网络丢包对流测量影响的评估研究

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“报文”是互联网用IP协议进行传输的基本单位,也是被动测量“感知”网络的基本单位,因此被动测量所获得的原始信息是报文流,通常称为“IPTRACE”。早期相关的研究工作直接面向TRACE展开,主要关注报文到达的统计特征,以及一些仅限于IP层的流量特性。随后,对网络流量行为的研究向更高的层次进行,研究人员开始用属于TCP层的、具有更完整逻辑含义的、面向端系统的“流”(flow,也称数据流)这个概念,作为网络动态行为研究的对象和基础。这一做法的好处在于可以将原先孤立的流量网络层行为和应用层行为关联起来,使研究工作可以到达更高的境界。不同于“IPTRACE”,“流”信息无法直接通过被动网络测量获得,于是将被动测量所获得的IPTRACE组成“流”既是研究人员获取“流”信息的主要手段,也是对庞大的IPTRACE进行摘要的一种手段。试验表明:被动测量由于软硬件的能力原因,测量系统存在“丢包”现象,那么基于丢包后的IPTRACE获得的“流”它的可信度如何?本学位论文的研究工作主要围绕这个目的展开。研究工作分为三个阶段,分别是:数据流超时研究、评估方法研究和网络丢包对流测度的影响。 由于研究的目的不同,“流”的定义也不同,而对“流”的准确的定义是评估工作的基础。最常规的定义是五元组+超时。“流”超时研究始于K.C.Claffy,她于1994年提出的“主干网数据流超时时间以64秒为宜”的结论,被广泛接受并大量使用。但十几年来,网络规模、设备的能力,特别是网络应用发展巨大的变化,64秒是否仍是合适的超时时间?本学位论文使用和Claffy相同的方法对近期CERNET主干网流量进行实验和分析,提出了目前主干网流测量超时值以16秒为宜的结论。这个结论在论文后面的部分中使用。 论文随后进行了丢包影响评估研究,主要分为四部分进行,包括:指标研究、评估系统设计与实现、实验方案设计和实验结果分析。首先进行的是指标研究。由于国内外缺乏同类研究,论文从已有的参考文献出发,系统化地归纳、总结和提出了用于评估丢包影响的指标体系。这些指标分为集合属性和流测度两个大类,共计九个,分别是:流总数、流符合度、流报文容量分布、流字节容量分布、流持续时间分布、新流个数、活跃流个数、TCP流比例和UDP流比例。文中详细给出了它们的定义、测量(计算)方法、对比方法和意义。通过这些指标,可以客观全面地考察网络丢包对流测量结果的影响。 在此基础上,论文基于上述研究成果设计并实现了一个用于评估丢包影响的软件系统。该按照规范软件工程流程进行设计和开发,该系统具备良好的通用性、可配置性和可扩展性,可以随时调整配置参数、加入新的组流算法(定义)、增加Trace、新的测度算法和新的评估公式。 最后,论文用上述平台和来自于CERNET主干网的IPTRACE,进行了一次完整的丢包对流测度影响的评估,得出的主要结论包括:(1)16秒是适合于当前网络环境的数据流超时值。(2)流符合度指标对丢包较为敏感,其变化趋势和丢包率呈指数关系,其余指标为线性关系。(3)丢包对16秒的影响小于对64秒的影响。(4)丢包对TCP流的影响小于对UDP流的影响。最后进行了总结,并对未来的工作进行了展望。
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