互联网网络运行质量监测体系研究_张义
···························O 运营关注·perat ion F ocus互联网网络运行质量监测体系研究张义李原工业和信息化部电信研究院规划设计研究所助理工程师工业和信息化部
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互联网网络运行质量监测体系研究
张义
李原工业和信息化部电信研究院规划设计研究所助理工程师工业和信息化部电信研究院规划设计研究所高级工程师
摘要：针对互联网网络运行质量监测体制、监测组
监测实施体系分别进行研究，形成一套完织机构、
整的互联网网络运行质量监测体系。通过对该体
系的研究能增强互联网网络运行质量监测工作的
目的性、原则性和系统性，能有效地提高互联网的
管理和建设运营水平，保障互联网的运行服务质
量。
关键词：互联网运行监测，体制机制，组织机构，实
施体系
Abstract ：By studying the mechanism, organization
and implementation of Internet performancemonitor －
ing, this paper proposes a complete system which
can enhance the monitoring work in a more pur －
poseful, principled and systematic way. Such a sys －
tem can effectively improve the construction and
management of Internet, and guarantee the quality
of service of the Internet.
Key Words:Internet performance monitoring,
mechanism, organization, implementation 自上世纪九十年代以来，互联网在全球范围内迅速贸易、文化、媒体、教育等普及，已经广泛地渗透到经济、各个领域，成为人们生活中必不可少的组成部分。世界上很多国家都将互联网定位在振兴本国经济、提高国家竞掌握下一轮全球竞争制高点的战略高度。经过近些争力、年的大力发展，我国互联网取得了长足的进步，就网民规模而论，我国已经是世界上第一大互联网国家，互联网已经成为我国下一代信息基础设施的主体。但是，由于互联网基础设施分布过于广泛、区域发展不均衡、网络规模巨大、网络使用者众多、发展时间短网络拥塞、资源暂，我国互联网出现了网络带宽不均衡、利用率低、网站服务能力不足、服务市场混乱等一系列问题，对我国互联网的管理、建设、运营和使用都造成了较大的影响。互联网网络运行质量监测是发现、定位、评判和解决上述问题的重要手段。通过对互联网系统各方
运营者和面指标的监测和分析，可以让互联网管理者、
全面地了解互联网整体部署架构、网络性使用者快速、
能状况、资源使用和运行情况，及时发现互联网运行中
的问题并提出解决方案，是提高互联网运行质量、支撑
政府管理、服务企业建设运营的重要手段。
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本文旨在对互联网运行质量监测体系进行初步分析，在已有的研究基础之上，构建一个较为完整的互联网运行质量监测体系的基本框架。
测的政策、法规、规章制度、技术标准、准入制度、监测实施细则及其所构成的一整套行之有效的体制、机制的总和，其目的是保障互联网网络质量监测的正常进行。其内容主要涵盖：互联网运行质量管理机制、互联网运行质量监测实施机制、互联网运行质量监测结果发布披露机制、互联网运行质量监测结果。反馈机制等（见图１）
1互联网网络运行质量监测体系
概述
互联网运行质量监测体系是互联网质量保证体系中的重要组成部分。通过对互联网性能指标的监测和分析，可以得到关于互联网运行质量规律性的互联结论，以此作为互联网管理工作的基础。同时，网监测也是获取互联网网络行为和参数的最有效的建设和运营提供手段之一，能够为互联网网络规划、依据和借鉴。另外，互联网运行质量监测还可以保证互联网最终用户提高用户体验。
目前，有关互联网质量监测分析的技术很多，但尚没有关于互联网网络运行质量监测体系的明确定义，本文对互联网网络运行质量监测体系的定义是：为了保障互联网作为国家基础设施的安全运行，在科研院所和企业的协调组织下，在相有关国家机关、
关法律规章制度的许可范围内，由互联网网络运行质量监测实施机构，遵照一定的方法和技术，利用网络监测软件和硬件，对互联网系统的相关方面进行数据采集和分析，得出一系列网络性能指标的监测结果，并将这些结果和其所代表的问题披露给互联建设运营者和使用者，以提高互联网管网的管理者、
理水平、优化互联网的建设运营和检验互联网服务质量的一系列体制机制、组织机构和实施行为的总和。
根据互联网运行质量监测体系的主要目的和意义，其主要涵盖以下一些内容：互联网网络运行质量监测机制，互联网网络运行质量监测组织架构和互联网网络运行质量监测实施体系等。
图1互联网网络运行质量监测体系机制
互联网网络运行质量管理机制主要由政府、行业和企业的互联网监测相关部门和这些部门所颁布的各种规章制度组成。该机制构成了互联网网络运行质量监测的顶层设计，是整个互联网网络运行质量体系的宪法大纲。这些机制的目的是让互联网运行质量监测有法可依、分工明确、有人监管、有人负责、有人追责。
互联网网络运行质量监测的实施机制主要由互流联网运行质量监测实施主体及相关的监测标准、该机制机制是保证程，监测设备的技术标准等构成。互联网网络质量监测行为合法、有序、有效运行的前提。
互联网网络运行质量发布机制是指相关机构将互联网网络运行质量监测结果进行公布的机制。该是保障互联网相关方对互联网运行质量的知情权和互联网网络运行质量公平透明的主要手段。完善的互联网运行质量监测结果发布机制，可以维护互联网网络运行质量，营造良好的氛围，有利于互联网运行质量不断提高。
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2互联网网络运行质量监测机制
互联网网络运行质量监测机制是各种互联网监
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互联网运行质量监测结果反馈机制是指互联网各相关方就互联网运行质量监测发现、分析得出的问题做出相应反映动作的机制。该机制可以明确互联网运行质量事故的责任主体，加快后续处理流程，有利于提高互联网网络运行质量事件的解决效率。
互联网网络运行质量监测体制可以从体制和制度上保证互联网网络运行质量监测的顶层设计环节监测实施环节有序高效、监测结果透明公周全完善、
正、监测结果得到有效反馈，是促进互联网网络运行质量不断改善的基础。
他们在互联网运行质量监测系统中的职责包括制定组织评议、监督完善监测工作等。互联网运行政策、
质量管理机构是互联网运行质量监测中重要的角色，他们是互联网质量监测开展的重要保障。
互联网运行质量的监测实施机构是互联网监测的实施主体，主要是指国家机关制定的网络监测实验室、网络监测企业、电信运营企业自身的网络监测平台等。其主要责任是通过研究互联网监测技术，开发不同的互联网监测平台，收集互联网流量状况、网络拓扑信息、流量分布、节点路径状况等，并进行相关的总结和分析，得到互联网运行质量的结论和相关建议。
互联网运行质量监测的建设和运营者，主要是指各大电信运营商、互联网内容推送ＣＤＮ服务商、互联网内容提供商（网站系统拥有者）等。互联网运行质量监测的主要对象是他们所建设的互联网骨干网络、接入网络、内容推送系统、互联网网站系统等。在互联网网络质量监测活动中，他们的责任是配合相关监测机构对其基础设施、网络节点、网络设备、网站系统等的监测，并对监测所体现出来的问题制定应对措施。
互联网最终用户，主要包括普通网民、有信息化需求的政府机关和企事业单位、使用ＣＤＮ内容推送服务的互联网内容提供商等。互联网最终用户关心互联网运行质量对其用户体验、行政效率、经济效益的影响，提高互联网对这些使用者的服务质量是互联网质量监测的直接目标。
3互联网网络运行质量监测组织架构
互联网网络运行质量监测组织架构是互联网网络运行质量监测过程中在各个环节各相关方及其所构成的架构的总和。其组成包括与互联网及互联网行业协会、企业和个体等。根监测相关的政府机关、
据互联网网络运行质量监测组织架构中各不同角色的主体功能与作用，可以分为互联网运行质量监测互联网运行质量的监测实施机构、互联的管理机构、
网基础架构的建设运营机构和互联网最终用户等（见图２）。
互联网运行质量的管理机构主要指国家机构、权威的第三方机构、行业协会、企业的管理机构等，这些机构对互联网运行质量起着督导和管理作用，
互联网运行质量监测的管理机构
互联
网基础架构的建设运营机构
互联网运行质量的监测实施机构
4互联网运行质量监测实施体系
互联网网络运行质量监测实施体系主要解决互联网监测从哪里获取数据、获取哪些数据、如何获取数据、如何处理数据、数据处理结果如何呈现等问题。互联网监测实施体系决定了互联网监测的最终成果，是互联网监测分析体系的关键部分。互联网网络运行质量监测实施体系包括互联网监测的实施对象和目标、互联网监测的指标体系、互联网监测技术
互联网
政府、企业、个人用户
图2互联网网络运行质量监测组织架构
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体系等。
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4.1互联网网络运行质量监测实施对象和目标
互联网架构复杂、覆盖广泛，互联网监测主体对互联网网络运行质量的关注角度和程度也各有差异。因此，对互联网网络运行质量监测的指标及其分析应该根据监测对象不同而各有侧重。本文根据互联网的基础架构组成，将互联网运行质量监测对象互联网骨干网络、叠加的互分为：互联网信源系统、联网内容推送系统、互联网接入网络（见图３）。
网间运行质量、ＢＧＰ（边界网关协议）拓扑架构情况、根域名服务器解析性能、域间路由情况等。骨干网运行质量表征了互联网系统将数据跨域长距离传输的能力，是互联网网络运行质量的核心。
内容推送系统主要包括ＣＤＮ内容推送系统、ＩＤＣ系统等叠加在实际互联网网络架构之上的一层逻辑网络结构，互联网内容推送系统主要解决将互“倒数第二公里”问题，其联网内容推送到离用户的
负责将互联网内容推送到离用户最近的边缘服务
器，然后边缘服务器将互联网内容根据用户地理位置、网络位置等分发给最终
互联网内容推送系统监测主要目用户［２］。
标包括：ＣＤＮ中心服务器可用性、ＣＤＮ边缘服务器可用性、ＣＤＮ域名重定向系ＩＤＣ带宽等。内容推送系统的运统性能、
行质量表征互联网系统解决将互联网内容推送到用户侧的能力，是互联网运行质量的重要因素。
用户接入网主要包括用户驻地网等用户网络接口（ＵＮＩ）到用户终端之间的相关网络设施和链路，用户接入网监测
用户接目标包括ＤＳＬＡＭ线路性能监测、入路由器性能监测等。用户接入网表征了用户使用互联网的最后一公里的质量，是用户对互联网运行质量最直接的由于用户接入技术千差万别，用户感受。
接入网的运行质量差别很大，接入网是用户感知互联网运行质量的直接因素。
互联网信源系统、骨干网、内容推送系统和用户接入网的运行质量能够分别代表互联网系统内容推送第一公里、内容跨域长距离传输、内容推送到用户侧和用户使用最后一公里并接触到网络内容的能力，这基本上囊括了互联网内容从源头到用户的所有环节，是互联网网络运行质量监测的主要对象和目标。
4.2互联网运行质量监测指标体系
互联网网络运行质量监测指标体系是量化表征
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图3互联网质量监测对象
互联网信源系统包括互联网网站源服务器及网互联网内容提供企业内部网络业务平台等，信源络、
信源系系统在互联网架构中处于最初一公里位置［１］。统的具体监测目标主要包括：网站权威域名解析系统性能、源服务器接入带宽、网站内容服务器可用性、网站媒体服务器可用性、网站负载均衡度等。互联网信源系统运行质量表征了互联网系统的第一公里推送能力，是互联网运行质量的源头。
互联网骨干网是互联网跨境传输的核心骨干，作为互联网网络内容传输的核心系统，互联网骨干网对于互联网运行质量至关重要。互联网骨干网的具体监测目标主要包括：骨干网网内运行质量、骨干
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互联网系统各部分运行质量的度量体系，指标体系统一、易采集、可量化等特点。目前常应该具有简单、
用的互联网运行质量监测指标体系主要包括时延、时延抖动、丢包率和路径跳数等。
时延是指监测源节点和目的节点之间发送数据包所需要花费的时长，是衡量互联网网络响应速度时延大小主要受数据包大小、源节快慢的重要指标。
点和目的节点之间的距离长短、经过的节点数量、网络带宽及拥塞状况、网络设备处理能力和调度策略等因素影响
［３］
量监测指标都可以用这几个指标的组合表征。简单可量化的互联网运行质量监测指标体系保证了互联网监测系统运行的高效性与可行性。
4.3互联网运行质量监测技术体系
互联网监测技术是互联网运行质量监测实施的基础，互联网监测主要涉及的技术有数据采集技术数据呈和性能分析技术，此外还包括数据存储技术、现技术等。成熟先进的互联网运行质量监测技术是互联网运行质量监测体系的权威性、有效性和高效率的重要保障。
４．３．１监测数据采集技术
监测数据采集技术是研究如何获得网络指标数据的相关技术。本文根据采集数据的方式，将互联网监测数据采集技术分为主动采集和被动采集。
主动采集方式是指网络监测系统主动地在被监测网络中发出测试数据包，数据采集系统负责收集反馈测试数据包用以收集目标网络的性能数据，主动采集通常提供一条路径上的多段链路和多个节点灵活机动，易的性能。主动采集的优点是可控性高，
于实现端到端的性能测量，缺点是流量采集会改变目标网络运行、增加网络运行负担，因而不宜在拥塞链路上采用。
被动采集即在链路或设备（如路由器、交换机）上利用采集设备对网络数据进行采集，如ＯＣＸｍｏｎ监测器通过分光器采集包头数据。被动采集的优点是能避免干涉监测网络的正常运行，对被监测网络性能的影响较小。其缺点是被动采集方式是对网络流量的全备份，需要占用大量的存储空间，消耗大量的处理能力，对采集系统资源要求较高。
４．３．２网络性能监测分析技术
网络性能监测分析技术是对网络数据集进行分解析协议或者分析析的技术总称。通过分解数据包、
流量行为特征，可以分析被监测点、端口、路径或者设备的各性能指标数据和这些性能指标所代表的网络架构、拓扑、安全问题。本文将网络性能监测分析技术分为网络协议分析技术和网络行为统计分析技术。
。时延可分为双向往返时延
（Ｒｏｕｎｄ－Ｔｒｉｐ－Ｔｉｍｅ，简称ＲＴＴ时延）和单向时延（Ｏｎｅ－Ｗａｙ－Ｄｅｌａｙ，简称ＯＷＤ时延），单位一般以ｍｓ一般来说，由于ＲＴＴ时延获取方法较简单，在计算。
监测工作中使用更为广泛，而ＯＷＤ时延主要用于对网络上下行需要精确测量的单向监测场景。
时延抖动（简称抖动）是指数据包传输时延在一段较短的时间内的变化，是衡量互联网网络传输稳非周期性定性的重要指标，主要受网络负载周期性、变化和路由更新变化等因素影响。常见的时延抖动是可以以均值离散系数指标v ?衡量ＲＴＴ时延抖动，当v ??1时，表明在统计周期内，ＲＴＴ时延较为规则和平滑；当v ??1时，表明在统计周期内，ＲＴＴ时延较为不规则或有突发性。
丢包率是指丢失的数据包数占发送的总数据包网络数据包从源端发出，在到达目的端的数的比率。
过程中，受网络设备及链路故障、网络拥塞、路由信息错误以及病毒攻击等影响总会发生丢失的现象。丢包率是衡量网络传输质量的重要指标之一。
路径跳数是数据包从源端发送，到达目的端所经过的ＩＰ节点数量。跳数是衡量互联网传送距离、网络结构和路径合理性的重要指标，跳数指标受链路物理距离、路由状况等因素影响。一般来说，随着跳数的增加时延也会逐步增大，尤其是在网络通信环境较好的状况下。跳数与互联网网络质量有一定的关系，是分析互联网网络质量的参考因素之一。
时延、抖动、丢包率等指标是互联网运行质量监测指标体系的原子因素，一般的互联网网络运行质76
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网络协议分析技术主要是指利用已知协议的协协议格式、字段标示等，通过对网络数据包议类型、
的解析获得相关指标，并对这些指标所代表的问题和内涵进行分析，得出网络监测的结果。
网络行为统计分析技术包括流量分析、热点分行为分析对象主要针对未知类型的数据流、协析等。
议类型或者众多协议叠加的数据流的分析，利用统计分析原理，从流量的外在行为表征获取相关采集数据包和协议类型的信息［４］。网络行为分析技链路、
术涉及到较多统计学、逻辑学、行为学知识，需要对各种协议的行为建立预先的行为分析库，是针对大未知类型流量、协议欺骗、Ｐ２Ｐ流量等进型骨干网、行分析的有效手段。
网络性能监测分析技术是涉及计算机通信网数学、统计学、数据库、数据挖掘、粗糙集等多学络、
科的交叉研究领域，是互联网网络运行质量监测技术体系的核心技术。
４．３．３网络监测其他相关技术
数据存储技术，互联网监测分析需要大量高效的存储系统用于采集大量的数据。互联网监测系统的存储一般是采用磁盘阵列（ＲｅｄｕｎｄａｎｔＡｒｒａｙｓｏｆＩｎｅｘｐｅｎｓｉｖｅＤｉｓｋｓ，ＲＡＩＤ）。ＲＡＩＤ的原理是利用数组方式配置磁盘组，配合数据分散排列的设计，提升数据的安全性。利用这项技术，将前端互联网监测采集拓扑等数据切割成许多区段，分别系统收集的流量、
存放在各个硬盘上［５］。增强网络监测数据的物理和逻辑安全，提升监测系统的健壮性。
数据呈现技术是研究以何种方式将网络监测分析结果组织并呈现出来的一种技术。数据呈现技术是互联网监测技术体系涉及的一种重要技术。现在网络质量监测平台主要的数据呈现技术包括ｗｅｂ数数据库ｔｏｏｌ定制、大屏幕展示等，这些技术学建模、
可以清晰的将互联网运行质量监测的结果展现给互联网的管理、建设、使用者，让不具备相关专业知识的人员也可以快速的获取互联网监测信息。
网络监测技术的研究可以提高互联网网络监测实施的效率和有效性，保证网络监测结果的权威和
正确性，是互联网网络运行质量监测体系的核心内容之一。
5结语
完善的互联网网络运行质量监测体系应该是一个闭环而又开放的体系。所谓闭环，主要体现在互联网络运行质量监测体系的完整性。完善的互联网网络运行质量监测体系应该涵盖互联网网络运行质量的各个环节，包括健全的网络监测机制、完备合理的网络监测组织架构、先进的网络监测实施技术体系和简单统一的网络监测指标体系。这样的互联网网络运行质量监测体系可以形成一个包含顶层设计、组织架构和具体实施，三位一体的闭环监测体系。所谓开放，是指现有的互联网网络运行质量监测体系还远未成熟，还需要进一步改进和完善，各种新技术新平台和新机构都有进入监测体系的可能。而且随着互联网的不断发展，新的互联网监测需求纷纷出现，这也决定了互联网网络运行质量实施体系必须是一个开放包容的体系。
参考文献
［１］兰景英，王永恒．Ｗｅｂ系统性能测试研究［Ｊ］．计算机技术与发展．２００８，１８（１１）：９０－９３．
［２］徐玲．ＣＤＮ网络中负载均衡的研究［Ｄ］．上海交通大学，２００７．［３］Ｐ．Ｃｈｉｍｅｎｔｏ，Ｊ．Ｉｓｈａｃ．ＤｅｆｉｎｉｎｇＮｅｔｗｏｒｋＣａｐａｃｉｔｙ．ＩＥＴＦＲＦＣ５１３６２００８［ＥＢ／ＯＬ］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｆｃ－ｅｄｉｔｏｒ．ｏｒｇ／ｒｆｃ／ｒｆｃ５１３６．ｔｘｔ
［４］ＫａｒａｇｉａｎｎｉｓＴ，ＢｒｏｉｄｉＡ，ＢｒｏｗｎｌｅｅＮ，ｅｔａｌ．ＩｓＰ２Ｐｄｙｉｎｇｏｒｊｕｓｔｈｉｄｉｎｇ［Ａ］．Ｇｌｏｂｅｃｏｍ［Ｃ］．Ｄａｌｌａｓ，ＴＸ，ＵＳＡ，２００４．
［５］刘劲松．关于存储系统性能的测试、仿真与评价的研究［Ｄ］．华中科技大学，２００４．
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