CN107634872B - 一种快速精确计量网络链路质量的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种快速精确计量网络链路质量的方法，所述方法包括：通过网络链路将多个ICMP请求回应包从源主机发送至目的主机；获取所述ICMP请求回应包通过所述网络链路的链路信息，所述链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址；根据一预设策略，计算得到各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差；设定所述各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差相对应的计算因子和权值，并根据一预设算法计算该网络链路的链路质量分数。该网络链路质量计量方法通过并行测试的方式使测试更加迅速、客观，用户可根据不同的应用场景和特定的需要设置各个网络指标。

Description

一种快速精确计量网络链路质量的方法和装置

技术领域

本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种快速精确计量网络链路 质量的方法和装置。

背景技术

目前，诊断广域网网络质量主要是依靠ping、traceroute等工 具。这两个工具都是使用ICMP协议，对目的网络发送一定的ICMP包， 然后根据ICMP返回包的时延、丢包率、经过的跳数、途经的路由等 指标来判断当前网络的情况，但其缺点是返回的以上指标零散、孤立。 而且、由于单一的工具不能同时获取到上面所有的指标，同时、适用 多个工具串行测试、耗费时间很长、操作也较为复制、并且难以从网 路上各个节点之间的数据关联、各个指标的数据关联中提取出有效的 参考信息，需要测试人员具备非常专业的网络知识和丰富的测试经验 和技巧，并且过度的依赖测试人员的经验反而引入过多的主观因素， 很容易造成网络质量的误判或者判断结果存在很大的偏差。

发明内容

基于此，本发明提供了一种快速精确计量网络链路质量的方法。

一种快速精确计量网络链路质量的方法，所述方法包括：

通过网络链路将多个ICMP请求回应包从源主机发送至目的主 机；

获取所述ICMP请求回应包通过所述网络链路的链路信息，所述 链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址；

根据一预设策略，计算得到各个节点的丢包率、平均时延和时延 标准偏差；

设定所述各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差相对应的 计算因子和权值，并根据一预设算法计算该网络链路的链路质量分 数。

在其中一个实施例中，在所述获取所述数据包通过所述网络链路 的链路信息，所述链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址的步 骤后，所述方法还包括：

获取到链路信息后，对该网络链路上每个节点都发送N个类型 为0，代码为0的ICMP应答请求包，N>10；

根据ICMP协议，每一个节点每收到一个ICMP请求应答包后会 立即回应一个类型为8，代码值为0的ICMP请求回应包。

在其中一个实施例中，所述步骤根据一预设策略，计算得到各个 节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差包括：

源主机根据返回的ICMP请求回应包的源ip地址判断ICMP请求 回应包的节点来源；

每个节点的时延信息各使用一个队列进行保存；

在每次发送完ICMP请求回应包后，等待接收后的一小段时间， 并统计每个节点收到ICMP请求回应包的数量、平均回应时间，进而 得到每个网络节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差。

在其中一个实施例中，所述预设算法具体为：

链路质量分数＝100-(丢包率计算因子*丢包率*丢包率权值+ 时延计算因子*时延*时延权值+跳数计算因子*跳数*跳数权值+ 时延标准偏差计算因子*时延标准偏差值*时延标准偏差权值)。

在其中一个实施例中，所述丢包率、平均时延和时延标准偏差的 计算公式包括：

其中x_i为每个ICMP请求回应包的时延，N 为收到的ICMP请求回应包的数量；

其中N为ICMP请求回应 包的数量，x_i为每个ICMP请求回应包的时延，u为所有时延样本的 平均时延。

一种快速精确计量网络链路质量的装置，所述装置包括：

第一发送模块，用于通过网络链路将多个ICMP请求回应包从源 主机发送至目的主机；

获取模块，用于获取所述数据包通过所述网络链路的链路信息， 所述链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址；

计算模块，用于根据一预设策略，计算得到各个节点的丢包率、 平均时延和时延标准偏差；

设定模块，用于设定所述各个节点的丢包率、平均时延和时延标 准偏差相对应的计算因子和权值，并根据一预设算法计算该网络链路 的链路质量分数。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：

第二发送模块，用于获取到链路信息后，对该网络链路上每个节 点都发送N个类型为0，代码为0的ICMP应答请求包，N>10；

回应模块，用于根据ICMP协议，每一个节点每收到一个ICMP 请求应答包后会立即回应一个类型为8，代码值为0的ICMP请求回 应包。

在其中一个实施例中，所述计算模块包括：

判断单元，用于源主机根据返回的ICMP请求回应包的源ip地址 判断ICMP请求回应包的节点来源；

保存单元，用于每个节点的时延信息各使用一个队列进行保存；

统计单元，用于在每次发送完ICMP请求回应包后，等待接收后 的一小段时间，并统计每个节点收到ICMP请求回应包的数量、平均 回应时间，进而得到每个网络节点的丢包率、平均时延和时延标准偏 差。

在其中一个实施例中，所述预设算法具体为：

链路质量分数＝100-(丢包率计算因子*丢包率*丢包率权值+ 时延计算因子*时延*时延权值+跳数计算因子*跳数*跳数权值+ 时延标准偏差计算因子*时延标准偏差值*时延标准偏差权值)。

在其中一个实施例中，所述丢包率、平均时延和时延标准偏差的 计算公式包括：

其中x_i为每个ICMP请求回应包的时延，N 为收到的ICMP请求回应包的数量；

其中N为ICMP请求回应 包的数量，x_i为每个ICMP请求回应包的时延，u为所有时延样本的 平均时延。

有益效果：

本发明的一种快速精确计量网络链路质量的方法，所述方法包 括：通过网络链路将多个ICMP请求回应包从源主机发送至目的主 机；获取所述ICMP请求回应包通过所述网络链路的链路信息，所述 链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址；根据一预设策略，计 算得到各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差；设定所述各个 节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差相对应的计算因子和权值， 并根据一预设算法计算该网络链路的链路质量分数。该网络链路质量 计量方法通过并行测试的方式使测试更加迅速、客观，用户可根据不 同的应用场景和特定的需要设置各个网络指标(时延、时延标准偏差、 跳数、丢包率)来计算网络链路质量的分数，以满足各种不同的应用 场合，计算时候充分利用源主机和目的主机之间各个网络节点间的关 联、将表征网络抖动情况的时延标准偏差纳入网络质量计量的因子， 使计算出来的质量结果相比人工经验评判更加、简单、精准、迅速、直观。

附图说明

图1是本发明的一种快速精确计量网络链路质量的方法流程图。

图2是本发明的一种快速精确计量网络链路质量的装置框图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明所要解决的 技术问题、技术方案和有益技术效果，以下结合附图和实施例对本发 明做进一步的阐述。

请参照图1，一种快速精确计量网络链路质量的方法，所述方法 包括：

S100：通过网络链路将多个ICMP请求回应包从源主机发送至目 的主机。

本网络链路质量计量方法的例程运行在源主机上，整个场景的实体包括： 源主机(1)、源主机和目标主机之间的网络节点(2、3、4、5、6、12、13、14、 15、16、17、18、19、20)、目标主机(7)。

需要说明的是，该方法首先使用ICMP协议找到出从源主机到目 标主机所经过的节点，首先，在源主机朝目标主机发送一个TTL为1 的IP地址的UDP数据包，该数据包的目的端口为一个不常用的端口 (大于50000)，当路径上的第一个网络节点收到这个UDP数据包时， 该网络节点会因TTL减1变为0而将此UDP数据包丢掉，并返回一 个超时的ICMP报文，源主机收到这个超时消息后，便可以知道这个 网络节点存在于通往目标主机的路径上。接着源主机再使用同样的方 法朝目标主机发送一个TTL为2的UDP数据包，同样，当路径上的 第二个网络节点收到这个UDP数据包的时候也会因TTL减1变为0 而丢掉该UDP数据包并返回一个超时的ICMP报文，以此类推，源 主机每次都将送出的UDP数据包的TTL都加1来发现下一个网络节 点，重复这个动作直到某个UDP数据包到达目的地。当UDP数据包 到达目的地后时，因为UDP数据包的目的端口是一个不常用的端口 (大于50000)，目的主机没有一个应用在监听这个端口，目的主机 便产生一份“端口不可达”的ICMP错误报文，收到这个消息时，便 可以知道到达了目的地。

获取到从源主机到目的主机的各个网络节点的同时，保存每一个 节点的IP地址，形成一个从源主机到目的主机的网络路径表。

S200：获取所述ICMP请求回应包通过所述网络链路的链路信 息，所述链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址。

需要说明的是，通过上述的步骤，源主机获取到了从源主机到目的主机的 链路信息，这链路信息包括：节点的数量、即跳数，每个网络节点的IP地址。 获取到链路信息后，接着立即对该链路上每个网络节点都发送N个类型为0， 代码为0的ICMP应答请求包，发往每个网络节点的应答请求包的数量默认为 20个，可以根据测试需求来调整N的大小，N越大，计算最终结果越准，但耗 时会更长一些，但最小数量不能小于10，否则计算结果会有较大偏差，根据ICMP 协议，每一个节点每收到一个ICMP请求应答包后会立即回应一个类型为8，代 码值为0的请求回应包。

S300：根据一预设策略，计算得到各个节点的丢包率、平均时延 和时延标准偏差。

需要说明的是，源主机根据返回的回应包的源ip地址来判断回应包是从链 路上的哪个节点发来的，每个网络节点的时延信息各使用一个队列进行保存， 便于统计和计算。在每次发送完回应请求包后，等待接收回应包一小段时间(如 2、5、或10秒，默认5秒)，然后统计每个节点收到回应包的数量、平均回应 时间，进而得到每个网络节点的丢包率和每个网络节点的平均时延。

S400：设定所述各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差相 对应的计算因子和权值，并根据一预设算法计算该网络链路的链路质 量分数。

具体的，源主机根据返回的回应包的源ip地址来判断回应包是 从链路上的哪个节点发来的，每个网络节点的时延信息各使用一个队 列进行保存，便于统计和计算。在每次发送完回应请求包后，等待接 收回应包一小段时间(如2、5、或10秒，默认5秒)，然后统计每 个节点收到回应包的数量、平均回应时间，进而得到每个网络节点的 丢包率和每个网络节点的平均时延。

在其中一个实施例中，在所述获取所述数据包通过所述网络链路 的链路信息，所述链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址的步 骤后，所述方法还包括：

获取到链路信息后，对该网络链路上每个节点都发送N个类型 为0，代码为0的ICMP应答请求包，N>10；

根据ICMP协议，每一个节点每收到一个ICMP请求应答包后会 立即回应一个类型为8，代码值为0的ICMP请求回应包。

在其中一个实施例中，所述步骤根据一预设策略，计算得到各个 节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差包括：

源主机根据返回的ICMP请求回应包的源ip地址判断ICMP请 求回应包的节点来源；

每个节点的时延信息各使用一个队列进行保存；

在每次发送完ICMP请求回应包后，等待接收后的一小段时间， 并统计每个节点收到ICMP请求回应包的数量、平均回应时间，进而 得到每个网络节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差。

在其中一个实施例中，所述预设算法具体为：

链路质量分数＝100-(丢包率计算因子*丢包率*丢包率权值+ 时延计算因子*时延*时延权值+跳数计算因子*跳数*跳数权值+ 时延标准偏差计算因子*时延标准偏差值*时延标准偏差权值)。

需要说明的是，每项参数的计算因子如下：丢包率的计算因子： 丢包率范围为0.00～100.00，丢包率计算因子：100/(100.00-0.00)＝1； 平均时延的计算因子：平均时延值范围为0.00ms～400.00ms，平均 时延计算因子：100/(400.00-0.00)＝0.25；跳数的计算因子：跳数值范 围为0.00～20.00，跳数计算因子：100/(20.00–0.00)＝5；时延标准 偏差的计算因子：时延标准偏差范围为0.00～20.00，时延标准偏差 计算因子：100/(100.00-0.00)＝1。接着，设定网络指标的权值，因 在应用场景，对丢包率、时延、跳数、网络抖动的侧重点各不相同， 需在计算前根据需求设置每一项指标的权值，各个参数的权值为总和为100.00％，默认情况下，丢包率的权值设置为35％，跳数权值设置 为15％，时延标准偏差位置为20％，时延权值为30％。

其次，使用如下算法计算链路的质量分数：链路质量分数算法： 链路质量分数＝100-(丢包率计算因子*丢包率*丢包率权值+时延 计算因子*时延*时延权值+跳数计算因子*跳数*跳数权值+时延 标准偏差计算因子*时延标准偏差值*时延标准偏差权值)。然后，使 用丢包率降分在大丢包率的情况下，网络性能会变得非常差，甚至变 得不可用，因此，在计算链路质量分数时，需将丢包率纳入重点的计 算因子。因网络节点对数据包的处理分为接收和转发，无法判断是否 是网络拥塞引起的网络丢包还是系统本身对ICMP包做了特殊的处 理，所以需要参考每个节点的丢包率来判定是否是因为网络拥塞引发 的丢包，即需要考量各个节点之间的关联。一般情况下，如连续两个 或三个节点都出现大的丢包率(如25％以上)，那么是网络拥塞引发 的丢包，因此，在相邻两个网络节点都出现大的丢包率的情况下、需 对链路质量进行惩罚降分，目前采用阶梯惩罚降分的方法，即丢包率 越大，惩罚降分越多，为阐述算法的便利，这里采用粗粒度的降分机 制来描述流程，详细如下：如果连续两个节点丢包率都超过50％，对 链路质量分数降低8分。如果连续两个节点丢包率有一个在40％- 50％之间、另一个在50％以上，对链路质量分数降低7分。如果连续 两个节点丢包率都在40％-50％之间，对链路质量分数降低6分。如 果连续两个节点丢包率有一个在30％-40％之间、另一个在40％-50％ 之间，对链路质量分数降低5分。如果连续两个节点丢包率都在30％ -40％之间对链路质量分数计算公式计算出来的分数降低4分。如果连续两个节点丢包率有一个在20％-30％之间、另一个在30％-40％ 之间，对链路质量分数降低3分。如果连续两个节点丢包率都在20％ -30％之间，对链路质量分数降低2分。如果连续两个节点丢包率有 一个在20％以下，不降低链路质量分数。

在其中一个实施例中，所述丢包率、平均时延和时延标准偏差的 计算公式包括：

其中x_i为每个ICMP请求回应包的时延，N 为收到的ICMP请求回应包的数量；

其中N为ICMP请求回应 包的数量，x_i为每个ICMP请求回应包的时延，u为所有时延样本的 平均时延。

请参照图2，一种快速精确计量网络链路质量的装置，所述装置 包括：

第一发送模块100，用于通过网络链路将多个ICMP请求回应包 从源主机发送至目的主机；

获取模块200，用于获取所述数据包通过所述网络链路的链路信 息，所述链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址；

计算模块300，用于根据一预设策略，计算得到各个节点的丢包 率、平均时延和时延标准偏差；

设定模块400，用于设定所述各个节点的丢包率、平均时延和时 延标准偏差相对应的计算因子和权值，并根据一预设算法计算该网络 链路的链路质量分数。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：

第二发送模块，用于获取到链路信息后，对该网络链路上每个节 点都发送N个类型为0，代码为0的ICMP应答请求包，N>10；

回应模块，用于根据ICMP协议，每一个节点每收到一个ICMP 请求应答包后会立即回应一个类型为8，代码值为0的ICMP请求回 应包。

在其中一个实施例中，所述计算模块包括：

判断单元，用于源主机根据返回的ICMP请求回应包的源ip地 址判断ICMP请求回应包的节点来源；

保存单元，用于每个节点的时延信息各使用一个队列进行保存；

统计单元，用于在每次发送完ICMP请求回应包后，等待接收后 的一小段时间，并统计每个节点收到ICMP请求回应包的数量、平均 回应时间，进而得到每个网络节点的丢包率、平均时延和时延标准偏 差。

在其中一个实施例中，所述预设算法具体为：

链路质量分数＝100-(丢包率计算因子*丢包率*丢包率权值+ 时延计算因子*时延*时延权值+跳数计算因子*跳数*跳数权值+ 时延标准偏差计算因子*时延标准偏差值*时延标准偏差权值)。

在其中一个实施例中，所述丢包率、平均时延和时延标准偏差的 计算公式包括：

其中x_i为每个ICMP请求回应包的时延，N 为收到的ICMP请求回应包的数量；

其中N为ICMP请求回应 包的数量，x_i为每个ICMP请求回应包的时延，u为所有时延样本的 平均时延。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描 述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和 电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行， 取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每 个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不 应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和 方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅 仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分， 实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可以结合或者可以 集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显 示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些 接口，单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元 中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销 售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的 理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或 者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，计算机软件产 品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备 (可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施 例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动 硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器 (RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序 代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范 围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种快速精确计量网络链路质量的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过网络链路将多个ICMP请求回应包从源主机发送至目的主机；

获取所述ICMP请求回应包通过所述网络链路的链路信息，所述链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址；

获取到链路信息后，对该网络链路上每个节点都发送N个类型为0，代码为0的ICMP应答请求包，N>10；

根据ICMP协议，每一个节点每收到一个ICMP请求应答包后会立即回应一个类型为8，代码值为0的ICMP请求回应包；

根据一预设策略，计算得到各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差；

设定所述各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差相对应的计算因子和权值，并根据一预设算法计算该网络链路的链路质量分数，采用粗粒度降分机制对链路质量进行降分惩罚；

所述预设算法具体为：

链路质量分数＝100-(丢包率计算因子*丢包率*丢包率权值+时延计算因子*时延*时延权值+跳数计算因子*跳数*跳数权值+时延标准偏差计算因子*时延标准偏差值*时延标准偏差权值)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤根据一预设策略，计算得到各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差包括：

源主机根据返回的ICMP请求回应包的源ip地址判断ICMP请求回应包的节点来源；

每个节点的时延信息各使用一个队列进行保存；

在每次发送完ICMP请求回应包后，等待接收后的一小段时间，并统计每个节点收到ICMP请求回应包的数量、平均回应时间，进而得到每个网络节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述丢包率、平均时延和时延标准偏差的计算公式包括：

其中x_i为每个ICMP请求回应包的时延，N为收到的ICMP请求回应包的数量；

其中N为ICMP请求回应包的数量，x_i为每个ICMP请求回应包的时延，u为所有时延样本的平均时延。

4.一种快速精确计量网络链路质量的装置，其特征在于，所述装置包括：

第一发送模块，用于通过网络链路将多个ICMP请求回应包从源主机发送至目的主机；

获取模块，用于获取所述数据包通过所述网络链路的链路信息，所述链路信息包括节点数量和各个节点的IP地址；

第二发送模块，用于获取到链路信息后，对该网络链路上每个节点都发送N个类型为0，代码为0的ICMP应答请求包，N>10；

回应模块，用于根据ICMP协议，每一个节点每收到一个ICMP请求应答包后会立即回应一个类型为8，代码值为0的ICMP请求回应包；

计算模块，用于根据一预设策略，计算得到各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差；

设定模块，用于设定所述各个节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差相对应的计算因子和权值，并根据一预设算法计算该网络链路的链路质量分数，采用粗粒度降分机制对链路质量进行降分惩罚；

所述预设算法具体为：

链路质量分数＝100-(丢包率计算因子*丢包率*丢包率权值+时延计算因子*时延*时延权值+跳数计算因子*跳数*跳数权值+时延标准偏差计算因子*时延标准偏差值*时延标准偏差权值)。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：

判断单元，用于源主机根据返回的ICMP请求回应包的源ip地址判断ICMP请求回应包的节点来源；

保存单元，用于每个节点的时延信息各使用一个队列进行保存；

统计单元，用于在每次发送完ICMP请求回应包后，等待接收后的一小段时间，并统计每个节点收到ICMP请求回应包的数量、平均回应时间，进而得到每个网络节点的丢包率、平均时延和时延标准偏差。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述丢包率、平均时延和时延标准偏差的计算公式包括：

其中x_i为每个ICMP请求回应包的时延，N为收到的ICMP请求回应包的数量；

其中N为ICMP请求回应包的数量，x_i为每个ICMP请求回应包的时延，u为所有时延样本的平均时延。

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