Научно-исследовательская и испытательная лаборатория терминального оборудования научно-исследовательского и испытательного центра ОАО "Гипросвязь"

НИИЛ ТО НИИЦ
ОАО "Гипросвязь"

Методы контроля параметров качества услуг передачи данных в сетях стационарной электросвязи 

 

 

 

 

Методология измерений

 

 На основании изложенного выше материала обобщенную структурную схему измерений можно представить в виде, показанном на рисунке 

 

 

Измерительная установка состоит из испытательного персонального компьютера (Test-ПК) и испытательного сервера (Test-Сервер), который имеет специальное программное обеспечение и аппаратные средства. По существу мы имеем информационно-измерительную систему, состоящую как минимум из Test-ПК, канала передачи данных и Test-Сервера.

Методология тестирования базируется на стандарте RFC 2544, применяемом для проверки параметров производительности средств электросвязи. Стандарт описывает сценарии автоматизированной процедуры тестирования при отсутствии сетевого трафика с использованием технологии пакетного зондирования. В качестве зондирующего сигнала канала передачи данных выступают сформированные измерительной установкой пакеты (тестовый файл). Пакет представляет собой набор данных, передаваемых по определенному маршруту.

Определения параметров, подлежащих измерениям, приведены в таблице

 Параметр   Определение     Метод измерения  
Достигнутая входящая скорость передачи данных (download)  Отношение числа переданных  байтов тестового файла на прикладном уровне и принятых байтов без ошибок к времени, затраченном на эту передачу, кбит/с или Мбит/с Передача тестового файла от Test-сервера к Test-ПК на прикладном уровне с помощью протокола FTP [RFC 959]/HTTP [RFC 2616]
 Достигнутая исходящая скорость передачи данных (upload)  Отношение числа переданных  байтов тестового файла на прикладном уровне и принятых байтов без ошибок к времени, затраченному на эту передачу, кбит/с или Мбит/с  Передача тестового файла от Test-ПК к Test-серверу на прикладном уровне с помощью протокола FTP [RFC 959]/ HTTP [RFC 2616]
 

Время задержки передачи IP-пакетов ( )

 Время между передачей и приемом пакетов от точки сетевого окончания до удаленной точки и обратно, мс  Использование метода «Echo Reply Message according” (PING) по протоколу ICMP согласно [RFC 792]
 

Коэффициент потери IP-пакетов (

 Отношение числа потерянных IP-пакетов к числу переданных пакетов, %   Использование метода «Echo Reply Message according” (PING) по протоколу ICMP согласно [RFC 792]

 

Для скорости передачи данных следует отметить, что данными считаются только непосредственно передаваемая полезная информация, исключая всевозможные протокольные заголовки и прочую служебную информацию.

Двухсторонняя (круговая) задержка (round-trip delay time) определяется на заданном промежутке времени. Возможно также определение односторонних задержек, однако они редко используются на практике из-за сложностей их измерения, связанными с временной синхронизацией в измерительных точках.

При измерении коэффициента потерь выполняют усреднение на заданном фиксированной промежутке времени (ITU-T Recommendation Y.1540).

Процесс измерений можно пояснить на примере с помощью временной диаграммы, показанной на рисунке 13.

Процесс измерений начинается с запроса пользователя на измерения параметров качества, который формируется на web-странице Test-сервера. У пользователя на мониторе отображается соответствующее окно тестовой программы, в котором могут быть, например, следующие подокна:

- анкета пользователя;

- результаты измерения.

Рекомендации по разработке окна тестовой программы могут быть взяты из стандарта ETSI ES 202 765-4.

Пользователь заполняет анкету, отражающую информацию о его Test-ПК, например,:

- операционная система на Test-компьютере;

- IP-адрес Test- ПК (этого действия может и не быть, так как Test-сервер может его определить при запросе, поступающем от Test-ПК);

- другая информация.

После того, как была заполнена анкета пользователя, предлагается начать измерения. Для этого требуется, например, нажать клавишу «ПУСК». Это инициирует программу на Test-сервере.

После инициализации программы, Test-сервер, зная IP-адрес Test-ПК, посылает ему сообщение «PING». Измерение производится при использовании метода «Echo Reply Message according» (PING) по протоколу ICMP согласно RFC 792.

Команда «PING» отправляет запросы «Echo» протокола ICMP указанному Test-ПК и фиксирует поступающие от него ответы «Echo-Reply». Время между отправкой запроса и получением ответа (RTT) позволяет определять двусторонние задержки по маршруту и частоту потери пакетов.

Физически структура передачи сообщений «Echo» или «Echo-Reply» протокола ICMP, посылаемые через сеть Ethernet, состоит из следующих частей:

 

Преамбула и признак начала кадра Ethernet (8 байт)

Заголовок кадра Ethernet (14 байт)

IP заголовок (20 байт)

Заголовок ICMP

(8 байт)

Данные (32 байта)

Контрольная сумма кадра Ethernet (4 байта)

 

 Формирование частей «Преамбула и признак кадра», «Заголовок кадра Ethernet» и  «Контрольная сумма кадра Ethernet» производится в соответствии с IEEE 802.3, «IP заголовок» – RFC 791, «Заголовок ICMP» – RFC 792.

Структура формирования «Заголовок ICMP» имеет следующий вид:

 

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

Тип (Type)

Код (Code)

Контрольная сумма (Checksum)

Идентификатор (Identifier)

Номер последовательности

(Sequence Number)

 

 

Поля заголовка «Заголовок ICMP» для сообщений «Echo» или «Echo-Reply» имеют следующие значения:

1) Тип:

               8 –  для «Echo»;

               0 – для «Echo-Reply»

2) Код: всегда – 0;

3) Контрольная сумма полей «Заголовок ICMP» и «Данные»;

4) Идентификатор: Если пакет фрагментирован, то все фрагменты имеют одинаковый идентификатор, например номер порта.

 

 

 

 

 5) Номер последовательности: Номер последовательности начинается с 0 и увеличи-вается на единицу каждый раз, когда посылается следующее сообщение «Echo». В сооб-щении «Echo-Reply» указывается номер последовательности каждого возвращенного па-кета, позволяя увидеть, потерялся ли пакет, поменялась ли последовательность движения пакетов, и был ли пакет продублирован.
Полное отсутствие сообщений «Echo-Reply» может означать, что Test-ПК (или ка-кой-либо из промежуточных маршрутизаторов) блокирует сообщения «Echo-Reply» или игнорирует сообщения «Echo».
Процесс измерения времени задержки и числа ответов «Echo-Reply»

 

Число кадров сообщения «PING» по умолчанию четыре, размер пакета 32 байта. Период передачи кадров 1 секунда. В случае увеличения времени тестирования число кадров может достигать 32.

После получения ответов от Test-ПК в Test-сервере рассчитывается средняя задержка для каждого из четырех сеансов опроса.

Затем производится обработка результатов измерений путем усреднения значений , где j = 1, ... 4  (см. раздел 2).

Полученное усредненное значение результата измерения времени задержки посылается в Test-ПК и отображается у него в подокне «Время задержки передачи IP-пакетов». Для большого времени тестирования усреднение будет не за четыре сеанса, а за 32.

Данные для расчета параметра «Коэффициент потери IP-пакетов» извлекаются на первом этапе измерений. Используя метод «Echo Reply Message according» по протоколу ICMP согласно RFC 792 Test-сервер ведет подсчет откликов от Test-ПК на посланные Test-сервером запросы.

Потерей IP-пакета считается, если на посланный запрос от Test-сервера не был получен отклик от Test-ПК.

Так как посылается 32  IP-пакета, то отношение числа неполученных откликов на число 32 и будет коэффициентом потери IP-пакетов.

Измерения параметров «Достигнутая входящая скорость передачи данных)» и «Достигнутая исходящая скорость передачи данных» производится на основе протокола передачи файлов (FTP) в соответствии с RFC 959 или протокола передачи гипертекста (HTTP) в соответствии с RFC 2616.

.

Алгоритм измерения этих параметров заключается в передаче тестового файла в сторону Test-ПК (третий этап измерений) и переадресации его в сторону Test-сервера (четвертый этап измерений). Сначала измеряется скорость входящего потока данных пользователя, а затем исходящего потока. Процедура измерения этих параметров одинаковая и заключается в следующем.

Передача тестовых файлов производится сегментами, после которых присылается требования подтверждения (ACK) от программы TCP, принимающей данные. Формирование ACK производится по сравнению правильности контрольной суммы, которая формируется при передаче сегмента. По числу ответов ACK можно судить о приеме соответствующих сегментов без ошибок.

Если подтверждения ACK не получено в течение контрольного интервала времени, то данные посылаются повторно.

Процесс измерения скорости передачи данных показан на рисунке

 

Время, за которое производится передача данных тестового файла, фиксируется от начала передачи первого сегмента до момента получения ACK после приема последнего сегмента.

Рассчитывается соответствующая скорость передачи данных (бит/с) входящего или исходящего потока по формуле

 T=NB/t*8

где  – число байтов тестового файла; t – время, за которое был передан тестовый файл без ошибок.

Переадресация тестового файла в сторону Test-сервера производится по команде RETR (переадресация копированного файла) протокола TCP в активном режиме протокола FTP.

В случае малого времени, т.е когда тестовый файл передается один раз, результат измерения не подвергается обработке и отсылается Test-ПК и отображается в соответствующем подокне (этот вариант не рекомендуется, т.к. имеет высокую погрешность). 

При условии большого времени тестирования, когда тестовый файл передается несколько десятков раз, например, 32, то в результате обработки (см. раздел 2) значений  или  при j = 1, 2 …, 32 получаем более достоверные результаты измеренных параметров.

Эти результаты отображаются в соответствующих подокнах на мониторе пользователя.

Время тестирования может достигать нескольких минут и зависит от требуемой точности измерений.