CN1571372A - 可测量分布式网络流量生成系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可测量分布式网络流量生成系统，属于网络实验与测量技术。本系统由1个控制端、多个发送端和多个接收端构成，它们相互之间通过网络互连。用户通过控制端设定参数、启动或停止网络流量的生成以及查看测量得到的网络性能曲线。控制端通过向各发送端和接收端发送控制命令实现对系统的控制。在启动网络流量生成后，各个发送端按照用户设定的参数向接收端连续发送报文，这些报文通过实验网络到达接收端，与此同时，本系统测量并计算实验网络的传输时延和丢包率，并以曲线的形式显示在控制端的界面上。

Description

可测量分布式网络流量生成系统

技术领域

本发明涉及网络实验与测量技术，尤其涉及一种具有测量功能的分布式网络流量生成系统。

背景技术

网络流量生成与网络测量的作用在于：根据应用场景的需要，生成一定特性的网络流量并发送到实验网络，并对实验网络的性能进行测量，以评价、验证和分析实验网络中所使用网络协议、算法或设备的性能。

目前，国外已有一些流量生成器(Traffic generator)和网络分析仪等。但它们不具有对网络进行测量的功能，而且未采用分布式结构，不易控制和扩充。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有测量功能的分布式网络流量生成系统，本发明采用分布式结构，由一个控制端控制多个发送端进行网络流量生成，同时亦可选取多个不同的接收端。

本发明所采用的技术方案如下：

本发明的可测量分布式网络流量生成系统包括有1个控制端、多个发送端和多个接收端，其中，控制端与多个发送端和多个接收端通过网络互相连接；多个发送端和多个接收端通过网络互相连接。其发送端和接收端的个数可根据生成网络流量的大小增减。本发明采用分布式结构，从而有着控制灵活，易于扩充的特点，能够在生成网络流量的同时对网络的性能参数进行测量。

附图说明

图1是本发明的组成结构图；

图2是本系统各功能模块之间的控制流和数据流图；

图3是本系统控制端运行时的界面截图；

图4是本系统所使用报文的类型、传输方向及功能列表。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细的说明：

参照图1，可测量分布式网络流量生成系统(以下简称本系统)的组成结构如图1所示。本系统由1个控制端、多个发送端和多个接收端构成，它们相互之间通过网络互连，其中，控制端与多个发送端和多个接收端通过网络互相连接；多个发送端和多个接收端通过实验网络互相连接。发送端和接收端的个数可以根据要生成网络流量的大小灵活增减。

控制端、发送端和接收端上运行有操作系统和专用控制软件。用户通过控制端对本系统的各种参数进行设置，包括：发送端和接收端的个数以及IP地址、要生成网络流量的大小、协议类型及目标端口号、网络流量报文大小、测量网络性能的时间周期。这些参数被作为控制命令的一部分发往各个发送端。发送端根据收到的控制命令生成控制端要求的报文并通过实验网络向接收端发送。接收端监听来自控制端和发送端的报文，根据报文类型的不同，给予应答。与此同时，本系统测量并计算实验网络的传输时延和丢包率，并以曲线的形式显示在控制端界面上。

图2显示了本系统各功能模块之间的控制流和数据流的传输。

控制端包括两个功能模块：控制模块和用户界面模块。控制模块位于控制端的下层，它采用多线程机制，在运行时创建2个线程：控制线程和信息接收线程。控制线程从用户界面模块获得用户输入的各发送端的IP地址、接收端的IP地址和端口号、网络流量报文大小等参数后，向各个发送端和接收端发送控制命令，如：请求各发送端开始发送、请求各发送端返回当前传输时延、请求接收端返回当前已发送/接收的报文个数、请求发送端停止发送、请求接收端停止接收等。信息接收线程专门用来接收发送端和接收端反馈到控制端的各种信息，如各发送端返回的发送确认、当前传输时延、停止确认等；接收端返回的已发送和接收的报文个数、停止确认等。信息接收线程根据接收到的报文类型，向用户界面模块传递不同的消息，由用户界面进行处理并将结果显示出来。用户界面模块位于控制端的上层，提供给用户一个图形化的使用界面。通过该界面，用户可以管理发送端和接收端的列表，并为网络流量生成设置要生成网络流量大小、网络流量报文大小、协议类型及端口号等参数。在网络流量生成启动后，该模块按照预定的时间周期通过控制模块向发送端和接收端发出请求统计数据的命令报文，根据收到的测量结果显示各种性能数据，并绘制传输时延和丢包率曲线。

发送端可运行在多台计算机上，也采用了多线程结构，在运行时创建2个线程：服务线程和流量生成线程。服务线程接收来自控制端的各种控制命令，进行相应处理并返回结果。流量生成线程平时处于睡眠状态，当服务线程收到来自控制端的启动发送命令后，将唤醒流量生成线程。流量生成线程根据收到的控制命令中所包含的参数(接收端地址、端口号、网络流量报文大小、发送频率等)生成报文并发送到接收端。

接收端启动后监听来自控制端和发送端的报文，在收取报文的同时对报文个数、时间等数据进行统计。若接收到来自控制端的控制命令，如请求返回当前已发送/接收的报文个数、请求停止本次接收等，则做出相应处理；若接收到来自发送端的报文，则周期性地将接收到的报文反馈回发送端以便其计算传输时延。

本系统能够在生成网络流量的同时测量并计算出实验网络的丢包率和传输时延。这两个参数的计算分别按照以下方法进行。

1).丢包率的计算：

在本系统中，丢包率的测量和计算需要考虑两个因素。首先，由于有多个发送端和接收端，因此需要对各发送端/接收端所发送/接收的报文个数进行累计；其次，要按设定的时间周期实时测量丢包率并显示曲线，因此需要计算一个测量周期内的丢包率。

设本系统有N个发送端和M个接收端，截止到时刻t累计发送的总报文数为S_t，累计接收到的总报文数为R_t。系统的上一个测量时刻为t-1，则在时刻t系统的丢包率计算公式为：

$L_t=\frac{(S_t-S_{t-1})-(R_t-R_{t-1})}{S_t-S_{t-1}}\×100\%$

S_t和R_t的计算公式为：

$S_t=\underset{t=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{it}}$

$R_t=\underset{j=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{r}_{\mathrm{jt}}$

其中S_it为发送端i截止到时刻t累计发送的报文个数，r_jt为接收端j截止到时刻t累计接收到的报文个数。

发送端在发送报文时，对每一个报文都进行编号，接收端每接收到一个报文，就进行累加。这样，接收端根据当前已收到的报文就可以获得发送端当前已发送的报文数和本身已接收到的报文数。将这两个数据反馈到控制端后，就可以计算出丢包率。

2).传输时延的计算：

与丢包率的计算类似，传输时延的计算同样要考虑多发送端/接收端和实时传输时延两个因素。

为了便于计时，发送端生成网络流量时发出的每个报文中都带有时间戳，该时间为发送该报文的时刻，接收端在收到发送端的报文后，就定期地将接收到的报文反馈回发送端。发送端在收到接收端的反馈报文后，取出系统当前时间。从而根据取出的系统当前时间和反馈回报文携带的时间戳来计算出传输时延。这样计算出来的是单个报文的传输时延，如要计算平均传输时延，则可以对在一个时间间隔内获取的多个报文传输时延求平均值即可。

设P_t为时刻t-1到时刻t之间所传输报文的总数，对第k个报文，发送该报文的时刻为TS_k，收到该报文的时刻为TR_k，则系统在时刻t的传输时延计算公式为：

$D_t=\frac{\underset{k=1}{\overset{P_1}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{TR}}_k-{\mathrm{TS}}_k)}{P_t}=\frac{\underset{k=1}{\overset{P_t}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TR}}_k-\underset{k=1}{\overset{P_t}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{TS}}_k}{P_t}$

在传输时延的计算中应剔除传输过程中丢失的报文，因此，上式中报文个数P_t为接收到的报文个数。

本系统的发送端使用了精度为1us的高分辨率时钟来获取精确的传输时延。本系统测量所得到的传输时延指的是端到端的传输时延。

图3为本系统控制端运行时的界面截图。

本界面截图显示的是一个实施例，可分两部分。左边又分为两块，上面部分显示的是：发送的数据包即报文总数量、发送的数据包大小、接收的数据包总数量、总丢包率、累计网络时延、接收主机地址、接收主机端口、当前流量等信息；下面部分显示的是各个发送端主机地址和其对应的网络时延值。右边显示了两个曲线图，上边的是丢包率统计曲线(横坐标为时间，纵坐标为丢包率百分比)；下边的是当前平均网络时延统计曲线(横坐标为时间，纵坐标为当前平均网络时延值)。

图4是本系统所使用报文的类型、传输方向及功能列表。

本发明的优点在于：1、能够在生成网络流量的同时对网络的性能参数进行测量；2、本系统采用分布式结构，由一个控制端控制多个发送端进行网络流量生成，同时亦可选取多个不同的接收端，从而有着控制灵活，易于扩充的特点；3、本系统可以根据要求生成各种不同的协议报文，除一般的UDP，TCP协议报文外，还可生成OSPF，RIP，ARP等协议报文；4、本系统提供友好的图形用户界面，并把对实验网络的测量结果以曲线的形式表现出来，使人一目了然。

Claims (4)

1、一种可测量分布式网络流量生成系统，包括发送端和接收端，其特征在于：还包括有1个控制端、多个发送端和多个接收端，其中，控制端与多个发送端和多个接收端通过网络互相连接；多个发送端和多个接收端通过实验网络互相连接。

2、根据权利要求1所述的可测量分布式网络流量生成系统，其特征在于发送端和接收端的个数可根据生成网络流量的大小增减。

3、根据权利要求1所述的可测量分布式网络流量生成系统，其特征在于控制端包括两个功能模块：控制模块和用户界面模块；其中：控制模块位于控制端的下层，在运行时创建控制线程和信息接收线程，控制线程从用户界面模块获得用户输入的各发送端的IP地址、接收端的IP地址和端口号、网络流量报文大小等参数后，向各个发送端和接收端发送控制命令；信息接收线程专门用来接收发送端和接收端反馈到控制端的各种信息。

4、根据权利要求1所述的可测量分布式网络流量生成系统，其特征在于发送端在运行时创建2个线程：服务线程和流量生成线程；其中：服务线程接收来自控制端的各种控制命令，进行相应处理并返回结果；流量生成线程平时处于睡眠状态，当服务线程收到来自控制端的启动发送命令后，将唤醒流量生成线程，流量生成线程根据收到的控制命令中所包含的参数，即接收端地址、端口号、网络流量报文大小、发送频率等生成报文并发送到接收端。

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