【通信行业标准(YD)】 IP网络技术要求——网络性能测量体系结构

ICS33.040.40
中华人民共和国通信行业标准
YD/T2031-2009
IP网络技术要求
网络性能测量体系结构
IP Network Performance Measurement Framework2009-12-11 发布
2010-01-01实施
中华人民共和国工业和信息化部?发 布　前言·
1范围…
2规范性引用文件
3缩略语
4IP网络性能测量概述
5IP网络性能测量系统
6IP网络性能测量模型
7IP网络性能测量架构·
8安全考虑
参考文献
YD/T2031-2009
YD/T2031-2009
本标准是“IP网络技术要求”系列标准之一。本系列标准预计结构及名称如下：YD/T1149-2001IP网络技术要求——计费YD/T1170-2001IP网络技术要求
一网络总体
YD/T1171-2001IP网络技术要求——网络性能参数与指标4IP网络技术要求——IP网与PSTN、ATM、移动网互通YD/T1317-2004
YD/T1381-2005
IP网络技术要求-
一网络性能测量方法
5IP网络技术要求——流量控制
YD/T 1382-2005
9IP网络技术要求——网络性能指标分配—YD/T2030-2009
IP网络技术要求一一网络性能测量体系结构YD/T2031-2009
本标准由中国通信标准化协会提出并归口。本标准主要起草单位：工业和信息化部电信研究院、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、上海贝尔股份有限公司。
峰、陈国义、罗鉴、陈端。
本标准主要起草人：高
巍、赵
IP网络技术要求
网络性能测量体系结构
YD/T2031-2009
本标准规定了IP网络性能测量系统的构成和基本功能，以及进行IP网络性能测量时的测量模型，并对在层次化的IP网络中进行网络性能测量时的系统架构进行了列举。本标准适用于采用IP技术组网的网络。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准。然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。YD/T 1171-2001
YD/T1381-2005
3缩略语
IP网络技术要求一
一网络性能参数与指标
IP网络技术要求—网络性能测量方法下列缩略语适用于本标准。
Autonomous System
Border Gateway Protocol
CustomerEdge
Diffserve Codepoint
EqualCostMulti-Path
File Transport Protocol
InternetControl MessageProtocolInternet Protocol
Network Access Point
Open DataBase Connectivity
Open Shortest PathFirst
Provider
ProviderEdge
Packet over SDH
PointtoPoint
TransmissionControlProtocol
Terminal Equipment
Type of Service
UserDatagramProtocol
管理域
边界网关协议
用户网络边缘设备
差分服务编码点
等价多路径
文件传输协议
互联网控制消息协议
互联网协议
网络接入点或互联网交换中心
开放式数据互联
最短路径优先协议
运营商设备
运营商网络边缘设备
在SDH上传送包
点对点
传输控制协议
终端设备
服务类型
用户数据报协议
YD/T2031-2009
VoiceoverIP
VirtualPrivateNetwork
4IP网络性能测量概述
IP承载语音
虚拟专用网
IP网络的性能可用一套IP网络性能参数来表征，这些参数的定义及含义见YD/T1171-2001，在YD/T1381-2005之中给出了这些性能参数的测量方法。注：目前实际运营的IP网络大多数情况下并不是平面结构，而是呈层次化结构，包括骨干层、汇聚层、接入层，或骨干网、接入网等不同的层次；同时，在我国目前的互联网运营模式之下，还存在运营商两两互联的问题，如何在这种层次化的网络结构之下对IP网络的性能进行测量，从而反映网络整体的性能情况是本标准所要研究的问题。在本标准中IP网络性能的测量主要采用主动测量的方法。主动测量依赖于向网络注入测量包，利用这些包测量网络的性能，因此这种方法肯定会产生额外的流量。另一方面，测量中所使用的流量大小以及其他参数都是可调的。主动测量法能够明确地控制测量中所产生的流量的特征，并且实际上利用很小的流量就可以获得很有意义的测量结果。主动测量的优点在于可以主动发送测量数据，对测量过程的可控制性比较高，比较灵活机动，并易于对端到端的性能进行直观的统计；其缺点是注入测量流量本身就改变了网络的运行情况，即改变了被测对象本身，使得测量的结果与实际情况存在一定的偏差，而且注入网络的测量流量还可能会增加网络的负担。主动测量方法所使用的测量参数，如测量报文大小、抽样方法、发包频率、测量包大小和类型(以仿真各种应用)等的定义及要求见YD/T1381-2005。5IP网络性能测量系统
5.1IP网络性能测量系统的构成
为进行IP网络性能的测量，需要构建一套IP网络性能测量系统，本标准中所涉及的IP网络测量系统主要是指主动式测量系统。主动式测量系统一般来说主要由以下几个部分构成。·测量节点：它们分布在网络的不同端点上，进行测量数据包的发送和接收，若要进行单向性能的测量，则它们之间应进行严格的时钟同步；·中心服务器：它与各个测量节点通信，进行整个测量的控制以及测量节点的配置工作；·中心数据库：存储各个节点所收集的测量数据；●分析服务器：对中心数据库中的数据进行分析，得到网络整体的或具体节点间的性能状况在实际应用中，中心服务器，中心数据库和分析服务器可能位于同一台主机中。IP网络性能测量系统各部分之间的关系如图1所示。中心服务器对测量任务进行配置后将测量的控制命令发往测量节点，以根据测量任务在测量节点之间形成具体的测量流量拓扑；测量节点之间根据测量任务生成测量流量，在指定的测量节点之间进行收发，同时生成测量流量的原始数据，并将原始数据发送至中心服务器；中心服务器接收到测量的原始数据之后，将数据（可进行初步处理）发送至中心数据库，由中心数据库对这些数据进行存储；当需要对某部分的数据进行分析时，分析服务器通过中心服务器读取中心数据库中的相应数据，并对这部分数据进行分析、统计，并可以将统计的结果输出。出于对中心数据库安全性的考虑，对中心数据库的写入和查询动作均只能通过中心服务器进行。对中心服务器与测量节点间的控制命令消息，以及中心数据库、分析服务器与中心服务器间的测量数据传送，应以面向连接的TCP协议承载，同时可以考患对报文进行加密。为保证控制命令及测量数据报文不被丢弃，在承载网络可支持的情况下，可考虑对这类报文TOS或DSCP字段采用较低的丢弃优先级。2
测量结果数据
测量节点
分析服务器
中心数据库
个测量数据
中心服务器
控制命含
测量节点
测量流量
测量数据
测量节点
图1测量系统各部分的关系
5.2IP网络性能测量系统的接口定义在IP网络性能测量系统的模型中，需要定义以下4接口。·中心服务器一测量节点：称为“节点控制接口”；测量节点一测量节点：称为“测量数据接口”；·
·中心服务器一中心数据库：称为“数据存储/查询接口”；·中心服务器一分析服务器：称为“数据请求接口”。结果统计分析及输出
测量结果的存储
测量任务的配置
测量节点的监控
测量流量的发送、接
收，原始数据的生成
YD/T2031-2009
节点控制接口用来在中心服务器和测量节点间传递控制信息，同时测量节点也通过节点控制接口将测量的原始数据发往中心服务器，因此节点控制接口实际上可以分为两个子接口，在每个子接口上可采用一个固定端口的TCP连接用以传输数据。为保证中心服务器与测量节点间控制和数据信息的安全性，在节点控制接口上可采用加密传输的方式，推荐采用基于MD5的加密。测量数据接口用来在测量节点之间传递测量报文，测量报文根据测量任务的不同类型可能采用各种协议，对于网络层性能测量来说可能为TCP、UDP或ICMP协议报文，因此在测量数据接口上应至少为TCP、UDP和ICMP定义三个接口，其中TCP和UDP协议可以采用固定端口号，也可由各测量节点协商确定数据存储/查询接口用来在中心服务器和中心数据库之间完成数据的传递，数据存储/查询接口应根据中心服务器所采用的不同操作系统可以有多种实现方式，如Windows系统下的ODBC接口等。数据请求接口用于分析服务器向中心服务器发送测量数据请求，以及中心服务器向分析服务器发送从中心数据库读取的测量数据。该接口可采用一个固定的TCP连接，同时为保证中心服务器与分析服务器间数据信息的安全性，在数据请求接口上可采用加密传输的方式，推荐采用基于MD5的加密。5.31P网络性能测量系统功能要求5.3.1IP网络性能参数要求
IP网络性能测量系统的基本功能是对IP网络性能参数的测量，IP网络性能参数是网络层性能的基本表征，其定义及指标见YD/T1171-2001和YD/T1381-2005。在实际IP网络测量中，可选取部分参数作为网络性能的测量参数，以减小测量的复杂度，同时这些参数对于表征所关心的网络或业务性能应该是充分的。3
YD/T2031-2009
5.3.2IP网络性能测量方法
IP网络性能测量方法包括参数选取要求、单体测量要求、抽样测量要求、时钟同步要求、安全性要求等方面的内容，具体相关规定见YD/T1381-2005。5.3.3测量周期与报告周期
由于IP网络中的流量在时间上存在自相似性，因此得到网络性能的时间特性非常重要，IP网络性能测量应明确测量的时间范围，并在结果中包含测量值的获得时间。测量周期是在对IP网络进行测量时，保持某一特定测量模型的单位时间，也就是说，在一个测量周期之内采用相同的测量方法，包括测量报文的发包间隔、报文大小等。设定测量周期是为了在不同的测量时间段内能够采用不同的测量模型以适应不同的网络流量特征，例如在网络流量波动较频繁的时段采用比较高的抽样速率，以完整反映网络性能状况；而在流量波动较小的时段采用比较低的抽样速率，在充分反映网络性能状况的同时减少测量报文的发送量。测量周期以秒（s）为单位，为保证充分反映不同时段内的网络质量，测量周期应不大于7200s（2h），建议的测量周期为3600s（1h）。对于每一个测量周期可以给出一组独立的网络性能测量结果统计值。为尽量减小测试对网络的影响，测量报文的发送间隔（抽样间隔）原则上应不小于1s；同时为了保证完整的体现网络的性能状况，测量间隔应不大于600s。报告周期是对被测网络性能进行统计与报告的时间周期，在这个时间周期之内对每个测量周期的网络性能统计结果进行总结与整理，得到网络性能的阶段性报告。报告周期一般可作为运营商或其他数据网络运营机构向其用户或主管部门提交网络性能报告的时间周期。报告周期以天为单位，原则上应不小于7天。由于IP网络业务流量具有一定的自相似性，因此报告周期应采用7天的整数倍，建议的报告周期为一个自然月。
5.3.4其他功能
IP网络测量系统在进行网络性能测量的同时，还可以利用测量的结果对IP网络的管理维护提供支持：例如在测量中发现丢包率高于设定的门限值时，由分析服务器产生网络故障的告警或报告等。6IP网络性能测量模型
P网络性能测量的模型，也就是测量系统在测量中构成的逻辑模型，应该是与目标业务的逻辑模型相关的。在IP网络中，目前常见的业务模型主要有C/S（客户机/服务器）模型和P2P模型两种。传统的互联网业务如Web、E-mail、FTP等主要采用C/S模型；而一些新的应用如IP语音、即时通信等更多的采用了P2P模型。根据所关心的业务类型不同，IP网络性能测量的系统模型主要分为星型模型和全网状模型两种，其他一些测量模型可由这两种基本的模型演化而来。6.1星型模型
在星型模型之中，测量系统的测量节点分为两种类型：中心节点与边缘节点。中心节点仿真C/S模型的服务器，在测量中作为测量数据的接收节点（单向测量）和反射节点（双向测量）；边缘节点仿真C/S模型中的客户端，在测量中作为测量数据的发送节点。星型模型的测量系统示意如图2所示。在星型模型的测量系统之中，由于需要处理多个边缘节点发送的测量数据，因此对中心节点的性能要求较高。
6.2全网状模型
边缘节点
边缘节点
中心节点
分析服务器
图2星型模型测量系统示意
边缘节点
中心服务器/
中心数据库
边缘节点
YD/T2031-2009
全网状模型是一种体现IP网络连接状况的基本模型。在全网状模型中，每个测量节点的功能和作用相同，各测量节点之间可以根据测量的需要任意配置测量流量。全网状模型主要仿真了P2P模型的网络业务流量，也可作为基本的网络端到端性能测量模型。全网状用模型的测量系统示意如图3所示。中心服务器
中心数据库
控制信令及结果数据
测量节点
测量节点
7IP网络性能测量架构
测量流量www.bzxz.net
IP网络
图3全网状模型测量系统示意
测量节点
分析服务器
测量节点
由于IP网络通常为层次化结构，使得网络中的网络设备可能处于不同的层次，而通常情况下，不同层次的设备又可能分别为不同级别的机构所管理，这样不同级别的机构所关注的网络范围也会不同。在这种情况下，IP网络的性能测量必须照顾到处于不同管理域的网络，还可能需要站在全网的角度去考察网络性能，例如地区级网络运营商关注本地网或城域网的性能情况：全国性的运营商考虑的是全国范围内包括骨干网在内的IP网络质量：企业用户可能会关注自身的接入设备（CE)到运营商网络汇聚设备（PE）的性能情况；个人用户可能会关注自身终端（TE）到业务服务器的性能情况等等。同时，即使在同一个5
YD/T2031-2009
管理域内的网络，出于网络规划等目的，网络的逻辑结构也可能会划分为不同的层次，如路由设备处于不同的OSPF域（area）或BGP的自治域（AS）中。因此，单纯应用第6章中的两种模型对于IP网络性能测量来说是不够的，还需要进一步定义应对实际IP网络的性能测量架构。7.1IP网络模型
IP网络从结构上可以分为平面型网络和层次化网络。平面型网络的测量可以根据所关注的业务类型直接应用第6章中所描述的星型模型或全网状模型，将测量节点连接至所关心的网络节点，对网络性能进行测量。
从目前的情况看，绝大多数运营的或商用的IP网络属于层次化网络。根据我国IP网络的实际情况，一般来说，运营商IP网络结构根据运营、管理和地理区域等因素可以分为三级结构或二级结构，三级结构为：一级全国骨干网、二级省网和三级城域网。视各地的不同业务需求和网络情况，可能将二级省网和三级城域网合二为一，成为二级结构：一级全国骨干网、二级城域网。一般米说，城域IP网络可以分为接入层、汇聚层和骨干层。通常情况下，一条典型的端到端的IP数据流将会穿越多个互联的IP网络（运营商网络），而每个网络又会分为几个不同的层次。从我国的实际情况来说，由于不存在IP网络转接互联的情况，因此IP网络的互联最多在两个网络之间进行。一个典型的互联的IP网络参考模型如图4所示。应用服务器
入网A
用户A
用户A
网络设备
口用户终端
图4IP网络参考模型
根据以上网络参考模型，有以下几点需要特殊说明。PE
应用服务器
接入网
用户B
1.图4中所示的接入网及骨干网均是一种泛指的概念，其具体含义和范围可根据实际组网的方式和技术确定，其中接入网的含义并不局限于传统意义上“最后一千米”的概念，例如个人宽带用户通过某运营商网络接入互联网的情况下，接入网可指代该运营商的城域网络，IP骨干网络可指代该运营商城域网之上的骨干IP网络。
2.图4中所示的P、PE、CE设备都是逻辑上的概念，在不同的组网形式下所指的具体设备可能会不同。P（Provider）设备是指在网络中不与本运营商网络中其他层次网络设备相连，也不与其他运营商网络设备相连的路由器设备。PE（ProviderEdge）设备一般来说是指运营商网络与用户网络或ISP网络相连的设备。CE（CustomerEdge）设备是指用户网络或ISP网络与运营商网络相连的设备。对于个人用户来说，其TE设备一般来说直接与运营商的PE设备相连，或逻辑上直接相连，因此在这种情况下不存在CE设备；在某个运营商网络内部，其不同网络层次的互联设备之间也可以认为是PE-CE的关系；对6
于互联的两个骨干网运营商来说，其网络互联节点均应认为是P设备。7.2IP网络性能测量架构
YD/T2031-2009
处于不同位置的人或机构对IP网络性能的关注范围也不同，例如宽带网络用户可能最关注自身的终端与应用服务器之间的性能；企业用户可能最关心是接入节点（Site、CE设备）与其他接入节点之间的性能；网路运营商可能最关心的是网络各个层面（骨干层、汇聚层、接入层）之间的性能。因此，对IP网络性能的测量应该根据所关心的网络范围，并结合所针对的业务模型来进行。在各种情况下IP网络性能测量节点的分布如图5所示。
入网A
用户A
7.2.1本网P/PE测量
测量节点
接入网
用户B
图5IP网络性能测量中测量节点的分布本网P/PE测量的测量范围是运营商的P或PE设备之间，主要用于运营商对自身网络质量的检查和监测。需要说明的是，本标准中所指的PE并不单指运营商网络与用户接入设备相连的设备，而可以泛指运营商网络中各个层次之间的相连的设备，如骨干层与汇聚层相连的路由器设备，汇聚层与接入层相连的交换机或BAS设备等。这样运营商可以利用P/PE测量米检验自身网络不同层次以及各层次之间的性能情况。
本网P/PE测量中，测量节点的接入位置为待考查的P或PE设备上7.2.2网间P-P测量
网间P-P测量的测量范围是两个互联的运营商网络的互联节点之间，主要用于对运营商之间网络互联质量的检查和监测。
由于我国互联网互联互通中存在直联与NAP点互联两种方式，因此网间P-P测量的测量节点连接方式也有两种情况：
。直联方式下测量节点的接入位置为互联双方的互联节点路由器上：。NAP点互联方式下测量节点的接入位置为互联双方接入NAP点的路由器上。7.2.3CE-CE测量
CE-CE测量的测量范围是从用户接入运营商的CE（CustomerEdge）设备到网络对端的CE设备，主要用于企业网用户或其他专网用户对运营商所提供的专线或VPN接入质量的检查和监测。CE-CE测量中，测量节点的接入位置为用户自身的CE设备上。7.2.4TE-TE 测量
YD/T2031-2009
TE-TE测量的测量范围是从用户TE设备到TE设备，主要用于对端到端用户业务质量的测量，例如VoIP端到端语音质量的测量等。
TE-TE测量中，测量节点一般为仿真的用户终端，或在用户终端中内置的测量工具。需要说明的是，由于用户终端的性能或业务本身的处理方式等都会对测量结果造成影响，因此在TE-TE测量中需要区分IP网络的性能质量与用户终端的性能质量，例如在端到端VoIP语音质量测量中，需要考察IP网络的传输质量，同时还需要考察用户终端质量以及语音编解码算法对业务质量的影响。另外，TE-TE测量也可以用于C/S模型的业务，此时可将业务服务器作为一个TE设备。7.2.5测量中其他问题的考虑
由于P网络的复杂性，在网络性能测量中还需要考虑以下问题。在存在等价多路径（ECMP）或POS链路捆绑的情况下，单独的一条测量流量只能反映其中某条路径或链路的质量，如果等价多路径或链路捆绑采用基于逐流的哈希算法，那么各条路径或链路间的质量就可能存在差异，在这种情况下，建议采用多流的方式，即在测量节点之间发送多条测量流量进行网络性能测量。
8安全考虑
对于IP网络测量中的安全问题，见YD/T1381-2005。8
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