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宽带网络监控教研中心 宽带网络监控教研中心 网络质量监测 网 络 流 量 监 测 2目录 1. 网络质量监测概述 2. 因特网业务质量监测 3. 因特网质量主动监测系统 4. 因特网业务主动监测结果实例 3因特网质量及2个常见的相关概念 l 网络质量范畴中，主要关注因特网质量 因特网质量 Quality of Experience Quality of Service 4Quality of Service概念 l 来自ITU-T Rec. E.800 l 简称QoS l 定义：Totality of characteristics of a telecommunications service that bear on its ability to satisfy stated and implied needs of the user of the service. l 对于因特网范畴，我们可以这样定义： QoS是指，影响到满足用户对因特网显性或隐形需求的，所有网络特性的总和。 5QoS的4个视角（ITU-T） l 其中，QoS experienced/perceived by customer (QoSE)最难监测，也最有监测和研究价值 l 实际上，我们主要监测QoS delivered/achieved by service provider，进而间接评估QoSE 6Quality of Experience概念 l ITU-T Rec. P.10定义： The overall acceptability of an application or service, as perceived subjectively by the end-user. – NOTE 1 – Quality of experience includes the complete end-to-end system effects (client, terminal, network, services infrastructure, etc.). – NOTE 2 – Overall acceptability may be influenced by user expectations and context. l 最近经常提到QoE这个术语，实际上，它与QoSE是类似的概念 l 我们做的质量监测，主要目的也是去间接评估QoE 7Network performance概念 l Network performance包括时延、丢包率等，可实施自动监测 l Non-network performance包括业务部署时间、修复时间、费用、投诉处理时间等，只能人为统计 8因特网质量监测的定位 1. 针对因特网，包括有线接入和无线接入 2. 关注QoS delivered by service provider 3. 实际监测network performance 4. 终极目标是评估QoE 5. 重点关注业务质量，例如网站、视频、VoIP 6. 常规化、自动化监测 7. 关注端到端业务质量、分段业务质量 9因特网质量监测的意义 • 评估某个小区、某个地市、某一种上网方式的用户上网质量的好坏 • 自动发现网络质量异常 • 当发现网络质量差，分析导致质量差的原因 针对运营商 • 评估不同位置、不同接入方式用户使用业务的质量好坏 • 当发现业务质量差，分析导致质量差的原因 针对SP • 用户要使用某种业务时，自动为用户推荐质量较好的站点去访问 针对用户 10互联网QoS的分类 l 按照实现QoS的实体之间的关系 – 端到端QoS，基于网络业务通信双方终端的QoS。 – 逐跳QoS，基于互联网相邻传输实体之间的QoS。 11互联网QoS的分类 l 按照互联网协议的不同层次的QoS – 底层QoS，即物理层与数据链路层的QoS，提供面向连接或者无连接传输，不支持端到端QoS。 – IP层QoS，提供无连接的IP报文传输，支持端到端QoS。 – IP支持的高层QoS，即应用层与传输层的QoS，可以更好的提供端到端QoS，也是最直接被用户感知的QoS。 12网络质量测量分类 l 主动测量 – 发送端主动发起与接收端的特定网络通信，在接收端或者发送端记录网络行为并计算性能指标。 – 优点：可以按测量要求定制合适的业务流量和业务行为方式 – 缺点：给网络增加了额外的流量开销。 l 被动测量 – 在监测点收集、提取网络报文来进行性能分析。 – 优点：不产生额外流量。 – 缺点：对测量业务没有可控性。 13网络质量测量分类 l 网关测量 – 将监测程序部署于网关，收集、提取该域内所有主机网络报文来进行性能分析。 – 优点：对所在的域进行全面监测，并且对用户终端无影响。 – 缺点：运行开销大，并且只能被动监测，无法控制用户的业务流量。 l 用户终端测量 – 将监测程序部署于用户终端，由相应的服务器统一配置管理和收集监测数据。 – 优点：可以将网络流性能准确匹配到特定业务和特定用户。 – 缺点：监测点部署困难，难以大面积部署，并且要占用用户的主机和网络资源。 14网络质量测量国际标准 l ITU-T: – Y系列-服务质量与网络性能 l IETF: – RFC2330“IP性能度量架构” – RFC2678“IPPM的测量连通性的度量” – RFC2722“网络流测量：架构” 15网络层质量测量指标标准（ITU-T ） l 相关报文组 – 从源端发送到目的端的全部报文 l IP报文传输时延 – IP报文从源端到目的端的单向时延 l IP报文错误率 – 相关报文组中所有错误报文相对于总报文数的比率 l IP报文丢失率 – 相关报文组中所有丢失报文相对于传输的全部IP报文的比率 16网络层质量测量指标标准（ITU-T ） l IP报文严重丢失段比率 – 相关报文组中报文严重丢失的报文段相对于全部报文段的比率 l 流量指标 – 包括IP报文吞吐量和基于字节的IP报文吞吐量 l IP服务可用性 – 包括 IP服务可用率和IP服务不可用率 17传输层质量测量指标标准 l 连接建立时延 – 从发送端发出SYN报文到发送端收到目的端ACK报文之间的时间间隔。 l 数据通信吞吐量 – 数据通信阶段总共发送的字节数除以从第一个报文离开到最后一个报文到达之间的时间间隔。 l 总吞吐量 – 整个通信过程中总共发送的字节数除以从连接建立时第一个报文离开到连接清除时最后一个报文到达之间的时间间隔。 18传输层质量测量指标标准 l 连接清除时延 – 从发送端发出FIN报文到发送端收到目的端FIN+ACK报文之间的时间间隔。 19应用层质量测量指标标准 性能指标 l 高层业务响应时延 – 从测量节点向服务器发出第一个触发请求的报文开始，直到测量节点收到来自服务器的响应报文之间的时间间隔。 l 高层认证时延 – 从测量节点向服务器发出用户名和口令开始，直到测量节点收到来自服务器的认证响应之间的时间间隔。 l 高层业务时延 – 从业务开始到结束之间的时间间隔。 20应用层质量测量指标标准 可用性指标 l 连接建立成功率 – 成功建立连接的次数除以总的尝试次数。 l 业务成功率 – 度量高层协议能在多大程度上提供完整的服务。 – 如果高层协议被监测了n次，业务成功了m次，则业务成功率为m除以n。 l 业务可用性 – 描述了基于高层协议的端到端业务的可用性，高层协议业务的所有时间可以划分为可用时间与不可用时间。 21目录 1. 网络质量监测概述 2. 因特网业务质量监测 3. 因特网质量主动监测系统 4. 因特网业务主动监测结果实例 22因特网业务质量监测 l 参考现有国际标准和用户调查，对所研究的每种互联网业务提出一套专门针对该业务的QoS测量指标 l 能够直接反映用户使用该业务时的质量感知 l 能从技术角度深度分析造成用户感知的原因 23质量指标-端到端网络质量 l 此类指标反映用户终端与互联网中特定节点、主机的端到端网络质量。 指标含义时延终端到目标节点的往返时延均值、最大值、最小值时延抖动终端到目标节点的时延标准均方差 丢包率终端到目标节点丢包数占总发包数的比率路由终端到目标节点之间路由的每一跳IP地址和时延24Web业务流程总结 Web浏览器Web服务器组DNS服务器组查询网站IP下载网站主页面查询重定向网站IP查询内嵌文件网站IP下载重定向页面下载内嵌文件查询内嵌文件网站IP下载内嵌文件......25Web业务流程总结 l 浏览器向DNS服务器组查询目标网站的IP。 l 浏览器建立与目标网站所在Web服务器的连接。 l 下载网页。采用HTTP协议1.1或1.0版。HTTP 1.0版每下载一个文件都需要使用一个单独的TCP连接；HTTP 1.1允许使用持久性连接模式，该模式下浏览器下载完网页文件后该TCP连接不会立即关闭，而是继续用于下载内嵌的其他文件。 l 重定向。当网页已转移到另一个服务器，或者本服务器故障等时，服务器会回复重定向消息。 l 下载内嵌文件。包括CSS样式表文件、Script文件、图片、Flash、音频、视频文件等等。内嵌文件有可能处在原服务器上，也有可能位于不同服务器上。 l 关闭连接。对于非持久性连接模式，浏览器每下载完一个文件都会主动关闭当前TCP连接，然后建立新的连接下载下一个文件；对于持久性连接模式，可能是浏览器连续下载了多个文件，认为下载已结束或空闲超时后主动关闭，也可能是连接空闲超时以后服务器主动关闭连接。 26Web业务用户感知定义 l 空白等待时间 – 用户点击某个网站链接或输入网址后，首先会经历一个空白等待过程。 l 网页主体显示时间 – 从主网页开始显示到网页框架和所有文字显示完成之间的时间间隔。 l 内嵌内容显示时间 – 从主网页显示完成到所有内嵌文件显示完成之间的时间间隔。 l 业务总时间 – 以上三种时间之和。 27Web业务用户感知定义 l 业务成功率、失败率 l 成功的业务：从点击某个网站链接或输入网址、主网页显示到内嵌文件显示整个流程完整地进行到最后； l 如果这个流程在某一个中间环节失败，或者超时，则认为本次业务失败。 28Web业务QoS测量指标 指标分组指标名称影响⽤用户感知时延指标DNS时延空⽩白等待时间连接时延响应时延重定向时延⺴⽹网⻚页下载时延⺴⽹网⻚页主体显⽰示时间内嵌⽂文件时延内嵌内容显⽰示时间总时延业务总时间流量指标⺴⽹网⻚页下载速度⺴⽹网⻚页主体显⽰示时间内嵌⽂文件下载速度内嵌内容显⽰示时间总下载速度业务总时间可⽤用性指标业务成功率业务成功率/业务失败率失败原因（DNS、连接、请求、下载⺴⽹网⻚页、下载内嵌⽂文件）29DNS时延（TDNS） l 浏览器完成目标网站域名DNS解析的时延。 l 令浏览器向首选DNS服务器发出首个DNS请求报文的时间为tq ,浏览器收到有效DNS回复的时间为tr TDNS = tr - tq 30连接时延 Tc u 浏览