CN100463422C - 一种链路、路径、网络可用带宽测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种链路可用带宽测量方法，用于测量网络中任一条链路的可用带宽，通过采用八探测分组组合的测量方式，测量网络中任一条链路的容量、利用率或者可用带宽，并可以扩展到测量路径的可用带宽或者测量网络的可用带宽。本发明可以对网络中的任何一条链路的可用带宽进行测量，跟踪链路的流量变化，填补了现有技术的空白。也可以测量路径的可用带宽，测量误差优于经典的路径可用带宽测量方法。特别是当路径中有多于一条最小容量的链路或者最小可用带宽的链路不是最小容量链路时，克服了现有测量方法在这种情况下无法准确测量路径可用带宽的局限性。还填补了传统的路径可用带宽测量方法无法实现的对网络可用带宽进行测量的技术空白。

Description

一种链路、路径、网络可用带宽测量方法

技术领域

本发明属于网络测量技术领域，特别是涉及一种链路、路径、网络可用带宽的测量方法。

技术背景

可用带宽测量对许多网络应用和协议有很重要的作用。流媒体的速率控制、端到端的接入控制、服务器的动态选择、覆盖网络(overlay network)的路由选择、拥塞控制以及服务质量QoS的服务级别协定的验证等都需要网络可用带宽测量的支持。

端到端可用带宽的估测通过使用端到端的探测单元估计一条路径上的可用带宽。根据可用带宽估计方法，可用带宽测量模型分为探测速率模型(PRM，probe rate model)和探测间隔模型(PGM，probe gap model)。探测速率模型PRM是基于自诱导拥塞(self-induced congestion)概念。一般地，如果发送端探测流的发送速率小于路径可用带宽，那么探测流到达接收端的速率将与源端的发送速率相匹配。反之，如果发送端探测流发送速率大于路径的可用带宽，那么探测流将会拥塞网络，网络反过来使探测流延迟。因此，探测流到达接收端的速率将小于发送速率。所以，通过寻找探测流发送速率和到达速率开始匹配的转折点可以估计路径的可用带宽。PathChirp是基于探测速率模型PRM的典型算法。pathChirp通过发送许多分组链估计网络路径的可用带宽。一个分组链由一串间隔服从指数分布的分组构成，由探测发送端传输到接收端，然后在接收端进行统计分析。具体来说，当pathChirp观察到分组链中分组的时延增加时，根据该分组与前面分组的时延间隔计算该分组对应的可用带宽，并把它作为该分组链测量可用带宽的一个瞬时可用带宽值，然后对瞬时可用带宽进行加窗平均，获得该分组链对网络路径的可用带宽的估计值。对多个分组链测量得到的可用带宽值进行平均获得网络链路的可用带宽的估计值。

探测间隔模型(PGM)是通过提取到达目的端的两个连续探测分组之间的时间间隔信息进行可用带宽估计。Spruce是基于探测间隔模型PGM的典型算法。Spruce通过发送一系列分组对，在接收端计算路径的可用带宽，分组对与分组对之间的间隔服从指数分布，分组对中分组与分组之间的间隔设置为大小为1500B的分组在路径的窄链路的传输时间。

目前关于可用带宽测量的方法一般是对路径的可用带宽进行测量，从全局的角度观察整条路径的情况，而没有观察局部链路的信息。基于探测间隔模型(PGM)的方法一般假设路径上有一条容量最小的链路(narrow link)同时也是可用带宽最小的链路(tight link)，因此，路径可用带宽测量就是测容量最小的链路的可用带宽。然而，实际网络环境中这个假设往往很难成立。当这个假设不成立时，测量结果会出现较大的偏差。另外，当需要估计一定半径范围的网络的可用带宽时，如果不能确定待测网络中所有链路的可用带宽，则难以估计待测网络的总可用带宽。因此，有必要对路径上的链路的可用带宽进行测量，进而对由链路所构成的路径进行测量，在对由路径所组成的网络进行测量，以便更详细了解网络的状况，有针对性的改善网络的传输环境。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种构成网络路径的链路的可用带宽的测量方法。

本发明的另一目的在于提供一种网络路径的可用带宽的测量方法。

本发明的又一目的在于提供一种网络的可用带宽的测量方法。

为了实现发明目的一，采用的技术方案如下：

一种链路可用带宽测量方法，它通过在探测发送端和探测接收端发送和接收一系列八探测分组组合来测量网络中任一条链路L_k的容量C_k、利用率u_k或者可用带宽A_k；所述的八探测分组组合由在探测发送端前后发送的两个四分组探测单元组成；所述四分组探测单元包含背靠背的、也即一个紧接着一个发送的四个探测分组p、m、q、m；其中p是先发送的领头的分组，q称为夹心分组，m称为追尾分组，并且把八探测分组组合内四个追尾分组按照发送的先后顺序标记为m₁，m₂，m₃，m₄；

在探测接收端测量八探测分组组合内四个追尾分组m₁，m₂，m₃，m₄的到达时间t(m₁)，t(m₂)，t(m₃)，t(m₄)，并计算它们到达时间间隔的平均值Δ₁＝E{t(m₂)-t(m₁)}，Δ₂＝E{t(m₃)-t(m₂)}，Δ₃＝E{t(m₄)-t(m₃)}，然后通过如下方式计算链路容量C_k、利用率u_k和可用带宽A_k：

$C_k\≈\frac{s\left(p\right)}{{\mathrm{\Δ}}_2+{\mathrm{\Δ}}_1-T}(1-\frac{s\left(m\right)}{s\left(q\right)}\mathrm{\α}),$ $u_k=\frac{{\mathrm{\Δ}}_3-(s\left(q\right)+s\left(m\right))/C_k}{{\mathrm{\Δ}}_1},$ A_k＝(1-u_k)C_k；

其中，s(p)、s(q)、s(m)为分组p、q、m的长度，α是背靠背因子，T是两个四分组探测单元尾字节之间的发送时间间隔；C_k是链路容量C_k的近似估计值，其最终取值要参考现有网络中链路的标称值，例如E1/T1，10Mbps，100Mbps，1Gbps，10Gbps等，就近选取；

所述八探测分组组合内两个四分组探测单元之间的发送时间间隔T的取值的具体确定方法是：粗略估计一个比排队时延大的值，使得它们在到达被测链路Lk之前较小可能同时出现在同一个路由器内，或者通过实验来确定T的取值，即增加T直到T的改变量与Δ₁+Δ₂的改变量一样时为止；

发送的八探测分组组合的个数和时间间隔要满足以下几个方面的要求：增加数量以提高统计测量的精度、加大发送时间间隔以减少插入的探测流对网络正常流的干扰、或者在需要快速得到测量结果时，折中选取所述发送个数和间隔；所述的八探测分组组合之间的发送时间间隔必须大于等于2T。

所述分组m的TTL取最大值，使得m可以到达探测接收端，当待测链路是离探测发送端第k条链路L_k时，所述先发送的四分组探测单元中p和q的TTL取值为k-1，后发送的四分组探测单元中p和q的TTL取值为k。

所述的s(p)、s(q)、s(m)的取值需满足在路径上无背景流时后发送的四分组探测单元中的各分组能够背靠背离开待测链路L_k，所述背靠背条件确定方法具体如下：

设从探测发送端到待测链路的链路容量依次为C₁，C₂，...，C_k；计算出其中的最小容量 $C_{i_1}=\min \left\{\begin{array}{cccc}{C}_1,& C_2,& ...,& C_k\end{array}\right\},$ $\begin{array}{cc}{C}_{i_2}=\min \left\{\begin{array}{ccc}{C}_{i_1+1},& ...,& C_k\end{array}\right\},& ...,\end{array}$ $C_{i_j}=\min \{C_{i_{j-1}+1},...,C_k\}=C_k;$ 再计算背靠背因子 $\mathrm{\α}=\max \{\frac{C_{i_1}}{C_k},\frac{C_{i_2}}{C_{i_1}},\frac{C_{i_3}}{C_{i_2}},...,\frac{C_k}{C_{i_{j-1}}}\};$ 最后得到背靠背条件： $\frac{s\left(p\right)}{s\left(m\right)}\≥\mathrm{\α},$ $\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)}{s\left(m\right)+s\left(q\right)}\≥\mathrm{\α},$ $\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)+s\left(q\right)}{s\left(q\right)+2s\left(m\right)}\≥\mathrm{\α}.$

所述背靠背因子α的默认值为α＝10，它对应于现有Internet中常见的从边界路由器到主干路由器，即从10Mbps到100Mbps、或者从100Mbps到1Gbps、或者从1Gbps到10Gbps的网络接入方式；

所述的四分组探测单元中领头的探测分组p的长度的取值为路径的最大传输单元MTU，追尾分组m的长度的取值为路径的最小传输单元，具体在以太网链路组成的路径上取值为s(p)＝1500Byte，s(m)＝46Byte；夹心分组q的长度的取值为：

$s\left(q\right)\≤\min \{\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)}{\mathrm{\α}}-s\left(m\right),\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)+s\left(q\right)}{\mathrm{\α}}-2s\left(m\right)\}.$

为了实现发明目的二，采用的技术方案如下：

一种路径可用带宽测量方法，它对于具有n跳的待测路径，以n个四分组探测单元为一个探测组合，每个探测组合内探测单元之间的时间间隔为T；令每个探测组合内探测单元中的领头分组p和夹心分组q的TTL值，按照发送的先后顺序，分别为1，2，3，...，n，令各追尾分组m的TTL取最大值使之可以到达探测接收端；各探测分组长度的取值满足 $\mathrm{\α}=\max \{\frac{C_2}{C_1},\frac{C_3}{C_2},...,\frac{C_n}{C_{n-1}}\}$ 的背靠背条件；在探测接收端测量每个探测组合内各相邻探测单元k-1和k内四个追尾分组的到达时间间隔的平均值

并通过如下方式计算链路容量C_k及其可用带宽A_k：

$C_k=\frac{s\left(p\right)}{{\mathrm{\Δ}}_2^{\left(k\right)}+{\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}-T+s\left(m\right)/C_{k-1}},$ $A_k=\frac{({\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}-{\mathrm{\Δ}}_3^{\left(k\right)})C_k+s\left(q\right)+s\left(m\right)}{{\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}};$

然后得到路径的可用带宽A_path的估计值： $A_{\mathrm{path}}=\underset{1\≤k\≤n}{\min }{A}_k;$ 其中探测发送端的链路容量C₁总是已知的。

用小的测量总开销也可以得到路径可用带宽的精确值；具体做法是：在经过少数几次测量以后，根据测量结果定位路径中具有最小可用带宽的链路，再采用所述的链路可用带宽测量方法，针对这些最小可用带宽的链路进行精确测量；

可测量任意一条路径中的任意一条子路径的可用带宽，具体方法如下：

对待测子路径靠近探测发送端的第一条链路采用链路可用带宽测量方法确定其背靠背因子α₁；对于整个待测子路径采用路径可用带宽测量方法确定其背靠背因子α₂，然后由α＝max{α₁，α₂}确定待测子路径的背靠背条件并确定各探测分组的长度；对于具有n跳的待测子路径，采用路径可用带宽测量方法发送n个四分组探测单元组合，以计算待测子路径的可用带宽，其中待测子路径的第一条链路的容量通过链路可用带宽测量方法计算获得。

为了实现发明目的三，采用的技术方案如下：

一种网络可用带宽测量方法，它在给定源和目的节点的待测网络上，用路径可用带宽测量方法测量待测网络中所有链路的可用带宽；然后运用最大流算法确定待测网络的可用带宽；

作为网络可用带宽快速小开销的一种测量方法，可以只测量网络可用带宽的上限，具体方法如下：

在给定源和目的节点的待测网络上，用路径可用带宽测量方法测量待测网络中所有链路的容量，并运用最大流算法确定所有的最小容量割集；然后，对所有最小容量割集中的所有链路，采用所述的链路容量可用带宽测量方法或者所述子路径可用带宽测量方法或者所述路径可用带宽测量方法，分别测量它们的可用带宽；把每个最小割集中的链路可用带宽的和作为该割集的可用带宽；把所有最小割集可用带宽的最小值作为待测网络可用带宽的上限值。

本发明的优点在于：

可以对网络中的任何一条链路的可用带宽进行测量，跟踪链路的流量变化，填补了现有技术的空白。也可以测量路径的可用带宽，测量误差优于经典的路径可用带宽测量方法。特别是当路径中有多于一条最小容量的链路或者最小可用带宽的链路不是最小容量链路时，克服了现有测量方法在这种情况下无法准确测量路径可用带宽的局限性。还填补了传统的路径可用带宽测量方法无法实现的对网络可用带宽进行测量的技术空白。因此，本发明的可用带宽测量方法对许多网络应用和协议都具有重要的作用，包括流媒体的速率控制、端到端的接入控制、服务器的动态选择、负载均衡、覆盖网络(overlay network)的路由选择、拥塞控制、服务质量QoS的服务级别协定的验证，以及攻击流量的发现和化解等。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的系统结构图；

图2为四分组探测单元的示意图；

图3为四分组探测单元对的示意图；

图4为探测单元对在离开链路L_k-1和L_k时的时间关系示意图；

图5为n个四分组探测单元的测量组合方式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

附图1是链路可用带宽测量方法的系统结构图，用于测量网络中任一条链路的可用带宽，包括其容量、利用率和可用带宽，或者测量路径的可用带宽，或者测量路径中子路径的可用带宽，或者测量网络的可用带宽。其中，探测发送端在给定时间内发送一系列的探测单元，各探测单元在经过各条链路L₁，L₂，...，L_n和各路由器R₁，R₂，...，R_n-1时产生时延和改变探测分组之间的时间间隔，其中发送时延决定于各链路的容量C₁，C₂，...，C_n，排队时延决定于流经各链路的背景流量；探测分组按照给定的TTL，有的在中途路由器被丢弃，有的携带有关的时间间隔信息到达探测接收端；探测接收端对探测分组之间的时间间隔进行统计，并估计待测链路、或者待测路径、或者待测子路径、或者待测网络的可用带宽。

系统所需的一次统计测量时间，根据需要可长可短。但最长不能超过网络中流量的统计稳定时间，例如几十分钟；最短不能短于测量精度所要求的样本数的采集时间。100个测量样本需要2.5s—5s的测量时间，精度∝1/10；400个测量样本需要10s—20s的测量时间，精度∝1/20；900个测量样本需要23s—45s的测量时间，精度∝1/30。实验表明，用几秒的统计测量时间可以迅速、粗略地估计可用带宽；用十几秒的统计测量时间可以接近现有典型技术的测量精度；用几十秒的统计测量时间可以在测量精度、测量平稳性和测量负载等方面达到最好的综合效果；更长的统计测量时间不能明显改善测量效果。

探测发送端在一次统计测量时间内，发送一系列的探测组合。每个探测组合按照一定的模式包含2至多个探测单元。探测组合之间的发送间隔，应该足够大，以保证相邻探测组合不会同时出现在同一个路由器内。每个探测组合内各探测单元之间的发送间隔T(各探测单元最后一个字节之间的时间间隔)应该取足够大的值，使得前一个探测单元的最后一个分组与后一个探测单元的第一分组在途中不会同时出现在同一个路由器内。但为了使得成对的探测单元能够反映相同的网络流量变化情况，也为了提高测量精度，T不宜过大。例如可以令T大于10倍的探测单元传送时间，在路径中的瓶颈链路是10Mbps和探测单元总字节长度为3100Byte时，T≈24ms。

四分组探测单元是本发明的可用带宽测量方法的基本单元，它在发送端采用背靠背的方式即一个紧接着一个探测分组的方式发送，它的构成方式如附图2所示。其中领头的探测分组p的长度s(p)取尽可能大的值，在以太网链路上取s(p)＝1500Byte，追尾分组m的长度s(m)取尽可能小的值，在以太网链路上取s(m)＝46Byte；夹心分组q的长度s(q)的取值要在s(p)和s(m)给定的情况下，满足背靠背条件。领头分组p和夹心分组q的TTL取较小的值，以便在指定的路由器被丢弃；2个追尾分组m取尽可能大的TTL值，例如255，以便携带间隔信息到达探测接收端。

下面对链路、路径、网络可用带宽测量方法进行具体介绍。

一、链路可用带宽测量方法如下：

在对指定链路进行测量时，每2个四分组探测单元作为一对，它的构成方式如附图3所示。其中，设待测链路是离探测发送端的第k条链路Lk，则先发送的四分组探测单元中的分组p和q的TTL取值为k-1，后发送的四分组探测单元中的分组p和q的TTL取值为k。探测单元对在离开链路L_k-1和L_k时的时间关系如附图4所示。

为了满足在路径上无背景流时后发送的探测单元内各分组保持背靠背的形式离开待测链路L_k，四分组探测单元中各探测分组长度的取值必须满足以下背靠背条件：设从探测发送端到待测链路的链路容量依次为C₁，C₂，...，C_k，

(1)求其中的最小容量 $C_{i_1}=\min \{C_1,C_2,...,C_k\},$ $C_{i_2}=\min \{C_{i_1+1},...,C_k\},...,$ $C_{i_j}=\min \{C_{i_{j-1}+1},...,C_k\}=C_k;$

(2)计算背靠背因子 $\mathrm{\α}=\max \{\frac{C_{i_2}}{C_{i_1}},\frac{C_{i_3}}{C_{i_2}},...,\frac{C_k}{C_{i_{j-1}}}\},$ 其中设α＝1，当 $C_{i_1}=C_k$ 时；

(3)在s(p)和s(m)给定的情况下，求s(q)应该满足的背靠背条件：

$s\left(q\right)\≤\min \{\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)}{\mathrm{\α}}-s\left(m\right),\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)+s\left(q\right)}{\mathrm{\α}}-2s\left(m\right)\}.$

为了在测量过程中允许更多的背景流插入以获取背景流的信息，s(q)应该取尽可能大的值，即由上式确定的最大值s(q)_max；但为了使得探测分组q能够在有背景流影响的情况下仍然可以很好地跟随领头分组p，s(q)应该取尽可能小的值。例如令s(q)＝0.8s(q)_max预期能够达到较好的测量效果。当s(p)＝1500B，s(m)＝46B时，s(q)_max的取值与背靠背因子α的关系如下：

α        1      2      3      4      5      6      7      8      9      10      11

s(q)_max 1500B  727B   469B   340B   263B   198B   150B   115B    89B    69B     53B

当α的大小未知时，根据现有的Internet技术可以选取α＝10以满足从10Mbps的边界路由器到100Mbps的主干路由器或者从100Mbps路由器到1Gbps路由器或者从1Gbps路由器到10Gbps路由器的链路可用带宽测量的需要。

在探测接收端测量各探测单元对内四个追尾分组m₁，m₂，m₃，m₄的到达时间t(m₁)，t(m₂)，t(m₃)，t(m₄)，并统计它们到达时间间隔的平均值：Δ₁＝E{t(m₂)-t(m₁)}，Δ₂＝E{t(m₃)-t(m₂)}，Δ₃＝E{t(m₄)-t(m₃)}；然后，利用附图4所示的时间关系，用下式估计链路容量C_k、利用率u_k和可用带宽A_k：

$C_k\≈\frac{s\left(p\right)}{{\mathrm{\Δ}}_2+{\mathrm{\Δ}}_1-T}(1-\frac{s\left(m\right)}{s\left(q\right)}\mathrm{\α})$

$u_k=\frac{{\mathrm{\Δ}}_3-(s\left(q\right)+s\left(m\right))/C_k}{{\mathrm{\Δ}}_1}$

A_k＝(1-u_k)C_k

其中C_k的近似估计结果要进行取整处理，这是因为在现有技术条件下，链路的容量只能取有限个整数Mbps中的一个，例如E1/T1，10Mbps，100Mbps，1000Mbps。

二、路径可用带宽测量方法

在对指定路径进行测量时，如果该路径包含n条链路，则将n个四分组探测单元序列作为一个测量组合，它的构成方式如附图5所示。测量组合中各探测单元中的分组p和q的TTL取值按照发送的先后顺序依次为1，2，...，n。夹心分组q的长度s(q)的取值满足 $\mathrm{\α}=\max \{\frac{C_2}{C_1},\frac{C_3}{C_2},...,\frac{C_n}{C_{n-1}}\}$ 时的背靠背条件。

在探测接收端统计各相邻探测单元k-1和k内四个追尾分组的到达时间间隔的平均值

在C₁已知的情况下，采用以下公式计算链路容量C_k及其可用带宽A_k的估计值

$C_k=\frac{s\left(p\right)}{{\mathrm{\Δ}}_2^{\left(k\right)}+{\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}-T+s\left(m\right)/C_{k-1}},$ $A_k=\frac{({\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}-{\mathrm{\Δ}}_3^{\left(k\right)})C_k+s\left(q\right)+s\left(m\right)}{{\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}}$

其中，C_k的估计结果要进行取整处理。最后，得到路径的可用带宽A_path的估计值： $A_{\mathrm{path}}=\underset{1\≤k\≤n}{\min }{A}_k.$

在经过少数几次测量得到路径的可用带宽的粗略估计值以后，可以采用所述的链路可用带宽测量方法，对路径中最小可用带宽的一或多条链路进行更精确的测量，或者进行跟踪测量，以减少测量的开销。

三、子路径可用带宽测量方法

对于待测子路径L_k，L_k+1，...，L_k+l，采用路径可用带宽测量方法确定其背靠背因子 ${\mathrm{\α}}_2=\max \{\frac{C_{k+1}}{C_k},\frac{C_{k+2}}{C_{k+1}},...,\frac{C_{k+l}}{C_{k+l-1}}\},$ 再采用链路可用带宽测量方法确定C₁，C₂，...，C_k的背靠背因子 ${\mathrm{\α}}_1=\max \{\frac{C_{i_2}}{C_{i_1}},\frac{C_{i_3}}{C_{i_2}},...,\frac{C_k}{C_{i_{j-1}}}\},$ 然后由α＝max{α₁，α₂}确定待测子路径的背靠背条件并确定夹心分组q的长度；对于l+1跳的待测子路径，采用路径可用带宽测量方法发送l+2个四分组探测单元组合，各探测单元中的分组p和q的TTL取值依次为k-1，k，...，k+l，其中待测子路径的第一条链路的容量C_k用链路可用带宽测量方法中的链路容量近似估计公式 $C_k\≈\frac{s\left(p\right)}{{\mathrm{\Δ}}_2^{\left(k\right)}+{\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}-T}(1-\frac{s\left(m\right)}{s\left(q\right)}\mathrm{\α})$ 进行估计，其它链路的容量用路径可用带宽测量方法中的链路容量估计公式 $C_i=\frac{s\left(p\right)}{{\mathrm{\Δ}}_2^{\left(i\right)}+{\mathrm{\Δ}}_1^{\left(i\right)}-T+s\left(m\right)/C_{i-1}}$ 进行估计。

四、网络可用带宽测量方法

一个给定了一至多个源和目的节点的待测网络，包含很多的链路和路径。要测量网络可用带宽必须测量所有链路的可用带宽。首先确定若干条路径使之包括所有的链路。然后用路径可用带宽测量方法对每条路径进行测量，以确定每条路径中所有链路的可用带宽。最后运用最大流算法确定待测网络的可用带宽。

为了减轻测量的开销，可以采用快速小开销的估计方法估计网络可用带宽的上限。即，

(1)事先一次性地，用路径可用带宽测量方法测量待测网络中所有链路的容量；并运用最大流算法确定所有的最小容量割集；

(2)然后，按照应用的需要，可以反复进行如下网络可用带宽测量或者监测：

(2a)对所有最小容量割集中的所有链路，采用链路容量可用带宽测量方法或者子路径可用带宽测量方法或者路径可用带宽测量方法，分别测量它们的可用带宽；

(2b)把每个最小割集中的链路可用带宽的和作为该割集的可用带宽；

(2c)把最小割集可用带宽的最小值作为待测网络可用带宽上限的估计值。

Claims (7)

1.一种链路可用带宽测量方法，其特征在于通过在探测发送端和探测接收端发送和接收一系列八探测分组组合来测量网络中任一条链路L_k的容量C_k、利用率u_k或者可用带宽A_k；

所述的八探测分组组合由在探测发送端前后发送的两个四分组探测单元组成；

所述四分组探测单元包含背靠背的、也即一个紧接着一个发送的四个探测分组p、m、q、m；其中p是先发送的领头的分组，q称为夹心分组，m称为追尾分组，并且把八探测分组组合内四个追尾分组按照发送的先后顺序标记为m₁，m₂，m₃，m₄；

在探测接收端测量八探测分组组合内四个追尾分组m₁，m₂，m₃，m₄的到达时间t(m₁)，t(m₂)，t(m₃)，t(m₄)，并计算它们到达时间间隔的平均值Δ1＝E{t(m₂)-t(m₁)}，Δ₂＝E{t(m₃)-t(m₂)}，Δ₃＝E{t(m₄)-t(m₃)}，然后通过如下方式计算链路容量C_k、利用率u_k和可用带宽A_k：

$C_k\≈\frac{s\left(p\right)}{{\mathrm{\Δ}}_2+{\mathrm{\Δ}}_1-T}(1-\frac{s\left(m\right)}{s\left(q\right)}\mathrm{\α}),$ $u_k=\frac{{\mathrm{\Δ}}_3-(s\left(q\right)+s\left(m\right))/C_k}{{\mathrm{\Δ}}_1},$ A_k＝(1-u_k)C_k；

其中，s(p)、s(q)、s(m)为分组p、q、m的长度，α是背靠背因子，T是两个四分组探测单元尾字节之间的发送时间间隔。

2.根据权利要求1所述的链路可用带宽测量方法，其特征在于所述八探测分组组合内两个四分组探测单元之间的发送时间间隔T的取值的具体确定方法是：选取一个比排队时延大的值，使得它们在到达被测链路L_k之前较小可能同时出现在同一个路由器内，或者通过先初步选取一较小值，并不断增大，直至T的改变量与Δ₁+Δ₂的改变量一样时为止。

3.根据权利要求2所述的链路可用带宽测量方法，其特征在于发送的八探测分组组合的个数和时间间隔要满足以下几个方面的要求：增加数量以提高统计测量的精度、加大发送时间间隔以减少插入的探测流对网络正常流的干扰、或者在需要快速得到测量结果时，折中选取所述发送个数和间隔；所述的八探测分组组合之间的发送时间间隔必须大于或等于2T。

4.根据权利要求3所述的链路可用带宽测量方法，其特征在于所述分组m的TTL取最大值，使得m可以到达探测接收端，当待测链路是离探测发送端第k条链路L_k时，所述先发送的四分组探测单元中p和q的TTL取值为k-1，后发送的四分组探测单元中p和q的TTL取值为k。

5.根据权利要求4所述的链路可用带宽测量方法，其特征在于所述的s(p)、s(q)、s(m)的取值需满足在路径上无背景流时后发送的四分组探测单元中的各分组能够背靠背离开待测链路L_k，所述背靠背条件确定方法具体如下：

设从探测发送端到待测链路的链路容量依次为C₁，C₂，...，C_k；计算出其中的最小容量 $C_{i_1}=\min \{C_1,C_2,...,C_k\},$ $C_{i_2}=\min \{C_{i_1+1},...,C_k\},...,$ $C_{i_j}=\min \{C_{i_{j-1}+1},...,C_k\}=C_k;$ 再计算背靠背因子 $\mathrm{\α}=\max \{\frac{C_{i_1}}{C_k},\frac{C_{i_2}}{C_{i_1}},\frac{C_{i_3}}{C_{i_2}},...,\frac{C_k}{C_{i_{j-1}}}\};$ 最后得到背靠背条件： $\frac{s\left(p\right)}{s\left(m\right)}\≥\mathrm{\α},$ $\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)}{s\left(m\right)+s\left(q\right)}\≥\mathrm{\α},$ $\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)+s\left(q\right)}{s\left(q\right)+2s\left(m\right)}\≥\mathrm{\α};$ 所述α的默认值为α＝10，以对应于现有Internet中常见的从边界路由器到主干路由器，即从10Mbps到100Mbps、或者从100Mbps到1Gbps、或者从1Gbps到10Gbps的网络接入方式。

6.根据权利要求5所述的链路可用带宽测量方法，其特征在于所述的四分组探测单元中领头的探测分组p的长度的取值为路径的最大传输单元MTU，追尾分组m的长度的取值为路径的最小传输单元，具体在以太网链路组成的路径上取值为s(p)＝1500Byte，s(m)＝46Byte；夹心分组q的长度的取值为：

$s\left(q\right)\≤\min \{\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)}{\mathrm{\α}}-s\left(m\right),\frac{s\left(p\right)+s\left(m\right)+s\left(q\right)}{\mathrm{\α}}-2s\left(m\right)\}.$

7.一种路径可用带宽测量方法，其特征在于：

对于具有n跳的待测路径，以n个四分组探测单元为一个探测组合，每个探测组合内探测单元之间的时间间隔为T；令每个探测组合内探测单元中的领头分组p和夹心分组q的TTL值，按照发送的先后顺序，分别为1，2，3，...，n，令各追尾分组m的TTL取最大值使之可以到达探测接收端；各探测分组长度的取值满足 $\mathrm{\α}=\max \{\frac{C_2}{C_1},\frac{C_3}{C_2},...,\frac{C_n}{C_{n-1}}\}$ 的背靠背条件；在探测接收端测量每个探测组合内各相邻探测单元k-1和k内四个追尾分组的到达时间间隔的平均值并通过如下方式计算链路容量C_k及其可用带宽A_k：

$C_k=\frac{s\left(p\right)}{{\mathrm{\Δ}}_2^{\left(k\right)}+{\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}-T+s\left(m\right)/C_{k-1}},$ $A_k=\frac{({\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}-{\mathrm{\Δ}}_3^{\left(k\right)})C_k+s\left(q\right)+s\left(m\right)}{{\mathrm{\Δ}}_1^{\left(k\right)}};$

然后得到路径的可用带宽A_path的估计值： $A_{\mathrm{path}}=\underset{1\≤k\≤n}{\min }{A}_k;$ 其中探测发送端的链路容量C₁总是已知的。

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