要進行\(zhòng)值的選擇。假設主動測量端向被動測量端一次發(fā)送了 ζ (ζ為正整數(shù))個ICMP報文，且被動測 量端返回了 ζ' (ζ'為正整數(shù))個ICMP報文，則當前路徑上網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率為
β:Ζ乂
ζ步驟302，主動測量端確定當前混合報文的發(fā)送速率。當主動測量端第一次向被動測量端發(fā)送混合報文，且在已知當前路徑、即主動測 量端到被動測量端的瓶頸鏈路的鏈路帶寬時，該混合報文的第一次發(fā)送速率可以為該瓶頸 鏈路的鏈路帶寬；否則，可以為預設的初始發(fā)送速率\。如果混合報文的第一次發(fā)送速率不能滿足路徑可用帶寬的測量，則需要提高混合 報文的發(fā)送速率，具體的，根據(jù)需要可以采用線性提高和指數(shù)倍提高兩種手段。其中，線性 提高發(fā)送速率時，發(fā)送速率的增長速度較慢，導致測試時間相對較長，但是測試結果更為準 確；指數(shù)倍提高發(fā)送速率時，發(fā)送速率的增長速度較快，測試收斂快，但是測試結果相對線 性提高發(fā)送速率的誤差較大。步驟303，主動測量端以當前確定的發(fā)送速率向被動測量端發(fā)送混合報文；被動 測量端向主動測量端返回ICMP報文。本發(fā)明的混合報文中，UDP報文的數(shù)量較多，較佳地，可以設置連續(xù)發(fā)送k (k為正 整數(shù))個UDP報文后發(fā)送一個ICMP報文，如圖4所示為一組混合報文的結構示意圖，主動發(fā) 送端以ICMP1報文作為該組混合報文的起始，然后連續(xù)發(fā)送k個UDP報文后發(fā)送一個ICMP2 報文；再連續(xù)發(fā)送k個UDP報文后發(fā)送一個ICMP3報文，以此類推，以連續(xù)發(fā)送k個UDP報 文后發(fā)送一個ICMPs報文作為該組混合報文的結束，可以將k個UDP報文+1個ICMP報文 稱為一組混合報文的一個發(fā)送間隔。由此可見兩個連續(xù)ICMP報文的發(fā)送間隔很大，則被動 測量端返回ICMP報文的間隔也很大。該混合報文中共有s (s為正整數(shù))個ICMP報文，且ICMP報文的編號是連續(xù)的，其 中，ICMP1為第一個ICMP報文、ICMPs為最后一個ICMP報文；UDP報文的數(shù)量為(s_l) Xk0
7
需要指出的是，本發(fā)明中主動測量端在發(fā)送UDP報文時，將UDP報文的目的端口設 置為錯誤的目的端口號，如此被動測量端在接收到混合報文時，由于UDP報文的目的端口 號錯誤，因此被動測量端直接將UDP報文丟棄，而只是接收ICMP報文，并向主動測量端返回 ICMP報文。由于ICMP報文本身就具有測量端到端的數(shù)據(jù)傳輸功能(包括帶寬測量)，并且 UDP報文由被動測量端主動丟棄，因此，被動測量端不需要對帶寬測量作任何的配合工作， 這樣就大大地降低了帶寬測量的復雜度。上述UDP報文占混合報文的比例遠遠大于ICMP報文占混合報文的比例，如此，在 上行(主動測量端向被動測量端發(fā)送混合報文)過程中，由于混合報文的數(shù)據(jù)量較大，致使 ICMP報文的發(fā)送受網(wǎng)絡狀況的影響較大；在下行(被動測量端向主動測量端返回ICMP報 文)過程中，由于UDP報文已經(jīng)被丟棄，返回的只有ICMP報文，數(shù)據(jù)量大大減少，且ICMP報 文之間的間隔很大，因此，ICMP報文受到網(wǎng)絡狀況的影響大大減小，這樣有助于提高帶寬測 量的精度。步驟304，主動測量端統(tǒng)計ICMP報文平均丟包率。主動測量端依據(jù)自身發(fā)送的η組混合報文和被動測量端返回的ICMP報文，統(tǒng)計η 組中每組混合報文的ICMP報文丟包率，并對這η組混合報文的ICMP報文丟包率進行平均， 得到ICMP報文平均丟包率。具體的，主動測量端需要統(tǒng)計在當前發(fā)送速率下的ICMP報文平均丟包率。僅以單 組混合報文的ICMP報文丟包率為依據(jù)來測量路徑可用帶寬時，會產(chǎn)生較大的誤差，因此， 在進行一次路徑可用帶寬的測量時，上述步驟303中需要主動測量端一次發(fā)送η (η = 1,2, 3...)組混合報文，較佳地，η可以取大于1的整數(shù)，并分別計算每組混合報文的ICMP報文 丟包率、即單組ICMP報文丟包率α η ；然后取這η組ICMP報文丟包率的平均值，得到ICMP
報文平均丟包率
權利要求
一種利用混合報文測量可用帶寬的方法，其特征在于，該方法包括主動測量端發(fā)送網(wǎng)際控制報文協(xié)議ICMP報文給被動測量端，所述主動測量端統(tǒng)計到被動測量端的網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率；主動測量端發(fā)送混合報文給所述被動測量端，主動測量端統(tǒng)計到被動測量端的所述混合報文的ICMP報文平均丟包率；主動測量端判定所述ICMP報文平均丟包率與網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率之差大于預設的丟包率閾值時，統(tǒng)計所述被動測量端接收混合報文的平均速率，作為主動測量端到被動測量端的可用帶寬。
2.根據(jù)權利要求1所述利用混合報文測量可用帶寬的方法，其特征在于，該方法進一 步包括所述主動測量端以預設的初始發(fā)送速率發(fā)送ICMP報文給被動測量端，所述被動測 量端接收到所述ICMP報文后，將所述ICMP報文返回給所述主動測量端，所述主動測量端依 據(jù)自身發(fā)送的ICMP報文和被動測量端返回的ICMP報文，統(tǒng)計所述網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率。
3.根據(jù)權利要求2所述利用混合報文測量可用帶寬的方法，其特征在于，所述主動測 量端發(fā)送混合報文給所述被動測量端之前，該方法還包括所述主動測量端確定所述混合 報文的發(fā)送速率；相應的，確定所述混合報文的發(fā)送速率，具體為當所述主動測量端第一次向所述被動測量端發(fā)送所述混合報文時，所述混合報文的第 一次發(fā)送速率為所述預設的初始發(fā)送速率、或者為所述主動測量端到被動測量端之間瓶頸 鏈路的鏈路帶寬。
4.根據(jù)權利要求1所述利用混合報文測量可用帶寬的方法，其特征在于，所述主動測 量端發(fā)送的混合報文為η組混合報文，且所述混合報文包括所述ICMP報文和用戶數(shù)據(jù)報文 協(xié)議UDP報文，其中η為大于等于1的整數(shù)。
5.根據(jù)權利要求4所述利用混合報文測量可用帶寬的方法，其特征在于，該方法還包 括所述主動測量端將所述UDP報文的目的端口設置為錯誤的目的端口 ；相應的，所述被動 測量端接收到所述混合報文后，依據(jù)所述錯誤的目的端口將所述UDP報文丟棄，并將所述 混合報文中的ICMP報文返回給所述主動測量端。
6.根據(jù)權利要求5所述利用混合報文測量可用帶寬的方法，其特征在于，所述主動測 量端統(tǒng)計所述ICMP報文平均丟包率，具體為所述主動測量端依據(jù)自身發(fā)送的η組混合報 文、和被動測量端返回的ICMP報文，統(tǒng)計所述η組中每組混合報文的ICMP報文丟包率，并 對所述η組混合報文的ICMP報文丟包率進行平均，得到所述ICMP報文平均丟包率。
7.根據(jù)權利要求1至6任一項所述利用混合報文測量可用帶寬的方法，其特征在于，所 述主動測量端判定所述ICMP報文平均丟包率與所述網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率之差小于等 于預設的丟包率閾值時，該方法還包括所述主動測量端重新確定所述混合報文的發(fā)送速 率，具體為以所述混合報文的第一次發(fā)送速率為基礎，采用線性提高、或者指數(shù)倍提高的 方式增加所述發(fā)送速率。
8.根據(jù)權利要求7所述利用混合報文測量可用帶寬的方法，其特征在于，所述主動測 量端統(tǒng)計所述被動測量端接收所述混合報文的平均速率，具體為所述主動測量端依據(jù)自 身發(fā)送的η組混合報文、和被動測量端返回的ICMP報文，統(tǒng)計所述被動測量端接收所述η組中每組混合報文的速率，并對所述被動測量端接收所述η組混合報文的速率進行平均， 得到所述被動測量端接收所述混合報文的平均速率。
9.一種利用混合報文測量可用帶寬的裝置，其特征在于，該裝置包括主動測量端和 被動測量端，其中，所述主動測量端，用于發(fā)送ICMP報文給所述被動測量端，并統(tǒng)計到所述被動測量端的 網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率；還用于發(fā)送混合報文給所述被動測量端，并統(tǒng)計到所述被動 測量端的所述ICMP報文平均丟包率，并在判定所述ICMP報文平均丟包率與所述網(wǎng)絡正常 ICMP報文丟包率之差大于預設的丟包率閾值時，統(tǒng)計所述被動測量端接收所述混合報文的 平均速率；所述被動測量端，用于接收所述ICMP報文和所述混合報文。
10.根據(jù)權利要求9所述利用混合報文測量可用帶寬的裝置，其特征在于，所述被動測 量端還用于，在接收到所述主動測量端發(fā)送的ICMP報文時，返回所述ICMP報文給主動測量 端；在接收到所述主動測量端發(fā)送的混合報文時，將所述混合報文中的UDP報文丟棄，并將 混合報文中的ICMP報文返回給主動測量端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用混合報文測量可用帶寬的方法，該方法包括主動測量端發(fā)送網(wǎng)際控制報文協(xié)議(ICMP)報文給被動測量端，主動測量端統(tǒng)計到被動測量端的網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率；主動測量端發(fā)送混合報文給被動測量端，主動測量端統(tǒng)計到被動測量端的混合報文中的ICMP報文平均丟包率；主動測量端判定ICMP報文平均丟包率與網(wǎng)絡正常ICMP報文丟包率之差大于預設的丟包率閾值時，統(tǒng)計被動測量端接收混合報文的平均速率，作為主動測量端到被動測量端的可用帶寬；本發(fā)明還公開了一種利用混合報文測量可用帶寬的裝置，基于該方法和裝置能夠降低帶寬測量的復雜度。
文檔編號H04L29/06GK101964727SQ20091008974
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月22日 優(yōu)先權日2009年7月22日
發(fā)明者乾春燕, 李晉, 李 瑞, 譚然 申請人:中興通訊股份有限公司