网络带宽测量算法研究

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1、http://www.paper.edu.cn网络带宽测量算法研究杨帆北京邮电大学电信工程学院，北京（100876）E-mail：yf_8207@sina.com摘要：介绍了瓶颈带宽，可用带宽等基本概念及相应的测量算法，重点分析了packettrain，PathLoad及IGI的算法原理。在对各算法进行了实验分析之后，提出了各自的缺点与不足，随后探讨了带宽测量技术以后可能的研究方向及应用价值。关键词：瓶颈带宽，可用带宽，带宽测量中图分类号：TP393.061.引言随着宽带网络技术的迅速发展，各种新型业务不断涌现，IP宽带业务多样化和快速增长已成为不争的事实，

2、这就对网络性能提出了更高的要求。大量的视频点播、流媒体、网络游戏等实时业务以及P2P类型业务广泛应用于宽带网络上，这些新业务不仅占用带宽大，而且具有实时性，对网络传输能力和服务质量提出了更高的要求。由于传统的“尽力而为”(besteffort)网络缺乏服务质量（QoS）机制的保障，为了能在尽力而为的网络上支持多媒体应用，更好的洞察网络带宽特性，从而有效的对网络进行预测、控制和使用，必须要有高效的测量技术支持，因此，网络带宽测量在当前Internet网上支持实时媒体应用日益成为网络研究的一个重点。近年来，国内外对于网络带宽的测试也做了大量的研究，得出了很多网络

3、带宽测试的算[1][1]法。其中，对于瓶颈链路带宽容量的测量,有很多测量工具,如packetpair，packettrain[1][2][3][4]和pathrate等。此外，可用带宽测量工具也有很多,如PathLoad，TOPP以及IGI等。本文首先对网络带宽相关概念进行了严格的定义，然后分别介绍瓶颈带宽、可用带宽的相关的测量算法，将各种算法进行实验分析后，指出各算法存在的缺点，最后讨论带宽测量技术以后可能的研究方向。2.相关概念目前，对网络带宽测量的研究主要包括：端到端（end-to-end）带宽测量和逐跳（per-hop）带宽测量。由于端到端带宽测量不

4、需要测量路径上的节点参与，对于提高服务质量有显著的指导作用，因此，本文只讨论端到端的带宽测量技术。为了更好的描述网络性能，引入一些网络带宽的相关定义。链路容量：即链路的最大传输能力，指链路在物理设计上能够达到的最大数据传输速率，一般是一个固定值。带宽：单位时间内物理通路理论上所能传送的最大比特数。瓶颈带宽：假设一条传输通路P有n条链路构成，每条链路Li(i=1,2,…,n)的最大传输能力为Cibps。若从发送端到接收端的通路设为固定且唯一的，则对于通路P，其瓶颈带宽定义为：CC=min(,C,...,C)（1）endtoend−−12n可用带宽：假设背景流量

5、在短时间T内恒定不变，µi表示链路Li在T时间段内的利用率，链路的可用带宽为Ai=Ci(1-ui)。在时间T内，通路P上的可用带宽定义如下：-1-http://www.paper.edu.cnAA=min(,A,...,A)(2)endtoend−−12n从上述定义可以看出，瓶颈带宽由通路上的最窄链路的物理带宽决定，表征了网络路径所能提供的端到端的最大传输能力，与网络中是否存在背景流量无关。而可用带宽则表示通路剩余的最大传输能力，与背景流量有关。3.网络带宽测量算法及实现网络带宽测量包括逐跳链路带宽测量，端到端通路能力（即瓶颈带宽）的测量，以及端到端可用带宽

6、的测量。这里只讨论端到端的瓶颈带宽及可用带宽的测量算法。瓶颈链路带宽容量的测量工具有packetpair，packettrain和pathrate等。其中，packetpair是基于包对模型的，而packettrain和pathrate是基于包列模型的。可用带宽测量工具有PathLoad，TOPP以及IGI等。Pathload测量的是端到端的可用带[5]宽,它采用SloPS（SelfLoadingperiodicstreams）算法，虽然这是较为精确的测量工具,但它的测量时间较长,对网络运行影响较大。TOPP以逐渐增大的速率向路径发送一系列包对进行测量。IG

7、I/PTR算法则使用数据包序列技术，计算测量出路径的可用带宽。3.1瓶颈带宽的测量packetpair，packettrain和pathrate都是用来测量瓶颈带宽的，pathrate是用多组变长包对进行测量，得到带宽的分布图，再根据分布图来估计；packetpair和packettrain原理大致相同，区别在于packetpair由发送端发送一系列背靠背（back-to-back）的包对，接收端获得每对包的包间隔，再由公式C=L/△进行统计估计，而packettrain则发送端发送一系列背靠背的包列。下面详细介绍下packettrain的算法原理。3.1.

8、1packettrain算法及实现packettra