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互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系研究_張義

···························O 運營關注·perat ion F ocus互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系研究張義李原工業(yè)和信息化部電信研究院規(guī)劃設計研究所助理工程師工業(yè)和信息化部

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互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系研究

張義

李原工業(yè)和信息化部電信研究院規(guī)劃設計研究所助理工程師工業(yè)和信息化部電信研究院規(guī)劃設計研究所高級工程師

摘要:針對互聯網網絡運行質量監(jiān)測體制、監(jiān)測組

監(jiān)測實施體系分別進行研究,形成一套完織機構、

整的互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系。通過對該體

系的研究能增強互聯網網絡運行質量監(jiān)測工作的

目的性、原則性和系統(tǒng)性,能有效地提高互聯網的

管理和建設運營水平,保障互聯網的運行服務質

量。

關鍵詞:互聯網運行監(jiān)測,體制機制,組織機構,實

施體系

Abstract :By studying the mechanism, organization

and implementation of Internet performancemonitor -

ing, this paper proposes a complete system which

can enhance the monitoring work in a more pur -

poseful, principled and systematic way. Such a sys -

tem can effectively improve the construction and

management of Internet, and guarantee the quality

of service of the Internet.

Key Words:Internet performance monitoring,

mechanism, organization, implementation 自上世紀九十年代以來,互聯網在全球范圍內迅速貿易、文化、媒體、教育等普及,已經廣泛地滲透到經濟、各個領域,成為人們生活中必不可少的組成部分。世界上很多國家都將互聯網定位在振興本國經濟、提高國家競掌握下一輪全球競爭制高點的戰(zhàn)略高度。經過近些爭力、年的大力發(fā)展,我國互聯網取得了長足的進步,就網民規(guī)模而論,我國已經是世界上第一大互聯網國家,互聯網已經成為我國下一代信息基礎設施的主體。但是,由于互聯網基礎設施分布過于廣泛、區(qū)域發(fā)展不均衡、網絡規(guī)模巨大、網絡使用者眾多、發(fā)展時間短網絡擁塞、資源暫,我國互聯網出現了網絡帶寬不均衡、利用率低、網站服務能力不足、服務市場混亂等一系列問題,對我國互聯網的管理、建設、運營和使用都造成了較大的影響?;ヂ摼W網絡運行質量監(jiān)測是發(fā)現、定位、評判和解決上述問題的重要手段。通過對互聯網系統(tǒng)各方

運營者和面指標的監(jiān)測和分析,可以讓互聯網管理者、

全面地了解互聯網整體部署架構、網絡性使用者快速、

能狀況、資源使用和運行情況,及時發(fā)現互聯網運行中

的問題并提出解決方案,是提高互聯網運行質量、支撐

政府管理、服務企業(yè)建設運營的重要手段。

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本文旨在對互聯網運行質量監(jiān)測體系進行初步分析,在已有的研究基礎之上,構建一個較為完整的互聯網運行質量監(jiān)測體系的基本框架。

測的政策、法規(guī)、規(guī)章制度、技術標準、準入制度、監(jiān)測實施細則及其所構成的一整套行之有效的體制、機制的總和,其目的是保障互聯網網絡質量監(jiān)測的正常進行。其內容主要涵蓋:互聯網運行質量管理機制、互聯網運行質量監(jiān)測實施機制、互聯網運行質量監(jiān)測結果發(fā)布披露機制、互聯網運行質量監(jiān)測結果。反饋機制等(見圖1)

1互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系

概述

互聯網運行質量監(jiān)測體系是互聯網質量保證體系中的重要組成部分。通過對互聯網性能指標的監(jiān)測和分析,可以得到關于互聯網運行質量規(guī)律性的互聯結論,以此作為互聯網管理工作的基礎。同時,網監(jiān)測也是獲取互聯網網絡行為和參數的最有效的建設和運營提供手段之一,能夠為互聯網網絡規(guī)劃、依據和借鑒。另外,互聯網運行質量監(jiān)測還可以保證互聯網最終用戶提高用戶體驗。

目前,有關互聯網質量監(jiān)測分析的技術很多,但尚沒有關于互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系的明確定義,本文對互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系的定義是:為了保障互聯網作為國家基礎設施的安全運行,在科研院所和企業(yè)的協調組織下,在相有關國家機關、

關法律規(guī)章制度的許可范圍內,由互聯網網絡運行質量監(jiān)測實施機構,遵照一定的方法和技術,利用網絡監(jiān)測軟件和硬件,對互聯網系統(tǒng)的相關方面進行數據采集和分析,得出一系列網絡性能指標的監(jiān)測結果,并將這些結果和其所代表的問題披露給互聯建設運營者和使用者,以提高互聯網管網的管理者、

理水平、優(yōu)化互聯網的建設運營和檢驗互聯網服務質量的一系列體制機制、組織機構和實施行為的總和。

根據互聯網運行質量監(jiān)測體系的主要目的和意義,其主要涵蓋以下一些內容:互聯網網絡運行質量監(jiān)測機制,互聯網網絡運行質量監(jiān)測組織架構和互聯網網絡運行質量監(jiān)測實施體系等。

圖1互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系機制

互聯網網絡運行質量管理機制主要由政府、行業(yè)和企業(yè)的互聯網監(jiān)測相關部門和這些部門所頒布的各種規(guī)章制度組成。該機制構成了互聯網網絡運行質量監(jiān)測的頂層設計,是整個互聯網網絡運行質量體系的憲法大綱。這些機制的目的是讓互聯網運行質量監(jiān)測有法可依、分工明確、有人監(jiān)管、有人負責、有人追責。

互聯網網絡運行質量監(jiān)測的實施機制主要由互流聯網運行質量監(jiān)測實施主體及相關的監(jiān)測標準、該機制機制是保證程,監(jiān)測設備的技術標準等構成?;ヂ摼W網絡質量監(jiān)測行為合法、有序、有效運行的前提。

互聯網網絡運行質量發(fā)布機制是指相關機構將互聯網網絡運行質量監(jiān)測結果進行公布的機制。該是保障互聯網相關方對互聯網運行質量的知情權和互聯網網絡運行質量公平透明的主要手段。完善的互聯網運行質量監(jiān)測結果發(fā)布機制,可以維護互聯網網絡運行質量,營造良好的氛圍,有利于互聯網運行質量不斷提高。

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2互聯網網絡運行質量監(jiān)測機制

互聯網網絡運行質量監(jiān)測機制是各種互聯網監(jiān)

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互聯網運行質量監(jiān)測結果反饋機制是指互聯網各相關方就互聯網運行質量監(jiān)測發(fā)現、分析得出的問題做出相應反映動作的機制。該機制可以明確互聯網運行質量事故的責任主體,加快后續(xù)處理流程,有利于提高互聯網網絡運行質量事件的解決效率。

互聯網網絡運行質量監(jiān)測體制可以從體制和制度上保證互聯網網絡運行質量監(jiān)測的頂層設計環(huán)節(jié)監(jiān)測實施環(huán)節(jié)有序高效、監(jiān)測結果透明公周全完善、

正、監(jiān)測結果得到有效反饋,是促進互聯網網絡運行質量不斷改善的基礎。

他們在互聯網運行質量監(jiān)測系統(tǒng)中的職責包括制定組織評議、監(jiān)督完善監(jiān)測工作等?;ヂ摼W運行政策、

質量管理機構是互聯網運行質量監(jiān)測中重要的角色,他們是互聯網質量監(jiān)測開展的重要保障。

互聯網運行質量的監(jiān)測實施機構是互聯網監(jiān)測的實施主體,主要是指國家機關制定的網絡監(jiān)測實驗室、網絡監(jiān)測企業(yè)、電信運營企業(yè)自身的網絡監(jiān)測平臺等。其主要責任是通過研究互聯網監(jiān)測技術,開發(fā)不同的互聯網監(jiān)測平臺,收集互聯網流量狀況、網絡拓撲信息、流量分布、節(jié)點路徑狀況等,并進行相關的總結和分析,得到互聯網運行質量的結論和相關建議。

互聯網運行質量監(jiān)測的建設和運營者,主要是指各大電信運營商、互聯網內容推送CDN服務商、互聯網內容提供商(網站系統(tǒng)擁有者)等?;ヂ摼W運行質量監(jiān)測的主要對象是他們所建設的互聯網骨干網絡、接入網絡、內容推送系統(tǒng)、互聯網網站系統(tǒng)等。在互聯網網絡質量監(jiān)測活動中,他們的責任是配合相關監(jiān)測機構對其基礎設施、網絡節(jié)點、網絡設備、網站系統(tǒng)等的監(jiān)測,并對監(jiān)測所體現出來的問題制定應對措施。

互聯網最終用戶,主要包括普通網民、有信息化需求的政府機關和企事業(yè)單位、使用CDN內容推送服務的互聯網內容提供商等?;ヂ摼W最終用戶關心互聯網運行質量對其用戶體驗、行政效率、經濟效益的影響,提高互聯網對這些使用者的服務質量是互聯網質量監(jiān)測的直接目標。

3互聯網網絡運行質量監(jiān)測組織架構

互聯網網絡運行質量監(jiān)測組織架構是互聯網網絡運行質量監(jiān)測過程中在各個環(huán)節(jié)各相關方及其所構成的架構的總和。其組成包括與互聯網及互聯網行業(yè)協會、企業(yè)和個體等。根監(jiān)測相關的政府機關、

據互聯網網絡運行質量監(jiān)測組織架構中各不同角色的主體功能與作用,可以分為互聯網運行質量監(jiān)測互聯網運行質量的監(jiān)測實施機構、互聯的管理機構、

網基礎架構的建設運營機構和互聯網最終用戶等(見圖2)。

互聯網運行質量的管理機構主要指國家機構、權威的第三方機構、行業(yè)協會、企業(yè)的管理機構等,這些機構對互聯網運行質量起著督導和管理作用,

互聯網運行質量監(jiān)測的管理機構

互聯

網基礎架構的建設運營機構

互聯網運行質量的監(jiān)測實施機構

4互聯網運行質量監(jiān)測實施體系

互聯網網絡運行質量監(jiān)測實施體系主要解決互聯網監(jiān)測從哪里獲取數據、獲取哪些數據、如何獲取數據、如何處理數據、數據處理結果如何呈現等問題?;ヂ摼W監(jiān)測實施體系決定了互聯網監(jiān)測的最終成果,是互聯網監(jiān)測分析體系的關鍵部分?;ヂ摼W網絡運行質量監(jiān)測實施體系包括互聯網監(jiān)測的實施對象和目標、互聯網監(jiān)測的指標體系、互聯網監(jiān)測技術

互聯網

政府、企業(yè)、個人用戶

圖2互聯網網絡運行質量監(jiān)測組織架構

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體系等。

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4.1互聯網網絡運行質量監(jiān)測實施對象和目標

互聯網架構復雜、覆蓋廣泛,互聯網監(jiān)測主體對互聯網網絡運行質量的關注角度和程度也各有差異。因此,對互聯網網絡運行質量監(jiān)測的指標及其分析應該根據監(jiān)測對象不同而各有側重。本文根據互聯網的基礎架構組成,將互聯網運行質量監(jiān)測對象互聯網骨干網絡、疊加的互分為:互聯網信源系統(tǒng)、聯網內容推送系統(tǒng)、互聯網接入網絡(見圖3)。

網間運行質量、BGP(邊界網關協議)拓撲架構情況、根域名服務器解析性能、域間路由情況等。骨干網運行質量表征了互聯網系統(tǒng)將數據跨域長距離傳輸的能力,是互聯網網絡運行質量的核心。

內容推送系統(tǒng)主要包括CDN內容推送系統(tǒng)、IDC系統(tǒng)等疊加在實際互聯網網絡架構之上的一層邏輯網絡結構,互聯網內容推送系統(tǒng)主要解決將互“倒數第二公里”問題,其聯網內容推送到離用戶的

負責將互聯網內容推送到離用戶最近的邊緣服務

器,然后邊緣服務器將互聯網內容根據用戶地理位置、網絡位置等分發(fā)給最終

互聯網內容推送系統(tǒng)監(jiān)測主要目用戶[2]。

標包括:CDN中心服務器可用性、CDN邊緣服務器可用性、CDN域名重定向系IDC帶寬等。內容推送系統(tǒng)的運統(tǒng)性能、

行質量表征互聯網系統(tǒng)解決將互聯網內容推送到用戶側的能力,是互聯網運行質量的重要因素。

用戶接入網主要包括用戶駐地網等用戶網絡接口(UNI)到用戶終端之間的相關網絡設施和鏈路,用戶接入網監(jiān)測

用戶接目標包括DSLAM線路性能監(jiān)測、入路由器性能監(jiān)測等。用戶接入網表征了用戶使用互聯網的最后一公里的質量,是用戶對互聯網運行質量最直接的由于用戶接入技術千差萬別,用戶感受。

接入網的運行質量差別很大,接入網是用戶感知互聯網運行質量的直接因素。

互聯網信源系統(tǒng)、骨干網、內容推送系統(tǒng)和用戶接入網的運行質量能夠分別代表互聯網系統(tǒng)內容推送第一公里、內容跨域長距離傳輸、內容推送到用戶側和用戶使用最后一公里并接觸到網絡內容的能力,這基本上囊括了互聯網內容從源頭到用戶的所有環(huán)節(jié),是互聯網網絡運行質量監(jiān)測的主要對象和目標。

4.2互聯網運行質量監(jiān)測指標體系

互聯網網絡運行質量監(jiān)測指標體系是量化表征

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圖3互聯網質量監(jiān)測對象

互聯網信源系統(tǒng)包括互聯網網站源服務器及網互聯網內容提供企業(yè)內部網絡業(yè)務平臺等,信源絡、

信源系系統(tǒng)在互聯網架構中處于最初一公里位置[1]。統(tǒng)的具體監(jiān)測目標主要包括:網站權威域名解析系統(tǒng)性能、源服務器接入帶寬、網站內容服務器可用性、網站媒體服務器可用性、網站負載均衡度等?;ヂ摼W信源系統(tǒng)運行質量表征了互聯網系統(tǒng)的第一公里推送能力,是互聯網運行質量的源頭。

互聯網骨干網是互聯網跨境傳輸的核心骨干,作為互聯網網絡內容傳輸的核心系統(tǒng),互聯網骨干網對于互聯網運行質量至關重要?;ヂ摼W骨干網的具體監(jiān)測目標主要包括:骨干網網內運行質量、骨干

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互聯網系統(tǒng)各部分運行質量的度量體系,指標體系統(tǒng)一、易采集、可量化等特點。目前常應該具有簡單、

用的互聯網運行質量監(jiān)測指標體系主要包括時延、時延抖動、丟包率和路徑跳數等。

時延是指監(jiān)測源節(jié)點和目的節(jié)點之間發(fā)送數據包所需要花費的時長,是衡量互聯網網絡響應速度時延大小主要受數據包大小、源節(jié)快慢的重要指標。

點和目的節(jié)點之間的距離長短、經過的節(jié)點數量、網絡帶寬及擁塞狀況、網絡設備處理能力和調度策略等因素影響

[3]

量監(jiān)測指標都可以用這幾個指標的組合表征。簡單可量化的互聯網運行質量監(jiān)測指標體系保證了互聯網監(jiān)測系統(tǒng)運行的高效性與可行性。

4.3互聯網運行質量監(jiān)測技術體系

互聯網監(jiān)測技術是互聯網運行質量監(jiān)測實施的基礎,互聯網監(jiān)測主要涉及的技術有數據采集技術數據呈和性能分析技術,此外還包括數據存儲技術、現技術等。成熟先進的互聯網運行質量監(jiān)測技術是互聯網運行質量監(jiān)測體系的權威性、有效性和高效率的重要保障。

4.3.1監(jiān)測數據采集技術

監(jiān)測數據采集技術是研究如何獲得網絡指標數據的相關技術。本文根據采集數據的方式,將互聯網監(jiān)測數據采集技術分為主動采集和被動采集。

主動采集方式是指網絡監(jiān)測系統(tǒng)主動地在被監(jiān)測網絡中發(fā)出測試數據包,數據采集系統(tǒng)負責收集反饋測試數據包用以收集目標網絡的性能數據,主動采集通常提供一條路徑上的多段鏈路和多個節(jié)點靈活機動,易的性能。主動采集的優(yōu)點是可控性高,

于實現端到端的性能測量,缺點是流量采集會改變目標網絡運行、增加網絡運行負擔,因而不宜在擁塞鏈路上采用。

被動采集即在鏈路或設備(如路由器、交換機)上利用采集設備對網絡數據進行采集,如OCXmon監(jiān)測器通過分光器采集包頭數據。被動采集的優(yōu)點是能避免干涉監(jiān)測網絡的正常運行,對被監(jiān)測網絡性能的影響較小。其缺點是被動采集方式是對網絡流量的全備份,需要占用大量的存儲空間,消耗大量的處理能力,對采集系統(tǒng)資源要求較高。

4.3.2網絡性能監(jiān)測分析技術

網絡性能監(jiān)測分析技術是對網絡數據集進行分解析協議或者分析析的技術總稱。通過分解數據包、

流量行為特征,可以分析被監(jiān)測點、端口、路徑或者設備的各性能指標數據和這些性能指標所代表的網絡架構、拓撲、安全問題。本文將網絡性能監(jiān)測分析技術分為網絡協議分析技術和網絡行為統(tǒng)計分析技術。

。時延可分為雙向往返時延

(Round-Trip-Time,簡稱RTT時延)和單向時延(One-Way-Delay,簡稱OWD時延),單位一般以ms一般來說,由于RTT時延獲取方法較簡單,在計算。

監(jiān)測工作中使用更為廣泛,而OWD時延主要用于對網絡上下行需要精確測量的單向監(jiān)測場景。

時延抖動(簡稱抖動)是指數據包傳輸時延在一段較短的時間內的變化,是衡量互聯網網絡傳輸穩(wěn)非周期性定性的重要指標,主要受網絡負載周期性、變化和路由更新變化等因素影響。常見的時延抖動是可以以均值離散系數指標v ?衡量RTT時延抖動,當v ??1時,表明在統(tǒng)計周期內,RTT時延較為規(guī)則和平滑;當v ??1時,表明在統(tǒng)計周期內,RTT時延較為不規(guī)則或有突發(fā)性。

丟包率是指丟失的數據包數占發(fā)送的總數據包網絡數據包從源端發(fā)出,在到達目的端的數的比率。

過程中,受網絡設備及鏈路故障、網絡擁塞、路由信息錯誤以及病毒攻擊等影響總會發(fā)生丟失的現象。丟包率是衡量網絡傳輸質量的重要指標之一。

路徑跳數是數據包從源端發(fā)送,到達目的端所經過的IP節(jié)點數量。跳數是衡量互聯網傳送距離、網絡結構和路徑合理性的重要指標,跳數指標受鏈路物理距離、路由狀況等因素影響。一般來說,隨著跳數的增加時延也會逐步增大,尤其是在網絡通信環(huán)境較好的狀況下。跳數與互聯網網絡質量有一定的關系,是分析互聯網網絡質量的參考因素之一。

時延、抖動、丟包率等指標是互聯網運行質量監(jiān)測指標體系的原子因素,一般的互聯網網絡運行質76

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網絡協議分析技術主要是指利用已知協議的協協議格式、字段標示等,通過對網絡數據包議類型、

的解析獲得相關指標,并對這些指標所代表的問題和內涵進行分析,得出網絡監(jiān)測的結果。

網絡行為統(tǒng)計分析技術包括流量分析、熱點分行為分析對象主要針對未知類型的數據流、協析等。

議類型或者眾多協議疊加的數據流的分析,利用統(tǒng)計分析原理,從流量的外在行為表征獲取相關采集數據包和協議類型的信息[4]。網絡行為分析技鏈路、

術涉及到較多統(tǒng)計學、邏輯學、行為學知識,需要對各種協議的行為建立預先的行為分析庫,是針對大未知類型流量、協議欺騙、P2P流量等進型骨干網、行分析的有效手段。

網絡性能監(jiān)測分析技術是涉及計算機通信網數學、統(tǒng)計學、數據庫、數據挖掘、粗糙集等多學絡、

科的交叉研究領域,是互聯網網絡運行質量監(jiān)測技術體系的核心技術。

4.3.3網絡監(jiān)測其他相關技術

數據存儲技術,互聯網監(jiān)測分析需要大量高效的存儲系統(tǒng)用于采集大量的數據?;ヂ摼W監(jiān)測系統(tǒng)的存儲一般是采用磁盤陣列(RedundantArraysofInexpensiveDisks,RAID)。RAID的原理是利用數組方式配置磁盤組,配合數據分散排列的設計,提升數據的安全性。利用這項技術,將前端互聯網監(jiān)測采集拓撲等數據切割成許多區(qū)段,分別系統(tǒng)收集的流量、

存放在各個硬盤上[5]。增強網絡監(jiān)測數據的物理和邏輯安全,提升監(jiān)測系統(tǒng)的健壯性。

數據呈現技術是研究以何種方式將網絡監(jiān)測分析結果組織并呈現出來的一種技術。數據呈現技術是互聯網監(jiān)測技術體系涉及的一種重要技術。現在網絡質量監(jiān)測平臺主要的數據呈現技術包括web數數據庫tool定制、大屏幕展示等,這些技術學建模、

可以清晰的將互聯網運行質量監(jiān)測的結果展現給互聯網的管理、建設、使用者,讓不具備相關專業(yè)知識的人員也可以快速的獲取互聯網監(jiān)測信息。

網絡監(jiān)測技術的研究可以提高互聯網網絡監(jiān)測實施的效率和有效性,保證網絡監(jiān)測結果的權威和

正確性,是互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系的核心內容之一。

5結語

完善的互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系應該是一個閉環(huán)而又開放的體系。所謂閉環(huán),主要體現在互聯網絡運行質量監(jiān)測體系的完整性。完善的互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系應該涵蓋互聯網網絡運行質量的各個環(huán)節(jié),包括健全的網絡監(jiān)測機制、完備合理的網絡監(jiān)測組織架構、先進的網絡監(jiān)測實施技術體系和簡單統(tǒng)一的網絡監(jiān)測指標體系。這樣的互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系可以形成一個包含頂層設計、組織架構和具體實施,三位一體的閉環(huán)監(jiān)測體系。所謂開放,是指現有的互聯網網絡運行質量監(jiān)測體系還遠未成熟,還需要進一步改進和完善,各種新技術新平臺和新機構都有進入監(jiān)測體系的可能。而且隨著互聯網的不斷發(fā)展,新的互聯網監(jiān)測需求紛紛出現,這也決定了互聯網網絡運行質量實施體系必須是一個開放包容的體系。

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