CN1260656A - 测试网络性能的方法和装置以及应激反应分析 - Google Patents

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Abstract

一种用于测量网络性能和进行应激反应分析的方法和装置。网络中的每个节点识别和处理沿指定路由传送的定向负荷/性能消息(DLP)并测量网络中的延迟。DLP是沿该消息的始发器指定的路径通过网络的自导向分组。在节点在指定路径的前向和反向两个支路上处理DLP消息时,每个节点将其当前(当地)时间插入DLP。在节点处理单个方向中的消息时,通过由每个节点减去插入该消息中的时间标记可获得由网络中的每个节点观察到的延迟。

Description

测试网络性能的方法和装置以及应激反应分析
本发明涉及网络测试和诊断工具，特别是在正常和重负荷状况下测量网络性能的改进方法和装置。
已经开发或提出了许多网络测试和诊断工具，以评估通信网络中的路由，并由此防止网络中断和改善系统性能。例如，Windows95TM中的TraceRTTM工具或UNIXTM中的跟踪路由命令允许用户观察特定网络连接的布局，并通过该网络沿指定路由发送消息。沿该路由的每个节点将当前的当地时间插入该消息(与预定义的标准时间有关)并将该消息转送到指定路径中的下一个节点。
由于网络中的各个节点是松散连接的独立处理器的网络，不要求精确到测量亚毫秒延迟和时间等级的时间同步化。因此，很难识别给定的消息沿特定路由在哪里减慢。另外，各节点之间的时钟差可能使节点间的时间为负数。另外，TraceRTTM工具不允许在将模拟该系统在正常操作条件下观察的工作负荷的系统上产生的负荷。虽然负荷发生器在实验室环境中使用获得一些成功，这些工具需要很大代价模拟重负荷，并且不能在现场环境中使用。
正如从上述常规测试和诊断工具的缺陷所表明的，需要一种在正常和重负荷条件下准确测量网络或系统性能的网络测试和诊断工具。还需要一种测量通过网络中的指定路由的延迟的测试和诊断工具。另外需要一种在网络或系统中的指定单元上产生负荷并测量该系统反应的测试和诊断工具。
一般来说，公开了用于测量网络性能和进行应激反应分析的方法和装置。本发明允许测量通过网络的系统延迟同时有选择地在网络中的节点上放入负荷。根据本发明的特性，网络中的每个节点识别和处理沿指定路由传送的定向负荷/性能消息(DLP)并测量网络中的延迟。定向负荷/性能消息(DLP)是沿消息始发器指定的路径经过网络并且此后在相反方向以相同路由返回消息始发器的自导向分组。
根据本发明的一个方面，在节点处理指定路径的前向和反向两个支路上的DLP消息时，每个节点将其当前(当地)时间插入定向负荷/性能消息(DLP)。虽然每个节点中的时钟一般不相互同步，在节点处理每个方向中的消息时，通过由每个节点减去插入该消息中的时间标记可获得由网络中的每个节点观察的延迟。＂往返行程时间＂是消息在往返行程路径中离开和返回相同节点所花费的时间。因此，往返行程时间提供由给定节点观察到的高准确度延迟。增加的延迟时间是消息在该路径的给定支路上的两个相邻节点之间传送所花费的时间。
根据本发明的另一个方面，可在网络中的指定节点上模拟重负荷和超负荷的情况，以观察应激反应下节点的运行情况。DLP消息可任选地指示在每个节点应耗用(或消耗)的所选时间单元中规定的预定数量的CPU周期或CPU消耗，以便模拟负荷。因此，可以不采用昂贵的负荷产生硬件而以更有效的方式进行应激反应分析。
本发明允许测量两个节点之间的网络延迟而不写入特定的软件代码。可发射DLP消息通过感兴趣的节点，收集希望的往返行程信息和向始发器返回该结果。在一种实施方案中，可用一个非关键节点作为测试台以评估关键节点的性能。
通过参考下面的详细描述和附图将得到对本发明更全面的理解，以及本发明进一步的特性和优点。
图1说明了根据本发明可被测试的典型网络环境；
图2A和2B是分别在通过图1的网络发射之前和之后根据本发明的定向负荷/性能消息(DLP)的列表表示；
图3是记录图2A和2B的消息通过图1的网络的往返行程和增加的延迟时间的分析表；
图4是由图1网络中的每个节点执行的典型DLP消息处理过程的流程图。
图1说明了根据本发明由可被测试的多个节点110、120、130、140、150、160组成的典型网络环境100。在所说明的网络结构中，在操作和维护处理器(OMP)110和码分多址(CDMA)微蜂窝160中的信道单元之间测量网络延迟。图1所示的特定节点110、120、130、140、150、160仅说明了本发明的原理，并可由任何处理节点代替，这对普通技术人员是显而易见的。
本发明允许测量网络100的性能。可控制网络100上的负荷，并在正常或紧张状况下可评估网络100中的指定节点110、120、130、140、150、160。一般情况下，本发明允许测量通过网络100的系统延迟，同时在节点110、120、130、140、150、160上有选择地放入负荷。
根据本发明的一个特性，网络100中的每个节点110、120、130、140、150、160识别和处理下面结合图2A和2B进一步讨论的、测量网络100内延迟的定向负荷/性能消息(DLP)。定向负荷/性能消息(DLP)是沿由消息始发器指定的路径通过网络100的自导向分组。在一种实施方案中，每个节点110、120、130、140、150、160根据下面结合图4讨论的DLP消息处理过程400识别和处理定向负荷/性能消息(DLP)。
根据本发明的另一个特性，在节点处理指定路径的前向和反向两个支路上的消息时，每个节点将其当前时间插入定向负荷/性能消息(DLP)。虽然每个节点110、120、130、140、150、160中的时钟通常不相互同步，在节点处理每个方向中的消息时，通过由每个节点减去插入该消息中的时间标记可获得由网络中的每个节点观察的延迟。由于往返行程时间入口基于一个给定节点的相同当地时钟，它们的精度低于毫秒级并可用于网络估算。如同在此使用的，＂往返行程时间＂是消息在往返行程路径中离开和返回相同节点所花费的时间。因此，往返行程时间提供由给定节点观察到的延迟。另外，增加的延迟时间是消息在该路径的给定支路上的两个相邻节点之间传送所花费的时间。通过现有的网络诊断工具可评估由本发明获得的增加的延迟值，以便更准确地识别网络延迟源。
一般来说，网络100中的每个节点110、120、130、140、150、160检验接收消息的结构，执行请求的工作，记录消息中的结果，和向下一个指定节点转发该消息。消息返回到始发器时，该消息将包含执行的所有工作的结果，以便始发器可处理和分析该信息。
如图1所示，操作和维护处理器(OMP)110是所说明的实施例的中消息始发器。操作和维护处理器(OMP)110(和始发定向负荷/性能消息的任何其它节点)包括消息发生器和分析器115，消息发生器和分析器115(i)通过网络100确定所希望的路径，(ii)以下面结合图2A描述的方式形成消息，(iii)将该消息转发到下一个适当节点，和(iv)在结束时分析消息中包含的结果。应指出，在通过网络确定路径前，始发器110可能必须以已知的方式确定网络布局。
图2A和2B提供根据本发明的定向负荷/性能消息(DLP)的列表表示。应指出，图2A和2B中所示的定向负荷/性能消息(DLP)的格式仅说明了本发明的原理。图2A的定向负荷/性能消息(DLP)对应于已通过网络100路由选择消息前的时刻，而图2B的定向负荷/性能消息(DLP)对应于通过图1的网络通过下列发射已结束路由选择消息后的时刻。可以构成定向负荷/性能消息(DLP)以允许网络100中的每个节点处理该消息，很象正常业务消息。
如图2A所示，定向负荷/性能消息(DLP)包括多个记录，例如记录205-230，每个记录与通过网络沿指定路由的不同网络节点有关。对于字段240中标出的每个网络节点，定向负荷/性能消息(DLP)包括用于记录当前时间的字段，在前向和反向两个方向接收的消息分别在字段245和250中，以及在前向和反向两个方向应由节点模拟的任何负荷(CPU周期)分别在字段255和260中。应指出，虽然图2A的定向负荷/性能消息(DLP)表示了基于硬件的地址，该技术还可包括可在相同硬件平台上运行的软件实体。另外，允许消息路由选择到任何IP允许的软件实体的因特网协议(IP)地址也是可能的。
图3中表示的分析表记录了图2A和2B的消息通过图1的网络的往返行程和增加的延迟时间。如图3所示，该分析表包括多个记录，例如记录305-330，每个记录与通过网络沿指定路由的不同网络节点有关。对于字段340中标出的每个网络节点，分析表表示分别与字段345和350中的每个节点对应的往返行程时间和增加的延迟时间。往返行程时间是该消息在往返行程路径中离开和返回相同节点所花费的时间。换句话说，通过对每个节点减去定向负荷/性能消息(DLP)的字段245和250中的值获得往返行程时间。增加的延迟时间是消息在该路径的给定支路的两个相邻节点之间传送所花费的时间。换句话说，通过对两个相邻节点减去分析表的字段345中的往返行程值获得增加的延迟时间。
如上所述，网络100中的每个节点110、120、130、140、150、160根据图4所示的DLP消息处理过程400识别和处理定向负荷/性能消息(DLP)。如图4所示，DLP消息处理过程400在步骤410期间开始为对应节点检验接收的消息中的记录。在步骤415期间进行测试以确定定向负荷/性能消息(DLP)的Time1字段245中是否已记录了时间项。如果在步骤415期间确定定向负荷/性能消息(DLP)的Time1字段245中未记录时间项，则表明这是该消息的前向支路，过程400将在步骤420期间向下通过定向负荷/性能消息(DLP)中的节点表。然而，如果其在步骤415期间确定定向负荷/性能消息(DLP)的Time1字段245中已记录了时间项，则表明这是该消息的反向支路，过程400将在步骤425期间向上通过定向负荷/性能消息(DLP)中的节点表。
此后，过程400在步骤430期间将当前的当地时间插入定向负荷/性能消息(DLP)的适当时间字段235或250中，在步骤435期间进行测试以确定定向负荷/性能消息(DLP)的适当字段255或260中是否指示了负荷值。如果确定在步骤435期间定向负荷/性能消息(DLP)的适当字段255或260中指示了负荷值，则在步骤440期间耗用指定数量的CPU周期以模拟负荷。例如，如果处理节点正常进行查表，以及在处理调用中检查真实性和安全性，对其进行估算要花费100微秒，将指示该节点耗用100微秒以模拟负荷。CPU消耗时间可以是在所有节点的特定实施方案中同意的任何时间单位。例如，可以在机器工作周期、毫微秒、微秒中指定CPU消耗时间。
如果在步骤435期间确定定向负荷/性能消息(DLP)的适当字段255或260中未指示负荷值，该程序控制直接进行到步骤445。在步骤445期间进行测试，以确定定向负荷/性能消息(DLP)中的节点表中的下一项中是否存在空白项。如果在步骤445确定该表中的下一项中不存在空白项，则在步骤450期间将该消息发送到表中的下一个识别单元。然而，如果在步骤445期间确定表中的下一项中存在空白项，当前节点或是沿该路由(目的地)的最后节点或是消息始发器。因此，在程序控制终止之前，该消息将在步骤460期间返回表中的前一个单元(如果是目的地)或适当地由始发器处理。
实施例
已设计了图2A所示的定向负荷/性能消息(DLP)通过过图1所示的网络。操作和维护处理器(OMP)110开始生成定向负荷/性能消息(DLP)，把当前时间放入记录205的Time1字段245中并向表中的下一个节点，即执行蜂窝处理器(ECP)120发送该消息。执行蜂窝处理器(ECP)120检验该消息，把当前时间放入记录210的Time1字段245中并向表中的下一个节点，即调用处理数据库节点(CDN)140发送消息。调用处理数据库节点(CDN)140检验该消息，把当前时间放入记录215的Time1字段245中并向表中的下一个节点，即应用处理器(AP)150发送该消息。应用处理器(AP)150检验该消息，把当前时间放入记录220的Time1字段245中并在Load1字段255中查找非零值，在该消息发送到表中下一个节点，即微蜂窝160前调用程序耗用100微秒的CPU周期以模拟负荷。微蜂窝160检验该消息，把当前时间放入记录225的Time1字段245中，确定下一个地址是零并将该消息返回到表中前一个节点，即应用处理器(AP)150。
应用处理器(AP)150接收该消息，应指出，填充Time1字段245，表明该消息目前在反方向，将当前时间插入Time2字段250中，并查找Load2字段260中的非零值，在该消息发送到表中的前一个节点，即调用处理数据库节点(CDN)140前调用程序以耗用50微秒的CPU周期以模拟负荷。调用处理数据库节点(CDN)140用其当前时间填充Time2字段250，并将该消息发送到表中的前一个节点，即执行蜂窝处理器(ECP)120。执行蜂窝处理器(ECP)120用其当前时间填充Time2字段250，并将该消息发送到表中的前一个节点，即操作和维护处理器(OMP)110。操作和维护处理器(OMP)110填充Time2字段250，并将该消息返回到始发器。一旦定向负荷/性能消息(DLP)已完成该路径，看上去很象图2B所示的定向负荷/性能消息(DLP)。
操作和维护处理器(OMP)110可处理图2B所示的定向负荷/性能消息(DLP)中包含的信息，以确定如图3所示的往返行程和增加的延迟时间。例如，消息在往返行程路径中离开和返回到操作和维护处理器(OMP)110的往返行程延迟时间是119毫秒。同样，消息在该路径的给定支路上在操作和维护处理器(OMP)110和执行蜂窝处理器(ECP)120之间传送的增加的延迟时间是47毫秒(通过从操作和维护处理(OMP)110的往返行程延迟时间减去执行蜂窝处理器(ECP)120的往返行程延迟时间获得)。
应该理解，在此给出和描述的实施例和变化仅用于说明本发明的原理，本领域技术人员在不脱离本发明范围和精神的情况下可实现各种变化。

Claims (26)

1.一种由一个网络节点执行的用于测量网络性能的方法，所述方法包括步骤：
接收沿指定路径通过所述网络的消息，并且此后以相同路由在相反方向返回该消息，所述路径包括多个网络节点；
对于所述指定路径的每个方向，将当前的当地时间插入所述消息；和
对于所述往返行程路径的每个方向，将所述消息沿所述指定路径转送到下一个节点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述消息进一步指示由一个或多个所述节点消耗的CPU周期的数量，以便模拟负荷。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述消息进一步指示由一个或多个所述节点消耗的所选择的CPU的持续时间，以便模拟负荷。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述消息指示往返行程路径中的网络节点表。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述消息包括与每个所述节点对应的字段，以便针对所述指定路径的每个方向记录当前当地时间。
6.根据权利要求1所述的方法，进一步包括通过减去所述指定路径的每个方向的所述当前当地时间来确定所述节点的往返行程时间延迟的步骤。
7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括通过减去沿所述指定路径的两个相邻节点的往返行程延迟时间来确定所述节点的增加延迟时间的步骤。
8.一种用于测量网络性能的方法，所述方法包括步骤：
产生沿指定路径通过所述网络的消息，并在此后在相反方向以相同路由返回该消息，所述路径包括多个网络节点，每个所述节点针对所述往返行程路径的每个方向将当前的当地时间插入所述消息；和
处理所述消息中的所述往返行程时间以确定由一个或多个所述节点观察到的延迟。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述消息进一步指示由一个或多个所述节点消耗的CPU周期的数量，以便模拟负荷。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述消息进一步指示由一个或多个所述节点消耗的所选择的CPU的持续时间，以便模拟负荷。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述消息指示往返行程路径中的网络节点表。
12.根据权利要求8所述的方法，其中所述消息包括与每个所述节点对应的字段，以便针对所述指定路径的每个方向记录当前当地时间。
13.根据权利要求8所述的方法，进一步包括通过减去所述指定路径的每个方向的所述当前当地时间来确定一个或多个所述节点的往返行程时间延迟的步骤。
14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括通过减去沿所述指定路径的两个相邻节点的往返行程延迟时间来确定一个或多个所述节点的增加延迟时间的步骤。
15.一个网络节点，包括：
接收沿指定路径通过所述网络的消息，并且此后在相反方向以相同路由返回该消息的装置，所述路径包括多个网络节点；和
操作地耦合到所述接收装置的处理器，构成所述处理器以便：
针对所述指定路径的每个方向，将当前的当地时间插入所述消息；和
针对所述指定路径的每个方向，将所述消息沿所述指定路径转送到下一个节点。
16.根据权利要求15所述的网络节点，其中所述消息进一步指示由一个或多个所述节点消耗的CPU周期的数量，以便模拟负荷。
17.根据权利要求15所述的网络节点，其中所述消息进一步指示由一个或多个所述节点消耗的所选择的CPU的持续时间，以便模拟负荷。
18.根据权利要求15所述的网络节点，其中所述消息指示往返行程路径中的网络节点表。
19.根据权利要求15所述的网络节点，其中所述处理器通过减去所述指定路径的每个方向的所述当前当地时间来确定往返行程时间延迟。
20.根据权利要求19所述的网络节点，其中所述处理器通过减去沿所述指定路径的两个相邻节点的往返行程延迟时间来确定所述节点的增加延迟时间。
21.一种用于测量网络性能的系统，所述网络包括多个网络节点，所述系统包括：
用于与所述网络节点中的至少一个通信的装置；
操作地耦合到所述通信装置的处理器，构成所述处理器以便：
产生沿指定路径通过所述网络的消息，并在此后在相反方向以相同路由返回该消息，所述路径包括多个所述网络节点，每个所述节点针对所述往返行程路径的每个方向将当前的当地时间插入所述消息；和
根据所述当前的当地时间确定由一个或多个所述节点观察到的延迟。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述消息进一步指示由一个或多个所述节点消耗的CPU周期的数量，以便模拟负荷。
23.根据权利要求21所述的系统，其中所述消息进一步指示由一个或多个所述节点消耗的所选择的CPU的持续时间，以便模拟负荷。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述消息指示往返行程路径中的网络节点表。
25.根据权利要求21所述的系统，其中所述处理器通过减去所述指定路径的每个方向的所述当前当地时间来确定一个或多个所述节点的往返行程时间延迟。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述处理器通过减去沿所述指定路径的两个相邻节点的往返行程延迟时间来确定一个或多个所述节点的增加延迟时间。
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