CN107786292B - 一种协议栈网络时间的测量方法及装置 - Google Patents

一种协议栈网络时间的测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

一种协议栈网络时间的测量方法及装置，属于网络通信技术领域，为了解决获得准确的网络时间戳，以及准确的数据链路开销和协议栈封装开销时间的问题,技术要点如下：具有：应用层单向通信开销时间和链路层单向通信开销时间的计算步骤：以及由此计算服务端和客户端之间协议栈开销的步骤。效果是：应用本方法的网络设备，可以实时测量网络时间。在确定网络环境中的单向时间确定，在获得准确的单向时间后，则可以用时间戳请求和时间戳回答报文来辅助监测两个机器的时钟同步情况。

Description

一种协议栈网络时间的测量方法及装置
技术领域
本发明属于网络通信技术领域，尤其涉及一种协议栈网络时间的测量方法。
背景技术
网络时间源是网络中提供标准时间的设备。网络时间由一些网站和专业的单位提供，也有专业的时间设备(时间服务器，NTP网络时间服务器，GPS同步时钟)。
网络时间同步是指将计算机或设备的时间与网络上的时间源保持一致。
在一些通讯系统中，用户终端通常需要向网络侧上报测量数据。例如，移动通信系统UMTS和长期系统演进系统(long tiom evolution，LTE)的最小化路测(Minimizationdrive test,MDT)技术中，网络侧通过对大量用户终端上报的测量数据进行统计，以诊断网络中的问题。
由于在网络进行问题诊断以及相应的优化时，需要根据用户终端上报的网络侧时间戳进行，然而时间戳的准确性直接受到数据链路开销和协议栈封装开销的影响，在时间戳传递的过程中需要在获得准确的数据链路开销和协议栈封装开销时间的前提下，对网络时间进行误差修正。
现有技术利用ICMP分组的RTT(往返时间)计算网络时间。Ping程序发送一个ICMP回显请求分组给服务器，服务器紧接着向用户回复一个回显应答分组。用户可以在回显请求分组中将发送的时钟值作为用户可选数据记录在该分组中，然后服务器会在应答中返回这个时钟值。如果用Ping程序来测量可选数据的长度必须至少8字节，Ping也能工作，但不能计算和打印RTT。
发明内容
为了解决获得准确的网络时间戳，以及准确的数据链路开销，协议栈封装开销时间的问题，本发明提出了一种协议栈网络时间的测量方法，技术要点如下：具有：应用层单向通信开销时间和链路层单向通信开销时间的计算步骤：以及由此计算服务端和客户端之间协议栈开销的步骤。
此外，本发明还涉及一种协议栈网络时间的测量装置，包括
应用层单向通信开销时间计算模块，计算应用层单向通信开销时间；
链路层单向通信开销时间计算模块，计算链路层单向通信开销时间；以及
协议栈开销计算模块，由应用层单向通信开销时间计算模块计算，得到的应用层单向通信开销时间和链路层单向通信开销时间计算模块计算得到的链路层单向通信开销时间，以计算服务端和客户端之间协议栈开销。
有益效果：
应用本方法的网络设备，可以实时测量网络时间。在确定网络环境中的单向时间确定，在获得准确的单向时间后，则可以用时间戳请求和时间戳回答报文来辅助监测两个机器的时钟同步情况。
附图说明
图1是协议栈网络时间测量的框图；
图2是应用计时器程序流程图；
图3是Dump计时器程序流程图；
图4是计算协议栈开销时间的程序流程图；
图5是计算协议栈开销时间模块的组成示意图；
图6是时间戳请求和时间戳回答报文的格式示意图。
具体实施方式
实施例1：一种协议栈网络时间的测量方法，具有：应用层单向通信开销时间和链路层单向通信开销时间的计算步骤：以及由此计算服务端和客户端之间协议栈开销的步骤。
作为一种实施例：所述应用层单向通信时间的计算方法是：由应用计时器获取服务端的时间戳请求报文的发起时间戳的值Ts及获取服务端收到的返回时间戳回答报文中的返回时间戳的值Tr，并藉由应用层单向通信开销时间Ta＝返回时间戳的值Tr-发出时间戳的值Ts以计算应用层单向通信开销时间Ta。
作为一种实施例：所述链路层单向通信开销时间的计算方法是：Dump计时器接收经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，并从中获取发送时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td，并藉由链路层单向通信开销时间Tb＝接收时间戳的值Td-发送时间戳的值Tl以计算链路层单向开销时间Tb。
作为一种实施例：用户端接收到服务端的发起时间戳报文，把本机的时钟时间值添加到回答报文的接收时间戳中，然后在时间戳回答报文中添加返回时间戳，同时发出报文；服务端收到返回时间戳回答报文，得到在此过程中应用计时器获取终点生成的分组返回时间戳报文的获取发起时间戳的值Ts和分组返回时间戳的值Tr，并计算出单向开销时间Ta。
作为一种实施例：藉由协议栈开销Tp＝应用层单向通信开销时间Ta-链路层单向通信开销时间Tb以计算协议栈开销Tp。
作为一种实施例：在测量网络时间的过程中，服务端发出时间戳请求报文，用户端返回时间戳回答报文，应用计时器获取服务端的发起时间戳，服务端在时间戳请求报文离开前把它的时钟时间填入发起时间戳的字段中，用户端接收到服务端的时间戳请求报文，把本机的时钟时间值添加到时间戳回答报文中的接收时间戳中，然后在时间戳回答报文中添加返回时间戳，同时发出时间戳回答报文，服务端收到返回的时间戳回答报文，在此过程中，应用计时器获取终点生成的分组返回时间戳报文，以获取发起时间戳的值Ts和分组返回时间戳的值Tr，并计算出单向开销时间Ta，Dump计时器接收所有经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，获取发起时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td。
作为另一种实施例，记载了一种与上述实施例中各方案的协议栈网络时间的测量方法对应的装置，包括
应用层单向通信开销时间计算模块，计算应用层单向通信开销时间；
链路层单向通信开销时间计算模块，计算链路层单向通信开销时间；以及
协议栈开销计算模块，由应用层单向通信开销时间计算模块计算得到的应用层单向通信开销时间和链路层单向通信开销时间计算模块计算得到的链路层单向通信开销时间以计算服务端和客户端之间协议栈开销。
作为一种实施例：所述应用层单向通信时间的计算方法是：由应用计时器获取服务端的时间戳请求报文的发起时间戳的值Ts及获取服务端收到的返回时间戳回答报文中的返回时间戳的值Tr，并藉由应用层单向通信开销时间Ta＝返回时间戳的值Tr-发出时间戳的值Ts以计算应用层单向通信开销时间Ta。
作为一种实施例：所述链路层单向通信开销时间的计算方法是：Dump计时器接收经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，并从中获取发送时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td，并藉由链路层单向通信开销时间Tb＝接收时间戳的值Td-发送时间戳的值Tl以计算链路层单向开销时间Tb。
作为一种实施例：藉由协议栈开销Tp＝应用层单向通信开销时间Ta-链路层单向通信开销时间Tb以计算协议栈开销Tp。
作为一种实施例：在测量网络时间的过程中，服务端发出时间戳请求报文，用户端返回时间戳回答报文，应用计时器获取服务端的发起时间戳，服务端在时间戳请求报文离开前把它的时钟时间填入发起时间戳的字段中，用户端接收到服务端的时间戳请求报文，把本机的时钟时间值添加到时间戳回答报文中的接收时间戳中，然后在时间戳回答报文中添加返回时间戳，同时发出时间戳回答报文，服务端收到返回的时间戳回答报文，在此过程中，应用计时器获取终点生成的分组返回时间戳报文，以获取发起时间戳的值Ts和分组返回时间戳的值Tr，并计算出单向开销时间Ta，Dump计时器接收所有经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，获取发起时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td。
本实施例记载的技术方案，可以取得以下效果：
1实时性。应用本方法的网络设备，可以实时测量网络时间。在确定网络环境中的单向时间确定，在获得准确的单向时间后，则可以用时间戳请求和时间戳回答报文来辅助监测两个机器的时钟同步情况。
2准确性。相比于利用Ping程序的RTT测量方法和根据网络物理特性的测量方法更准确。前者有它的使用局限性，后者会受到网络滞后和带宽的影响。
3实用性。本方法可以获得精确地网络时间，网络时间标签是提供程序执行顺序和数据读写的先后依据，各类表项上加上时间戳字段，并做索引(例如：路由表，MAC表，等)可以得到准确的数据表写入顺序。
实施例2：一种协议栈网络时间的测量方法，用于测量通信过程中协议栈的网络时间。如图1，为服务端和客户端之间的协议栈的往返网络时间的测量过程。
在测量网络时间的过程中，服务端发出时间戳请求报文，用户端返回时间戳回答报文。应用计时器获取服务端的发起时间戳，服务端在报文离开前要把它的时钟时间填入发起时间戳的字段中，其他两个时间戳字段(接收时间戳、返回时间戳)都填入零。报文格式见图6。
用户端接收到服务端的发起时间戳报文，把本机的时钟时间值添加到回答报文的接收时间戳中。然后在时间戳回答报文中添加返回时间戳，同时发出报文。服务端收到返回时间戳回答报文，得到在此过程中应用计时器获取终点生成的分组返回时间戳报文的获取发起时间戳的值Ts和分组返回时间戳的值Tr，并计算出单向开销时间Ta。
Dump计时器，能够接收所有经过它的数据包，然后读取网卡链路层的时间戳请求和时间戳回答报文，获取发送时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td，并计算链路层开销时间Tb。
在获得单向开销时间的数值和链路层开销时间数值后，即可计算出网络节点到网络节点之间的ICMP输出、IP输出、IP输入和ICMP输入过程的时间数值。即此过程中协议栈开销时间。
本发明中时间戳请求和时间戳回答报文的格式见图6。
网络时间数据的说明：
获取发起时间戳的值Ts；
获取发送时间戳的值Tl；
获取接收时间戳的值Td；
返回时间戳的值Tr；
应用层单向通信开销时间Ta；
链路层单向通信开销时间Tb；
协议栈开销Tp。
涉及公式：
应用层单向通信开销时间Ta＝返回时间戳的值Tr-发出时间戳的值Ts。
链路层单向通信开销时间Tb＝接收时间戳的值Td-发送时间戳的值Tl。
协议栈开销Tp＝应用层单向通信开销时间Ta-链路层单向通信开销时间Tb。
本方法的核心是一个应用计时器和Dump计时器。以及在获得应用层单向通信时间和链路层单向通信开销时间后，计算出服务端和客户端之间的ICMP输出、IP输出、IP输入和ICMP输入过程的开销时间，即此过程中协议栈开销的计算方法。
本实施例中应用计时器，其特征在于获取服务端的发起时间戳和服务端收到返回时间戳回答报文的返回时间戳，然后计算应用层单向通信时间。
应用计时器，包括获取发起时间戳的数据的模块，获取分组返回时间戳报文的数据的模块和计算应用层单向通信时间的数据的模块。
本实施例中的Dump计时器，首先能够接收所有经过它的数据包，而不区分数据包的目的地址，然后捕获网卡链路层的测量控制消息的数据，分别获取测试数据的流发送和接收时间戳，并计算链路层单向通信开销时间。
本实施例中Dump计时器包括获取发送时间戳模块，获取链路层驱动程序发送时间戳的值；获取接收时间戳的模块，获取链路层驱动程序接收时间戳的值；和计算链路层单向通信开销时间的模块，计算接收时间戳的发送时间戳的时间差，即链路层单向通信开销时间。
实施例3：一种协议栈网络时间的测量系统，包括应用计时器、Dump计时器，由应用计时器获取服务端的时间戳请求报文的发起时间戳的值Ts及获取服务端收到的返回时间戳回答报文中的返回时间戳的值Tr，并藉由应用层单向通信开销时间Ta＝返回时间戳的值Tr-发出时间戳的值Ts以计算应用层单向通信开销时间Ta；Dump计时器接收经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，并从中获取发送时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td，并藉由链路层单向通信开销时间Tb＝接收时间戳的值Td-发送时间戳的值Tl以计算链路层单向开销时间Tb；藉由协议栈开销Tp＝应用层单向通信开销时间Ta-链路层单向通信开销时间Tb以计算协议栈开销Tp。
以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造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创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种协议栈网络时间的测量方法，其特征在于，具有：
应用层单向通信开销时间和链路层单向通信开销时间的计算步骤：以及
由此计算服务端和客户端之间协议栈开销的步骤；
所述应用层单向通信时间的计算方法是：由应用计时器获取服务端的时间戳请求报文的发起时间戳的值Ts及获取服务端收到的返回时间戳回答报文中的返回时间戳的值Tr，并藉由应用层单向通信开销时间Ta = 返回时间戳的值Tr - 发出时间戳的值Ts以计算应用层单向通信开销时间Ta；
所述链路层单向通信开销时间的计算方法是：Dump计时器接收经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，并从中获取发送时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td，并藉由链路层单向通信开销时间Tb = 接收时间戳的值Td - 发送时间戳的值Tl以计算链路层单向开销时间Tb；
藉由协议栈开销Tp = 应用层单向通信开销时间Ta - 链路层单向通信开销时间Tb以计算协议栈开销Tp。
2.如权利要求1所述的协议栈网络时间的测量方法，其特征在于，用户端接收到服务端的发起时间戳报文，把本机的时钟时间值添加到回答报文的接收时间戳中，然后在时间戳回答报文中添加返回时间戳，同时发出报文；服务端收到返回时间戳回答报文，得到在此过程中应用计时器获取终点生成的分组返回时间戳报文的获取发起时间戳的值Ts和分组返回时间戳的值Tr，并计算出单向开销时间Ta。
3.如权利要求1所述的协议栈网络时间的测量方法，其特征在于，在测量网络时间的过程中，服务端发出时间戳请求报文，用户端返回时间戳回答报文，应用计时器获取服务端的发起时间戳，服务端在时间戳请求报文离开前把它的时钟时间填入发起时间戳的字段中，用户端接收到服务端的时间戳请求报文，把本机的时钟时间值添加到时间戳回答报文中的接收时间戳中，然后在时间戳回答报文中添加返回时间戳，同时发出时间戳回答报文，服务端收到返回的时间戳回答报文，在此过程中，应用计时器获取终点生成的分组返回时间戳报文，以获取发起时间戳的值Ts和分组返回时间戳的值Tr，并计算出单向开销时间Ta，Dump计时器接收所有经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，获取发起时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td。
4.一种协议栈网络时间的测量装置，其特征在于：包括
应用层单向通信开销时间计算模块，计算应用层单向通信开销时间；
链路层单向通信开销时间计算模块，计算链路层单向通信开销时间；以及
协议栈开销计算模块，由应用层单向通信开销时间计算模块计算得到的应用层单向通信开销时间和链路层单向通信开销时间计算模块计算得到的链路层单向通信开销时间以计算服务端和客户端之间协议栈开销；
所述应用层单向通信时间的计算方法是：由应用计时器获取服务端的时间戳请求报文的发起时间戳的值Ts及获取服务端收到的返回时间戳回答报文中的返回时间戳的值Tr，并藉由应用层单向通信开销时间Ta = 返回时间戳的值Tr - 发出时间戳的值Ts以计算应用层单向通信开销时间Ta；所述链路层单向通信开销时间的计算方法是：Dump计时器接收经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，并从中获取发送时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td，并藉由链路层单向通信开销时间Tb = 接收时间戳的值Td - 发送时间戳的值Tl以计算链路层单向开销时间Tb；藉由协议栈开销Tp = 应用层单向通信开销时间Ta - 链路层单向通信开销时间Tb以计算协议栈开销Tp。
5.一种协议栈网络时间的测量系统，其特征在于，包括应用计时器、Dump计时器，由应用计时器获取服务端的时间戳请求报文的发起时间戳的值Ts及获取服务端收到的返回时间戳回答报文中的返回时间戳的值Tr，并藉由应用层单向通信开销时间Ta = 返回时间戳的值Tr - 发出时间戳的值Ts以计算应用层单向通信开销时间Ta；Dump计时器接收经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，并从中获取发送时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td，并藉由链路层单向通信开销时间Tb = 接收时间戳的值Td -发送时间戳的值Tl以计算链路层单向开销时间Tb；藉由协议栈开销Tp = 应用层单向通信开销时间Ta - 链路层单向通信开销时间Tb以计算协议栈开销Tp。
6.如权利要求5所述的协议栈网络时间的测量系统，其特征在于，在测量网络时间的过程中，服务端发出时间戳请求报文，用户端返回时间戳回答报文，应用计时器获取服务端的发起时间戳，服务端在时间戳请求报文离开前把它的时钟时间填入发起时间戳的字段中，用户端接收到服务端的时间戳请求报文，把本机的时钟时间值添加到时间戳回答报文中的接收时间戳中，然后在时间戳回答报文中添加返回时间戳，同时发出时间戳回答报文，服务端收到返回的时间戳回答报文，在此过程中，应用计时器获取终点生成的分组返回时间戳报文，以获取发起时间戳的值Ts和分组返回时间戳的值Tr，并计算出单向开销时间Ta，Dump计时器接收所有经过它的数据包，读取网卡链路层的时间戳请求报文和时间戳回答报文，获取发起时间戳的值Tl和接收时间戳的值Td。
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