CN112335202B - 处理局域网诊断数据 - Google Patents

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Abstract

公开了用于处理关于局域网(LAN，10)获得的局域网诊断数据的方法和装置。该方法包括：从关于LAN(10)获得的局域网诊断数据中识别出数据单元的集合，数据单元的集合包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元；更新该集合的第一数据单元，以包括已识别到该集合的相关联的第二数据单元的指示；以及从LAN(10)发送更新后的第一数据单元而不发送相关联的第二数据单元，以用于在LAN之外的远程网络诊断设备(16)处的性能分析。

Description

处理局域网诊断数据
技术领域
本发明涉及处理关于局域网获得的局域网诊断数据的方法和系统。具体地，本发明的优选实施方式涉及用于将这种诊断数据从局域网上载到(例如)互联网服务提供商以用于随后的分析、网络诊断和其它这样的处理的技术和装置。
背景技术
在依赖于捕获和分析通过网络传输的各个数据包的网络诊断系统中，所需的存储、带宽和处理量取决于所捕获的数据包的数量和数据包的平均大小二者。因此，减少所捕获和处理的数据包的数量以及数据包的大小是有利的。
在数据包捕获或数据传输系统中，通常使用诸如GZIP压缩(稍后讨论)之类的压缩算法来减小数据包捕获的大小。可以根据要求的可接受的延迟和所需期望压缩率在逐个数据包的基础上或跨多个数据包的块来应用压缩。基于GZIP的数据包压缩具有是无损压缩方案的优点并且确保在解压缩时可以完美地重新创建所有数据包，然而这限制了可能的最大压缩量。
在基于IEEE 802.11的WiFi系统中，数据包捕获通常包含具有唯一的时间戳和帧序列号的帧，尽管数据包除了它们的存在外本身通常传达很少的有用诊断信息。然而，标准数据包捕获文件中的唯一帧时间戳和序列号通常会减少针对帧的可能的压缩量。通常，这些数据包必须相对于文件中的其它数据包在给定的时间延迟内出现，这意味着不必存储这些数据包确切的时间戳，因为可以从其相关数据包推断出该时间戳。IEEE 802.11协议内这些数据包的示例是“确认”(“ACK”：Acknowledgement)数据包和“允许发送”(“CTS”：Clearto Send)数据包，它们通常必须在其相关联的“数据”或“请求发送”(“RTS”：Request toSend)数据包的10μsec(即10微秒)内发生。此类数据包可能占数据包捕获文件内所有数据包的50％以上，尽管它们的数据包大小较小可能意味着它们可能仅占整个数据包捕获文件大小的15％。
虽然数据包捕获文件的大小会影响上载捕获数据所要求的存储量和带宽，但是(至少主要是)数据包捕获内的数据包数量确定分析数据包捕获需要多少CPU处理能力，因此去除小数据包仍然是有利的，即使这对经压缩的数据包捕获文件的大小没有显著影响。
注意将理解的是，根据OSI模型，所讨论的数据单元将通常被视为与它们在第2层的传输有关的帧，并且被视为与它们在第3层的传输有关的数据包，但是由于所讨论的帧是封装在数据包内以便将所讨论的数据作为数据包捕获的一部分上载，所以无论所讨论的数据单元被视为帧还是数据包，上述问题均适用，尤其是因为数据包捕获中的数据包的数量和大小将在很大程度上取决于它们承载的帧的数量和大小。
现在参考一些现有技术，GZIP(前面提到)是用于文件压缩和解压缩的文件格式和软件应用。简而言之，GZIP压缩使用Liv-Zempel(LZ)压缩来用单个实例替换数据中的相同字节序列，因此能够非常有效地压缩数据。LZ算法通过引用在未压缩数据流中先前存在的该数据的单个副本替换重复出现的数据来实现压缩。匹配由称为“长度-距离对”的一对数字进行编码，这等效于以下语句：“接下来的[长度]个字符中的每个字符等于在未压缩流中在其后面恰好[距离]个字符的字符”。可以被替换的字节序列越长，压缩效率就可以越高。
然而，ZIP压缩是一种无损压缩技术，并且没有考虑字节序列之间的微不足道的差异(例如，数据包内容内具有相似但不相同的值的字段或者该值可变但不重要的字段不会被压缩)。同样，虽然ZIP压缩通常可以减少数据包捕获的大小，但由于各个数据包通常至少具有唯一的数据包号和/或时间戳，因此ZIP压缩通常不会减少解压缩后的数据包数量，因此GZIP压缩不一定会减少后端分析系统的处理要求。
有关GZIP的更多信息在标题为“GNU Gzip”的网页：https：//www.gnu.org/software/gzip/manual/gzip.html和其它地方可以在线访问。
“Wireshark”提供了一种数据捕获技术，其可以“理解”各种联网协议的结构(即，封装)。Wireshark可以解析和显示字段以及不同联网协议指定的其含义。Wireshark使用“pcap”(数据包捕获)应用编程接口(API：application programming interface)捕获数据包，因此只能在“pcap”支持的网络类型上捕获数据包。
在Wireshark内，“Editcap”功能能够去除数据包捕获中的重复数据包(“数据包重复数据删除”)。为了识别相同的数据包，Wireshark基于数据包内容生成哈希值，并存储由绝对时间或由数据包数量定义的可配置历史窗口的历史哈希值。如果当前数据包哈希值与该窗口内的任何先前数据包的哈希值相同，则丢弃当前数据包。数据包哈希函数可以被配置成忽略来自数据包开始的固定字节数量，但是此数量对于所有数据包类型均相同，并且仅作为前缀。通常，这是为了允许在计算数据包哈希值时忽略时间戳和/或帧号。然而，从所有数据包中忽略相同的固定字节数。此外，在Wireshark中去除了重复的数据包，并且该数据包未保留任何记录，这意味着以后即使需要也无法将其恢复。
Pankaj Gupta和Nick McKeown的题为“Algorithms for PacketClassification”(IEEE Network:Magazine of Global Internetworking,Vol 15,Issue2,March 2001,pages 24-32)的论文可以在http://yuba.stanford.edu/～nickm/papers/classification_tutorial_01.pdf在线访问，该论文描述了数据包分类技术，该数据包分类技术用于将数据包分组成语义相似的类，以允许将特定于类的处理(诸如流量整形或标识)应用于数据包。数据包分类器可以根据数据包类型使用数据包字段的不同子集来将数据包匹配到各种类别，即，数据包分类器可以定义相似性度量，通过该相似性度量可以将数据包与其它数据包进行比较。
Jill R.Goldschneider的题为“Lossy Compression of Scientific Data viaWavelets and Vector Quantization”(2000年2月)论文可以在https://digital.lib.washington.edu/researchworks/handle/1773/5881在线访问，该论文讨论了用于数据传输的有损压缩。在基于矢量量化(VQ：Vector Quantisation)的数据压缩中，利用最近的码本条目的索引替换数据包有效负载。VQ算法使用距离/相似性度量来对有效负载内容进行比较，以便找到最近的码本条目。通常，将单个距离度量应用于所有有效负载内容。在VQ系统中，码本通常是预定义的，并且不是从内容动态生成的，并且系统依赖于有效负载，该有效负载通常是单个类型的固定维数数据(例如，语音数据、图像数据或传感器数据)。
现在参考先前的专利文件，欧洲申请EP2801937A1(“Rockwell”)涉及一种在云平台上执行的工业认证服务。这从工业企业的多个级别收集工业数据，并识别表征正常工作的工业数据子集。在云平台中，基于识别出的子集针对工业企业的各个方面生成基线，其中，基线表征正常工作。基线用作与设备和系统认证相关的参考，在云平台中识别工业企业的偏离其对应基线的方面。指示企业的相对于其基线而变化的多个方面的认证报告经由云平台被传送给客户端设备。
发明内容
如前所述，在数据包捕获或数据传输系统中，通常使用诸如GZIP压缩之类的压缩算法来减少数据包捕获的大小，基于GZIP的数据包压缩是一种无损压缩方案，其确保在解压缩时可以完美地重新创建所有数据包。然而，在网络诊断系统中(与通信系统相反)，具有无损版本的原始数据包捕获并不一定重要，因为诊断和分析可能仅取决于与数据包字段的与诊断分析相关的子集。因此，本发明人已经发现了以下机会：通过使用有损压缩技术来利用该冗余信息来减少在用于诊断目的的数据包捕获中的数据包的大小和/或数量，以改进可能的压缩水平。
本发明的方面和实施方式涉及用于从局域网(LAN)向(例如)互联网服务提供商(ISP)上载局域网诊断数据(通常称为网络数据包捕获或“PCAP”)以进行分析、网络诊断和其它这种处理的技术和装置。这种诊断数据的上载通常是经由LAN网关设备(诸如，LAN路由器/调制解调器设备或“家庭集线器”)或从LAN网关设备完成的，LAN网关设备在拓扑上位于LAN的边界处，并且用作进入/退出数据进入/退出LAN的入口点/出口点。
尤其是，本发明的优选实施方式涉及如何减小网络数据包捕获或将通过ISP或代表ISP起作用的一方(可能使用云服务器)被上载以进行分析的其它这样的诊断数据的大小的问题。这种数据包捕获可能很大，具有较高的带宽和存储要求，因此在上载它们之前使用压缩是有利的。
尽管要上载的数据通常包括通常与后续诊断分析无关的显著比例的数据包，但是标准PCAP分析技术通常要求上载的数据采用标准格式，因此“期望”这些“冗余”数据包(即，与诊断分析目的无关的那些数据包)存在(本质上，分析技术的正常起作用依赖于数据包的存在)。
根据本发明的第一方面，提供了一种处理关于局域网获得的局域网诊断数据的方法，所述局域网具有位于其中的至少一个用户设备，所述用户设备能够工作以经由局域网网关设备与所述局域网之外的通信网络中的一个或更多个远程设备进行通信，所述局域网诊断数据包括数据单元的一个或更多个集合，所述数据单元承载与关于所述局域网网关设备与位于所述局域网中的所述至少一个用户设备之间的通信的性能特性有关的数据，数据单元的各个集合至少包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元，所述方法包括：
从关于所述局域网获得的所述局域网诊断数据中识别出数据单元的集合，所述数据单元的集合包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元；
更新所述集合的所述第一数据单元，以包括已识别到所述集合的所述相关联的第二数据单元的指示；以及
从所述局域网发送更新后的第一数据单元而不发送所述相关联的第二数据单元，以用于在所述局域网之外的所述通信网络中的远程网络诊断设备处的局域网性能分析。
根据优选实施方式，关于所述局域网获得的所述局域网诊断数据可以包括符合预定版本的网络协议的多个数据包，该网络协议可以是预定无线联网协议。
根据优选实施方式，关于所述局域网获得的所述局域网诊断数据可以包括以下项中的一项或更多项：
-至少一个请求发送(RTS)数据包和至少一个相关联的允许发送(CTS)数据包；
-至少一个数据(DATA)数据包和至少一个相关联的确认(ACK)数据包；
-至少一个管理数据包和至少一个相关联的ACK数据包。
在这样的实施方式中，以下数据单元的对中的任一数据单元的对可以被识别成数据单元的“集合”：
-RTS数据包和相关联的CTS数据包；
-DATA数据包和相关联的ACK数据包；
-管理数据包和相关联的ACK数据包。
还可以识别其它类型的集合，各个类型具有预定关系。
虽然数据单元的“集合”必须至少包括两个数据单元(即，具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元)，但是在一些情况下，一集合可能具有多于两个的数据单元。集合可以例如包括第一数据单元和相关联的第二数据单元和第三数据单元，相关联的第二数据单元和第三数据单元中的各个数据单元与第一数据单元具有预定关系。在这样的实施方式中，可以更新该集合的第一数据单元，以包括已识别到该集合的第二数据单元和第三数据单元的指示，并且可以发送更新后的第一数据单元而不发送相关联的第二数据单元和第三数据单元，以用于性能分析。
根据优选实施方式，所述局域网诊断数据可以包括数据单元的多个集合，所述数据单元承载与所述局域网的性能特性有关的数据，数据单元的各个集合至少包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元。这种数据单元的多个集合可以被称为“数据包捕获”。数据包捕获可以包括不同类型的数据单元的集合，例如上面列出的数据单元的集合，各个类型的集合具有其自己的预定关系。
根据这样的实施方式，所述方法可以包括：从所述局域网诊断数据中识别数据单元的多个集合，数据单元的各个集合包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元；更新各个集合的所述第一数据单元，以包括已识别到所述集合的所述相关联的第二数据单元的指示；以及从所述局域网发送更新后的局域网诊断数据以用于在所述局域网之外的所述通信网络中的远程网络诊断设备处的局域网性能分析，所述更新后的局域网诊断数据包括各个集合的所述更新后的第一数据单元而不包括所述集合的所述相关联的第二数据单元。借助于此，可以相对于包括数据单元的多个集合或者一个或更多个类型的“数据包捕获”来执行该方法。
根据优选实施方式，所述数据单元可以包括相应的时间指示(诸如，时间戳)，并且可以根据它们相应的时间指示被识别成包括数据单元的集合。因此，关于这种数据单元的集合的预定关系可以是(或取决于)它们相应的时间指示之间的诸如时间差之类的关系。
根据优选实施方式，所述数据单元可以包括相应的“类型”指示，并且可以根据它们相应的类型指示被识别成包括数据单元的“集合”。因此，关于这种数据单元的集合的预定关系可以是(或取决于)它们相应的类型指示之间的关系。可以考虑到这一点以及一个或更多个其它因素，诸如数据单元的相应时间指示。
根据优选实施方式，所述方法还可以包括：在所述远程网络诊断设备处接收所述更新后的第一数据单元；检查所述更新后的第一数据单元；以及响应于在所述更新后的第一数据单元中识别出已识别到所述集合的所述相关联的第二数据单元的指示，生成与所述相关联的第二数据单元相对应的数据单元。根据优选实施方式，所述方法还可以包括：根据所接收到的第一数据单元以及所生成的与所述相关联的第二数据单元相对应的数据单元，在所述远程网络诊断设备处执行局域网性能分析。
根据本发明的第二方面，提供了一种处理关于局域网获得的局域网诊断数据的装置，所述局域网具有位于其中的至少一个用户设备，所述用户设备能够工作以经由局域网网关设备与所述局域网之外的通信网络中的一个或更多个远程设备进行通信，所述局域网诊断数据包括数据单元的一个或更多个集合，所述数据单元承载与关于所述局域网网关设备与位于所述局域网中的所述至少一个用户设备之间的通信的性能特性有关的数据，数据单元的各个集合至少包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元，所述装置包括一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器被配置成：
从关于所述局域网获得的所述局域网诊断数据中识别出数据单元的集合，所述数据单元的集合包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元；
更新所述集合的所述第一数据单元，以包括已识别到所述集合的所述相关联的第二数据单元的指示；以及
从所述局域网发送更新后的第一数据单元而不发送所述相关联的第二数据单元，以用于在所述局域网之外的所述通信网络中的远程网络诊断设备处的局域网性能分析。
这种装置可以包括在所述局域网网关设备中或与所述局域网网关设备相关联的一个或更多个模块。
根据本发明的第三方面，提供了一种计算机程序元件，所述计算机程序元件包括计算机程序代码，以当所述计算机程序代码被加载到计算机系统中并在所述计算机系统上被执行时，使所述计算机执行根据第一方面所述的方法的步骤。
上面关于第一方面提及的多种选择和优选实施方式关于第二方面和第三方面也适用。
本发明的优选实施方式满足了减小在终端(endpoint)处收集并上载到云服务器以用于分析和网络诊断的网络数据包捕获的大小的需求。这种数据包捕获可能很大，并且需要大量的带宽和存储要求。尽管可以使用标准压缩算法和实用程序(诸如Linux GZIP)来压缩这种数据包捕获，但是压缩后这些文件每天仍为100MB。在一些情况下，本地存储空间和可能的低宽带速度方面的限制可能会使减小数据包捕获的大小尤其有利。
本发明的优选实施方式提供了一种“有损”压缩方案，该方案使得能够通过以下方式来压缩数据包捕获：去除冗余数据包来以高压缩率，但是以使在从LAN上载之后能够重新生成所去除的数据包的方式来改变其它数据包中的字段，从而使得能够使用“期望”完整、标准PCAP文件格式的标准技术来处理PCAP数据。
本发明的优选实施方式满足了减少捕获、存储和处理用于网络诊断的网络数据包捕获所需的存储空间、传输带宽和计算资源的需求。本发明的优选实施方式使用有损数据包压缩方案，该方案利用了所捕获的数据包的网络协议的知识以及要执行的网络诊断分析类型的知识，以：
(a)完全去除冗余数据包，同时仍确保以后可以重新创建这些数据包(如有必要)；并且
(b)允许去除/替换冗余数据包字段，以实现更高程度的压缩。
一个主要目标是在上载之前减少来自捕获的数据包数量，同时保留生成与包括这些数据包相同的诊断结果的能力，并且重要的是能够重新生成具有与存在的所有原始数据包相对应的数据包的数据包捕获，尽管其中这些数据包中的一些数据包包含与原始数据包不同的字段值(尽管在仅无关紧要的特征、字段或方式上)。
这是有利的，因为这些数据包捕获可以由其它用户和/或软件系统使用，这些用户和/或软件系统可能依赖于数据包捕获文件如同所有数据包在数据包捕获中仍然明确地保留一样地出现。
本发明的优选实施方式包括多个机制，所述多个机制利用诸如802.11WiFi之类的特定网络协议的操作的知识，结合例如WiFi诊断系统所需的信息类型的知识，以实现比利用标准压缩技术通常可能的程度的高程度的数据包捕获压缩。
在一些基于数据包的诊断系统中，ISP必须在远程终端(诸如路由器/调制解调器或“家庭集线器”类型的设备)上收集数据包捕获。这些终端的存储空间有限，并且可以经由各种质量级别(从ADSL到FTTP连接)的(并且可能可变的)链路进行连接。减少终端上的存储和带宽要求可以减少部署基于数据包的诊断系统的成本。同样，在大量终端连接至基于云的诊断平台的情况下，就所需的网络链路和数据中心设备的成本和容量而言，减少上载数据包捕获的带宽要求可以带来实质性的成本益处。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的优选实施方式，其中：
图1示出了局域网以及该局域网中的设备可以与其通信的实体和其它网络；
图2是通过示例示出关于三种不同帧类型的信息的表；
图3是示出关于一种类型的帧(即图2中所指的控制帧)的各种不同子类型的信息的表；
图4使用“允许发送”(“CTS”)数据包和“确认”(“ACK”)数据包的示例例示了数据包的去除和重新生成的过程；
图5是例示根据优选实施方式的用于去除“CTS”数据包和“确认”(“ACK”)数据包的可能处理的流程图，使得可以在从局域网上载数据包捕获之后重新生成它们；以及
图6是适合用于本发明实施方式或其组件的操作的计算机系统的图。
具体实施方式
参照附图，将描述根据优选实施方式的方法和装置。
首先参照图1，其示出了局域网(LAN：Local Area Network)10，其中有诸如计算机、智能电话、支持互联网的电视等的一个或更多个用户设备102a、102b(通常为102)以及LAN网关设备104，该LAN网关设备104可以包括LAN路由器/调制解调器设备或“家庭集线器”和/或其它网络终端设备(NTE：Network Termination Equipment)。用户设备102可以经由有线或无线连接与LAN网关设备104通信，但是在本示例中，LAN网关设备104还能够用作无线LAN的无线集线器。LAN网关设备104在拓扑上位于LAN 10的边界处，并且当LAN内的用户设备102与LAN外部的网络中的设备进行通信时，LAN网关设备104用作用于数据进入/退出LAN的入口点/出口点。
在本示例中，LAN网关设备104经由连接106与宽带网络基础设施12通信。连接106可以例如是通过公共交换电话网络(PSTN：public switched telephone network)线路或其它方式的动态用户线路(DSL：Dynamic Subscriber Line)连接，在这种情况下，宽带网络基础设施12可以包括具有相关联的元素管理器的数字用户线路接入多路复用器(DSLAM：Digital Subscriber Line Access Multiplexer)，该元素管理器允许通过动态线路管理(DLM：Dynamic Line Management)技术监测和调整DSL连接的性能。另选地，连接106可以是光纤连接或其它。
在本示例中，不管宽带连接的类型如何，宽带网络基础设施12通常与互联网服务提供商(ISP：Internet Service Provider)网络14通信，经由该ISP网络14，LAN 10中的用户设备102(以及ISP网络14中的其它设备)可以经由一个或更多个其它外部网络18(例如，互联网)与服务器和其它网络(例如，其它ISP网络等)中的其它设备19进行通信。在另选示例中，所讨论的网络可以是可能跨多个站点的公司网络，在这种情况下，各个站点经由网络基础设施彼此通信和/或与外部网络18和其它设备19(包括将在下面讨论LAN性能分析单元16)通信，该网络基础设施可以例如是公司的广域网(WAN：Wide Area Network)或类似物，而不是图1所示的宽带网络基础设施12和ISP网络14。
图1还示出了LAN性能分析单元16。LAN性能分析单元16被示出为与ISP网络14通信，但实际上LAN性能分析单元16可能在ISP网络14内，或位于其它位置。LAN性能分析单元16可以在ISP的控制下，但是也可以另选地是与ISP通信或以其它方式与LAN 10中的LAN网关设备104通信的单独实体。LAN性能分析单元16的主要作用是接收通常呈数据包捕获形式的关于一个或更多个LAN(诸如，LAN 10)获得的诊断数据，并执行性能和/或其它诊断分析和/或有关LAN诊断数据的其它处理。
如前所述，数据包捕获的大小会影响将数据包捕获上载到ISP或要接收和处理其中的诊断数据的任何实体所要求的存储量和带宽，因此如果可以在将数据包捕获从LAN网关设备104(或LAN 10中的其它设备)发送到ISP或其它这种处理实体之前减小数据包捕获的大小(例如，以字节为单位)，则是有利的，前提是，这可以以保存数据包捕获中包含的“相关”信息(即，与任何后续诊断分析相关的信息)的方式进行，理想情况下，以允许使用标准性能分析技术执行必要处理的形式保存该信息。
数据包捕获的大小也会影响上载数据包捕获所要求的存储量和带宽，数据包捕获内的数据包数量也很重要，因为这是确定分析和以其它方式处理数据包捕获需要多少CPU处理能力的重要因素，因此去除小数据包(即，就字节数而言)实际上是有利的，即使这对经压缩的数据包捕获文件的大小没有显著影响。
接下来参照图2，该表通过三个不同帧类型(即“管理(Management)”、“控制(Control)”和“数据(Data)”)的示例示出了在典型一天中各个类型的总帧数、用于各个类型的帧的总字节数以及以字节为单位的平均帧大小。如从图2可以看出的，在典型的WiFi环境中，在典型一天中控制帧可能占所有帧的50％以上(以及各个单独的数据包捕获中的对应百分比的数据包)。
图3是示出关于图2中所指的控制帧的各种不同子类型的信息的表。所列出的子类型是“确认”(“ACK”)数据包、“请求发送”(“RTS”)数据包、“允许发送”(“CTS”)数据包、“块确认请求”(“BlockAckReq”：Block Acknowledgement Request)数据包、“块确认”(“BlockAck”：Block Acknowledgement)数据包、“省电轮询”(“PS-Poll”：Power SavePoll)帧、“超高吞吐量(“VHT”：Very High Throughput)空数据包(“NDP”：Null DataPacket)公告”帧以及“其它”。与图2中的表类似，图3示出了在典型一天中针对这些子类型的各个子类型的总帧数、用于各个子类型的帧的总字节数以及(如果适用)以字节为单位平均帧大小。该表(举例来说)指示在图2中所指的控制帧中，诸如“ACK”和“CTS”数据包之类的数据包(针对诊断分析的目的可以被认为是“冗余的”)可以构成控制帧的大约52％和数据包捕获中的所有帧的30％，尽管由于它们的平均大小较小，它们可能只占数据包捕获中所有数据的约6％左右。
冗余数据包去除
根据优选实施方式，在(改进的、减小的)数据包捕获被从局域网(LAN)(即，通常从诸如LAN路由器/调制解调器设备或“家庭集线器”的LAN网关设备，该LAN网关设备在拓扑上通常位于LAN的边界并用作数据进入/退出LAN的入口点/出口点)上载到互联网服务提供商(ISP)或其它实体以用于分析、网络诊断和其它这种处理之前，这些“冗余”数据包被从数据包捕获去除。去除的数据包优选地用先前数据包中的值替换(或由其反映)，该值用于指示先前存在后面的数据包(尽管在另选实施方式中，冗余数据包也可能被用后面的数据包中的一个值替换(或反映)，该值指示先前在数据包捕获中存在先前(冗余)数据包)。例如，在所涉及的集合是RTS和CTS的情况下这可以是可能的，因为它们都包含所要求的信息，因此根据描述的方法，任何一者可以被去除并参照另一者。
该技术利用了以下能力：基于保留在数据包捕获中并因此存在于然后被从LAN上载的(改进、减小的)数据包捕获中的一个或更多个其它数据包来推断被去除的数据包的内容及其位置和定时。
通常，并且尤其是再次参照图1，根据优选实施方式的方法涉及处理关于诸如LAN10的局域网获得的诊断数据，该LAN具有至少一个诸如用户设备102a的用户设备，该用户设备能够经由LAN网关设备104(诸如路由器/调制解调器设备或“家庭集线器”)与LAN外部的其它设备19进行通信。通常在将诊断数据上载到远程定位的性能分析单元16以(通常通过ISP或代表ISP)用于后续分析之前执行的处理可以由LAN网关设备104或由相关联的设备执行。要处理的诊断数据可以采用标准数据包捕获的形式，并且包括可以被划分成数据单元的集合的数据，该数据单元承载与LAN的性能特性有关的数据，数据单元的各个集合至少包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元。由LAN网关设备104执行或以其它方式执行的处理方法包括从关于LAN 10获得的诊断数据中识别数据单元的集合，该数据单元的集合包括具有所讨论的预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元。
如前所述，出于识别相关联的数据包的目的，可能的“集合”的示例包括RTS数据包及其相关联的CTS数据包、DATA数据包或管理数据包及其相关联的“ACK”。根据要识别哪个类型/哪些类型的集合，LAN网关设备104将基于指示所讨论的集合的类型的预定关系来将数据包识别成“相关联的”(并且因此是“集合”)。
对于包括RTS数据包及其相关联的CTS数据包的集合，或包括DATA数据包或管理数据包及其相关联的“ACK”数据包的那些集合，预定关系可以包括前面讨论的要求，即集合中的各个成员必须在其它成员的10μsec内出现(而且是所要求类型的数据包和/或具有对应的接收器地址和发送器地址的数据包，如稍后所讨论的)，但是对于其它类型的集合，预定关系可能包括不同类型的要求，相对于RTS/CTS集合或数据/ACK集合或管理/ACK集合可能通常要求相比10μsec窗口更长的时间窗口。
本发明的实施方式可以适用于其它类型的数据单元的集合/对(即，除了“RTS/CTS”对、“数据/ACK”对、“管理/ACK”对等之外)。另一示例将是“关联请求”和成功的“关联响应”。在指定的超时时间内接收到的响应通常是冗余的并已去除。系统可以仅被配置成将包含“成功”状态的关联响应消息视为冗余。包含“失败”状态的响应不是冗余的，因为这种情况下的状态码很重要。这在“认证”消息和“认证”响应的情况下可以类似地应用。在这两种情况下，定时通常都不会像RTS/CTS和数据/ACK对那样严格。
在识别出这种数据单元的集合(被识别的类型通常确定用于识别步骤的预定关系)之后，该处理方法然后包括更新该集合的“第一”数据单元以包括已识别到该集合的相关联的“第二”数据单元的指示(注意，尽管“第一数据单元”可能是两者中较早接收的，但单词“第一”和“第二”不必暗示时间关系-它们只是允许分别引用各个数据单元的术语)。该处理方法然后包括：从LAN 10发送更新的第一数据单元(即，被更新以包括已识别到该集合的相关联的第二数据单元的指示)而不发送相关联的第二数据单元，以用于LAN之外的远程网络诊断设备16处的性能分析。该集合中的第二数据单元在上载数据包捕获之前基本上被丢弃，因为当(改进、减小的)数据包捕获从LAN上载时，该第二数据单元不需要上载。
在无线LAN的示例中，通常将根据经常被称为“Wi-Fi”的IEEE 802.11标准集内的协议来执行LAN网关设备104与任何具有无线能力的用户设备102之间的通信。
如前所述，在IEEE 802.11网络协议内，通常在数据包捕获中存在的、可以被上载用于LAN诊断目的的数据包的示例包括对RTS数据包的CTS响应和对DATA数据包或管理数据包的ACK响应。WiFi协议的一个特征是，这些数据包(即，对相关联的RTS数据包以及DATA数据包或管理数据包的相应CTS响应和ACK响应)将在其相关联的数据包之后的固定延迟或预定延迟时或在固定延迟或预定延迟内传输，该延迟称为“短”帧间(SIF：Short Inter-Frame)间隔或SIF延迟。其它示例是“信标”数据包，其本质上是相同的并且以固定的间隔发送，例如，以100ms的间隔发送。(其它网络协议具有类似的合适示例，例如，TCP协议内的对SYN数据包的SYNACK响应。)
对于必须在固定时间间隔或预定时间间隔内接收相关联的数据包并且其内容(或至少其主要部分)可以从另一相关联的或相关数据包推断出来的这些数据包，可以将先前相关数据包修改成包括标志，以指示在数据包捕获中是否看到了伴随响应数据包(例如，对RTS数据包的CTS响应，或对DATA数据包或管理数据包的ACK响应)。由于CTS数据包/帧和ACK数据包/帧通常仅包含先前数据包/帧中已经存在的信息，并且考虑到这些数据包/帧(如果存在)必须在相对于先前数据包/帧的特定时间延迟内发生，则这些后续数据包/帧可以在预期时间以非常好的精度(例如，亚毫秒)重新创建。例如，ACK数据包和CTS数据包的内容可以完全基于其相关联的RTS数据包或数据/管理数据包的内容来重新生成。ACK数据包中需要的唯一内容是接收器地址(receiver address)，例如，接收器地址与先前数据/管理数据包的发送器地址相同。同样，CTS数据包仅包含接收器地址和“剩余持续时间(remainingduration)”字段。由于剩余持续时间是先前RTS数据包内的持续时间减去RTS本身的持续时间，因此仅基于RTS数据包和布尔运算(表示原始捕获中的CTS数据包中是否存在)就可以容易地再次重新创建数据包内容。
图4例示了CTS和/或ACK去除和重新生成的过程。该图在顶部部分包括原始数据包捕获中的RTS数据包和其关联的CTS数据包的表示以及DATA数据包和其相关的ACK数据包的表示，以及相应的时间戳TRTS、TCTS、Tdata和Tack，以及RTS/CTS对和数据/ACK对的相关联的数据包之间的相应SIF延迟。(将理解，图4所示的过程可以以相同的方式应用于管理/ACK对)。
中间部分示出了已识别和去除RTS数据包的相关联的CTS数据包之后的RTS数据包的表示，以及已去除DATA数据包的相关联的ACK数据包之后的DATA数据包的表示。在图4的示例中，为了指示已看到的(已去除的)CTS数据包，先前数据包的当前未使用位(例如，相关联的RTS数据包中的“radiotap.rxflags”字段)已经被重写以指示CTS帧存在于原始数据包捕获中并且在预期时间阈值之内(即，在RTS数据包之后的SIF延迟之内)。类似地，为了指示已看到的(已去除的)ACK数据包，先前DATA数据包的当前未使用位已经被重写以指示ACK数据包存在于原始数据包捕获中并且在预期时间阈值之内(即，在DATA数据包之后的SIF延迟之内)。
注意，如果在预期延迟之外看到CTS数据包或ACK数据包，则可以将其包括在输出中。例如，如果未捕获原始RTS数据包或DATA数据包，则可能会发生这种情况，或者这可能指示没有相关RTS数据包的CTS-自传输。
如果在将数据包捕获上载到诊断系统后需要重新生成已去除的数据包，则可以使用RTS数据包及其内的指示(例如“radiotap.rxflags”值)来确定是否重新创建CTS数据包，并且类似地，数据包和其内的指示可以用于确定是否重新创建ACK数据包。可以基于IEEE802.11协议的知识来估计CTS(和/或ACK)数据包的原始时间戳(即，数据包时间戳将是“RTS时间戳+RTS的持续时间+IEEE 802.11SIF延迟”)。类似地，可以使用具有RTS帧类型的相关联的数据包的发送地址(Transmit address)和接收地址(Receive address)以及RTS数据包的持续时间(Duration)字段内容来创建具有CTS帧类型的数据包的内容。这在图的下部部分例示。
图5是例示根据优选实施方式的用于从数据包捕获去除CTS数据包和ACK数据包的处理的流程图，使得可以在从局域网上载数据包捕获之后可以重新生成它们。例如，这种处理可以由LAN网关设备104执行或代表LAN网关设备104执行。将理解的是，可以关于管理数据包(及其相关联的ACK分组)以及或者代替地DATA数据包(及其关联的ACK数据包)来执行该处理，并且可以针对包括RTS数据包和ATS数据包的数据单元的集合来执行该处理，可能是去除RTS数据包而不是CTS数据包，但是这些选项未在流程图中示出，以便避免不必要的复杂性。
从步骤s500开始，读取关于LAN获得的局域网诊断数据的数据包捕获的第一数据包(称为“数据包N”)。在步骤s510处，确定数据包N的数据包类型是否为“数据”。如果是，则处理继续进行到步骤s515，并且读取下一数据包(“数据包N+1”)。
在步骤s520处，确定数据包N+1的数据包类型是否为“ACK”，以及数据包N+1的接收地址是否与数据包N的发送地址相同，以及数据包N+1与数据包N的时间戳之间的差是否小于用于将数据包视为相关联的“数据”数据包和“ACK”数据包的阈值差。如果满足这三个条件，则处理继续到步骤s525，在s525处，在处理进行到步骤s570之前，在数据包N中设置“AckPresent”标志，在步骤s570处，数据包N(包含“AckPresent”标志作为已识别到其相关联的“数据”数据包的指示)被写入并可以作为更新的、变小的数据包捕获的一部分上载。
然而，如果在步骤s520处发现不是所有三个条件都满足，则处理继续到步骤s530，在步骤s530处，数据包N(不包含“AckPresent”标志)被写入，然后处理继续到s535，在步骤s535处，数据包N+1被写入，使得两个(未改变的)数据包可以作为数据包捕获的一部分上载。
如果在步骤s510处没有发现数据包N的数据包类型是“数据”，则处理继续到步骤s540(而不是步骤s515)，并且替代地确定数据包N的数据包类型是否是“RTS”。如果是，则处理继续进行到步骤s545，并且读取下一数据包(“数据包N+1”)。
在步骤s550处，确定数据包N+1的数据包类型是否为“CTS”，以及数据包N+1的接收地址是否与数据包N的发送地址相同，以及数据包N+1与数据包N的时间戳之间的差是否小于用于将数据包视为相关联的“RTS”数据包和“CTS”数据包的阈值差。如果满足这三个条件，则处理继续到步骤s555，在s555处，在处理进行到步骤s570之前，在数据包N中设置“CTSPresent”标志，在步骤s570处，数据包N(包含“CTSPresent”标志作为已识别到其相关联的“CTS”数据包的指示)被写入并可以作为更新的、变小的数据包捕获的一部分上载。
然而，如果在步骤s550处发现不是所有三个条件都满足，则处理继续到步骤s560，在步骤s560处，数据包N(不包含“CTSPresent”标志)被写入，然后处理继续到s565，在步骤s565处，数据包N+1被写入，使得两个(未改变的)数据包可以作为数据包捕获的一部分上载。
在已经执行了步骤s535、s565或s570中的一个步骤之后，该处理返回到步骤s500，并相对于关于LAN获得的局域网诊断数据的数据包捕获的下一数据包执行对应的步骤，现在将该下一数据包称为“数据包N”。
图6是适合用于本发明实施方式或其组件的操作的计算机系统60的图。中央处理器单元(CPU)62经由数据总线68通信地连接到数据存储部64和输入/输出(I/O)接口66。数据存储部64可以是任何读/写存储设备或装置的组合，诸如，随机存取存储器(RAM)或非易失性存储设备，并且可以用于存储可执行和/或非可执行数据。非易失性存储设备的示例包括磁盘或磁带存储设备。I/O接口66是到用于输入或输出数据的设备的接口。能够连接到I/O接口66的I/O设备的示例包括键盘、鼠标、显示器(诸如，监测器)和网络连接。
就所描述的本发明的实施方式而言，至少部分地可以使用软件控制的可编程处理设备(诸如，微处理器、数字信号处理器或其它处理设备、数据处理装置或系统)来实现，可以理解的是，用于配置可编程设备的计算机程序、实现前述方法的装置或系统被设想成本发明的方面。例如，计算机程序可以被实施成源代码或经过编译以在处理设备、装置或系统上实现，或者可以被实施成目标代码。
适当地，计算机程序以机器或设备可读形式存储在载体介质上，例如存储在固态存储器、诸如磁盘或磁带的磁存储器、诸如光盘或数字通用磁盘的光或磁光可读存储器等，并且处理设备利用该程序或其一部分以配置其用于操作。可以从实施在诸如电子信号、射频载波或光载波的通信介质中的远程源供应计算机程序。这种载体介质也被设想成本发明的方面。
本领域技术人员将理解，尽管已经相对于上述示例实施方式描述了本发明，但是本发明不限于此，并且存在落入本发明的范围内的许多可能的变化和修改。
本发明的范围可以包括本文公开的其它新颖特征或特征的组合。申请人在此通知，在本申请或由此得出的任何此类进一步申请的起诉期间，可以对这些特征或特征的组合提出新的权利要求。尤其是，参照所附权利要求，可以将从属权利要求中的特征与独立权利要求中的特征组合，并且可以以任何适当的方式而不是仅以权利要求中列举的特定组合来组合来自各独立权利要求中的特征。

Claims (14)

1.一种处理关于局域网获得的局域网诊断数据的方法，所述局域网具有位于其中的至少一个用户设备，所述用户设备能够工作以经由局域网网关设备与所述局域网之外的通信网络中的一个或更多个远程设备进行通信，所述局域网诊断数据包括数据单元的一个或更多个集合，所述数据单元承载与关于所述局域网网关设备与位于所述局域网中的所述至少一个用户设备之间的通信的性能特性有关的数据，数据单元的各个集合至少包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元，所述方法包括：
从关于所述局域网获得的所述局域网诊断数据中识别出数据单元的集合，所述数据单元的集合包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元；
更新所述集合的所述第一数据单元，以包括已识别到所述集合的所述相关联的第二数据单元的指示；以及
从所述局域网发送更新后的第一数据单元而不发送所述相关联的第二数据单元，以在所述局域网之外的所述通信网络中的远程网络诊断设备处进行局域网性能分析。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，关于所述局域网获得的所述局域网诊断数据包括符合预定版本的网络协议的多个数据包。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，关于所述局域网获得的所述局域网诊断数据包括符合预定无线联网协议的多个数据包。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述局域网诊断数据包括以下项中的一项或更多项：
- 至少一个请求发送RTS数据包和至少一个相关联的允许发送CTS数据包；
- 至少一个数据DATA数据包和至少一个相关联的确认ACK数据包；
- 至少一个管理数据包和至少一个相关联的确认ACK数据包。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，以下项中的一项或更多项被识别成数据单元的集合：
- 请求发送RTS数据包和相关联的允许发送CTS数据包；
- 数据DATA数据包和相关联的确认ACK数据包；
- 管理数据包和相关联的确认ACK数据包。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述局域网诊断数据包括数据单元的多个集合，所述数据单元承载与所述局域网的性能特性有关的数据，数据单元的各个集合至少包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法包括：从所述局域网诊断数据中识别出数据单元的多个集合，各个集合包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元；更新各个集合的所述第一数据单元，以包括已识别到所述集合的所述相关联的第二数据单元的指示；以及从所述局域网发送更新后的局域网诊断数据，以在所述局域网之外的所述通信网络中的远程网络诊断设备处进行局域网性能分析，所述更新后的局域网诊断数据包括各个集合的所述更新后的第一数据单元而不包括所述集合的所述相关联的第二数据单元。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据单元包括相应的时间指示，并且所述数据单元根据它们的相应的时间指示而被识别成包括数据单元的集合。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据单元包括相应的类型指示，并且所述数据单元根据它们的相应的类型指示而被识别成包括数据单元的集合。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括：在所述远程网络诊断设备处接收所述更新后的第一数据单元；检查所述更新后的第一数据单元；以及响应于在所述更新后的第一数据单元中识别出已识别到所述集合的所述相关联的第二数据单元的指示，生成与所述相关联的第二数据单元相对应的数据单元。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述方法还包括：根据所接收到的第一数据单元以及所生成的与所述相关联的第二数据单元相对应的数据单元，在所述远程网络诊断设备处执行局域网性能分析。
12.一种用于处理关于局域网获得的局域网诊断数据的装置，所述局域网具有位于其中的至少一个用户设备，所述用户设备能够工作以经由局域网网关设备与所述局域网之外的通信网络中的一个或更多个远程设备进行通信，所述局域网诊断数据包括数据单元的一个或更多个集合，所述数据单元承载与关于所述局域网网关设备与位于所述局域网中的所述至少一个用户设备之间的通信的性能特性有关的数据，数据单元的各个集合至少包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元，所述装置包括一个或更多个处理器，所述一个或更多个处理器被配置成：
从关于所述局域网获得的所述局域网诊断数据中识别出数据单元的集合，所述数据单元的集合包括具有预定关系的第一数据单元和相关联的第二数据单元；
更新所述集合的所述第一数据单元，以包括已识别到所述集合的所述相关联的第二数据单元的指示；以及
从所述局域网发送更新后的第一数据单元而不发送所述相关联的第二数据单元，以在所述局域网之外的所述通信网络中的远程网络诊断设备处进行局域网性能分析。
13.根据权利要求12所述的装置，所述装置包括在所述局域网网关设备中或与所述局域网网关设备相关联的一个或更多个模块。
14.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括计算机程序代码，以当所述计算机程序代码被加载到计算机系统中并在所述计算机系统上被执行时，使所述计算机系统执行根据权利要求1至11中任一项所述的方法的步骤。
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