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随着网络技术飞速发展,网络规模日益扩大,网络复杂性不断提高,影响网络服务质量的因素也逐步增多,这对网络管理提出了新的挑战。在网络管理中,往返时延、延迟抖动等时间测度具有非常重要的指标作用,它是计算机网络的重要性能测度。网络测量作为了解网络性能的基本手段,是进行有效的网络管理的基础。在被动测量日益普及的今天,基于被动测量的时间测度研究,对于掌握网络服务质量的具体情况具有重要的意义。当前提出的基于被动测量的时间测度研究是从报文的角度来进行,如何基于能够提供详尽的网络流量应用类型信息的“流”来进行时间测度分析在当今网络流量激增的背景下具有重要的现实意义。
论文以时间测度的应用为研究背景,结合CERNET华东北地区网络中心“网络行为观测系统”的需求,对基于流被动测量的时间测度问题展开了研究。本文在基于报文被动测量的时间测度研究基础之上,进一步扩展到“流级别”上来,考虑到TCP流在时间上存在相关性,选择了TCP流进行时间测度的研究。通过分析TCP的数据类型,把交互数据流和块状数据流的传输过程进行建模,分别提出基于这两类流的往返时延估计方法。本文还研究了一些其它的时间测度,并首次提出了网络总体时延的概念,用它米描述一个网络的服务质量。
论文首先介绍了时间测度研究的相关背景知识。在分析了现有时间测度研究的不足之处之后,提出了本文主要研究目标:基于流的往返时延、延迟抖动等时间测度的被动测量方法的设计,确定了通过对报文的传输过程建立相应的数学模型的方法来得到被动式测量方法的研究思路。
其次,对论文研究的数据——NetFlow进行了介绍,并给出了抽样条件下部分数据的原始信息估计公式。本部分着重介绍了NetFlow相关内容,包括NetFlow流记录的采集、NetFlow流记录的格式以及各个字段的内容;针对现有NetFlow抽样机制的影响,结合区间估计理论,给出了流内原始字节数、报文数的计算公式。
再次,论文根据TCP交互数据流和块状数据流的传输机制的不同,通过建立相应的模型给出了往返时延的估计公式。对于交互数据流,结合Nagle算法给出了利用相邻报文对的时间差来进行往返时延的估计算法,同时对于部分交互流,还提出了基于最小二乘的修正算法;对于块状数据流,把传输过程分为无拥塞与拥塞两种情况分别进行时延估计。
接着,为了掌握网络服务质量的总体情况,论文提出了网络总体时延这个测度,并给出了该测度的定义及其测量方法。同时,论文还结合网络管理的目标,基于NetFlow数据,研究了延迟抖动和流速。
然后,以实际网络流量为数据源,根据论文所提的方法进行了往返时延的估计,并对网络总体时延、延迟抖动、流速进行了测量,分析了测度值在实际流量中的分布情况,总结了相关结论。此外,通过实验对比了往返时延的估计方法的有效性,并对所建立的误差模型进行了检验。
最后,总结了论文所做的工作,指出了不足之处,对未来进一步的研究进行了展望。