根据 NTP和 HTTP的网络丈量
第一章网络测量概述
1. 1论文研究的目的及意义
随着 Internet使用的日益普及和 Internet结构的日益复
杂，，网络拥塞和服务质量低等系列问题不断涌现出来。越来越有必要对
网络的整体拓扑结构、网络行为和网络
运行质量进行深入的了解、分析，以便于发现网络瓶颈，优化网络
配置，提高网络资源利用率，并进一步发现及消除网络中可能存在的潜在
危险，构建更为安全可靠的互联网。
为此，需要对大规模网络结构进行动态描述，并根据网络流
量的变化分析网络的性能，为加强网络管理、提高网络利用率、防范大规
模网络攻击提供技术支持平台。
而 Internet测量与分析则是收集网络运行参数、分析网络运行性能
的重要手段，也是进行高性能协议设计、设备研发、网络规划与建设、高
性能应用开发的重要基础，更
是对网络结构及运行情况进行数学描述及网络行为控制的重要前
提。因此，Internet的测量与分析不仅成为学术界，而且成为企业界和
国家政府部门普遍关心的重要问题
之一。Internet测量的对象主要包括链路或端到端的时间延迟、带
宽、丢包率、吞吐量、突发频率和网络拓扑，并开展网络可靠性、稳定
性、可达性等方面的分析。
本文先以 NTP ( Network Time Protocol，网络时间协议)为
基础，对 CERNET( China Education and Research Network，中国教育
科研网)中的 NTP Servers进行了
测量和分析，并对 CERNET中 NTP Servers的时间精度进行了统计及
研究，提供了很好的偏差分析结果，对构建 CERNET中时间同步系统具有
重要意义。然后，本文以
HTTP ( HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议)为基础，
对各大常用网站的 RTT( Round-Trip Time，往返时延)进行了测量，分析
了网站的运行规律，并给出了网站
稳定性的评价标准及计算方法，对构建高效稳定的互联网提供了很
好的参考依据。
1. 2网络测量技术概述
2. 1网络测量技术的定义
网络测量技术是指遵照一定的方法和技术，利用软件和硬件
工具来测试或验证表征网络性能的指标的一系列活动的总和，可以借鉴物
理学中测量物理量的方法。网
络测量包含以下 3个要素。(1)测量对象:被测量的节点或链路，测
量节点、链路或网络的特征，如链路的时延、带宽、丢包率，路由器的路
由效率、时延、丢包率，
Web服务器的应答延迟、吞吐率、系统容量、最大稳定链接数等;
(2)测量环境:包括测量点的选取、测量时间的确定、测量设备、通信链路
的类型等;(3}测量方法:
针对某一具体的网络行为指标，选取合适的测量方法，测量方法应
满足稳健性—被测网络的轻微变化不会使测量方法失效;可重复性—同样
的网络条件，多次测量结
果应一致;准确性—测量结果应能反映网络的真实情况。
网络测量技术的分类
网络测量的分类标准有多种。根据测量的方式，分为主动测
量和被动测量;根据测量点的多少，分为单点测量与多点测量;根据被测量
者知情与否，分为协作式测
量与非协作式测量;根据测量所采用的协议，分为基于 BGP协议的测
量、基于 TCP/IP协议的测量以及基于 SNMP协议的测量;根据测量的内
容，分为拓扑测量与性能测量。
在主动测量方式中，通过向网络中发送数据，观察结果和发送
数据所需时间来研究网络的行为。主动测量向网络中发送实际的业务量，
利用这些业务量测量反映网
络提供给其他用户的服务的参数，包括 RTT_和丢包率。到目前为
止，人们所做的大多数项目都涉及到主动测量。比如，美国的 NIMI}I}
(National Internet Measurement
Infrastructure)项目，利用 ping tracerouter} mtrace等工具进
行主动测量;AMP(activemeasurement program)项目，采用 ping进行双向
测量，测量 RTT、丢包率和拓扑。到
了 200(〕年 6月，运行主动测量监视器的源站点有 116个(美国 114
个，新西兰、挪威各 1个)，被测量的目的站点约有 13 340个。其目的是
为了增强参与站点和用户对高
性能网络运行情况的理解，帮助网络用户和提供商分析问
题;Surveyor是一个建立在全球参与站点上的测量平台，部分由 NSF支
持。Surveyor测量 Internet的路径性能，
包括单向延时、损耗、路由测量等，并研究相应的分析方法与工
具。设有 55个监测点，在 I 883条路经上进行单向时延测量;依托于
UCSD/SDSC(University of
California } San Diego } Supercomputer Center)的研究部门
CAIDA(CooperativeAssociation for Internet Data Analysis)，开展网
络测量、分析、可视化工具的研发，维
护全球因特网平台的健壮性和可扩放性，受到 NSF(National
Science Foundation),DARPA(Defense Advanced Research Projects
Agency), ISP(Internet Service Providers)和
硬件供应商的资助，研究对象包括 Internet拓扑结构、网络负载、
网络性能、网络路由，监测正，异常活动，关注带宽估计，负载刻画，长
期趋势识别，以进行流量工程
设计、能力计划、安全迹象检测等等。加拿大国家研究机构使用
Perlscript跟踪对 TRIUMF感兴趣的节点。每 10分钟检测一次丢包率，
每天收集 4次 tracert数据并生
成网络可视化图;欧洲的 PPNCG(Particle Physics Network
Coordinating Group)项目，监视全欧洲某些粒子物理研究所的网络端到
端性能，并加以优化，在主动测量项目中，
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目录
第章网络测量概述
11论文研究的目的及意义，
12网络测量技术概述。
121网络测量技术的定义
L22网络测量技术的分类
123网络测量技术的体系结构。
124网络测量技术的技术路线与难点问题分析
125网络测量的关键技术 7
13网络测量的应用 9
14网络测量的研究现状 1O
15网络测量的发展方向及展望
151针对特定应用的测量，
152无线网络的测量
16论文的研究内容及组织结构
第二章 NTP协议和 HTTP协议
21时钟同步技术~。。，
211各种时间同步技术介绍
212 NTP概念
213 NTP工作原理。
214 NTP特点~。
215 N'TP实现模式~
22 NTP时钟同步网-
221 NTP安全机制。
2 2 1 1 NTP访问控
2 2 1 2 NTP认证
222 NTP同步网的规划
223规划内容
2 2 3 1规划时钟源
2 2 3 2规划 NTP网络的连接
23 HTTP协议
231 HTTP协议定义
232 HTTP结构，
2 3 2 1通用头域
2322请求消息，”
2 3 2 3响应消息。
2 3 2 4实体
第三章基于 NTP协议的 NTP Server测量与分析
31 NTP Server测量程序的设计与实现。
311系统框架设计
3111系统功能模块
3 1 1 2各功能模块的关系
312系统具体实现”
3121相关协议的格式解析及对应数据结构的构造
3 I 2 2 UI模块的设计
3123发送模块的设
3 1 2 4接收模块的设计-
3 l 2 5数据库操作模块的设计
3 1 2 6数据统计模块的设计，
32 CERNET中 NTP Server的测量，。
321 CERNET中 IP地址段的处理，
322本地测量机对时~”。
323补差-~~。
324测量””
33测量结果的统计与分析
331 NT，服务器的层级情况，。
332 NT?服务器使用的版本情况
333 NTP服务器的时间精度，。
334 NT'P服务器的分布情况，
335 CERNET中核心 NTI'服务器情况
34 CERNET中 NTP服务器测量的结论，
第四章基于 HTTP协议的网站侧量
41网站测量工具的设计与实现
411 UI模块的设计
412测量模块的设计
413计时模块的设计
42测量方法-
43测量数据分析
44基于 HTTP协议网站稳定性测量的分析
第五章总结。
