CN104702461A - 用有限的计算资源来确定网络等待时间 - Google Patents

Abstract

公开了用有限的计算资源来确定网络等待时间。公开了用于准确地确定网络等待时间的技术。该技术包括用于在网络测试设备与远程网络节点之间发射等待时间分组的步骤。该技术特别地包括用于在由各网络设备和远程网络节点进行等待时间分组的发射和接收时记录时间戳的步骤。基于网络设备（发射和接收等待时间分组）的时间戳之间的差和远程网络节点（发射和接收等待时间分组）的时间戳之间的差来确定网络等待时间。

Description

用有限的计算资源来确定网络等待时间

技术领域

本公开涉及网络测试，并且更特别地涉及用有限的计算资源来确定通信网络的等待时间。

背景技术

网络等待时间或网络延迟影响通信网络的总体性能。网络等待时间指示数据从通信网络中的一个节点行进至另一节点要花费多长时间，该等待时间通常根据各种网络条件（例如，特定成对通信节点的位置、协议类型、通信介质等）而不同。

确定各种网络节点之间的网络等待时间对于许多网络测试和设计情形而言是重要的。关于网络测试，测量等待时间在某些情形中通常包括从源节点向远程节点（例如，经由因特网控制消息协议（ICMP）回波请求（例如，探测（Ping）等））发射数据分组（例如，网际协议（IP）分组）并从远程节点接收反射的IP分组。等待时间由数据分组被从源节点发射、被远程节点反射并最终在源节点处被收回所花费的时间确定。然而，当数据分组被从远程节点反射时，通常在数据分组回到源节点的传输或反射之前使该数据分组经受附加处理（例如，通过远程节点网络堆叠的传播，所述网络堆叠诸如各远程节点的四个开放系统互连（OSI）层）。另外，可在接收时使数据分组经受源节点进行的类似附加处理。所有附加处理可能由于源节点和远程节点的变化的硬件和/或软件配置而使等待时间确定偏斜，导致不准确的等待时间确定。

尽管有到目前为止的努力，但在本领域中仍需要用以准确地确定通信网络中的等待时间的改进系统、方法和装置。本发明提供了一种用于这些问题的解决方案。

发明内容

根据本公开的一个或多个实施例，基于与在网络测试设备和远程节点之间发射和接收等待时间分组相关联的时间戳来确定网络等待时间。特别地，本文所述的技术提供了用于经由网络测试设备向通信网络中的至少一个远程节点发射等待时间分组并经由网络测试设备生成与等待时间分组的发射相关联的第一时间戳的步骤。该等待时间分组被从远程节点（例如，路由器、交换机、服务器、另一网络测试设备等）反射回到网络测试设备，该网络测试设备在接收时生成第二时间戳。类似于网络测试设备，远程节点生成与接收和发射等待时间分组相关联的时间戳。特别地，远程节点生成与等待时间分组从网络测试设备的接收相关联的第三时间戳和与向网络测试设备发射等待时间分组相关联的第四时间戳。两个时间戳都被发射到网络测试设备且被其接收，并被进一步用来确定网络等待时间。特别地，网络测试设备基于第二时间戳与第一时间戳之间的差和第四时间戳与第三时间戳之间的差来确定等待时间。例如，可以从第二时间戳与第一时间戳之间的差减去第四时间戳与第三时间戳之间的差以产生网络等待时间。

在某些实施例中，根据序列号将每个时间戳（例如，第一、第二、第三和第四时间戳）编索引以根据特定等待时间分组来组织每个时间戳。

在某些其他实施例中，等待时间分组包括一个或多个比特。在此类实施例中，如下生成第一和第二时间戳：一旦等待时间分组的第一比特被从网络测试设备发射到远程节点，则生成第一时间戳；并且一旦在网络测试设备处从远程节点接收到等待时间分组的第一比特，则生成第二时间戳。

根据结合附图进行的优选实施例的以下详细描述，本发明的系统和方法的这些及其他特征将变得对于本领域的技术人员而言更容易清楚。

附图说明

为了本发明所属领域的技术人员将在没有过多实验的情况下容易理解如何实现和使用本发明的设备和方法，下面将参考某些图来详细地描述其优选实施例，其中：

图1图示出示例性通信网络；

图2图示出示例性网络设备/节点；

图3图示出在图1中所示的通信网络的网络节点之间交换的等待时间分组的示例性视图；

图4图示出在图3中所示的网络节点之间交换的等待时间分组的信号图；

图5图示出用于特别地从本地网络测试设备的角度出发确定通信网络中的等待时间的示例性简化程序；以及

图6图示出用于特别地从远程网络测试设备的角度出发确定通信网络中的等待时间的示例性简化程序。

在每个图中用相同的附图标记来指示超过一个图所共用的部件或特征。

具体实施方式

概述

根据本公开的一个或多个实施例，网络测试设备向通信网络中的至少一个远程节点发射等待时间分组。该网络测试设备生成与等待时间分组的发射相关联的第一时间戳和与接收从远程节点反射的等待时间分组相关联的第二时间戳。在远程节点处，接收、处理等待时间分组并将其反射回到本地网络测试设备。该等待时间分组在被远程节点接收到时促使远程节点生成与接收等待时间分组相关联的第三时间戳。类似地，当等待时间分组被从远程节点发射或反射回到网络测试设备时，远程节点生成与等待时间分组的发射相关联的第四时间戳。网络测试设备基于第一时间戳与第二时间戳之间的差和第三时间戳与第四时间戳之间的差来确定通信网络的网络等待时间。

描述

通信网络是被通信链路和段互连以便在末端节点之间传送数据的地理分布式节点集合，所述末端节点诸如个人计算机、工作站或其他设备，诸如传感器等。可使用许多类型的网络，类型范围从局域网（LAN）到广域网（WAN）。LAN通常通过位于诸如建筑物或校园之类的相同一般物理位置上的专用私有通信链路来连接节点。另一方面，WAN通常通过远程通信链路来连接在地理上分散的节点，诸如公共运营商电话线、光学光程、同步光纤网（SONET）、同步数字分级（SDH）链路或电源线通信（PLC）等。

图1是说明性地包括通过各种通信方法被互连的节点/设备201—208（例如，客户端设备、服务器、路由器、交换机等）的示例性通信网络100的示意性框图。例如，链路105可以是有线链路，或者可包括无线通信介质，其中，某些节点例如基于距离、信号强度、电流操作状态、位置等与其他节点通信。此外，每个设备可以使用如本领域的技术人员将认识到的预定义网络通信协议与其他设备传送数据分组（或帧）140，在适当的情况下，所述预定义网络通信协议诸如各种有线协议和无线协议等。在本上下文中，协议由定义节点如何彼此相交互的一组规则组成。本领域的技术人员将理解的是在计算机网络中可使用任何数目的节点、设备、链路等，并且本文所示的视图是为了简单起见。并且，虽然在本文中参考一般网络云示出了实施例，但本文中的描述并不受此限制，而是可应用于被硬接线的网络。

图2是可与本文所述的一个或多个实施例一起使用、例如作为网络100中所示的节点中的一个的示例性网络设备200（例如，网络设备201—208中的一个）的示意性框图。设备200可包括由系统总线250互连的一个或多个网络接口210、至少一个处理器220以及存储器240。

一个或多个网络接口210包含用于控制设备200的操作的机械、电以及信令电路，并且可以包括媒体接入控制器（MAC）212，其可以使用多种不同的通信协议向/从网络100传送数据。

存储器240包括可被处理器220、MAC 212和网络接口210寻址的多个存储位置，用于存储与本文所述的实施例相关联的软件程序和数据结构。请注意，设备200的某些实施例可具有有限的存储器或者无存储器（例如，没有用于除在设备上操作的程序/进程之外的存储的存储器和关联高速缓存）。处理器220可包括适合于执行软件程序并操纵数据结构245的硬件元件或硬件逻辑。其各部分通常驻留于存储器240中且被处理器和/或网络接口210执行（即，经由MAC 212）的操作系统242通过特别地调用支持在设备上执行的软件进程和/或服务的操作而在功能上组织该设备。这些软件进程和/或服务包括说明性时间戳进程/服务244，如本文所述。请注意，可将此类进程/服务244集中在存储器240中，或者替换地，可以在网络接口210内采用此类进程/服务。

对于本领域的技术人员而言将显而易见的是可使用包括各种计算机可读介质的其他处理器和存储器类型来存储和执行关于本文所述技术的程序指令。并且，虽然本描述说明了各种进程，但可明确地设想的是可将各种进程体现为被配置成根据本文中的技术（例如，根据类似进程的功能）进行操作的模块。此外，虽然已单独地示出了各进程，但本领域的技术人员将认识到进程可以是例程或其他进程内的模块。说明性地，本文所述的技术可由硬件、软件和/或固件诸如根据时间戳进程244来执行，其可包含由处理器220（和/或MAC 212）执行以执行与本文所述技术有关的功能的计算机可执行指令。

如上所述，常规网络等待时间测试技术由于各种网络节点处的附加处理而是不准确的，所述附加处理诸如重传之前的各种网络节点处的通过开放系统互连（OSI）层的数据分组传播。相应地，本文所述技术使用时间戳而使用有限计算资源来准确地确定网络等待时间。特别地，在一个或多个特定实施例中，该技术使用根据等待时间分组的发射或接收而编索引或定序的时间戳以减去各种节点（例如，端点主机）处的附加处理。如本文所述，此类技术准确地确定真实网络等待时间，并且可以例如被具有有限计算资源的设备（例如，没有现场可编程门阵列（FPGA）的设备）采用。

说明性地，参考图3，在通信网络100的网络节点之间交换等待时间分组。如所示，网络节点201（被示为网络测试设备）向远程网络节点205（被示为另一网络测试设备）发射等待时间分组305。在操作上，远程网络节点205将等待时间分组305反射（例如，接收和发射）回到网络节点201。如上文所讨论的，诸如时间戳进程244之类的技术标记等待时间分组被网络节点201和205中的每一个发射/接收的时间并使用该标记时间来确定网络等待时间。

特别地，参考图4，信号图400图示出在网络节点201和205之间交换等待时间分组305时的时间戳进程244。在操作上，网络测试设备201向远程网络节点205发射等待时间分组305。当发射等待时间分组305的第一字节或半字节时，网络测试设备201记录时间戳——示为时间戳#1。例如，参考图2中所示的硬件配置，网络测试设备201的处理器220命令MAC 212记录时间戳（例如，经由IEEE 1588精密时间协议（PTP）和支持硬件）。此外，此类时间戳通常被记录并存储到存储器240（例如，数据结构245）中。

仍参考图4，当等待时间分组305的第一字节或半字节被远程节点205接收到时，远程网络节点205记录时间戳——时间戳#3。等待时间分组然后被远程网络节点205处理并反射回到网络测试设备201。远程网络节点205在等待时间分组305的第一字节被发射回到网络测试设备201时记录时间戳#4。继而，网络测试设备201从远程网络节点205接收反射的等待时间分组并在接收到等待时间分组305的第一字节时记录时间戳#2。

值得注意地，通常将时间戳#3和#4单独地发射到网络测试设备201。在某些实施例中，通常在单独数据分组中将来自远程网络节点205的时间戳发射到网络测试设备201（例如，经由传输控制协议（TCP））。此外，如上所述，根据等待时间分组将时间戳编索引或定序，使得每个时间戳与用于特定等待时间测试的特定等待时间分组相关联。

一旦等待时间测试完成，则网络测试设备201基于时间戳来确定网络等待时间。特别地，网络测试设备201如下确定网络等待时间：

等待时间 = (T_nearReceive – T_nearTransmit) – (T_{remoteTransmit} – T_{remoteReceive})

其中

T_nearReceive 是时间戳 # 2

T_nearTransmit 是时间戳 # 1

T_{remoteTransmit} 是时间戳 # 4

T_{remoteReceive} 是时间戳 # 3

以这种方式来确定等待时间说明远程节点205接收等待时间分组305并将等待时间分组305发射回到网络测试设备201所花费的内部处理时间。如上文所讨论的，此类内部处理取决于远程节点205处的变化的硬件和软件电子装置，其导致不一致且偏斜的网络等待时间确定。

图5图示出用于从网络测试设备（例如，网络测试设备201）的角度出发确定网络等待时间的示例性简化程序500。程序500在步骤505处开始，并且继续至步骤510，其中，网络测试设备命令时间戳硬件（例如，MAC 212）记录用于等待时间分组的时间戳。例如，在某些实施例中，网络测试设备命令MAC 212经由特殊用户数据报协议（UDP）端口号来记录时间戳以识别等待时间分组。接下来，在步骤515中，网络测试设备建立用于发射的经定序的等待时间分组，并且在步骤520中，网络测试设备发射等待时间分组。如上文更详细地描述的，当网络测试设备发射等待时间分组时，网络测试设备进一步将时间戳记录在存储器中。此类时间戳通常用特定等待时间分组的序列号来编索引。在步骤525中，网络测试设备从远程节点（例如，远程节点205）接收反射的等待时间分组，并且在步骤530中，网络测试设备进一步从远程节点接收用序列号编索引的时间戳。如上文所讨论的，此类后续时间戳与远程节点从网络测试设备接收等待时间分组并将该等待时间分组发射回到网络测试设备相关联。在步骤535中，网络测试设备基于网络测试设备的时间戳（发射和接收时间戳）之间的差和远程节点的时间戳（发射和接收时间戳）之间的差来确定网络等待时间。程序500随后在步骤540中终止，或者在某些实施例中，其继续至步骤520，其中网络测试设备发射等待时间分组并记录发射的时间戳。

图6图示出用于从远程网络测试设备或远程节点（例如，远程节点205）的角度出发确定网络等待时间的示例性简化程序600。程序600在步骤605处开始，并且继续至步骤610，其中，如上文更详细地讨论的，远程节点命令时间戳硬件（例如，远程设备的MAC 212）记录用于等待时间分组的时间戳。接下来，在步骤615中，远程节点从网络测试设备（上文所述）接收等待时间分组，并且在步骤620中，远程节点记录反映接收时间的时间戳（例如，当从网络测试设备接收到等待时间分组的第一比特时）。如上所述，通常根据与等待时间分组相关联的序列号将时间戳编索引。在步骤625处，远程节点在内部处理等待时间分组并将用于发射的等待时间分组建立为反射分组。一旦被处理，在步骤630处，远程节点将等待时间分组发射到网络测试设备，并且在步骤635处，远程节点将发射的时间戳记录在存储器中（例如，当发射等待时间分组的第一比特时）。如上文所讨论的，远程节点进行发射的时间戳通常根据与等待时间分组相关联的序列号来编索引。一旦记录了发射的时间戳，则远程节点在步骤640中将时间戳发射到网络测试设备以确定网络等待时间。程序600随后可以在步骤645中结束，或者可以在步骤615中继续，其中，远程节点接收等待时间分组。

而应注意的是程序500—600内的某些步骤可以是可选的且图5—6中所示的步骤仅仅是用于说明的示例，并且根据期望可包括或排除某些其他步骤。此外，虽然示出了步骤的特定顺序，但此排序仅仅是说明性的，并且在不脱离本文中的实施例的范围的情况下可以利用步骤的任何适当布置。此外，虽然单独地描述了程序500—600，但可将来自每个程序的某些步骤结合到每个其他程序中，并且这些程序并不意在是互斥的。

本文所述的技术因此使用时间戳来准确地确定网络等待时间。此外，这些技术的简单性允许具有有限硬件资源的设备确定网络等待时间。特别地，本文中的技术说明各种远程网络节点之间的内部处理（例如，归因于变化的内部硬件/软件资源）并准确地确定网络等待时间。

虽然已示出并描述了提供来确定网络等待时间的说明性实施例，但应理解的是在本文中的实施例的精神和范围内可做出各种其他变更和修改。例如，在本文中已经用在等待时间分组的字节/半字节的初始接收或发射时记录的时间戳示出并描述了实施例。然而，该实施例在其更宽泛的意义上并不受此类限制，并且事实上可由等待时间分组的任何字节/半字节来触发/记录。此外，虽然示出了时间戳的特定排序，此类排序是为了简单起见而提供的，并且不应将其理解为限制可在本发明的范围内使用的任何其他排序。

前述描述针对特定实施例。然而，将显而易见的是，可以在获得其某些或全部优点的情况下对所述实施例做出其他变型和修改。例如，可明确地设想可以将本文所述的部件和/或元件实现为被存储在有形（非临时）计算机可读介质（例如，磁盘/CD等）上的软件，所述计算机可读介质具有在计算机、硬件、固件或其组合上执行的程序指令。相应地，应仅以示例的方式来理解本描述且不应将其理解为以其他方式限制本文中的实施例的范围。因此，所附权利要求的目的是覆盖落在本文中的实施例的真实精神和范围内的所有此类变型和修改。

Claims (16)

1.一种方法，包括：

经由网络测试设备向通信网络中的至少一个远程节点发射等待时间分组；

经由网络测试设备生成与等待时间分组的发射相关联的第一时间戳；

在网络测试设备处接收等待时间分组，等待时间分组被从所述至少一个远程节点反射；

生成与在网络测试设备处接收等待时间分组相关联的第二时间戳；

在网络测试设备处接收第三时间戳和第四时间戳，第三时间戳与所述至少一个远程节点接收等待时间分组相关联，且第四时间戳与由所述至少一个远程节点向网络测试设备发射等待时间分组相关联；以及

基于第二时间戳与第一时间戳之间的差以及第四时间戳与第三时间戳之间的差经由网络测试设备来确定通信网络的网络等待时间。

2.如权利要求1所述的方法，其中，确定通信网络的网络等待时间还包括：

通过从第二时间戳与第一时间戳之间的差减去第四时间戳与第三时间戳之间的差来确定通信网络的网络等待时间。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

根据相应的序列号将第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳和第四时间戳中的每一个编索引。

4.如权利要求1所述的方法，其中，经由网络测试设备向通信网络中的所述至少一个远程节点发射等待时间分组促使所述至少一个远程节点生成第三时间戳和第四时间戳并将第三时间戳和第四时间戳发射到网络测试设备。

5.如权利要求1所述的方法，其中，远程节点是第二网路测试设备。

6.如权利要求1所述的方法，

其中，等待时间分组包括一个或多个比特，

其中，生成与等待时间分组的发射相关联的第一时间戳包括一旦等待时间分组的第一比特被发射到远程节点，则生成第一时间戳，

其中，生成与接收等待时间分组相关联的第二时间戳包括一旦等待时间分组的第一比特被网络测试设备接收到，则生成第二时间戳。

7.一种网络测试装置，包括：

一个或多个网络接口，包括媒体接入控制器，适合于在通信网络中通信；

处理器，适合于执行一个或多个进程；以及

存储器，被配置成存储可由处理器执行的进程，所述进程在被执行时可操作用于：

     向通信网络的至少一个远程节点发射等待时间分组；

     生成与等待时间分组的发射相关联的第一时间戳；

     接收等待时间分组，等待时间分组被从所述至少一个远程节点反射；

     生成与接收等待时间分组相关联的第二时间戳；

     接收第三时间戳和第四时间戳，第三时间戳与所述至少一个远程节点接收等待时间分组相关联，且第四时间戳与由所述至少一个远程节点向网络测试设备发射等待时间分组相关联；以及

     基于第二时间戳与第一时间戳之间的差以及第四时间戳与第三时间戳之间的差来确定通信网络的网络等待时间。

8.如权利要求7所述的网络测试装置，其中，用于在被处理器执行时确定通信网络的网络等待时间的进程还可操作用于：

通过从第二时间戳与第一时间戳之间的差减去第四时间戳与第三时间戳之间的差来确定通信网络的网络等待时间。

9.如权利要求7所述的网络测试装置，其中，所述进程在被处理器执行时还可操作用于：

根据相应的序列号将第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳和第四时间戳中的每一个编索引。

10.如权利要求7所述的网络测试装置，其中，用于向所述至少一个远程节点发射等待时间分组的进程可操作用于促使所述至少一个远程节点生成第三时间戳和第四时间戳并将第三时间戳和第四时间戳发射到网络测试设备。

11.如权利要求7所述的网络测试装置，

其中，等待时间分组包括一个或多个比特，

其中，用于生成与等待时间分组的发射相关联的第一时间戳的进程在被处理器执行时还可操作用于一旦等待时间分组的第一比特被发射到远程节点，则生成第一时间戳，

其中，用于生成与接收等待时间分组相关联的第二时间戳的进程在被处理器执行时还可操作用于一旦等待时间分组的第一比特被网络测试设备接收到，则生成第二时间戳。

12.一种其上编码有软件的有形、非临时的计算机可读介质，所述软件在被处理器执行时可操作用于：

经由网络测试设备向通信网络中的至少一个远程节点发射等待时间分组；

经由网络测试设备生成与等待时间分组的发射相关联的第一时间戳；

在网络测试设备处接收等待时间分组，等待时间分组被从所述至少一个远程节点反射；

生成与在网络测试设备处接收等待时间分组相关联的第二时间戳；

在网络测试设备处接收第三时间戳，第三时间戳与所述至少一个远程节点接收等待时间分组相关联；

在网络测试设备处接收第四时间戳，第四时间戳与由所述至少一个远程节点向网络测试设备发射等待时间分组相关联；以及

基于第二时间戳与第一时间戳之间的差以及第四时间戳与第三时间戳之间的差经由网络测试设备来确定通信网络的网络等待时间。

13.如权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述软件在被处理器执行以确定通信网络的网络等待时间时还可操作用于：

通过从第二时间戳与第一时间戳之间的差减去第四时间戳与第三时间戳之间的差来确定通信网络的网络等待时间。

14.如权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述软件在被处理器执行时还可操作用于：

根据相应的序列号将第一时间戳、第二时间戳、第三时间戳和第四时间戳中的每一个编索引。

15.如权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述软件在被处理器执行以经由网络测试设备向通信网络中的所述至少一个远程节点发射等待时间分组时还可操作用于促使所述至少一个远程节点生成第三时间戳和第四时间戳并将第三时间戳和第四时间戳发射到网络测试设备。

16.如权利要求12所述的计算机可读介质，

其中，等待时间分组包括一个或多个比特，

其中，所述软件在被处理器执行以生成与等待时间分组的发射相关联的第一时间戳时还可操作用于一旦等待时间分组的第一比特被发射到远程节点，则生成第一时间戳，以及

其中，所述软件在被处理器执行以生成与接收等待时间分组相关联的第二时间戳时还可操作用于一旦等待时间分组的第一比特被网络测试设备接收到，则生成第二时间戳。