计算机可用带宽探测包串范文

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摘要随着网络应用的不断增加，对应用的实时性提出更高要求，而应用实时性的改善有赖于网络带宽资源的测量与分配，因此动态、快速、准确地测量端到端路径可用带宽对于网络实时应用的性能优化具有重要的意义。

关键词：可用带宽测量，探测包串，单向延时

1引言

近年来网络规模不断扩大，网络流量急剧增长，尤其是实时业务和多媒体应用等新业务的不断增加，例如远程教学，视频会议、视频点播，视频监控等QoS敏感的网络应用，这些应用对网络传输提出了一组性能度量的要求，主要包括带宽、延迟、丢包率等。为了向用户提供可靠的端到端(End-to-end)服务质量保证，网络应用必须得到实时的网络性能来评估当前网络对应用的支持程度。网络测量是开展服务质量(QoS)敏感应用、提供服务质量(QoS)保证的前提条件。然而，目前对网络测量技术的研究明显滞后于网络及其应用的快速发展。研究网络性能测量技术是了解网络行为、进行网络控制、实施服务质量(QoS)保证、提高网络性能的基础和重要环节，因此具有十分重要的意义。

2带宽测量技术分类

依据不同的划分标准，可对带宽测量技术进行如下分类：按照是否向网络内部注入探测包，可分为主动测量(ActiveMeasurement)和被动测量(PassiveMeasurement)；按测量过程是否需要节点路由器的协作，带宽测量技术分为链路带宽测量和端到端的路径带宽测量方式；按照不同的测度，带宽测量可分为链路带宽(LinkCapacity)、路径带宽(PathCapacity)和链路可用带宽(AvailableBandwidth)测量技术。

3面向实时应用的自适应可用带宽测量算法：AABw

(1)AABw算法基本思想

AABw发送UDP探测包串进行端到端可用带宽进行估测，采用探测包速率模型的思想分析探测包串单向延时的变化趋势，直到转折点出现，将上次迭代的探测包串发送速率作为可用带宽估测值。理想条件下，探测包串的输出速率不会超过探测包串的输入速率，当输入速率大于可用带宽时，输出速率小于输入速率，而且大于可用带宽。大部分迭代探测算法从小到大调整探测包串发送速率，在考虑背景流量突发特性的基础上，对其进行了改进，AABw通过输出速率从大到小调节下一次迭代的输入速率。

(2)探测包串发送速率的调节算法

探测包串速率调整考虑两个因素，其一是背景流量突发性影响，其二是尽快逼近可用带宽真实值，提高算法迭代速度。由于背景流量的突发性，即使在探测包串的发送速率小于可用带宽的情况下，也可能发生阻塞，使探测的结果发生偏差。

AABw调整探测包串发送速率算法步骤如下：

①确定探测包串初始速率。如果已知瓶颈链路带宽，则探测包串初始速率为瓶颈链路带宽，如果瓶颈链路带宽未知，则探测包串初始速率为发送端链路带宽，即发送背靠背(back-to-back)报文。

②调节迭代速率。迭代的探测包串的输出速率经过调整后作为迭代输入速率，即Rm=Rout/adjusted_val，0<adjusted_val<1，adjusted_val对于不同的背景流量到达过程，应该设为不同的值。背景流量到达过程为泊松分布的情况下可设为0.96。在实际网络中，虽然背景流量为自相似的，但到达网络核心节点的速率仍然符合泊松分布。假设瓶颈链路位于网络的核心，可以假定背景流量的到达过程为泊松分布。因此，可设置adjusted_val初始值为0.96。adjusted_val对每次测量过程来说是固定的，默认值为0.96。

4基于缓冲估测的单端可用带宽测量算法

4.1瓶颈链路的缓冲长度测量算法

(1)缓冲大小有限对可用带宽测量的影响分析

目前经典的可用带宽测量算法都假设路由器缓冲是无限大的，然而，在网络实际过程中，路由器的缓冲容量是有限的，而且是未知的，当缓冲的数据超过瓶颈链路路由器缓冲的最大容量，就会发生丢包现象。丢包现象有两种情形：

①弃的是其他背景流量的数据包。

在缓冲队列溢出之前，其他到达的背景流量在缓冲队列里排队，当缓冲满的时候，丢包的策略将被应用到后续到达的背景流量上，因此，后续到达的探测包的排队延时将维持在传输缓冲数据的大概时间。丢包会抑制探测包单向延时的增长。此外网络中TCP流发生丢包会引起重传，造成网络资源不必要的浪费和服务质量降低。

②弃的是探测包。

在这种情况下，延时间隔的结构就被破坏了，则接收主机无法接收到所有的探测包，这给测量带来了困难。接收主机需要分析采集到的数据信息，提取出一串完整探测包串(探测包连续，中间没有探测包丢失)，然后进行可用带宽的计算。当报文丢失现象很严重时，会给测量带来很恶劣的影响，延时间隔比率的转折点会发生偏移。当缓冲比较小时，则延时间隔比率会偏移比较严重，如果缓冲比较大时，延时间隔比值的转折点会在保持在一定位置。为了检测出转折点，则探测流量会大于可用带宽，即总体流量会超过路径的最大容量。新晨

4.2基于TCP的单端可用带宽测量算法

算法SEAM的基本思想

测量过程分成两个阶段。

第一个阶段，基于AQI_BM缓冲测量方法，在建立连接时，通过慢启动的过程，估测端到端路径瓶颈链路的缓冲。AQI_BM方法不会给网络带来负担，由于采用了AQI慢启动算法，这种慢启动和传统的指数慢启动算法相比，持续时间更短，吞吐率更高，而且小时间尺度网络拥塞概率和丢包数量都远远小于指数算法。

第二个阶段，可用带宽估测阶段。估测算法思想和AABw方法类似，唯一的区别就是AABw通过可控的UDP探测流进行测量，而SEAM是探测端基于对方发送TCP数据包进行测量。具体方法是探测端接收到对方发送的数据包后，并不立即发送响应报文给对方，而是暂时将ACKs报文缓存在自己的缓冲区里，当ACK包的数目达到N时，再以一定速率向对方发送一串相同时间间隔的ACK报文，ACK报文串发送的速率是由探测端控制的，对方每接收到一个ACK，就发送一个数据包给探测方，一由于ACKs之间的时间间隔是平均的，因此，对方发送的TCP数据包的时间问隔也是平均的，相当于AABw算法中发送的UCP探测包串。这就需要假设两个条件：一是对方基于TCP／IP协议，收到ACK响应报文后，立即发送一个数据包给探测方；二是ACK报文很小，ACK之间的间隔在传送过程中不会改变。这两个假设条件是合理的。目前网络中大多数计算机都支持TCP／IP协议。

5小结

可用带宽是最重要的网络资源之一，是网络传输性能的决定因素。对可用带宽的实时精确测量，则是保证有效利用网络带宽资源，提高网络服务质量的手段。计算机网络可用带宽测量技术在需要实时传输数据的视频会议、远程教学等QoS敏感的网络应用、拥塞控制、路由协议等很多方面都有很广泛的应用前景。