软硬件结合的可编程网络测量平台关键技术研究

摘要

随着互联网的迅速发展，物理链路速率不断提高，网络测量在获知网络性能、网络行为分析等发挥重要作用。然而，互联网的迅速发展，使得测量和掌握网络的动态行为和性能指标变得更加困难。当前，已有很多国际性的测量工作组展开相关工作，构建全球范围的网络测量节点和统一的数据库。同时，网络测量工具一般是运行在纯软件环境下。随着网络链路速度的提升，传统的以纯软件方式实现的测量应用出现缺陷，如报文时间戳精度不足、探测报文间时间间隔不精确等。为了克服传统实现方法的缺陷，提高网络测量的精度及可靠性，本文提出了一种利用硬件网络设备的高精度、高可靠性优势的网络测量体系结构，可有效提高报文时间戳精度、探测报文发送的可靠性。
　　本研究主要内容包括：⑴为克服依靠传统的软件方法实现中的缺陷，本文利用硬件网络设备的优势，提出了支持多测量流并行、高精度报文时间戳、探测报文发送控制的软硬件结合的网络测量体系结构--HPAN，详细描述了软硬件的通信机制、HPAN的测量应用编程模型等。⑵基于NetMagic网络交换实验平台实现了HPAN系统，主要描述了软件与硬件的通信协议 HSRP的基本原理，对硬件和软件的功能和设计进行了详细描述，主要介绍了交互层与上层测量应用在多线程环境下的运行原理。⑶验证了系统的核心功能并实现了典型应用。分别设计两组实验，对内核态、用户态实现下时间戳和报文发送控制进行了对比，结果表明，本文提出的模型可以有效提高测量报文的时间戳精度及发送报文时间间隔的精确度，提高了测量结果的精度。⑷提出的HPAN体系结构提出了高精度报文时间戳的实现方法，并解决了探测报文发送过程中报文间时间间隔不可精确控制的问题，设计精确的硬件发送方法有效提高了网络测量算法的精度和可靠性。对于基于硬件的网络测量平台实现具有重要的应用价值。

目录

封面

声明

目录

中文摘要

英文摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 可编程网络测量平台

1.3 创新点

1.4 论文结构

第二章 相关研究

2.1 传统软件实现的测量

2.2 网络测量平台

2.3 NetMagic开发方法

2.4 小结

第三章 软硬件结合的网络测量体系结构--HPAN

3.1 HPAN的基本设计思想

3.2 HPAN的应用编程模型

3.3 HPAN的软硬件同步机制

3.4 小结

第四章 基于NetMagic的HPAN设计与实现

4.1 HPAN实现总体架构

4.2 硬件功能与设计

4.3 软件功能与设计

4.4 小结

第五章 HPAN的性能评估

5.1 HPAN测试应用的实现

5.2 报文捕获比较实验

5.3 报文发送比较实验

5.4 小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果