CN104038382B - 网络监视系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种网络监视系统。一种监视设备，包括：用于从监视目标网络中的监视位置捕获网络传输信号的装置；用于基于所捕获的网络传输信号中所包含的会话指定信息来指定多个会话中的每个会话的装置；用于针对所述会话中的所指定的每个会话来分析所述网络传输信号并测量质量指标的装置；用于将每隔预定时间段测量的、所述会话中的每个会话的质量指标作为质量测量结果传送到聚集设备直到达到处理能力的预定阈值为止的装置；以及用于在超过所述处理能力的所述预定阈值时停止测量所述会话中的处于高负荷状态的一个会话的质量指标、并且在下一周期中对所述会话中的处于所述高负荷状态的一个会话执行所述测量的装置。

Description

网络监视系统

技术领域

本文所给出的公开内容涉及网络监视系统。

背景技术

近年来，通信网络（下文中简称为“网络”）中的互联网协议（IP）的集成已经得到了提升，因此在同一网络中混合有具有不同优先级的多个通信服务，这导致了业务的快速增长。

对于具有遵守IP的网络设备的运营商（电信运营商）来说，理解网络中的服务操作状态并且分析异常的原因变得更加重要了。

这样的运营商操作的网络包括被部署在以核心网作为中心的各个区域中的多个接入网，并且，该网络具有数量巨大的接入点。为了详细地分析网络传输信号，有必要为了质量测量的目的而在接入网中的每个位置（每个监视位置）处布置监视设备并基于所捕获的网络传输信号来全面地执行质量测量。

以下是涉及本发明的现有技术。

【专利文献1】日本专利公开特许公报JP2008-104027

【专利文献2】日本专利公开特许公报JP2011-176586

发明内容

然而，引入监视设备的成本与所布置的监视设备的数量成比例地增长，因此需要低成本的（便宜的）监视设备。在追求更低成本的监视设备的情况下确保全面地执行质量测量变得困难，这也是一个问题。

本文中所给出的公开内容的目的是提供能够在追求更低成本的监视设备的同时确保全面地执行质量测量的技术。

根据本文中所给出的公开内容的一方面，监视设备包括：用于从监视目标网络中的监视位置捕获网络传输信号的装置；用于基于所捕获的网络传输信号中所包含的会话指定信息来指定多个会话中的每个会话的装置；用于针对所述会话中的所指定的每个会话来分析所述网络传输信号并测量质量指标的装置；用于将每隔预定时间段测量的、所述会话中的每个会话的质量指标作为质量测量结果传送到聚集设备直到达到处理能力的预定阈值为止的装置；以及用于在超过所述处理能力的所述预定阈值时停止测量所述会话中的处于高负荷状态的一个会话的质量指标、并且在下一周期中对所述会话中的处于所述高负荷状态的一个会话执行所述测量的装置。

根据所公开的监视设备，可以实现更低成本的监视设备并且确保全面地执行质量测量。

当结合附图和所附权利要求来阅读用于实施本发明的以下实施例时，其他目的、特征和优点将变得清楚。

附图说明

图1是示出了一个实施例的系统的配置的框图；

图2是示出了一个实施例的系统中的监视目标网络的图；

图3是示出了一个实施例的系统中的采集服务器和聚集服务器的详细配置的框图；

图4A是示出了在采集服务器中执行的质量测量处理的流程图；

图4B是示出了在采集服务器中执行的质量测量处理的流程图；

图5A是示出了在稳定负荷时的会话管理表的状态转换（初始状态）的表；

图5B是示出了在稳定负荷时的会话管理表的状态转换（测量进行中）的表；

图5C是示出了在稳定负荷时的会话管理表的状态转换（完成了所有会话的测量）的表；

图6A是示出了在高负荷状态出现之前的会话管理表的状态转换（测量进行中）的表；

图6B是示出了当高负荷状态出现时的会话管理表的状态转换（停止测量）的表；以及

图6C是示出了高负荷状态出现之后的会话管理表的状态转换（测量重新开始）的表。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本文中所给出的公开内容的实施例。附图示出了优选实施例。然而，应该理解，实施例可以通过很多不同的实施例来实现，并且不局限于本文中描述的实施例。

【网络监视系统】

参考示出了一个实施例的系统配置的图1，网络监视系统1包括聚集服务器2、多个采集服务器3、核心网4、以及多个接入网5。

聚集服务器2作为中央聚集设备而对从以时间同步的方式操作的多个采集服务器3周期地（在这种情况下是每分钟）传送的分组分析结果（质量测量结果）进行聚集（对这些分组分析结果（质量测量结果）求和并且执行统计处理）。

为了质量测量的目的而以分布方式布置以便对应于各自的监视位置的每个采集服务器3作为监视设备而经由接入网5中的被插入并连接在中继开关SW之间的网络传输信号分支/提取装置TAP（#1到#8）来捕获具有用于操作的分组的形式的、并作为网络传输信号而通过网络线的传输数据（下文中有时简称为“分组”），然后执行分组分析。为简化起见，图1仅仅示出了对应于网络传输信号分支/提取装置TAP（#1和#7）的采集服务器3作为示例。

核心网4包括作为网络设备的、诸如边缘路由器ER的多个互联网协议（IP）路由器，并且将各个边缘路由器ER连接到接入网5。

每个接入网5包括作为网络设备的、诸如层2（L2）开关和层3（L3）开关的多个中继开关SW以及多个网络传输信号分支/提取装置（下文中有时简称为“抽头”）TAP。

在每个接入网5中，各自均被插入且连接在中继开关SW之间的、并以复制状态使网络传输信号（下文中有时简称为“分组”）分支并提取该网络传输信号的抽头TAP（#1至#8）的布置位置对应于各个监视目标网络中的质量测量位置。

每个接入网5容纳了基站控制器（无线网络控制器（RNC））、无线基站设备（演进的节点B（eNB））、或者网关（GW），作为形成各种形式的网络（诸如长期演进（LTE）的移动无线通信网或者无线局域网（WLAN））的网络设备6。

在上述网络监视系统1中，核心网4、接入网5以及网络设备6是由电信运营商（运营商）所操作的设施。

（监视目标网络）

图2是示出了图1所示的一个实施例的网络监视系统1中的监视目标网络的框图。

在一个接入网5中，插入并连接在中继开关SW之间的抽头TAP（例如，#1）的布置位置对应于监视目标网络中的质量测量位置。

中继开关SW中的一个经由网络线连接到具有分别对应于4个端口A、B、C和D的IP地址的网络设备6A，并且也经由网络线连接到具有分别对应于4个端口E、F、G和H的IP地址的网络设备6B。

中继开关SW中的另一个经由网络线连接到具有分别对应于两个端口I和J的IP地址的、作为核心网4中的网络设备的边缘路由器ER。

如稍后详细描述的，在监视目标网络中，下述各个连接作为会话由采集服务器3进行管理：这些连接每个均是通过将网络设备6A及6B的IP地址A到D及E到H中的一个组合到边缘路由器ER的IP地址I和J中的一个而指定的。

（采集服务器）

以分布式的方式布置在各个监视位置（各个质量测量位置）处的每个采集服务器3作为监视设备而包括如图3所示的作为硬件配置的以下部件。具体地，每个采集服务器3包括作为处理器的中央处理单元（CPU）31、作为工作存储器的随机存取存储器（RAM）32、以及存储有用于引导（boot）的引导程序的只读存储器（ROM）（未示出）。

采集服务器3还包括作为用于以可重写方式存储操作系统（OS）、各种类型的应用程序、以及各种类型的信息（包括数据）的非易失性闪存的盘33以及作为网络接口的网络接口卡（NIC）34。

为了逻辑上实现稍后详细描述的质量测量处理功能，控制程序（质量测量控制程序）作为采集服务器3中的应用程序被安装在盘33上。另外，在采集服务器3中，CPU31在RAM32中持续地扩展控制程序并且将控制程序作为常驻程序来执行。

更详细地，采集服务器3包括作为功能部件的接收控制部321、会话管理部322、流量监视部323、分组分析部324、会话管理表325、以及传输控制部326。

作为捕获引擎而操作的接收控制部321经由抽头TAP并且进一步经由NIC34的捕获端口341来接收（即，捕获）通过网络线的用于操作的分组，其中抽头TAP在接入网5中被插入且连接在中继开关SW之间，并且以复制状态使用于操作的分组分支并提取该用于操作的分组。

会话管理部322针对由接收控制部321捕获的每个分组使用会话管理表325来管理会话。

流量监视部323对取决于分组分析部324的分组分析处理能力而可分析的吞吐量进行监视，即，对分组传送量（每单位时间的分组计数（每秒的分组（PPS）））进行监视，并且向会话管理部322通知所监视到的量。当分组的传送量超过处理能力的预定阈值时，会话管理部322停止这些分组的测量。

分组分析部324基于从会话管理部322发送的通知来识别要测量的会话，并且周期性地执行质量测量，即，每隔预定时间间隔（在这种情况下为每分钟）执行质量测量。

监视目标网络的要测量的质量包括通信质量以及连接质量。要作为通信质量来测量的项目的示例包括吞吐量（分组传送量）以及数据量（（分组计数）x（分组长度））。要作为连接质量来测量的项目的示例包括用于建立会话的连接请求计数、连接完成计数、以及同时存在的会话计数。此外，要分析的协议包括传输控制协议（TCP）、用户数据报协议（UDP）、以及上层协议。分组分析部324基于聚集服务器2聚集的质量数据来分析要测量的必要项目（质量指标）。

会话管理表325针对每个所捕获的分组而使用会话标识信息（ID）作为关键信息来相互关联地保留（存储）会话开始时间、传输源IP地址、目的IP地址、每秒的吞吐量、以及测量状态（0：未测量，1：测量进行中，2：测量完成）（参见例如图5A）。

当执行质量测量处理时，会话管理部322设置（自动设置）会话管理表325中存储的会话ID、会话开始的时间、传输源IP地址、目的IP地址、每秒的吞吐量、以及测量状态。

传输源IP地址与目的IP地址的组合作为用于指定会话的会话指定信息而被会话管理部322从所捕获的分组中（精确而言，数据的报头部分）提取，并且与会话ID相关联地存储在会话管理表325中。会话管理部322在会话管理表325中设置每个会话被注册的时间，作为该会话的会话开始时间。如稍后详细描述的，为了该目的，会话管理部322在预定时间段内学习监视目标网络中所存在的会话，并且将会话预先存储在会话管理表325中。

传输控制部326通过网络线将每个测量结果的质量指标从NIC34的维护端口342传输到聚集服务器2。

（聚集服务器）

聚集服务器2作为中央聚集设备包括如图3所示的作为硬件配置的以下部件。具体地，聚集服务器2包括作为处理器的CPU21、作为工作存储器的RAM22、以及存储有用于引导的引导程序的ROM（未示出）。

聚集服务器2还包括作为用于以可重写方式存储OS、各种类型的应用程序、以及各种类型的信息（包括数据）的非易失性闪存的盘23以及作为网络接口的NIC24。

为了逻辑上实现用于对质量测量结果进行聚集的聚集处理功能，控制程序（聚集控制程序）作为聚集服务器2中的应用程序安装在盘23上。另外，在聚集服务器2中，CPU21在RAM22中持续地扩展控制程序并且将控制程序作为常驻程序来执行。

更详细地，聚集服务器2包括作为功能部件的接收控制部221以及质量数据求和/统计处理部222。

在聚集服务器2中，接收控制部221经由NIC24的维护端口241周期性地（在这种情况下为每分钟）接收作为测量结果的来自各个采集服务器3的质量指标。基于接收控制部221所接收到的质量测量结果，质量数据求和/统计处理部222对质量测量结果求和并对质量测量结果执行统计处理。

网络运营商可以通过分析作为由聚集服务器2执行的求和以及统计处理的结果的聚集结果而实时地理解整个接入网5的网络质量状态。作为通过执行求和以及统计处理而获得的数据的应用示例，能够想到对测量值的转换进行可视化以及引入响应于异常的检测而发出警告的机制。

（质量测量处理）

下面，参考图1、图2和图3以及相关附图给出了对一个实施例的网络监视系统1中质量测量处理的示例的描述。

图4A和图4B示出了采集服务器3执行的质量测量处理的流程。

图5A、图5B和图5C示出了在稳定负荷时的会话管理表325的状态转换。图5A示出了初始状态下的会话管理表，该会话管理表是在学习执行了预定时间段之后获得的，并且会话ID“001”至会话ID“008”的测量状态各自均被设置为表示“未测量”的“0”。当接收到分组时，基于测量周期来开始测量，并且将所接收到的会话的测量状态设置为表示“测量进行中”的“1”（见图5B）。周期性地切换测量目标会话，并且将测量已经完成的会话的测量状态设置为表示“测量完成”的“2”。当所有测量目标会话的测量状态都被设置为表示“测量完成”的“2”时，测量完成（见图5C）。

图6A、图6B和图6C分别示出了在高负荷状态出现之前、当高负荷状态出现时、以及在高负荷状态出现之后会话管理表325的状态转换。当测量期间每秒的总吞吐量超过吞吐量阈值时（图6A），停止与具有最高的每秒吞吐量的会话相关的分组的测量，并且将该会话的测量状态更新为表示“未测量”的“0”（见图6B）。测量状态已经被设置为“未测量”的会话将在下一周期中测量（见图6C）。重复这个处理，直到所有会话都具有表示“测量完成”的“2”作为其测量状态为止。这样，可以确保对测量目标会话全面地执行测量。

给出这个处理的详细描述。在网络监视系统1中，采集服务器3的接收控制部321经由NIC34来接收（捕获）由抽头TAP提取的分组，该抽头TAP与监视目标网络的监视位置相对应地被插入且连接在中继开关SW之间，并且以复制状态使用于操作的分组（IP分组）进行分支并提取该用于操作的分组（图4A的S41）。

会话管理部322基于接收控制部321所接收到的分组来获取作为指定会话所必需的信息的传输源IP地址和目的IP地址。这时，除了这些地址之外，会话管理部322还根据需要从分组中获取介质访问控制（MAC）地址、端口号、协议号等（图4A的S42）。

基于存储在会话管理表325中的已经学习的标记的值（未示出）（已经学习的：1/还未学习的：0），会话管理部322判定所存在的会话是否已经被学习了预定时间段（例如，一分钟）（图4A的S43）。

当在步骤S43中判定为否定时，会话管理部322将所获取的传输源IP地址和目的IP地址连同会话ID和会话开始时间一起存储在会话管理表325中（图4A的S44）。

当将步骤S41到步骤S44重复了预定时间段时，会话管理部322将已经学习的标记的值更新为表示“已经学习”的“1”。此外，生成具有如图5A所示的状态转换（在稳定负荷时，为初始状态）的会话管理表325作为学习结果。

如图5A所示，具有会话ID“001”至会话ID“008”的会话在初始状态下（时间：00:01:00）存储在会话管理表325中。会话管理部322设置会话管理表325，使得具有会话ID“001”至会话ID“008”的各个会话的测量状态各自均指示表示“未测量”的“0”并且这些会话的每秒的吞吐量各自均指示初始值“0”。

当在步骤S43中判定为肯定时，会话管理部322参考会话管理表325来判定测量目标会话的测量状态是否都是表示“测量完成”的“2”（图4B的S45）。

当在步骤S45中判定为肯定时，会话管理部322清除会话管理表325中的测量状态（表示“测量完成”的“2”）（见图5C），换句话说，会话管理部322将测量状态设置为表示未测量状态的“0”（图4B的S46）。

当在步骤S45中判定为否定时，会话管理部322为每个会话分配分组，并且将分组存储在其自己的分组累积缓冲器中（先进先出（FIFO）队列）（图4B的S47）。

分组分析部324基于从会话管理部322发送的通知来识别测量目标会话，并且每分钟对分组累积缓冲器中所存储的分组执行质量测量（图4B的S48）。

此外，在质量测量中，分组分析部324测量每个会话的每秒吞吐量，并且将所测量的每秒吞吐量通知给会话管理部322。会话管理部322将被通知给会话管理部322的每个会话的每秒吞吐量与会话ID相关联地存储在会话管理表325中（图4B的S49）。这样，生成了具有图5B所示的状态转换（在稳定负荷时，为测量进行中）的会话管理表325。

如图5B所示，具有会话ID“001”至会话ID“008”的会话被存储在具有“测量进行中”作为状态转换（时间：00:01:30）的会话管理表325中。会话管理部322设置会话管理表325，使得具有会话ID“001”、“002”和“003”的各个会话的测量状态各自均指示表示“测量进行中”的“1”并且这些会话的每秒的吞吐量分别指示“20”、“40”和“40”。

会话管理部322判定是否已经达到预定时间段（在这种情况下是一分钟）作为测量完成条件（图4B的S50）。

流量监视部323从会话管理部322获取每个会话的每秒吞吐量，并且持续地监视每秒的总吞吐量是否超过了处理能力的预定阈值（这种情况下为吞吐量阈值100）。在步骤S50中判定为否定后，在稳定负荷时处理流程返回到步骤S41，这是每秒的总吞吐量达到吞吐量阈值之前的时间段，并且继续执行测量（图4B的S51）。

当在步骤S50中判定为肯定时，分组分析部324将已经完成测量的分组的质量测量结果通知给传输控制部326。传输控制部326经由NIC34的维护端口342将由分组分析部324测量的质量测量结果传输到聚集服务器2（图4B的S52）。

步骤S52之后，会话管理部322更新会话管理表325，并且处理流程返回到步骤S41（图4B的S54）。

当所有会话的测量都完成时，生成了具有图5C所示的状态转换（在稳定负荷时，所有会话的测量都已完成）的会话管理表325。

如图5C所示，会话管理部322更新具有“所有会话的测量都已完成”（时间：00:04:00）作为状态转换的会话管理表325，使得具有会话ID“001”至会话ID“008”的各个会话的测量状态各自均指示表示“测量完成”的“2”并且这些会话的每秒的吞吐量各自均指示初始值“0”。

从图5C可以理解，具有会话ID“001”至会话ID“008”的所有会话的测量在与三个周期相对应的三分钟内完成。

此外，在步骤S50中判定为肯定之后，当判定每秒的总吞吐量（在这种情况下为120）超过吞吐量阈值时（在这种情况下为100）（即，当高负荷状态出现时），流量监视部323将具有最高的每秒吞吐量的那个会话通知给会话管理部322。会话管理部322命令分组分析部324来停止流量监视部323已通知给会话管理部322的那个会话的分组的质量测量（图4B的S53）。

步骤S53之后，会话管理部322更新会话管理表325，并且处理流程返回到步骤S41（图4B的S54）。这种情况下的会话管理部322通过将已经完成测量的会话（具体地，每秒吞吐量为“60”并且与会话ID“002”相对应的会话）的测量状态从表示“测量进行中”的“1”设置为表示“未测量”的“0”—来更新会话管理表325（见图6B）。

测量状态已被设置为“未测量”的会话将要在下一周期中测量（见图6C）。重复这个处理，直到所有会话都具有“测量完成”作为其测量状态为止。

上述采集服务器3从监视目标网络中的监视位置捕获分组，基于所捕获的分组内所包含的会话指定信息来指定多个会话中的每个会话，分析每个所指定的会话的分组，并且测量质量指标。然后，在达到处理能力的预定阈值之前，采集服务器3将每隔预定时间段测量的每个会话的质量指标作为质量测量结果传送到聚集服务器2。此外，当超过处理能力的预定阈值时，采集服务器3停止处于高负荷状态的会话的质量指标的测量，并且在下一周期中对所停止的会话执行测量。

这样，减少了施加在采集服务器3上的负荷，并且防止了由于高负荷状态而导致超过处理能力的状态，因此可以实现不昂贵的且具有小资源（低规格）的采集服务器3。监视目标网络中的质量恶化持续出现，因此通过确保全面地执行质量测量的分析可以检测到质量恶化。

【修改示例】

在上述的一个实施例中，吞吐量用作处理能力的预定阈值，但是也可以使用诸如数据量的另外的质量指标。此外，测量进行中的各会话的每秒的总吞吐量被用作确定是否超过阈值的条件，但是替代地，可以使用分组累积缓冲器处的处理溢出或者CPU使用率。在这些判定方法中的任一个中，可以预先固定地确定一个值作为要用于判定的阈值，但是可以取决于操作条件等等动态地改变阈值。

作为计算机可执行程序来提供上述实施例的处理，并且可以通过非易失性可读记录介质（诸如CD-ROM或软盘）或者经由通信线来提供该处理。

可以选择并组合上述实施例的处理中的全部或任意多个处理来执行。

Claims (8)

1.一种监视设备，包括：

用于从监视目标网络中的监视位置捕获网络传输信号的装置；

用于基于所捕获的网络传输信号中所包含的会话指定信息来指定多个会话中的每个会话的装置；

用于针对所述会话中的所指定的每个会话来分析所述网络传输信号并测量质量指标的装置，其中所述质量指标为吞吐量；

用于将每隔预定时间段测量的、所述会话中的每个会话的吞吐量作为质量测量结果传送到聚集设备直到所述多个会话的总吞吐量达到吞吐量阈值为止的装置；以及

用于在所述总吞吐量超过所述吞吐量阈值时停止测量所述会话中的处于高负荷状态的一个会话的吞吐量、并且在下一周期中对所述会话中的处于所述高负荷状态的一个会话执行所述测量的装置，其中处于高负荷状态的一个会话为所述多个会话中具有最高吞吐量的会话。

2.根据权利要求1所述的监视设备，还包括会话管理表，所述会话管理表用于针对所捕获的网络传输信号中的每一个而使用会话标识信息作为关键信息来相互关联地存储传输源地址、目的地址、吞吐量和测量状态；以及

其中，所述测量状态包括未测量状态、测量进行中状态和测量完成状态。

3.根据权利要求2所述的监视设备，还包括用于学习所述监视目标网络中所存在的会话、获取作为所捕获的网络传输信号中所包含的会话指定信息的传输源地址和目的地址、并且将所获取的传输源地址和所获取的目的地址连同所述会话标识信息一起预先存储在所述会话管理表中的装置；以及

其中，所述吞吐量被设置为初始值，并所述测量状态被设置为未测量状态。

4.根据权 利要求2所述的监视设备，还包括用于依次将所述会话管理表中的多个会话中的、以所述未测量状态作为所述测量状态的一个会话设置为所述质量指标的测量目标会话、并且重复所述质量指标的测量直到所有测量目标会话的测量状态从所述测量进行中状态转换为所述测量完成状态为止的装置。

5.根据权利要求1所述的监视设备，其中，所述网络传输信号是由抽头提取的用于操作的分组，所述抽头与所述监视目标网络中的监视位置相对应地插入并连接在网络设备之间，并且以复制状态使所述网络传输信号分支并提取所述网络传输信号。

6.根据权利要求1所述的监视设备，其中：

当所述网络传输信号为分组时，所述吞吐量由分组传送量来定义。

7.根据利要求1所述的监视设备，其中：

所述吞吐量阈值与所述网络传输信号的可分析的吞吐量相对应；以及

当所述网络传输信号为分组时，所述吞吐量由分组传送量来定义。

8.一种监视方法，监视设备中的处理器通过所述监视方法来执行处理，所述处理包括：

从监视目标网络中的监视位置捕获网络传输信号；

基于所捕获的网络传输信号中所包含的会话指定信息来指定多个会话中的每个会话；

针对所述会话中的所指定的每个会话来分析所述网络传输信号并测量质量指标，其中所述质量指标为吞吐量；

将每隔预定时间段测量的、所述会话中的每个会话的吞吐量作为质量测量结果传送到聚集设备，直到所述多个会话的总吞吐量达到吞吐量阈值为止；以及

在所述总吞吐量超过所述吞吐量阈值时停止测量所述会话中的处于高负荷状态的一个会话的吞吐量，并且在下一周期中对所述会话中的处于所述高负荷状态的一个会话执行所述测量，其中处于高负荷状态的一个会话为所述多个会话中具有最高吞吐量的会话。