DE69116685T2

DE69116685T2 - Prüfung eines Paketnetzes

Info

Publication number: DE69116685T2
Application number: DE69116685T
Authority: DE
Inventors: Neil Howard Mckee; Peter Phaal
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1991-06-12
Filing date: 1991-06-12
Publication date: 1996-05-30
Anticipated expiration: 2011-06-13
Also published as: DE69116685D1; WO1992022967A1; EP0522211B1; EP0522211A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Testen eines Kommunikationsnetzwerks, das auf Paketen basiert, wie z.B. einem Computernetzwerk.
Bei auf Paketen basierenden Netzwerken ist es oft wünschenswert, Kommunikationen zwischen zwei bestimmten Knoten auf dem Netzwerk zu testen. Dies kann im allgemeinen von einem ersten der Knoten durch Auffordern des anderen Knoten bewirkt werden, ein Testpaket, das von dem ersten Knoten gesendet wurde, "zurückzuführen" ("loop-back"). Der erste Knoten kann beim Rückempfang des Testpakets dadurch nicht nur sicherstellen, daß die Verbindung mit dem anderen Knoten möglich ist, sondern ebenfalls die Umlaufzeit für das Paket. Typischerweise würde ein solcher Test durch ein Gerät, wie z.B. den HP 4982A LAN Protokollanalysator durchgeführt (erhältlich von der Hewlett-Packard Company, Pab Alto, Kalifornien), der mit dem Netzwerk am ersten Knoten verbunden ist.
Zwischennetzwerkprotokolle, wie z.B. das ARPA-Internet-Protokoll (IP), können ebenfalls eine Vorrichtung zum Bestimmen der Umlaufzeit durch Verwendung eines zurückgeführten Testpakets bereitstellen. Folglich wird bei IP-Netzwerken die Verwendung des "Ping"-Befehls eine Umlaufzeit zurückgeben. Bestimmte Computerbetriebssysteme, wie z.B. das Hewlett- Packard HPUX-Betriebssystem, ermöglichen einen Anwenderzugriff auf den "Ping"-Befehl des IP und ermöglichen es dem Anwender, die Anzahl und die Größe von Testpaketen zu bestimmen, für die Umlaufzeiten zurückgegeben werden.
Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, daß bei dem ARPA-Übertragungssteuerungsprotokoll (TCP = Transmission Control Protocol) eine ähnliche Messung kontinuierlich als Teil des Übertragungssteuerungsprozesses durchgeführt wird. Genauer gesagt wird die Umlaufzeit zwischen der Übertragung eines Pakets und dem Rückempfang einer Bestätigung vom Zielknoten gemessen; diese Umlaufzeit wird kontinuierlich in eine geglättete Umlaufzeitabschätzung gemittelt, die dann verwendet wird, um den Rückübertragungs-Zeitsperrenparameter RTO (RTO - Retransmission Time-out) zu steuern.
Die Verwendung von zurückgeführten Testpaketen war folglich auf die Bestimmung der direkt beobachtbaren Umlaufzeitcharakteristik des Übertragungsweges zwischen zwei Knoten beschränkt.
Die Schrift "Data Communications", Band 12, Nr. 4, April 1983, offenbart weitere Verfahren und Vorrichtungen zum Testen von auf Paketen basierenden Netzwerken. Die in dieser Schrift beschriebenen Tests beruhen nicht nur auf einem einzelnen Paket, sondern ebenfalls auf Paketsequenzübertragungen. Die Testergebnisse werden in Statistiken über das Netzwerkverhalten reflektiert und nicht durch bestimmte Werte von bestimmten Netzwerkcharakteristika.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, es zu ermöglichen, daß weitere Netzwerkcharakteristika aus dem Betrieb der Übertragung von Paketen zwischen zwei Knoten bestimmt werden können, wobei diese Charakteristika diejenigen sind, die nicht aus einer Übertragung eines einzelnen Pakets zwischen den Knoten wahrnehmbar sind.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Testen eines auf Paketen basierenden Netzwerks geschaffen, um Charakteristika einer Paketübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Knoten auf dem Netzwerk festzustellen, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt: Senden von Paketen zwischen den Knoten, Empfangen der Pakete an einem Knoten, und Korrelieren der Paketübertragung des Empfangs, um Korrelationsdaten abzuleiten, die die Übertragungscharakteristik anzeigen, dadurch gekennzeichnet, daß die Pakete als eine Sequenz gesendet werden, in der die Pakete in einer vorbestimmten Beziehung zueinander sind, wobei die Korrelationsdaten abgeleitet werden, um bezüglich dieser Beziehung empfindlich zu sein, wodurch es ermöglicht wird, eine Charakteristik der Übertragung zu bestimmen, die aus dem Durchgang eines einzelnen Pakets nicht wahrnehmbar ist.
Bevorzugterweise verändert sich zumindest einer der Sequenzparameter, die eine Zwischen-Paketbeabstandung und eine Paketgröße umfassen, in der Sequenz in Übereinstimmung mit der vorbestimmten Beziehung.
Bei einem Test gemäß der Erfindung umfaßt die Sequenz von Paketen für jede einer Vielzahl von Paketgrößen eine entsprechende Mehrzahl von Paketen, wobei die Pakete der Sequenz isoliert voneinander übertragen werden.
Die Korrelationsdaten für diesen Test werden die minimale und/oder die mittlere Paketlaufzeit für jede Paketgröße umfassen. Dort, wo die minimalen Laufzeiten abgeleitet werden, werden diese bevorzugterweise gegenüber der Paketgröße grafisch dargestellt; die Neigung einer geraden Linie, die durch die Punkte dieser grafischen Anzeige gelegt ist, wird eine Anzeige der Netzwerkbandbreite geben, während der Schnittpunkt derselben geraden Linie mit der Zeitachse eine Anzeige der Laufzeitverzögerung darstellt. Selbstverständlich könnten die minimalen Umlaufzeiten computermäßig verarbeitet werden, um dieselben Netzwerkcharakteristika abzuleiten. Dort wo die Korrelationsdaten sowohl die minimalen als auch die mittleren Umlaufzeiten einschließen, ermöglicht es die grafische Anzeige der beiden gegenüber der Paketgröße, die mittlere Wartezeit für Pakete, die zwischen zwei Knoten übertragen werden, abzuleiten, wobei diese Wartezeit die Differenz zwischen der minimalen und der mittleren Zeit für irgendeine bestimmte Paketgröße ist; wiederum könnte die Wartezeit berechnet werden, anstatt grafisch abgeleitet zu werden. Dort wo die Korrelationsdaten die mittleren Umlaufzeiten umfassen, kann die grafische Anzeige dieser Zeiten gegenüber der Paketgröße eine Anzeige der internen Paketgröße des Netzwerks bereitstellen, nachdem, wenn das Netzwerk ein ursprüngliches Sequenzpaket in kleinere Pakete auf spaltet, dies durch eine erhöhte Umlaufzeit reflektiert wird, die sich als eine Stufenfunktion auf der grafischen Anzeige zeigen sollte. Die interne Paketgröße des Netzwerks könnte wiederum durch eine Berechnung aus den Korrelationsdaten abgeleitet werden.
Bei einem weiteren Test gemäß der Erfindung umfaßt die Sequenz von Paketen, die von einem ersten Knoten gesendet werden, eine Reihe von isolierten Paketbündeln, die jeweils aus einer Mehrzahl von Paketen bestehen, die unmittelbar nacheinander gesendet werden, wobei die Korrelationsdaten abgeleitet werden, um für jede Paketposition innerhalb des Bündels, wie es gesendet wurde, die mittlere Paketverlustrate anzuzeigen. Wenn die minimale Puffergröße im Übertragungsweg zwischen den betrachteten Knoten niedriger ist als die Anzahl von Paketen, die in jedem Bündel eingeschlossen sind, sollte sich die Verlustrate der Pakete signifikant erhöhen, nachdem die Puffergröße durch Pakete, die später in jedem Bündel auftreten, überschritten wird. Dieser Test ermöglicht es daher, die minimale interne Puffergröße zu bestimmen.
In einem weiteren Test gemäß der Erfindung umfaßt die Sequenz von gesendeten Paketen zumindest ein isoliertes Paketbündel, das aus einer Mehrzahl von Paketen besteht, die unmittelbar nacheinander gesendet werden und die von abnehmender Größe durch das Paket sind; in diesem Fall werden die Korrelationsdaten abgeleitet, um irgendeine Differenz der Paketsequenzierung zwischen dem gesendeten und den empfangenen Bündel anzuzeigen. Eine solche erneute Sequenzierung kann vorhanden sein, wenn das Netzwerk Geräte einschließt, die kurze Pakete mit einer Priorität versieht.
Drei Netzwerktests gemäß der Erfindung und Testvorrichtungen, die die Erfindung ausführen, werden nun durch ein nicht-beschränkendes Beispiel anhand der beiliegenden schematischen Zeichnungen besonders beschrieben, in denen:
Fig. 1 ist ein Diagramm, das die Verwendung der Testvorrichtung darstellt, um Charakteristika eines Netzwerks zwischen zwei gegebenen Netzwerkknoten festzustellen;
Fig. 2 ist ein Diagramm, das ein Haupttestsequenzprogramm der Testvorrichtung und die zugeordneten Datenstrukturen darstellt;
Fig. 3A stellt eine erste Testsequenz von Paketen zur Verwendung beim Ausführen eines ersten der Netzwerktests dar;
Fig. 3B zeigt eine zweite Testsequenz von Paketen zur Verwendung bei dem ersten Netzwerktest;
Fig. 4 ist ein Graph der minimalen Paketverzögerung gegenüber der Paketgröße, der durch den ersten Netzwerktest abgeleitet wurde;
Fig. 5 ist ein Graph der mittleren Paketverzögerung gegenüber der Paketgröße, der durch den ersten Netzwerktest abgeleitet wurde;
Fig. 6 stellt eine Testsequenz von Paketbündeln zur Verwendung in einem zweiten der Netzwerktests dar;
Fig. 7 ist ein Graph, der durch den zweiten Netzwerktest abgeleitet wurde, und aus dem die minimale Netzwerkwegpuffergröße abgeleitet werden kann;
Fig. 8 stellt eine Testsequenz von Paketbündeln zur Verwendung in einem dritten der Netzwerktests dar;
Fig. 9 ist ein Graph, der durch den dritten Netzwerktest abgeleitet wurde, und aus dem irgendeine erneute Sequenzierung der Pakete identifiziert werden kann.

Allgemeine Anordnung der Testvorrichtung

Fig. 1 stellt ein auf Paketen basierendes Kommunikationsnetzwerk 10 dar, mit dem drei Stationen, 11, 12 und 13, an jeweiligen Netzwerkknoten 17, 18 und 19 verbunden sind.
Das Netzwerk 10 wird im allgemeinen aus einer oder mehreren Verbindungen aufgebaut sein, die mit denselben oder unterschiedlichen Protokollen arbeiten, und wird typischerweise eine Anzahl von Wartegeräten, wie z.B. Brücken und Durchgänge (Gateways) einschließen, die im allgemeinen durch den Puffer 9 in dem Netzwerk aus Fig. 1 dargestellt sind. Diese Geräte dienen dazu, Pakete, die an den Geräten empfangen werden (z.B. zur Signalführung an die geeignete Netzwerkverbindung), bis zur geeigneten Verarbeitung der Pakete in einer Warteschlange anzuordnen. Die unterschiedlichen Verbindungen des Netzwerks werden typischerweise bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten mit unterschiedlichen internen Paketgrößen wirksam sein.
Die Stationen 11, 12 und 13 wechselwirken mit dem Netzwerk 10 durch jeweilige Protokollstapel 14, 15 und 16, die im allgemeinen durch eine Kommunikationssoftware bereitgestellt sind, die auf einem Prozessor der zugeordneten Station abläuft (dieser Prozessor kann entweder ein zugeordneter Kommunikationsprozessor oder ein zentraler Prozessor der Station, der in einer Multi-Tasking-Modus (Mehr-Ziel-Modus) arbeitet, sein). Die Protokollstapel können von irgendeiner Form sein, die für die bestimmten Verbindungen geeignet ist, mit denen die entsprechenden Stationen verbunden sind. Ausführungen solcher Protokollstapel sind in Fachkreisen gut bekannt und werden daher hier nicht im Detail beschrieben; diese Stapel können jedoch beispielsweise die TCP/IP-Protokollfamilie einschließen, d.h. die Transmission Control Protocol/Internet Protocol-Familie (Übertragungssteuerungsprotokoll/Internet-Protokoll-Familie). Die unteren Protokollebenen können gemäß dem IEEE 802.2 Verbindungsebenenprotokoll und geeignete der IEEE 802.3/4/5/6 physikalischen Schichtprotokollstandards sein. Obwohl lediglich drei Protokollschichten für jeden Stapel 14, 15 und 16 in Fig. 1 dargestellt wurden, ist dies rein aus Gründen der vereinfachten Darstellung durchgeführt worden und es können mehr oder weniger Protokollschichten vorhanden sein. Wie es nachfolgend mit Bezug auf die zu beschreibenden Netzwerkcharakteristikmessungen klar wird, ist zumindest ein Teil jedes Protokollstapels innerhalb des Netzwerks 10.
Die Station 11 ist eine Teststation, die die Testvorrichtung aufweist, die die vorliegende Erfindung ausführt. Die Teststation 11 ist wirksam, um die Charakteristika des Übertragungsweges zwischen der Teststation und einer entfernt angeordneten Station (im nachfolgenden die Zielstation genannt) durch Aussenden von Sequenzen von Testpaketen zu der Zielstation zu erfassen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Zielstation angeordnet, um die Testpakete an die Station 11 zurückzuführen; in Fig. 1 bildet die Station 12 eine solche Zielstation, die eine Zurückführung eines Testpakets bewirkt. Die Station 11 korreliert beim Zurückempfang der Testpaketsequenz die Übertragung und den Empfang der Testpakete, um Charakteristika der Datenübertragung über das Netzwerk 10 zwischen der Test- und der Zielstation 11 und 12 abzuleiten. Die Station 11 ist z.B. durch ein tragbares Gerät gebildet, das zwischen unterschiedlichen Knoten des Netzwerks bewegt werden kann, um die Übertragungscharakteristika zwischen verschiedenen Knoten zu messen.
Die Station 11 umfaßt einen programmgesteuerten Prozessor 20, der wirksam ist, um ein Haupttestsequenzprogramm 30 ablaufen zu lassen, ein Eingangsgerät 21, wie z.B. eine Tastatur, ein grafisches Ausgangsgerät 22 und einen Testsequenzspeicher 23, der die Sequenzspezifikationen für eine Anzahl von unterschiedlichen Testpaketsequenzen enthält. Jede Testsequenzspezifikation bestimmt die Sequenzparameter, wie z.B. Paketgröße, Paketidentität, Zwischenpaketabstand und Paketreihenfolge. Als Reaktion auf eine Anwendereingabe durch das Gerät 21 wird der Prozessor 20 wirksam, um ein Testsequenz programm 30 ablaufen zu lassen, um eine Testpaketsequenz entsprechend einer ausgewählten der Spezifikationen, die im Speicher 23 gespeichert sind, an eine vom Anwender bestimmte Zielstation zum Zwecke der Zurückführung an die Teststation 11 zu senden. Beim Senden von Paketen an die Zielstation verwendet das Testsequenzprogramm 30 die Dienste, die durch den Protokollstapel 14 bereitgestellt werden, um Pakete über das Netzwerk 10 zu senden und zu empfangen. Der grundsätzliche Dienst, der durch den Protokollstapel 14 bereitgestellt wird, besteht darin, ein Testpaket mit bestimmter Länge und das eine bestimmte Paketidentifikation (ID) einschließt, an eine bestimmte entfernt angeordnete Station zusammen mit einer Rückführungs-Anfrageanzeige in dem Paketkopf zu senden. Wenn das Paket an den Protokollstapel 14 zurückkehrt, wird für den Prozessor 20 eine Unterbrechung erzeugt.
Das Haupttestsequenzprogramm ist wirksam, um irgendeinen erforderlichen Zeitverlauf der Paketübertragung und des Empfangs auszuführen, oder, wenn eine solche Vorrichtung durch den Protokollstapel bereitgestellt wird, den Stapel anzuordnen, um den geeigneten Zeitverlauf bereitzustellen. Zusätzlich wird das Testsequenzprogramm Daten bezüglich der gesendeten und empfangenen Pakete korrelieren, diese Daten analysieren und die Analyseergebnisse an den Anwender über die Anzeige 22 ausgeben.
Das Testsequenzprogramm 30 wird nun anhand der Fig. 2 detaillierter betrachtet. Wie es oben beschrieben wurde, ist das Programm 30 vorgesehen, um eine Sequenz von Testpaketen an eine bestimmte, entfernt angeordnete Station zur Zurücksendung zu senden, wobei die Parameter der Testsequenz in Übereinstimmung mit einer ausgewählten einer Mehrzahl von Testpaketsequenzspezifikationen sind, die in dem Speicher 23 gespeichert sind. Jede Testpaketsequenzspezifikation kann als eine Liste 50 dargestellt werden, die für jedes einer Reihe von Testpaketen eine Paketidentifikationsnummer, die Länge des Pakets in Bytes und das Intervall, das dem Paket folgt, bevor das nächste Paket in der Sequenz gesendet wird, enthält. Die Liste der Testpakete wird durch einen Eintrag abgeschlossen, der eine Paketidentifikation von "999" enthält.
Zusätzlich zu der Testpaketsequenzliste 50 verwendet das Testsequenzprogramm ebenfalls eine Datenstruktur in der Form einer Ereignisliste 51. Diese Ereignisliste listet in zeitlicher Reihenfolge die Übertragung und den Empfang von Testpaketen durch die Station 11 auf. Für jedes Ereignis enthält die Liste eine Anzeige, ob das betreffende Ereignis die Übertragung oder der Empfang eines Pakets ist oder nicht (TX/RX in der Liste 51 in Fig. 2), eine Anzeige der Identifikationsnummer des betreffenden Pakets und die Zeit des relevanten Ergebnisses (von Paketsendung oder Empfang). Sendeereignisse werden in die Ereignisliste 51 durch das Haupttestsequenzprogramm 30 eingegeben, während Empfangsereignisse in die Liste 51 durch eine Unterbrechungsservicerroutine 44 eingegeben werden, die durch die Unterbrechung gestartet wird, die durch den Protokollstapel 14 erzeugt wird, wenn ein Paket empfangen wird.
Der allgemeine Betrieb des Testsequenzprogramms 30 wird nun beschrieben:
Beim Beginn des Testsequenzprogramms (Block 31) wird der Anwender aufgefordert, die Identität der Testsequenz einzugeben, die er auszuführen wünscht, und ebenfalls die entfernt angeordnete Station anzugeben, an die die Testpakete zum Zwecke der Zurücksendung zu senden sind (Block 32). Als nächstes liest das Testsequenzprogramm 30 aus der relevanten Testpaketsequenzliste 50 die Parameter für das erste Testpaket dieser Sequenz aus (Block 33). Danach steuert das Programm 30 die Übertragung eines Testpakets an die bestimmte entfernt angeordnete Station unter Verwendung des Protokollstapels 14. Das gesendete Testpaket wird eine Paketidentifikationsnummer von 1 und eine Länge, die in der Tabelle 50 spezifiziert ist, einschließen (Block 34). Sobald der Protokollstapel 14 angewiesen wurde, das Testpaket zu übertragen, wird ein Eintrag in die Ereignisliste 51 gemacht, der die Tatsache aufzeichnet, daß das Paket Nr. 1 zu einem bestimmten Zeitpunkt gesendet wurde (Block 35).
Als nächstes steuert das Programm 30 zeitlich ein Intervall, das demjenigen entspricht, das in der Liste 50 für das gerade gesendete Paket steht, wobei dies Intervall die erwünschte Verzögerung ist, bevor das nächste Paket gesendet wird (Block 36). Am Ende dieser Zeitsperre werden die Parameter des als nächsten zu sendenden Pakets aus der Liste 50 geholt (Block 37); außer in dem Fall, in dem die Identifikationsnummer des nächsten Pakets "999" ist, springt das Programm nun zum Block 34 zurück, um dieses nächste Paket zu senden.
Die Schleife, die durch Blöcke 34 bis 38 gebildet ist, wird nachfolgend wiederholt, bis alle Testpakete der derzeitigen Testsequenz gesendet wurden. Sobald das Ende-der-Sequenz-Paket mit seiner Identifikationsnummer, die auf "999" eingestellt ist, angetroffen wird, läuft das Programm an diesem Punkt von Block 38 zu Block 39. Block 39 betrifft die Analyse der Ereignisliste und die Anzeige der Ergebnisse an den Anwender. Nachdem der Prozeß der Analyse und der Anzeige der Ergebnisse abhängig von der betroffenen Testpaketsequenz sein wird, wird eine getrennte Analyse- und Anzeigeroutine 45 durch das Programm 30 in Abhängigkeit von der betroffenen Testsequenz aufgerufen. Nachdem die Analyse- und Anzeige- Teil-Routine beendet ist, wird das Haupttestsequenzprogramm 30 selbst beendet (Block 40).
Die Ausführung des Haupttestsequenzprogramms 30 wird jedesmal unterbrochen, wenn ein Paket durch den Protokollstapel empfangen wird. Wenn dies auftritt wird die Unterbrechungsserviceroutine 44 gestartet (Block 41) und schließt einfach einen Eintrag ein, der in der Ereignisliste gemacht wird, um den Rückempfang eines Testpakets aufzuzeichnen, wobei der Eintrag das betreffende Testpaket und seine Empfangszeit anzeigt (Block 42). Danach wird die Unterbrechungsserviceroutine beendet (Block 43) und die Steuerung wird an das Hauptprogramm zurückgegeben.
Die Zeitstempelung der Paketübertragung und des Empfangs, wie sie in der Ereignisliste aufgezeichnet ist, wird durch einen gemeinsamen Takt, der durch den Prozessor 20 bereitgestellt wird, bewirkt.
Der Zeitverlauf des Zwischenpaket-Zwischenraums in Block 36 des Hauptprogramms erfordert im allgemeinen keine signifikante Genauigkeit, so daß dieser Zeitverlauf softwaremäßig ausgeführt werden kann, wobei irgendeine Verlängerung des Intervalls aufgrund des Ablauf ens der Unterbrechungsserviceroutine 44 klein genug ist, um ignoriert zu werden. Wie es aus dem Nachfolgenden deutlich werden wird, besteht der Hauptzweck des Zeitverlaufs eines Zwischen-Paket-Zwischenraums darin, daß es bei bestimmten Fällen erforderlich ist, daß benachbarte Pakete das Netzwerk unabhängig voneinander beeinflussen und daher durch ein ausreichendes Zeitintervall isoliert sein sollen.

Einfluß des Netzwerks auf ein Paket

Wenn ein Testpaket über das Netzwerk an eine bestimmte, entfernt angeordnete Station gesendet wird und an die sendende Station zurückgeführt wird, wird seine Umlaufzeit von einer Anzahl von Faktoren abhängen. Genauer gesagt, wird die Umlaufzeit von der Paketlänge abhängen, da der Zeitverlauf normalerweise zwischen dem Start einer Paketübertragung und dem Abschluß eines Paketempfangs bewirkt wird, so daß je länger ein Paket ist, dessen Umlaufzeit umso größer ist. Ferner wird die Umlaufzeit ebenfalls von der Protokollstapelebene abhängen, auf der der Zeitverlauf stattfindet - wenn der Zeitverlauf auf einer der unteren Protokollstapelebenen bewirkt wird, dann wird die Umlaufzeit niedriger sein, als wenn der Zeitverlauf auf einer höheren Ebene bewirkt wird. Auf ähnliche Weise wird die Umlaufzeit durch die Ebene des Protokollstapels, auf der die Rückführung bei der entfernt angeordneten Station bewirkt wird, beeinflußt werden; im allgemeinen ist es möglich, eine Zurückführung sowohl bei der Verbindungsebenenschicht als auch bei der Transportschicht oder höher zu bewirken, und wiederum gilt, je höher die Rückführungsschicht ist, desto größer ist die Umlaufzeit. Dies ist der Grund dafür, daß in Fig. 1 die Protokollstapel 14, 15 und 16 nur als zumindest teilweise innerhalb der Grenzen des Netzwerks 10 gezeigt sind. Ein weiterer Faktor, der die Umlaufzeit beeinflußt, ist die Geschwindigkeit jeder Verbindung, die durch das Paket genommen wird. Wiederum ein weiterer Faktor ist die Wartedauer, die das Paket erfährt, wenn es durch Wartegeräte, wie z.B. Brücken und Torwege, läuft. Die interne Paketgröße, die durch die Verbindungen in dem Netzwerk verwendet werden, kann ebenfalls die Umlaufzeiten beeinflussen, da, wenn ein Paket, so wie es gesendet wurde, in mehrere kleinere Pakete zur Übertragung über eine oder mehrere der Verbindungen gesendet werden muß, bevor es wieder zusammengesetzt wird, dann eine größere Wahrscheinlichkeit besteht, daß die größere Anzahl von Paketen mit reduzierter Größe irgendeiner Verzögerung ausgesetzt sein werden. Ein weiterer Faktor, der die Umlaufzeit beeinflussen kann, ist die Länge des Pakets, verglichen mit anderen Paketen auf dem Netzwerk, da bestimmte Geräte in dem Netzwerk angeordnet sein können, um kurzen Paketen eine Priorität zu geben, und dies könnte die Umlaufzeit eines Testpakets erheblich beeinflussen. Ein Testpaket kann ebenfalls anderen Einflüssen, wie z.B. dem Verlust oder der Verdoppelung, ausgesetzt sein.
Während die grundsätzliche Umlaufzeit eines Testpakets direkt gemessen werden kann, können die zugrundeliegenden Netzwerkparameter, die die Umlaufzeit beeinflussen können, aus dem Durchgang eines einzelnen Testpakets über das Netzwerk nicht erfaßt werden, und dies ist der Grund dafür, daß die vorliegende Vorrichtung angeordnet ist, um Sequenzen von Testpaketen auszusenden.

Erstes Testverfahren

Es folgt eine detaillierte Betrachtung eines ersten Tests, der durch die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt wird, wobei auf die Fig. 3A und 3B Bezug genommen wird, die zwei mögliche Testpaketsequenzen zur Verwendung mit diesem Test darstellen. Genauer gesagt ist in Fig. 3A eine erste Testsequenz dargestellt, in der zwanzig Testpakete gesendet werden, die vier Pakete für jede von fünf unterschiedlichen Größen umfassen, die im Bereich von 500 Byte bis 2500 Byte liegen. Jedes Testpaket wird von seinen Nachbarn durch ein Zeitintervall "t" getrennt. Das Zeitintervall "t" ist derart ausgewählt, daß jedes Paket von seinen Nachbarn in dem Sinn isoliert ist, daß jegliche Auswirkung auf das Netzwerk, die durch ein Paket bewirkt wurde, zu dem Zeitpunkt, zu dem das nächste Paket gesendet wird, verschwunden ist.
Die Testsequenz, die in Fig. 3B gezeigt ist, ist ähnlich derjenigen, die in Fig. 3A gezeigt ist, und schließt dieselben Testpakete ein, die aber etwas anders in vier Sätze von fünf unterschiedlich großen Paketen angeordnet sind. Die Pakete sind jedoch wiederum durch ein Zeitintervall "t" voneinander getrennt.
Jede der Testpaketsequenzen, die in Fig. 3A und 3B gezeigt sind, kann beim Ausführen des ersten Tests verwendet werden. Die Testpaketsequenzliste 50, die in Fig. 2 gezeigt ist, zeigt die Listeneinträge für die ersten paar Pakete der Sequenz aus Fig. 3A.
Um den ersten Test auszuführen wird das Testsequenzprogramm 30 durchgeführt, der Anwender wählt entweder das Testsequenz aus Fig. 3A oder aus Fig. 3B und identifiziert die betroffene entfernt angeordnete Station. Danach sendet das Programm 30 die Testsequenz und baut, zusammen mit der Unterbrechungsserviceroutine 44, die Ereignisliste 51 auf, die die Zeit des Sendens und des Empfangs der verschiedenen Testpakete der ausgewählten Testsequenz anzeigt. Sobald alle Pakete gesendet wurden, ruft das Testprogramm 30 die geeignete Analyse- und Anzeige-Teil-Routine auf. Für den ersten Test ist diese Teil-Routine wirksam, um die Ereignisliste zu analysieren, und um eine weitere Liste der Paketidentitätsnummer gegenüber der Umlaufzeit bereitzustellen, wobei diese Informationen ohne weiteres durch Abziehen der Übertragungszeit eines Pakets von der Empfangszeit, wie sie in der Ereignisliste aufgezeichnet sind, abgeleitet werden kann. Dann leitet die Teil-Routine für jede Paketgröße, die in der Testpaketsequenz eingeschlossen ist, eine minimale und eine mittlere Umlaufzeit ab, und diese Werte werden grafisch gegenüber der Paketgröße auf dem Ausgabegerät 22 dargestellt.
Fig. 4 zeigt den Graph der minimalen Verzögerung gegenüber der Paketgröße für typische Testergebnisse. Wie gesehen werden kann, wurde eine gerade Linie 70 durch die minimalen Verzögerungswerte gezeichnet. Das Inverse der Steigen dieser Linie ist die Netzwerkbandbreite zwischen der Teststation und der entfernt angeordneten Station 12, während der Schnittpunkt der Linie 70 auf der minimalen Verzögerungsachse die Gesamtlaufzeitverzögerung zwischen den Stationen angibt (d.h., die Verzögerung, die ein Paket mit einer Länge von Null ohne Warten haben würde). Dies liegt daran, da, vorausgesetzt daß eine ausreichende Anzahl von Testpaketen jeder Größe bereitgestellt wurde, erwartet werden kann, daß zumindest eines dieser Pakete durch das Netzwerk ohne Warten laufen wird, und es wird dieses Netzwerk sein, daß die minimale Umlaufzeit aufzeichnet.
Der Graph der mittleren Verzögerung gegenüber der Paketgröße, der in Fig. 5 gezeigt ist, eröffnet weitere Charakteristika des Übertragungsweges zwischen den Stationen 11 und 12. Dieser Graph zeigt eine bruchstückhafte Linie 71, 72, die zwischen den mittleren Verzögerungspunkten auf dem Graph gezeichnet ist; zusätzlich ist in dem Graph aus Fig. 5 ebenfalls die minimale Verzögerungslinie 70 aus Fig. 4 gezeigt. Die Differenz zwischen der mittleren und der minimalen Umlaufzeitverzögerung für die verschiedenen Paketgrößen schafft eine Anzeige der mittleren Warteverzögerung für jede Paketgröße. Die Diskontinuität der mittleren Verzögerungslinie 71, 72, ergibt sich aus der Tatsache, daß die interne Paketgröße einer oder mehrerer der Netzwerkverbindungen durch die größere der gesendeten Testpakete überschritten wurde, so daß die Testpakete segmentiert wurden und einer größeren Verzögerung in den Wartegeräten des Netzwerks ausgesetzt waren. Folglich kann aus Fig. 5 abgeleitet werden, daß in dem Übertragungsweg, dem die Testpakete zwischen den Stationen 11 und 12 gefolgt sind, eine oder mehrere Netzwerkverbindungen vorhanden sind, die eine interne Paketgröße aufweisen, die größer als 1000 Byte ist, aber kleiner als 1.500 Byte.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Netzwerkcharakteristika, die aus dem ersten Test abgeleitet werden können (dieses sind Bandbreite, Laufzeitverzögerung, mittlere Warteverzögerung und interne Netzwerkpaketgröße), können weitere Charakteristika aus der Ereignisliste 51 abgeleitet werden. Diese weiteren Charakteristika schließen die Paketverlustrate und die Paketverdoppelungsrate ein.
Anstelle von oder zusätzlich zu den grafischen Darstellungen, die in Fig. 4 und 5 gezeigt sind, kann die Teil-Routine, die durch das Hauptprogramm 39 zum Zwecke der Analyse der Ereignisliste aufgerufen wurde, angeordnet sein, um die verschiedenen Netzwerkcharakteristika, die oben als von den Anzeigegraphen abgeleitet beschrieben wurden, zu berechnen.

Zweites Testverfahren

Der zweite Test, der durch die Testvorrichtung ausgeführt wird, die die vorliegende Erfindung ausführt, verwendet eine Testpaketsequenz in der Form, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Die Testsequenz aus Fig. 6 schafft eine Mehrzahl von Bündeln von Rücken-an-Rücken Testpaketen, wobei jedes Bündel von den anderen Bündeln durch ein Intervall T derart isoliert ist, daß die Auswirkung eines Bündels auf das Netzwerk verschwunden ist, bevor das nächste Bündel gesendet wird. Wie es dargestellt ist, können die Testpakete alle dieselbe Dauer haben, obwohl dies für die Zwecke des zweiten Tests nicht notwendig ist (tatsächlich kann die Testsequenz aus Fig. 8, die für den unten beschriebenen dritten Test verwendet wird, ebenfalls für den zweiten Test verwendet werden, obwohl die Länge der Testpakete sich in jedem Bündel verändert).
Der zweite Test wird durch Ausführen des Haupttestsequenzprogramms 30 in der oben für den ersten Test beschriebenen Art ausgeführt, außer daß nun auf die Testpaketsequenzliste entsprechend der Fig. 6 durch das Programm zugegriffen wird, und verwendet wird, um die geeignete Testsequenz zu erzeugen. Ferner wird die Analyse der Ereignisliste, die durch diese Testsequenz der Fig. 6 erzeugt wird, durch eine Teil- Routine, die für den zweiten Test spezifisch ist, bewirkt.
Der Zweck des zweiten Tests besteht darin, die minimale Pufferlänge in dem Übertragungsweg zwischen der Teststation und der ausgewählten entfernt angeordneten Station 12 zu identifizieren; dies wird durch eine Sättigung der Puffer erreicht derart, daß die Pakete verlorengehen. Um die erwünschte Sättigung zu erreichen, schließt die Testsequenz Bündel von Paketen ein, wobei jedes Bündel wirksam ein Durchlauf des zweiten Test ist.
Beim Analysieren und Anzeigen der Ergebnisse des zweiten Tests wird die Ereignisliste verarbeitet, um die mittlere Verlustrate der Pakete für jede Paketsendeposition in jedem Testsequenzbündel zu bestimmen. Die Ergebnisse dieser Verarbeitung werden dann auf der Anzeige 22 in der Form eines Graph dargestellt, der den Prozentsatz der gesendeten Pakete gegenüber der gesendeten Position in Bündel darstellt, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist.
In Fig. 7 sind die Pakete an den ersten drei Positionen in einem Bündel als mit einer nahezu 100%igen Rate empfangen dargestellt; die Pakete an der vierten und an der fünften Position in einem Bündel werden jedoch nur selten empfangen. Ein Graph dieser Form schafft eine starke Anzeige, daß auf dem Übertragungsweg zwischen den Stationen 11 und 12 ein Puffer vorhanden ist, der lediglich drei Pakete halten kann, bevor er überläuft. Es ist offensichtlich, daß diese Informationen nicht nur grafisch aus den Ergebnissen der Analyse der Ereignisliste abgeleitet werden können, sondern daß es ebenfalls möglich wäre, die analysierten Ergebnisse zu verarbeiten, um eine solche Anzeige abzuleiten.

Drittes Testverfahren

Der dritte Test, der durch die Testvorrichtung gemäß der Erfindung ausgeführt wird, dient dazu festzustellen, ob irgendeine erneute Sequenzierung der Pakete während der Übertragung zwischen den Stationen 11 und 12 stattfindet. Bisher wurde eine Testsequenz von der Form, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, verwendet. Wie es zu sehen ist, umfaßt die Testsequenz aus Fig. 8 eine Mehrzahl von Testpaketbündeln, die voneinander durch ein Zeitintervall T getrennt sind. Innerhalb eines Bündels sind die Pakete in abnehmender Größe angeordnet und werden Rücken-an-Rücken gesendet. Bei einer Testsequenz dieser Form ist es wahrscheinlich, daß diese irgendein erneutes Sequenzierungsverhalten des Netzwerks identifiziert, da ein solches Verhalten normalerweise das Zuordnen von Prioritäten zu kürzeren Paketen einschließt, und diese Pakete sind in Richtung des Endes jedes Bündels eingeschlossen; wenn eine erneute Sequenzierung auftritt, dann kann erwartet werden, daß die kürzeren Pakete in jedem Bündel früher empfangen werden.
Der dritte Test wird ausgeführt durch Durchführen des Haupttestsequenzprogramms 30 in der für den ersten und den zweiten Test oben beschriebenen Art, wobei der primäre Unterschied darin besteht, daß das Programm nun eine Testpaketsequenzliste verwendet, die derjenigen aus Fig. 8 entspricht, um die Übertragung der Testpakete zu steuern. Ferner ist die Teil-Routine zum Analysieren und Anzeigen der Ergebnisse der Ereignisliste, die durch den dritten Test erzeugt werden, für den dritten Test spezifisch.
Diese Analyse- und Anzeige-Teil-Routine ist angeordnet, um für jede Empfangsposition in einem Bündel den mittleren Prozentsatz von Paketen abzuleiten, die durch ihren Ursprung in dem gesendeten Bündel empfangen werden. Die Analyseergebnisse sind auf der Anzeige in einem Graphen in der Form, wie sie in Fig. 9 dargestellt ist, angezeigt. Folglich kann gesehen werden, daß die erste Position in einem Bündel, der von der Teststation 11 zurückempfangen wurde, primär durch das erste Testpaket besetzt ist, das in einem Bündel ausgesendet. wird, aber daß zusätzlich die erste Empfangsposition ebenfalls durch einen kleinen Prozentsatz der zweiten und der dritten Pakete, die in einem Bündel ausgesendet wurden, besetzt ist. Aus dem Graph in Fig. 9 kann abgeleitet werden, daß eine erneute Sequenzierung der Pakete auf dem Netzwerkweg zwischen den Stationen 11 und 12 stattfindet, und daß diese erneute Sequenzierung Pakete betrifft, die zumindest 1500 Byte groß sind (die Größe des zweiten Testpakets in jedem Bündel).

Varianten

Verschiedene Modifikationen und Änderungen der beschriebenen Testvorrichtung und Verfahren sind selbstverständlich möglich. Folglich können z.B. anstelle der Anordnung jedes Testpakets, daß durch die entfernte Station zurückgeführt werden soll, dieselben Informationen bezüglich der Netzwerkcharakteristika, wie sie oben unter Verwendung von zurückgeführten Testpaketen abgeleitet wurden, durch eine Einweg- Übertragung der Testpaketsequenzen durch die entfernt angeordnete Station abgeleitet werden, die jedes Testpaket sammelt und dessen Empfangszeit aufzeichnet. Eine solche Anordnung ist durch die Sammel- und Rückgabe-Station 13 in Fig. 1 dargestellt. Da die Analyse der Testergebnisse zumindest für einige der Tests einen Vergleich der Zeit des Sendens und des Empfangs der Testpakete erfordert, muß die Zeitstempelung, die durch die Sammel- und Rückgabe-Station 13 bewirkt wird, mit der Sendezeitstempelung, die durch die Teststation 11 bewirkt wird, koordiniert sein. Dies kann auf einer Anzahl von Arten erfolgen, z.B. durch Anordnen jeder Station, ein Netzwerkzeitprotokoll ablaufen zu lassen, das dazu dient, die Takte bei den Stationen durch ein Haupttaktsystem zu synchronisieren. Nachdem die Sammel- und Rückgabe-Station 13 eine Empfangsereignisliste, ähnlich der Ereignisliste 51 in Fig. 2, erzeugt hat, kann diese Liste bei Abschluß der Testsequenz an die Teststation 11 zur Analyse zurückgegeben werden, zusammen mit der Ereignisliste, die an der Teststation zum Zeitpunkt der Paketübertragung erzeugt worden ist.
Tatsächlich ist es im allgemeinen nicht notwendig, Test- und Zielstationstakte zu haben, die eng miteinander synchronisiert sind. Der Grund hierfür liegt darin, daß viele der erwünschten Informationen durch Nachschauen der Veränderungen der Laufzeit abgeleitet werden können, und nicht durch den tatsächlichen Wert der Laufzeit. Laufzeitveränderungen können durch Kenntnis der Zeit der Übertragung von der Teststation 11 und durch eine konstante Taktrate an der Sammel- und Rückgabe-Station 13 einfach abgeleitet werden.
Da das Vorsehen einer Rückführeinrichtung an einer Netzwerkstation allgemein verbreitet ist, wird das Ausführen der oben beschriebenen Tests unter Verwendung einer Paketrückführung gegenüber dem Sammel- und Rückgabe-Ansatz, der durch Station 13 ausgeführt wird, bevorzugt, nachdem es im letzteren Fall notwendig ist, an der Station, die mit dieser Fähigkeit ausgerüstet werden soll, eine spezifische Software bereitzustellen.

Claims

1. Ein Verfahren zum Testen eines auf Paketen basierenden Netzwerks, um Charakteristika einer Paketübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Knoten des Netzwerks festzustellen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Übertragen von Paketen zwischen den Knoten, Empfangen der Pakete an einem Knoten und Korrelieren der Paketübertragung und des Empfangs, um Korrelationsdaten abzuleiten, die eine erste der Übertragungscharakteristika anzeigen; dadurch gekennzeichnet,

daß die Pakete als eine Sequenz übertragen werden, in der die Pakete in einer vorbestimmten Beziehung zueinander sind, wobei sich zumindest ein Parameter der Pakete in der Sequenz über die Sequenz ändert; wobei die Korrelationsdaten abgeleitet werden, um sie auf die Parameter zu beziehen, und

daß eine zweite der Charakteristika der Übertragung durch Untersuchung der Beziehung zwischen den Korrelationsdaten und den Parametern über die Sequenz bestimmt wird.

2. Ein Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem der zumindest eine Parameter zumindest einen der Werte Zwischen- Paket-Beabstandung, Paketgröße und Paketposition in der Sequenz umfaßt.

3. Ein Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der zumindest eine Parameter die Paketgröße ist, wobei die Sequenz von Paketen für jede einer Vielzahl von Paketgrößen eine jeweilige Mehrzahl von Paketen umfaßt, wobei die Pakete der Sequenz isoliert voneinander übertragen werden.

4. Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem die Korrelationsdaten die minimale Umlaufzeit für jede Paketgröße umfassen, wobei die minimale Umlaufzeit grafisch gegenüber der Paketgröße dargestellt ist, wodurch es ermöglicht wird, die Bandbreite und/oder die Laufzeitverzögerung zwischen den Knoten zu bestimmen.

5. Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem die Korrelationsdaten die minimale Paketumlaufzeit für jede Paketgröße umfassen, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Verarbeitens der Korrelationsdaten umfaßt, um die Netzwerkbandbreite und/oder die Laufzeitverzögerung zwischen den Knoten zu bestimmen.

6. Ein Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Korrelationsdaten die mittlere Paketumlaufzeit für jede Paketgröße umfassen, wobei die mittleren Paketumlaufzeiten grafisch gegenüber der Paketgröße dargestellt sind, um es zu ermöglichen, die interne Netzwerkpaketgröße zu bestimmen.

7. Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem die Korrelationsdaten die mittlere Paketumlaufzeit für jede Paketgröße umfassen, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Verarbeitens der Korrelationsdaten umfaßt, um die interne Netzwerkpaketgröße abzuleiten.

8. Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem die Korrelationsdaten die minimale und die mittlere Paketumlaufzeit für jede Paketgröße umfassen, wobei die minimale und die mittlere Umlaufzeit grafisch gegenüber der Paketgröße dargestellt sind, wodurch es ermöglicht wird, die mittlere Warteverzögerung zwischen den Knoten zu bestimmen.

9. Ein Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem die Korrelationsdaten die minimale und die mittlere Paketumlaufzeit für jede Paketgröße umfassen, wobei das Verfahren ferner den Schritt des Verarbeitens der Korrelationsdaten umfaßt, um die mittlere Wartezeit zwischen den Knoten abzuleiten.

10. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem zumindest ein Parameter die Zwischen-Paket-Beabstandung ist, und bei dem die Paketposition der Sequenz von Paketen eine Serie von isolierten Paketbündeln umfaßt, die jeweils aus einer Mehrzahl von Paketen bestehen, die unmittelbar hintereinander gesendet werden, wobei die Korrelationsdaten für zumindest einen Parameter, der als Paketposition innerhalb des Bündel, so wie er übermittelt wurde, ausgedrückt wird, die mittlere Paketverlustrate anzeigt, wodurch es ermöglicht wird, die minimale Pufferkapazität zwischen den Knoten zu bestimmen.

11. Ein Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem zumindest ein Parameter die Zwischen-Paket-Beabstandung ist, und bei dem die Paketposition der Sequenz der Pakete zumindest einen isolierten Paketbündel umfaßt, der aus einer Mehrzahl von Paketen besteht, die unmittelbar nacheinander und in abnehmender Größe übertragen werden, wobei die Korrelationsdaten irgendeine Differenz der Paketsequenzierung zwischen dem zumindest einen Bündel, wie er gesendet wurde und wie er empfangen wurde, anzeigt.

12. Ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Pakete von einem ersten Knoten übertragen werden und von einem zweiten Knoten zum Empfang am ersten Knoten zurückgeführt werden, wobei die Korrelationsdaten durch Vergleich der Paketübertragung und des Empfangs am ersten Knoten abgeleitet werden.

13. Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Pakete von dem ersten Knoten übertragen werden und von dem zweiten Knoten empfangen werden, wobei Empfangsdaten abgeleitet werden, die Parameter des Paketempfangs am zweiten Knoten anzeigen, wobei die Empfangsdaten zurück an den ersten Knoten gesendet werden, um als oder zur Ableitung der Korrelationsdaten verwendet zu werden.

14. Vorrichtung zum Testen eines auf Paketen basierenden Netzwerks, um Charakteristika der Paketübertragung zwischen einem ersten und einem zweiten Knoten auf dem Netzwerk sicherzustellen, wobei die Vorrichtung eine Übertragungseinrichtung zum Übertragen von Paketen zwischen den Knoten, eine Empfangseinrichtung zum Empfangen der Pakete an einem der Knoten, und eine Korrelationseinrichtung zum Korrelieren der Paketübertragung und des Empfangs, um Korrelationsdaten abzuleiten, die eine erste der Übertragungscharakteristika anzeigen, umfaßt; dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinrichtung wirksam ist, um Pakete als eine Sequenz zu übertragen, in der die Pakete in einer vorbestimmten Beziehung zueinander sind, wobei sich zumindest einer der Parameter der Pakete in der Sequenz über die Sequenz ändert; wobei die Korrelationseinrichtung wirksam ist, um die Korrelationsdaten abzuleiten, um diese auf den Parameter zu beziehen; und daß eine Bestimmungseinrichtung vorgesehen ist, um eine zweite der Übertragungscharakteristika durch Untersuchen der Beziehung zwischen den Korrelationsdaten und dem Parameter über die Sequenz zu bestimmen.