基于網絡透視理論的網絡鏈路性能測量研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網的飛速發(fā)展，網絡測量的重要性日益突出。網絡測量可以精確地捕捉互聯(lián)網行為的測量數(shù)據(jù)，包括延遲、丟包率、帶寬、吞吐量、瓶頸、服務器和網絡設備的響應時間等。網絡測量是認識網絡運行規(guī)律、及早發(fā)現(xiàn)網絡中的惡意攻擊行為、優(yōu)化網絡結構部署、提高網絡整體性能、改善網絡服務質量的重要手段，具有較強的實用價值和廣闊的應用前景，因此它已經成為當今網絡技術領域的研究熱點之一。
　　 互聯(lián)網的分散性、異構性以及分域自治等特點給傳統(tǒng)的網絡測量方法

2、帶來了巨大挑戰(zhàn)。由于對互聯(lián)網協(xié)議的最初設計并沒有考慮網絡測量的需要，雖然網絡運營商可以在自己的管理域中部署測量點來了解網絡運行情況，但是互聯(lián)網的復雜性使得直接部署大量測量點來獲取網絡內部性能的做法是不切合實際的。同時由于大多數(shù)網絡應用是跨越互聯(lián)網中的很多子網，因此通過外部端到端的測量方式來了解互聯(lián)網的整體性能情況對于保證網絡服務質量是非常重要的。本文主要研究基于網絡透視理論的網絡鏈路級性能測量，即利用網絡路徑端到端的測量方式來獲取網絡整

3、體性能情況，通過采用統(tǒng)計學方法來分析網絡內部性能。本文主要圍繞網絡鏈路級延遲、丟包率等網絡屬性，從離散模型和連續(xù)模型、統(tǒng)計推斷策略、度量方法等方面進行了深入的研究，提出了基于網絡透視理論的網絡鏈路級延遲、丟包率的測量方法。本文的主要研究成果如下：
　　 (1)針對離散延遲模型量化不準確的問題，提出一種基于邏輯多播樹的網絡鏈路級延遲分布推斷方法。該方法采用路徑端到端的多播測量方式進行研究，在滿足網絡鏈路級延遲的時間獨立性和空間獨立

4、性的假設下，針對不同的網絡路徑級延遲分布，提出分情況量化處理方式來選取離散延遲模型中的量化單元大小和量化范圍，并在此基礎上，采用最大似然估計和期望最大化算法對網絡路徑級延遲分布情況進行分析，并推斷出網絡鏈路級延遲分布情況。該方法適用于在網絡內部節(jié)點處于非協(xié)作情況下的網絡延遲測量，同時該方法可以合理地選取延遲分布的初始化值，減少估計值的計算次數(shù)。
　　 (2)針對不靈活的網絡丟包率離散模型問題，提出一個對網絡數(shù)據(jù)包通過率進行統(tǒng)計推

5、斷的連續(xù)模型。在滿足網絡鏈路級數(shù)據(jù)包通過率的時間獨立性和空間獨立性的假設下，該統(tǒng)計推斷模型是基于路徑端到端的網絡測量方式，采用累積量母函數(shù)對網絡路徑級數(shù)據(jù)包通過率進行分析，以推斷出網絡鏈路級數(shù)據(jù)包通過率的統(tǒng)計信息，并得到各條鏈路間數(shù)據(jù)包通過率的大小關系。同時根據(jù)網絡數(shù)據(jù)包通過率與丟失率之間的關系間接得到網絡鏈路級數(shù)據(jù)包丟失率的信息，并發(fā)現(xiàn)網絡瓶頸鏈路。
　　 (3)針對復雜拓撲結構的網絡鏈路級延遲推斷問題，提出一種針對多發(fā)送端拓

6、撲結構的網絡鏈路級延遲推斷方法。該方法采用網絡路徑端到端的多播測量方式進行推斷研究。在滿足網絡鏈路級延遲的時間獨立性和空間獨立性的假設下，提出將復雜的多發(fā)送端拓撲結構的網絡分解成多個簡單的單發(fā)送端拓撲結構的分解單元，并按照各分解單元所含鏈路個數(shù)的升序順序推斷各分解單元中的網絡鏈路級延遲分布。對每個分解單元的推斷是在完成拓撲簡化處理后，采用最大似然估計法來推斷網絡鏈路級的延遲分布。整個拓撲結構的推斷過程使得分解單元中數(shù)據(jù)流共享鏈路上的延遲

7、分布的真實值和估計值之間的差異逐漸減小。該方法充分利用了各條路徑上的網絡延遲數(shù)據(jù)，因此網絡鏈路級延遲推斷結果較為精確。同時該方法可以應用到多發(fā)送端拓撲結構中網絡鏈路級丟包率推斷上。
　　 (4)針對從復雜的網絡拓撲結構中獲取有用統(tǒng)計信息的問題，提出基于路由矩陣的網絡鏈路和網絡路徑的度量方法。對單鏈路和單路徑度量、鏈路間或路徑間相似度量和它們的相異度量進行定義，并分析它們的性質。該度量方法可以幫助網絡研究人員根據(jù)實際情況選取網絡重