IPTAS基准TCP流数据集的建立和应用

摘要

随着互联网规模的迅速增长，网络流量的行为特征日趋复杂。同时用户对网络资源和网络服务质量的要求却越来越高。网络发展的现状迫切要求网络的管理者能够对网络的性能进行精确的管理与控制，从而可以改善和提高网络的服务质量。
　　IPTAS(iptas.edu.cn)是CERNET华东（北）地区网络中心在国家973和国家支撑计划课题的支持下研发的网络流量分析系统。该系统支持网络流量的采集、存储、分析和发布，为所有基于被动测量、面向网络流量分析的程序提供运行、调试和测试支持。自2005年以来，定期在CERNET江苏省网边界采集网络流量，并通过国际惯例方式公开发布。由于采集点位于大规模接入网边界，IPTAS所保存的数据不受非对称路由的影响，具有良好的流完整性。
　　基于IPTAS系统中的数据可以进行很多互联网性能方面的科学研究。在包括端到端传输性能在内的相关研究中，IPTAS系统中的数据可以为算法提供分析数据源，但是无法评价算法的准确性。为此，论文的研究工作围绕建立一个具有一定规模的IPTAS基准TCP流数据集展开，该数据集作为IPTAS系统中数据的补充，用于支持相关科学研究的验证工作。
　　论文中的IPTAS基准TCP流数据集是指在源点、宿点和采集点同步获取的同一个TCP会话过程中全部报文序列的集合。为了建立该基准数据集，首先需要在不同地理位置同步获取基准数据，在此基础上还需要把获取的基准数据进行汇总和整理。为此，论文设计了一个由两个阶段构成的建立方案。第一个阶段是数据获取阶段，该阶段主要解决在不同的地理位置同步获取基准数据并进行汇总。第二个阶段是数据整理阶段，该阶段主要完成在数据汇总和整理的基础上构建基准数据集。
　　数据获取系统采用了C/S结构，由客户端、服务器端和采集点三个部分组成。服务器端采用全球唯一的地址和特定的端口号，客户端基于该地址和端口号与服务器建立TCP连接，上传或下载文件，该地址和端口号同时作为过滤规则来获取基准数据。论文详细介绍了基于Windows系统完成该客户端的设计与实现过程。
　　数据整理系统由数据同步、数据整理和规格化三个模块构成。系统基于流记录的时间戳关系，确定同步时间，以此来同步基准数据，然后基于完整的TCP流记录来匹配基准数据，最后借助NBOS提供的接口完成基准数据的规格化。整个系统运行结果表明上述方案可以有效的建立IPTAS基准TCP流数据集。
　　最后，论文选择一个基于IP Trace的丢包率测度算法（MT算法）作为应用实例，利用基准数据集构造的标准答案，对该算法的准确性及其影响因素进行了分析。分析表明该算法能够有效的判断是否发生丢包，但准确性较差，分析同时表明测量点相对位置和SACK会造成估计值偏小的概率增大。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．2．1 网络测量概述

1．2．2 网络性能测量

1．3 IPTAS系统

1．3．1 IPTAS系统简介

1．3．2 IPTAS系统中的数据

1．4 研究目标及研究内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．5 论文组织结构

第二章 IPTAS基准TCP流数据集的建立方案

2．1 TCP的相关特征

2．1．1 报文的首部格式

2．1．2 连接的建立与终止

2．2 TCP流的相关定义

2．2．1 流和流记录

2．2．2 完整的TCP流

2．2．3 完整的TCP流记录

2．3 IPTAS基准TCP流数据集

2．3．1 基准TCP流数据集的定义和描述

2．3．2 基准TCP流数据集的用途

2．4 方案设计

2．4．1 设计目标

2．4．2 设计难点与解决思路

2．4．3 数据获取方案

2．4．4 数据整理方案

2．5 本章小结

第三章 数据获取系统的设计与实现

3．1 总体设计

3．1．1 总体需求

3．1．2 总体方案

3．1．3 总体结构

3．2 客户端的设计与实现

3．2．1 需求分析

3．2．2 工作流程

3．2．3 相关的数据结构

3．2．4 关键问题解决方案

3．3 采集点的设计与实现

3．3．1 需求分析

3．4．2 工作流程

3．4．3 关键问题解决方案

3．5 测试与运行

3．6 本章小结

第四章 数据整理系统的设计与实现

4．1 总体设计

4．1．1 需求和目标

4．1．2 目标数据结构

4．1．3 原始数据描述

4．1．4 总体方案

4．2 系统的详细设计

4．2．1 数据同步

4．2．2 数据整理

4．2．3 规格化

4．3 关键问题解决方案

4．3．1 同步时间的选择

4．3．2 完整TCP流记录的匹配

4．3．3 地理位置的定位

4．4 测试与运行

4．5 数据整理结果分析

4．6 本章小结

第五章 IPTAS基准TCP流数据集的应用

5．1 MT丢包率测度算法

5．1．1 算法简介

5．1．2 算法的理论分析

5．2 MT丢包率测度算法准确性分析

5．2．1 分析目标

5．2．2 分析方案

5．2．3 实验数据

5．2．4 实验结果

5．3 MT丢包率测度算法影响因素分析

5．3．1 分析目标

5．3．2 分析方案

5．3．3 实验数据

5．3．4 实验结果

5．4 本章小结

6．1 工作总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献