CN104703198A

CN104703198A - 一种端到端网络服务时延的确定方法及装置

Info

Publication number: CN104703198A
Application number: CN201310648453.0A
Authority: CN
Inventors: 黄昭文; 吕锦扬
Original assignee: China Mobile Group Guangdong Co Ltd
Current assignee: China Mobile Group Guangdong Co Ltd
Priority date: 2013-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-12-04
Also published as: CN104703198B

Abstract

本发明提供一种端到端网络服务时延的确定方法及装置。方法包括：监测并顺序记录客户端为获取网络数据而与服务器进行交互的数据包，并记录后一数据包与前一数据包之间的时间间隔；根据记录的数据包确定出存在的原语；一个或多个数据包对应一个原语；确定出每个原语的时延；原语的时延等于以该原语对应的第一个数据包为起始到该原语对应的最后一个数据为结束的所有数据包之间的时间间隔；根据得到的原语的时延确定出客户端获取网络数据的各环节时延。本发明从数据包中确定出原语，由于原语都对应有对应的操作指令，因此本发明确定出原语的时延也意味着确定出每个操作过程的时延，进而分析出客户端获取网络数据的各环节时延。

Description

一种端到端网络服务时延的确定方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别是一种端到端网络服务时延的确定方法及装置。

背景技术

如图1所示的网络构架，手机在上网过程中，分别需要通过手机终端、BTS、BSC、SGSN、GGSN、网关、路由器、服务器等多个环节的设备的处理。其过程大致为：手机终端通过BTS连接网络（如GPRS），之后手机终端请求与服务器建立连接，在连接建立完成后，手机终端与服务器之间交互网络数据。其中，手机终端与BTS/BSC之间均为无线连接，而SGSN至服务器之间采用固线连接。由于手机上网经过的环节较多，各环节的影响将对总体的时延产生影响。在手机总体时延的已知的情况下，如何对每一环节的影响程度进行定位，从而为开展针对性的优化提供数据支撑，目前是一个难点。

现有技术的主要方案包括：

端点测试法：通过在终端上运行支持路径时延跟踪的程序，例如traceroute，判断访问的路径以及时延；缺点：这种测试推算方法过于依赖手机侧的统计，个别手机的拨测情况，难以全面体现实际网络中数以亿计用户行为、环境变化和复杂的实际情况，从而造成较大偏差。对移动通信网络来说，终端侧的程序由于受无线接入网质量的影响较大，由于无线接入网的质量受到外部环境及接入用户数量等情况的影响，容易引入判断误差；

时延建模法：通过对网络特性的判断，将网络总体划分为无线网和核心网两大部分，并结合接入方式对无线网和核心网分配一定的时延比例，从而给出无线网和核心网的时延估算值；缺点：由于手机上网除了使用无线网和核心网外，还跟终端、服务器等密切相关，仅从无线网和核心网两个部分进行端到端时延评估是不够准确的。

发明内容

本发明要解决的技术问题提供一种端到端网络服务时延的确定方法及装置，能够具体确定网络各环节的时延。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种端到端网络服务时延的确定方法，包括：

监测并顺序记录客户端为获取网络数据而与服务器进行交互的数据包，并记录后一数据包与前一数据包之间的时间间隔；

根据记录的数据包，确定出存在的原语；其中，一个或多个数据包对应一个原语；

确定出每个原语的时延；其中，原语的时延等于以该原语对应的第一个数据包为起始到该原语对应的最后一个数据为结束的所有数据包之间的时间间隔；

根据得到的原语的时延确定出客户端获取网络数据的各环节时延。

其中，监测并记录客户端为获取网络数据而与服务器进行交互的数据包的步骤包括：

在BSC与SGSN的通信路径上监测并记录客户端为获取网络数据而与服务器进行交互的数据包。

其中，根据记录的数据包确定出存在的原语的步骤包括：

确定已被记录的数据包所对应的协议层；其中，所述协议层包括传输层以及应用层；

根据属于传输层的数据包中的协议指令确定出客户端与服务器建立连接的第一原语；

根据属于应用层的数据包中的协议指令确定出客户端获取网络数据的第二原语。

其中，根据得到的原语的时延确定出客户端获取网络数据的各环节时延的步骤包括：

通过拨测确定出SGSN与每个网络设备的固线传输时延以及每个网络设备之间的固线传输时延；其中，所述网络设备位于SGSN到服务器的通信路径上；

确定服务器为与客户端连接而建立连接协议的连接时延；其中，连接时延=第一原语的时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的固线传输时延。

其中，根据得到的原语的时延确定出客户端获取所述网络数据的各环节时延的步骤还包括：

确定服务器提供网络服务的会话时延；其中，会话时延=第二原语的时延－连接时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的固线传输时延。

确定客户端获取所述网络数据的总时延；其中，总时延=所有记录的数据包之间的时间间隔；

确定客户端与SSGN之间的无线传输时延；其中，无线传输时延=总时延－会话时延－连接时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的固线传输时延。

其中，通过拨测确定出SGSN与每个网络设备的固线传输时延以及每个网络设备之间的固线传输时延的步骤包括：

通过固线向SGSN发送探测包，从而使SGSN将所述探测包发送至服务器，并使得SGSN到服务器路径之间的所有网络设备在接收到所述探测包后向SGSN发送互联网控制消息协议ICMP包；

确定SGSN与每个网络设备的固线传输时延；其中，SGSN与某一网络设备的通信时延=SGSN接收该网络设备所发送的ICMP包的时间－SGSN发送探测包的时间；

确定相邻两个网络设备之间的固线传输时延；其中，相邻两个网络设备之间的固线传输时延=前一网络设备与SGSN的固线传输时延－后一网络设备与SGSN的固线传输时延；

本发明的还提供一种端到端网络服务时延的确定装置，包括：

记录模块，用于监测并顺序记录客户端为获取网络数据而与服务器进行交互的数据包，并记录后一数据包与前一数据包之间的时间间隔；

原语模块，用于根据记录的数据包，确定出存在的原语；其中，一个或多个数据包对应一个原语；

第一确定模块，用于确定出每个原语的时延；其中，原语的时延等于该原语对应的第一个数据包到该原语对应的最后一个数据包所覆盖的所有记录的数据包之间的时间间隔；

第一确定模块，用于根据得到的原语的时延确定出客户端获取网络数据的各环节时延。

其中，所述记录模块具体用于：

其中，所述原语模块包括：

第一确定子模块，用于确定已被记录的数据包所对应的协议层；其中，所述协议层包括传输层以及应用层；

第二确定子模块，用于根据属于传输层的数据包中的协议指令确定出客户端与服务器建立连接的第一原语；

第三确定子模块，用于根据属于应用层的数据包中的协议指令确定出客户端获取网络数据的第二原语。

其中，所述第二确定模块还包括：

第四确定子模块，用于通过拨测确定出SGSN与每个网络设备的固线传输时延以及每个网络设备之间的固线传输时延；其中，所述网络设备位于SGSN到服务器的通信路径上；

第五确定子模块，用于确定服务器为与客户端连接而建立连接协议的连接时延；其中，连接时延=第一原语的时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的固线传输时延。

其中，所述第二确定模块还包括：

第六确定子模块，用于确定服务器提供网络服务的会话时延；其中，会话时延=第二原语的时延－连接时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的固线传输时延。

其中，所述第二确定模块还包括：

第七确定子模块，用于确定客户端获取所述网络数据的总时延；其中，总时延=所有记录的数据包之间的时间间隔；

第八确定子模块，用于确定客户端与SSGN之间的无线传输时延；其中，无线传输时延=总时延－会话时延－连接时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的固线传输时延。

其中，所述第二确定模块还包括：

第九确定子模块，用于确定客户端获取所述网络数据的总时延；其中，总时延=从第二个被记录的数据包所对应的时间间隔累加至最后一个被记录的数据包所对应的时间间隔；

第十确定子模块，用于确定客户端与SSGN之间的无线传输时延；其中，无线传输时延=总时延－会话时延－连接时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的通讯时延。

本发明的上述方案具有如下有益效果：

本发明根据客户端与服务器进行交互的数据包，确定出相应的原语，由于原语都对应有相应的操作指令，因此本发明确定出原语的时延也就意味着确定出每个操作过程的时延，进而分析出客户端获取网络数据的各环节时延。

附图说明

图1为现有GPRS网络构架；

图2为本发明中端到端网络服务时延的确定方法的步骤示意图；

图3为本发明中确定通信时延的示意图；

图4为本发明的中端到端网络服务时延的确定装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图2所示，一种端到端网络服务时延的确定方法，包括：

步骤20，监测并顺序记录客户端为获取网络数据而与服务器进行交互的数据包，并记录后一数据包与前一数据包之间的时间间隔；

步骤21，根据记录的数据包，确定出存在的原语；其中，一个或多个数据包对应一个原语；

步骤22，确定出每个原语的时延；其中，原语的时延等于以该原语对应的第一个数据包为起始到该原语对应的最后一个数据为结束的所有数据包之间的时间间隔；

步骤23，根据得到的原语的时延确定出客户端获取网络数据的各环节时延。

本实施例方法根据客户端与服务器进行交互的数据包，确定出相应的原语，由于原语都对应有相应的操作指令，因此本发明确定出原语的时延也就意味着确定出每个操作过程的时延。

具体地，在本发明的上述实施例中，步骤20具体包括：

本实施例由于在BSC与SGSN的通信路径上进行监测，因此能够实现大量用户端与服务器的端到端时延分析。相比于现有的手机拨测确定网络服务延时的方式，本实施例的方法所得到的数据更全面，也避免了用户端通过BSC接入无线网所受到的环境影响。

具体地，在本发明的上述实施例中，步骤21具体包括：

步骤210，确定已被记录的数据包所对应的协议层；其中，所述协议层包括传输层以及应用层；

步骤211，根据属于传输层的数据包中的协议指令确定出客户端与服务器建立连接的第一原语；

步骤212，根据属于应用层的数据包中的协议指令确定出客户端获取网络数据的第二原语。

目前网络的协议可大致分为传输层和应用层，传输层的协议主要解决网络数据的传输工作，应用层的协议主要解决网络数据的包装工作。客户端与服务器建立连接的数据包属于传输层，这类数据包的协议类型大部分为TCP/IP协议，且均携带TCP/IP协议所对应的协议指令，如客户端向服务器发送请求建立连接的数据包，其协议指令为“Connect_req”，而服务器响应客户端请求建立连接的数据包其协议指令为“Connect_res”，这些TCP/IP协议所对应的协议指令均已被业内规范，因此可从传输层的数据包中的协议指令确定出本文所述第一原语，并同理确定出第二原语。需要说明的是，目前用于客户端与服务器建立连接的数据包还有一小部分是IPX协议或AppleTalk协议，而用于客户端网络数据的数据包获取除HTTP协议之外，还可以是FTP协议或TELNET协议，这些协议都对应由不同的协议指令，也同样已被业内进行规范，均可用于确定第一原语或第二原语。

具体地，在本发明的上述实施例中，步骤23具体包括：

步骤231，通过拨测确定出SGSN与每个网络设备的固线传输时延以及每个网络设备之间的固线传输时延；其中，所述网络设备位于SGSN到服务器的通信路径上；

步骤232，确定服务器为与客户端连接而建立连接协议的连接时延；其中，连接时延=第一原语的时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的固线传输时延。

本实施例中的连接时延即为服务器的建立连接协议的耗时，为后续的服务器优化甚至是服务器端口优化提供了数据支持。

此外，在本发明的上述实施例中，步骤23还包括：

步骤233，确定服务器提供网络服务的会话时延；其中，会话时延=第二原语的时延－连接时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的固线传输时延。

本实施例中的会话时延可以看成服务器提供网络数据的耗时，其可以体现出服务器的工作能力。

此外，在本发明的上述实施例中，步骤23还包括：

步骤234，确定客户端获取所述网络数据的总时延；其中，总时延=所有记录的数据包之间的时间间隔；

步骤235，确定客户端与SSGN之间的无线传输时延；其中，无线传输时延=总时延－会话时延－连接时延－SGSN与最后一个网络设备所对应的固线传输时延。

本实施例的无线传输时延即可反映出为客户端与SSGN之间无线网络环境的质量，为后续的无线网络优化（即BTS/BSC的优化）提供数据支持。

具体地，在本发明的上述实施例中，步骤233具体包括：

步骤2331，通过固线向SGSN发送探测包，从而使SGSN将所述探测包发送至服务器，并使得SGSN到服务器路径之间的所有网络设备在接收到所述探测包后向SGSN发送互联网控制消息协议ICMP包；

步骤2332，确定SGSN与每个网络设备的固线传输时延；其中，SGSN与某一网络设备的通信时延=SGSN接收该网络设备所发送的ICMP包的时间－SGSN发送探测包的时间；

步骤2333，确定相邻两个网络设备之间的固线传输时延；其中，相邻两个网络设备之间的固线传输时延=前一网络设备与SGSN的固线传输时延－后一网络设备与SGSN的固线传输时延；

下面对步骤2331至步骤2331进行详细说明：

如图3所示，假设SGSN与服务器的路径之间还存在GGSN、路由器1以及路由器2，为了分别测量SGSN与GGSN、路由器1、路由器2的固线传输时延，具体地，可通过一专门用于端到端时延测试的GPRS Gb接口与SGSN进行固线连接从而能够向SGSN发送探测包（如目前的traceroute探测包），使得SGSN将探测包发送至服务器；需要特别说明的是，虽然利用探测包定位网络时延的技术已经存在，但探测包均是由终端向服务器进行拨测的，其涵盖了终端与BSC之间的无线传输过程，所以会受无线网络环境的影响，使测试结果存在很大误差。而本发明是通过固线直接向SGSN发送探测包，绕开了无线网络，因此测试的结果非常准确，这是现有技术所无法达到的。在探测包到达服务器之前，首先会经SGSN发往GGSN，GGSN在收到探测包后进行响应，即立刻向SGSN发送ICMP包（即如本领域熟知的ICMP TTL-expired类型数据包）。与此同时，探测包从GGSN跳转，陆续到达路由器1以及路由器2，同理路由器1和路由器2收到探测包后向SGSN发送ICMP包。在上述过程中对SGSN进行监测并记录SGSN发送探测包的时间以及后续接收ICMP包的时间，以及接收到的前一ICMP与后一ICMP包之间的时间间隔（相邻两个网络设备之间的通信时延），其记录内容可如下表所示：

表中的跳数即探测包发生的跳转，如跳数1为探测包在GGSN向路由器1跳转，跳数2为探测包在路由器1向路由器2跳转，跳转的总次数代表SGSN与服务器之间的网络设备数据量；表中的221.179.7.62即GGSN的IP地址，221.179.5.33即路由器1的IP地址，221.179.4.250即路由器2的IP地址。

本发明的方法在BSC和SGSN之间的通信链路上监测客户端上网过程中产生的请求以及相应信息（即交互产生的数据包）。在实施过程中，可根据客户端以及服务器的IP地址为每个客户端与每个服务器建立对应的数据库，下面以客户端1为例对本方法的具体实施进行详细描述：

用户通过客户端1使用某个浏览器应用APP1上网时，客户端1首先通过无线网络与BSC完成信令交互过程，从而接入GPRS网络。在入网后，客户端1首先发出TCP+SYN数据包给服务器1（即APP1的服务器），服务器1的IP:221.179.175.244;服务器1返回SYN+ACK数据包至客户端1；之后，客户端1返回ACK数据包给服务器，至此，客户端1与服务器1连接建立完成，从而能够交互网络数据；客户端1发出浏览HTTP GET/?wm=4007_0009的请求给服务器1；服务器1将该URL对应的内容返回给客户端1；服务器1返回结束后，向客户端1发送HTTP/1.1200以表示内容发送完毕；客户端1收到HTTP/1.1200后，通过TCP FIN+ACK数据包告知服务器1已收到相应数据。

本实施例在BSC和SGSN之间的数据链路上监测别记录上述过程的所有数据包（即排除掉了客户端1与BSC之间的无线网接入过程），并建立客户端1与服务器1的时间数据库，其结构如下表所示:

首先根据数据包的协议类别确定出传输层以及应用层，即TCP/IP协议的数据包属于传输层，HTTP协的数据包属于应用层。

其中，数据包1即上述的TCP+SYN数据包，数据包2即上述SYN+ACK数据包3即上述的ACK数据包。而“Connect_req”、“Connect_res”、“Connect_ack”在TCP/IP协议中表示客户端1与服务器1建立TCP/IP协议相关的指令（TCP/IP协议建立完成即客户端1与服务器1成功建立连接），因此可以确定出数据包1至数据包3属于本文所述的第一原语，根据上文所述的原语的时延计算公式，可计算第一原语的时延为1.30秒，即以数据包1为起始到数据包3为结束的所有数据包（数据包1至数据包3）之间的时间间隔。

此外，数据包4为客户端1发出浏览“HTTP GET/?wm=4007_0009”请求的数据包，数据包17为服务器1将“HTTP GET/?wm=4007_0009”对应的内容返回给客户端1的数据包；“http_get”、“http_get_res”在HTTP协议中表示客户端1向服务器1获取网络数据的相关指令，因此可以确定出数据包4和数据包17属于本文所述的第二原语。同样根据原语的时延计算公式，假设计算出第二原语的时延为3秒，即以数据包4为起始到数据包17为结束的所有数据包（数据包4至数据包17）之间的时间间隔。需要指出的是，客户端1向服务器1获取网络数据的具体过程中可能存在其它原语，例如用于进行身份验证的原语，本文将这些数据包进行了省略，即可以看成是数据包5至数据包16。此外，将数据包1至数据包22之间的时间间隔进行累加，可得到总时延（假设为4秒）。

之后利用SGSN向服务器1发送探测包，使得SGSN到服务器1路径之间的所有网络设备在接收到所述探测包后向SGSN发送ICMP包，以确定SGSN与每个网络设备的通信时延以及每个网络设备之间的通信时延，并为服务器1建立路径探测数据库。假设SGSN与服务器1之间有12个网络设备，那么路径探测数据库结构如下所示：

之后根据上文所提到的方法，陆续计算出客户1与服务器1之间的连接时延、会话时延以及无线传输时延。

当然，本实施例的方法从BSC与SGSN之间监测不同客户端的端到端网络服务时延，并建数据库进行统计，其数据库结构如下所示：

综上所述，相比与现有技术，本发明的方法有以下优点：

1）能够实现对大量手机客户端与服务器的端到端时延分析;

2)将固线传输时延以及无线传输时延分别进行独立计算，减少了判断误差；

3）从原来只有无线网和核心网两部分，拓展为无线网、核心网的多跳路径、服务器、应用程序等多个环节，并可以根据需要进一步细化分析。

此外，如图4所示，本发明还提供一种端到端网络服务时延的确定装置，其特征在于，包括：

原语模块，用于根据记录的数据包确定出存在的原语；其中，一个或多个数据包对应一个原语；

其中，所述记录模块具体用于：

其中，所述原语模块包括：

其中，所述第二确定模块还包括：

第四确定子模块，用于通过拨测确定出SGSN与每个网络设备的固线传输时延以及每个网络设备之间的固线传输时延；其中，所述网络设备位于SGSN到服务器的通信路径上；具体地，第四确定子模块可通过一专门用于端到端时延测试的GPRS Gb接口与SGSN进行固线连接，从而能够向SGSN发送探测包；

其中，所述第二确定模块还包括：

显然以上装置与本发明中的端到端网络服务时延的确定方法相对应，该方法能够达到的技术效果，本装置同样也能达到。此外，以上装置是以功能划分为各种模块进行描述的，因此，在实施本发明时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种端到端网络服务时延的确定方法，其特征在于，包括：

根据记录的数据包确定出存在的原语；其中，一个或多个数据包对应一个原语；

2.根据权利要求1所述的端到端网络服务时延的确定方法，其特征在于，监测并记录客户端为获取网络数据而与服务器进行交互的数据包的步骤包括：

3.根据权利要求2所述的端到端网络服务时延的确定方法，其特征在于，根据记录的数据包确定出存在的原语的步骤包括：

4.根据权利要求3所述的端到端网络服务时延的确定方法，其特征在于，根据得到的原语的时延确定出客户端获取网络数据的各环节时延的步骤包括：

5.根据权利要求4所述的端到端网络服务时延的确定方法，其特征在于，根据得到的原语的时延确定出客户端获取所述网络数据的各环节时延的步骤还包括：

6.根据权利要求5所述的端到端网络服务时延的确定方法，其特征在于，根据得到的原语的时延确定出客户端获取所述网络数据的各环节时延的步骤还包括：

7.根据权利要求4所述的端到端网络服务时延的确定方法，其特征在于，通过拨测确定出SGSN与每个网络设备的固线传输时延以及每个网络设备之间的固线传输时延的步骤包括：

确定相邻两个网络设备之间的固线传输时延；其中，相邻两个网络设备之间的固线传输时延=前一网络设备与SGSN的固线传输时延－后一网络设备与SGSN的固线传输时延。

8.一种端到端网络服务时延的确定装置，其特征在于，包括：

第二确定模块，用于根据得到的原语的时延确定出客户端获取网络数据的各环节时延。

9.根据权利要求8所述的端到端网络服务时延的确定装置，其特征在于，所述记录模块具体用于：

10.根据权利要求9所述的端到端网络服务时延的确定装置，其特征在于，所述原语模块包括：

11.根据权利要求10所述的端到端网络服务时延的确定装置，其特征在于，所述第二确定模块还包括：

12.根据权利要求11所述的端到端网络服务时延的确定装置，其特征在于，所述第二确定模块还包括：

13.根据权利要求12所述的端到端网络服务时延的确定装置，其特征在于，所述第二确定模块还包括：

14.根据权利要求13所述的端到端网络服务时延的确定装置，其特征在于，所述第二确定模块还包括：