CN101036343A - 使基于主动探测的ip网络性能监控和诊断自动化并对其调节的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于自适应地细化IP网络性能监控和诊断框架内的采样的方法和设备。能够自适应地调整采样的分辨率可以允许相关IP网络分析中实现可变精确度和细节。采样分辨率可以定义为例如依据分组传输速率的网络上的负载、它的统计方差和采样过程的复杂度。每个采样和分析过程确定称为关键指标的一个或多个网络参数。基于这些关键指标的确定来作出后续采样和操作的决策。同样地，由可在活动级别范畴内检查和检测到的条件定义多种评估活动级别。可以使用反馈/前馈过程来增强后续采样的分辨率。

Description

使基于主动探测的IP网络性能监控和诊断自动化并对其调节的方法和设备

技术领域

本发明一般涉及IP网络的领域，更具体来说涉及用于使基于主动探测的IP网络性能监控和诊断自动化并对其调节的方法和设备。

背景技术

在基于分组的网络中，通常期望测试网络上两个特定节点之间的通信。这一般可以从两个节点的前一个请求另一个节点执行“环回”从第一节点发送的测试分组的功能来实施。在从另一个节点回收到测试分组时，第一节点由此可以探知不仅与另一个节点通信是可能的，而且还探知分组在它们之间的往返时间。

如美国专利号5,477,531中所公开的，还可探知传输路径的更复杂的特征。在该专利中，从一个节点向另一个节点传送预定序列的测试分组，并观察整体上网络对该序列的影响。例如，通过改变要传输的分组序列中的分组大小，可以推算诸如带宽、传播延迟、排队延迟和网络内部最大分组大小。此外，还可以确定网络的缓冲和重新定序特征。

相似地，美国专利申请号20020080726提供一种方法，用于通过选择性地通过通信网络发送多个网络评估信号或探测性测试分组来评估该通信网络。基于对这些探测性测试分组的网络响应，确定网络评估参数。例如，确定响应时间和吞吐量特征，包括网络的流传输利用。

此外，还存在使测试分组能够以精确的方式被放置到网络上的***，例如美国专利申请号20030117959中公开的。在该专利申请中，描述一种测试分组序列发生器(sequencer)，其中该序列发生器可以将测试分组发送到计算机网络上，其中在操作***下运行软件的计算机使分组发送得以实施。软件使用I/O完成端口来发送分组和分组突发，可以发送它们以便遍历网络中可端接于测试分组序列发生器的路径。在该方案中，测试分组序列发生器还可以接收返回分组和分组突发并对它们设置时间戳。

为了诊断网络问题，美国专利申请号20030103461提供一种***，用于根据构成测试签名的收集的测试数据来定义签名，然后将该测试签名与对应于多种网络状况的现有预定签名比较。该***由此可以识别与测试签名匹配的一个或多个预定签名，并可以识别测试签名与之最匹配的预定签名，从而提供一种方式来建立如测试签名所表示而存在的一个或多个网络状况。

上文所描述的***依赖于在密度上可调节(scale)的一般采样，并通常要求多个不同样本的相关。这些***允许在网络路径上采样并诊断网络问题，但是一般来说一旦执行诊断，就需要人员干预来校正问题或者如果必要的话，施加其他类型测试来更精确地识别问题。因此此形式的过程是反应型过程，因为在外部干预之前不会启用任何后续过程。因此，一旦识别出问题，需要高度熟练的人员来处理故障并解决问题，这可能成本昂贵且耗时。

M.Brodie、I.Rish和S.Ma的“智能探测：具有成本效率的计算机网络中的故障诊断方法”(Intelligent probing：A cost-effectiveapproach to fault diagnosis in computer networks)和类似的M.Brodie、I.Rish、S.Ma、G.Grabarnik和N.Odintsova、I.B.M.T.J.Watson Research的“主动探测”(Active Probing)，它们定义了一种形式的事件相关，其中使用动态贝叶斯网络方法和用于根据多个噪声布尔输入或“探测信号”鲁棒地确定哪些事件指示故障的方法。该方法定义一个最优途径，使得使用最小数量的探测信号来限制网络上的负载并支持可调节性。该方法假定布尔/二进制采样，如当检查连接性(这对于多种类型的设备是常见)和采样时。该方法中还定义主动探测采样和分析的层次结构的概念，此概念依赖于一定范围的熟知服务端口上诸如ICMP回声和ping响应的机制，例如SMTP、HTTP、FTP、DNS和LDAP。此外，该方法建议一种问题确定的过程，它是在诸如探测信号和响应相关的相关性矩阵的基础上发展的，其目的在于尝试将过程优化到最小集合的探测信号。该层次结构是依据多个层来定义的，包括网络层、硬件层、***层、应用层和组件/模块层。但是在任何解决方案中，该方法都限于它发送的探测信号的数量，且不支持诊断中增加的细节，而只增加潜在问题检测和查找的精确度。

因此，明显需要一种***，该***能够充分识别问题，调整测试参数来解析网络问题的特性和位置，并校正这些问题，同时使所需人员干预的程度降低以及更少的高度熟练人员来执行期望的任务。

提供这些背景技术信息是为了使申请人认为的公知信息与本发明可能相关。并不一定要认同，也不应该视为任何先前的信息构成对抗本发明的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于使基于主动探测的IP网络性能监控和诊断自动化并对其调节的方法和设备。根据本发明的一个方面，提供一种方法，用于使第一节点和第二节点之间的网络路径的基于主动探测的IP网络性能监控和诊断自动化并对所述基于主动探测的IP网络性能监控和诊断进行调节，所述方法包括如下步骤：接收启动具有预定分辨率级别的预定网络测试的触发；执行预定网络测试，所述预定网络测试包括在第一节点和第二节点之间传送一个或多个分组并收集与一个或多个IP分组的传输特征有关的信息；基于一个或多个分组的传输特征确定一个或多个关键指标；利用与预定分辨率级别相关联的预定标准集评估一个或多个关键指标，并据此确定后续网络测试，所述后续网络测试具有预定分辨率级别或备选分辨率级别；以及执行后续网络测试。

根据本发明的另一个方面，提供一种设备，用于使第一节点和第二节点之间的网络路径的基于主动探测的IP网络性能监控和诊断自动化并对所述基于主动探测的IP网络性能监控和诊断进行调节，所述设备包括：输入，用于接收启动具有预定分辨率级别的预定网络测试的触发；采样机构，用于执行预定网络测试，所述预定网络测试包括在第一节点和第二节点之间传送一个或多个IP分组并收集与一个或多个IP分组的传输特征有关的信息；以及分析***，用于基于一个或多个IP分组的传输特征确定一个或多个关键指标，所述分析***还用于利用与预定分辨率级别相关联的预定标准集评估一个或多个关键指标，并据此确定后续网络测试，所述后续网络测试具有预定分辨率级别或备选分辨率级别。

根据本发明的另一个方面，提供一种包括计算机可读媒体的计算机程序产品，所述计算机可读媒体承载包括指令的计算机可读信号的集合，当所述指令由计算机处理器执行时，使所述计算机处理器执行一种方法，所述方法用于使第一节点和第二节点之间的网络路径的基于主动探测的IP网络性能监控和诊断自动化并对所述基于主动探测的IP网络性能监控和诊断进行调节，所述方法包括如下步骤：接收启动具有预定分辨率级别的预定网络测试的触发；执行预定网络测试，所述预定网络测试包括在第一节点和第二节点之间传送一个或多个IP分组并收集与一个或多个IP分组的传输特征有关的信息；基于一个或多个IP分组的传输特征确定一个或多个关键指标；利用与预定分辨率级别相关联的预定标准集评估一个或多个关键指标，并据此确定后续网络测试，所述后续网络测试具有预定分辨率级别或备选分辨率级别；以及执行后续网络测试。

附图说明

图1是根据本发明一个实施例的分辨率级别及其互连性的层次结构的示意图。

图2图示根据本发明一个实施例的采样平均时间的图表。

图3图示根据本发明一个实施例的可链接响应的流程图。

图4图示根据本发明一个实施例的触发/操作框架的结构和流程的流程图。

图5图示根据本发明一个实施例的操作示例的流程图。

具体实施方式

定义

术语“第3层”用于定义通信模型的网络层，它提供允许在IP网络上传输信息的路由选择信息、寻址和其他相关的服务。例如，在称为开放式***互连(OSI)的共同引用的多层通信模型中，第3层涉及例如获知网络中相邻节点的地址、选择路由、服务质量和识别并转发从本地主域到传输层(第4层)的输入消息，其中传输层确保消息的可靠到达，并提供可选的误码校验机制和数据流控制。虽然可以注意到第3层可以是针对特定协议的，但是假定第3层的定义还可以用于定义任何备选分组通信模型中类似的操作层。

术语“第3层设备”用于定义在分组通信模型的第3层(它可以称为网络层)上运行的设备。第3层设备可以包括例如路由器或本领域技术人员容易理解的其他网络层适合的设备。

术语“分组”用于定义正在IP网络上传输的信息片。分组的大小根据许多标准可能有非常大的差异，这些标准包括例如网络容量和大小可行性。分组是在因特网或任何其他分组交换网络上在出发点与目的地之间路由的数据的单位。例如，当要在分组交换网络上传送文件或其他类型的信息时，可以将该文件拆分成其大小对于在网络内路由有效率的“块”或分组。

术语“分辨率级别”和“分辨率”可以互换使用，用来定义就采样和分析能力而言的特定级别的操作的细节。分辨率提高可以是指细节和分析结果的精确度上的提高，这通常要求采样的数量和复杂度上的相关提高。分辨率可以用于定义不同的测试级别之间的变化，并且可以定义特定测试级别内的采样的变化。例如，分辨率的变化可以定义为更改测试级别内的采样过程，例如更改测试分组协议或可以定义为更改测试级别，例如从普通监控状态更改到提升监控状态。

术语“触发”用于定义初始化操作的动作，其中触发可以由操作人员、机器、程序或本领域技术人员容易理解的任何其他类型的触发类型机制来提供。触发可以是启动、停止或更改类型触发或容易认识到的任何其他类型的触发。

术语“分组序列”用于定义分组的数据报、分组突发或分组流。例如，数据报是以大分组间时间间隔传送的单个分组。分组突发是以小分组间间隔传送的固定数量的分组的集合，其中它们以大分组突发间间隔传送。流是分组突发之间以固定间隔传送的固定大小和数量的分组突发的序列。分组序列还可以是指以预定安排传送的任何其他特定分组集。

除非另行定义，本文所用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的技术人员共同理解的相同的含义。

本发明提供一种用于自适应地细化IP网络性能监控和诊断框架内的采样过程的方法和设备。自适应地调整采样过程的分辨率的这种能力可以实现相关IP网络分析中的可变精确度和细节。可以将采样过程的分辨率定义为例如就采样期间分组传输速率而言的网络上的负载、其统计方差、采样过程的复杂度和采样过程的类型。每个采样和分析过程确定称为关键指标的一个或多个网络参数。后续采样和操作的决策基于这些关键指标的确定来作出。同样地，可以按可在活动级别的范畴内检查和检测的条件来定义多种评估活动级别。可以使用反馈/前馈过程来增强后续采样过程的分辨率，例如如果必要的话，移至具有更复杂采样过程的更详细的活动级别。此外，本发明可以支持例如自动校正的活动，其中采样过程及其诊断评估期间识别的给定IP网络路径中的问题随后通过在该路径中进行更改来予以解决。本发明可以使监控、诊断和校正过程自动化并增强监控、诊断和校正过程，由此，减少人员干预，直到必需人员干预为止。此外，本发明内固有的自动功能可以使采样过程为可调节的，并相应地响应IP网络条件的变化。

采样过程包括发送和接收IP分组，而且可以为了从正在被评估的IP网络请求特定响应来使用采样过程，又可以将它用来从其中请求另一个响应。对以此方式彼此具有可配置关系的采样传输的响应称为可链接响应。可链接响应的可链接周期和结合于本发明的决策制定能力可以一起定义触发/操作框架。该框架可以提供分辨率级别之间的分支，并且提供用于外部触发和终端或非响应操作(例如要发出的通知)的接口。每个触发的操作的结果作为对框架内后续操作的触发。

图1中以示意形式示出本发明，其中每个活动级别包括用于建立一个或多个关键指标的至少一个预定采样分辨率。关键指标用于通过相关联的可链接响应来判断是否必需移至连接框架内的备选活动级别，或是否要采用相同活动级别内的备选采样过程。如图所示，所有活动级别被互连，由此允许它们之间的移动，而无需沿着活动级别阶梯进行***地移动。活动级别的层次结构可以包括任何数量的级别，而且可以基于最低和最高活动级别之间定义的活动级别之间的期望粒度来确定该层次结构。例如，活动级别之间较粗略的分辨率可能导致最低与最高活动级别之间不同的活动级别的数量减少，而且反之亦然。

在本发明的一个实施例中，提供一种均衡方法以允许唯一的主动探测机制的调节，例如从提供有关性能和问题的粗略分辨率的低级别监控能力到确定测量和最少诊断的中级别测试，再到提供较精确的测量和详细诊断的密集测试，再到生成多个测量和诊断的综合性能分析，以及如果需要的话可以指定校正操作。

在本发明的一个实施例中，随着分辨率级别的提高，与IP网络路径相关所收集的信息的细节级别连同收集的信息的可靠性也一起提高，由此允许对路径执行更复杂的诊断。例如，分辨率级别可以针对所评估的IP网络的路径的所检测到的问题达到一定的细节和可靠性级别，使得可确定所检测到的问题的校正方法，由此允许校正所检测到的问题或缓解所检测到的问题对IP网络的影响。

网络路径

本发明范畴中的网络路径可以定义为如服务器或工作站的第3层主机之间的路径，以及它们之间路由IP分组时涉及到的所有第3层设备之间的路径，其中每个第3层主机和第3层设备定义为节点。网络路径的此定义可以与本领域技术人员容易理解的跟踪路由实用工具可以生成的第3层视图一致。网络路径上第3层上不可见的其他元素的影响，例如媒体(网络业务)、第2层设备(例如交换机)和其他网络设备(如业务整形器、限制器、滤波器和防火墙)的影响，假定为被归类到采样过程期间收集到的第3层设备的明显响应。

例如，为生成配合本发明使用的数据而执行采样过程，第一网络主机可以假定沿IP网络路径存在典型网络机制，其中由于第一网络主机发送的一个或多个分组可以从第二网络主机或其他第3层设备生成确认。发送的分组与收到的确认分组之间的相关可以提供一种通过确定IP网络特征来定义网络路径的方式，这些IP网络特征包括例如单向比特率、单向传播延迟、单向延迟变化和单向可用比特率。

例如，连接到网络的是一个或多个机制，用于沿路径发送排序的分组集，并在它们遍历该路径之后接收分组序列或对此的响应。在一个实施例中，分组序列始发于分组序列发生器，沿路径遍历到反射点，然后传播回分组序列发生器，而在本实施例中，分组序列发生器可以设在第一网络主机上。在备选实施例中，分组序列发生器设在用于收集传输测试数据的第一网络主机，而另一个分组序列发生器可以设在用于收集与分组序列的接收或对最初传送的序列分组响应的接收相关的信息的另一个节点。分组序列发生器可以记录有关发送分组的时间和/或接收返回分组的时间的信息。分组序列发生器还可以收集与例如所传送的分组的类型和接收的分组的类型相关的信息。采样会话期间收集的所有信息均视为测试数据。

此外，耦合到网络的是分析***，除了在必要时添加或修改采样过程外，它还用于接收测试数据和对其执行期望的分析。分析***可以包括编程的计算机，或能以硬件形式或本领域技术人员容易理解的其他形式的计算***来配置。分析***可以与分组序列发生器驻留在共同设备中或设在与之共同的位置中，或者可以与之在物理上分离。

在本发明的一些实施例中，将正被评估的IP网络路径定义为跨在第一节点与第二节点之间的路径。例如，在采样过程期间，将一个或多个分组序列从第一节点传送，并寻址到第二节点，同时收集与一个或多个分组序列传输相关的信息并收集所产生的网络响应，以便评估第一节点与第二节点之间的IP网络路径。该信息可以包含与分组的传输和对此应答的接收相关的定时。本领域技术人员容易理解到，通过例如评估第一与第三节点之间或第一与第四节点之间可能涵盖第一与第二节点之间的IP网络路径部分的路径，还可以补充第一节点与第二节点之间的路径的评估过程。

例如，假定的网络机制能够执行包括但不限于如下的功能：响应传送的因特网控制消息协议(ICMP)回声分组而生成ICMP回显应答分组；响应传送的ICMP时间戳分组生成ICMP时间戳应答分组；响应传送到未指定的端口的用户数据报协议(UDP)分组而生成ICMP端口不可达分组；响应传送到未指定的端口的传输控制协议(TCP)分组而生成TCP复位分组；以及响应传送到指定的标准UDP回声服务端口7的UDP分组而生成UDP“回声”分组。此外，假定网络机制响应传送到任何指定的端口的UDP分组，在该指定的端口中已安装公知服务来利用预先安排的确认来响应和/或记录UDP分组的到达以供后来分析；响应传送到任何指定的端口的TCP分组，以使例如远程代理、软件或硬件的未知服务根据标准的TCP握手约定生成确认(ACK)或同步(SYN)响应；响应传送到任何指定的端口的TCP分组，在该指定的端口中已安装例如远程代理、软件或硬件的公知服务，以便利用预先安排的确认来响应和/或记录TCP分组的到达以供后来分析；响应发往特定目的地主机的任何协议的分组，其中该分组的生存时间(TTL)已递减到0，由此中间的第3层设备生成ICMP TTL届满消息；响应发往特定目的地主机的任何第3/4层协议的分组，其中该分组的大小超过中间第3层设备的最大传输单位(MTU)并且具有禁止分割(DF)位设置，使得它生成“需要ICMP分割但已设置DF消息”；以及响应任何采样会话分组从期望的节点生成响应分组，包括误码指示和协议相关的响应。

采样过程和采样分辨率

采样是指沿着特定网络路径发送分组序列并观察例如定时的结果以及如误差的相关响应的过程。重复的采样有助于由第一节点和第二节点之间的特定网络路径引起的这些观察结果的统计分布。这些观察结果的统计分布表示例如与分组序列相关联的变量(如它们的协议、数量和大小)、与第一节点与第二节点之间的网络路径的条件(例如瞬态行为)相关联的变量和/或与采样时间相关联的变量(例如进行采样的时间段)。此外，可以针对要执行的目标分析验证统计分析，例如要推导出什么信息或情报。

可以依据诸如传送的分组数量、每个分组的大小、每个分组的协议和每个分组在传送的分组序列中的相对位置之类的变量来表征采样传输或分组序列。此外，可以通过分组的IP头内的特定设置来表征传输，例如第一节点、第二节点和生存时间(TTL)和IP头中可用的各种标志、例如服务类型(TOS)。典型的采样序列包括例如特定大小和协议的单个分组或数据报、具有统一或变化大小和协议的分组序列、以及它们以变化或固定的顺序、数量或时间间隔的组合。

可以依据采样级别的层次结构来定义采样分辨率，其中每个级别表示例如某个采样负载、复杂度和统计价值。采样的负载可以由IP网络路径上的分组传输速率来表示，其中特定的传输速率会影响分辨率的级别。例如，特定采样过程的结果的统计方差也会影响所需采样分辨率的级别。相似地，IP网络的复杂度会影响传输的采样分辨率。虽然这些关系的每一个可能是相互联系的，但是这些关系的每一个可以提供用于据此结果在相关采样分辨率上评估IP网络路径的基础。例如，可以将网络上的负载减少到最低来达到某个目标。

对采样过程的结果执行多种分析，以确定依据特定参数的多个网络响应。可以依据已确认和反向丢失的必需分组的统计分布来定义每种分析。本发明在分辨率上是多层次的，即存在采样和分析过程的层次结构，其中通过层次结构的多个级别移动来调整分辨率。除了分析的特定级别外，层次结构的每个级别还具有依据例如与之相关联的负载和复杂度的采样的特定级别。例如，在本发明的一个实施例中，存在层次结构的七个级别，即：非活动、普通监控、提升监控、现场测试、基本测试、充分测试和套装测试。

在一个实施例中，在第一级别不活动中，***可能处于不发生采样的状态。第二级别普通监控中可能发生的采样的示例是重复传送大分组序列的单个样本，随后是X秒的等待期。在第三级别提升监控中，可以传送大分组序列的N个样本的集合，每次随后是Y秒的等待期，其中Y小于X。在层次结构的下一级别现场测试中，传送多种类型的重复样本的多个小集合，无需任何等待期。在基本测试中，可以传送多种大小和配置序列的各种组合样本的集合，这构成例如30次迭代的直接测试。在充分测试中，可以将迭代次数增加到例如100。最后在套装测试中，可以在采样期间传送多种大小和配置序列的多种组合样本的多个不同集合，这构成例如100次迭代的多种充分测试。因此，在每个分辨率级别上，均可以影响不同类型的采样。

关键指标

将指标定义为可测量的值，例如物理***中的温度或依据可以应用于决策制定过程的变量的关系例如X≠Y。根据本发明，通常可以将种类广泛的指标识别为采样过程的结果，其中一些可以视为普通指标，一些可以对于特定类型的决策或分析是唯一的。IP网络上分组传输的典型指标的示例包括序列中最后一个分组的传输与确认之间的间隔的最小值、最大值、平均值和标准差，序列中的平均丢失分组、整个序列的平均丢失、以及针对时间或由于添加后续样本上面这些指标的任何一个的变化率。因为这些参数可以由任何采样分布引起，所以这些指标可以专用于用于生成分布的这些参数。

关键指标是专门识别的指标，它们唯一地确定或定义采样的分布的高级别状态或非固有属性。例如，整个分组序列的平均丢失的变化率(稳定性)可以作为符合条件用于分析任何固有模式的丢失的关键指标。关键指标提供层次结构的每个级别内的决策制定的基础。可以对照特定阈值选择一个或多个关键指标，以定义层次结构内层次状态的变化。

层次结构的每个级别可以具有它自己的关键指标，但是均基于相同的根指标。根指标表示根据采样传输确定的特征类型。例如，在本发明的一个实施例中，根指标与依据网络特征的网络路径的高级别归纳有关，例如：始终为常量的那些非瞬态特征，例如端到端等待时间；随时间变化的那些瞬态特征，例如可用带宽；以及属于IP网络的操作参数外的那些功能失常特征，例如因媒体错误导致的丢失。

在一个实施例中，单个关键指标(称为根指标)与上面的网络特征的每一个相关联，使得例如如果分组定时的特定分布满足与这些特征的其中一个或多个相关的一个或多个特定约束，则可以确定该根指标。例如，瞬态特征的根指标，即随时间变化的那些指标可以是例如采样事件期间作为序列传送的分组的其中一个或多个的平均分组定时。具体来说，作为多个采样事件测量的要传送和接收的特定分组或分组序列的平均时间可以是根指标。图2图示多个采样事件的对应于样本数量绘制的平均时间。在多个采样事件上，局部平均时间11是某组时间上相邻事件上的平均时间，它可以显著地高于(例如高两倍)增加之前的总平均时间12。还可以观察到总平均时间12在缓慢变化，与来自最近采样事件的作用相匹配。平均时间上的这种变化可以揭示该IP网络路径的瞬态特征最近已经彻底改变，其中该确定能导致多种网络特征的重新计算，例如重新采样和重新评估IP网络路径的可用带宽。

可以是非瞬态特征的根指标的关键指标的示例、即一般不随时间变化的那些关键指标是最小记录值、或利用附加参数化的情况下序列的最后一个分组的传输与确认之间的间隔的最小记录值的变化率。这种参数化可以是采样期间使用的一致的分组大小和/或协议，同时假定序列中的所有分组是相等且最大路径MTU大小的，而且给定序列中的所有分组被确认。可以是非瞬态特征的根指标的关键指标的另一个示例是平均记录值、或利用附加参数化的情况下最后一个分组的传输与确认之间的间隔的平均记录值的变化率，例如假定序列中的所有分组是相等且最大路径MTU大小的，而且给定序列中的所有分组被确认。

可以是功能失常特征的根指标的关键指标的示例是平均分组丢失、或利用附加参数化的情况下整个采样序列的平均分组丢失率，在该附加参数化中例如存在采样期间使用的一致的分组大小和/或协议，同时假定该序列中的所有分组都是相等大小的。

在一个实施例中，具体考虑是变化率的关键指标，当确定此类型的关键指标在某个阈值内时，可以假定为该关键指标确定的值是渐近的，并因此可以将相关联的分布视为就由它推导的任何测量而言是静态的。

在一个实施例中，可以将关键指标定义为高级别分析的结果，例如与如美国专利申请号20030103461(通过引用结合于本文)中公开的模式匹配相关联的那些。该申请提供一种***，用于根据收集的测试数据创建签名来构成测试签名，然后将该测试签名与对应于多种网络条件的现有样本签名比较。例如，网络条件可以是例如全/半双工失配、半/全双工失配、媒体错误、拥塞、MTU冲突、黑洞、灰洞或白洞(black，grey or white hole)、间断的连接性、冲突域违规、速率限制队列、防火墙限制、路由器回路或本领域技术人员容易理解的任何其他网络条件。该***由此可以识别与测试签名匹配的一个或多个示例签名，并可以识别测试签名最匹配的示例签名，从而提供一种方式来建立如测试签名所表示且存在的一个或多个网络状况。例如，可以依据匹配度来定义严重性级别，以及还可以依据与特定模式相关联的加权来定义严重性级别。如果推导的严重性超过特定阈值，则可以生成后续操作。

在其中存在层次结构的七个级别的实施例中，关键指标可以不与不活动级别相关联。可以与普通监控和提升监控级别相关联的关键指标的示例可以包括分组的局部平均丢失相对于分组的总平均丢失的变化率、分组序列的最后一个分组的局部最小遍历时间相对于总最小遍历时间的变化率以及分组序列的最后一个分组的局部平均遍历时间相对于总平均遍历时间的变化率。对于基本测试级别来说，关键指标的示例可以包括平均分组丢失、带宽、等待时间、网络利用率、抖动和测试严重性的低分辨率诊断测量。相似地，这些关键指标可以与充分测试级别和套装测试级别相关联，但是在充分测试的情况中，可以为正被评估的网络路径内的各个跳来评估每个指标，而且每个指标可以专用于特定诊断，而在套装测试中，基于所获得的多种类型的诊断来评估这些指标。应该注意可以使用分析的现场测试级别来针对阈值评估所有关键指标，这些阈值已经在现场测试开始时确定。因此，随着测试级别的提高，现场测试期间可能有更多的关键指标要评估。

可链接响应

与本发明相关联的可链接响应是具有彼此间可配置关系的可检测响应的非平凡集，使得可以将从IP网络请求特定响应或对其采样的结果用作请求另一个可能响应(包括再次请求相同的响应)的基础。可配置关系的这种形式可以基于应用于请求过程的配置的一个或多个方面以及与之相关联的关键指标的测量。例如，如图3所示，两个基本类型的操作/响应可以是“检查连接性”和“等待”。“检查连接性”的二进制结果是“已连接”或“未连接”，“等待X秒”的结果是“已等待X秒”。基于这些结果的可链接响应的简单合成可以表示为“如果已连接，则等待X秒”、“如果未连接，则等待Y秒”以及“如果等待已完成，则检查是否已连接”。通过增加指示当前状态的方式，这将提供一种基于循环期间上次是否检测到连接性来加快或减慢的连接性检查的自动循环。

在一个实施例中，对特定问题的响应可以由其他响应组成。例如，说明响应合成的特定层次结构的响应类型可以在IP网络性能***内实施，并可以包括表1所示的那些。表1指示响应类型、它们相关联的粒度、其示例和为该活动级别发送的分组的典型数量。具体考虑发送的分组数量，该特征可以范围涉及任何一个测试级别，其中该特征可以对应于特定活动级别内的分辨率级别的变化或在该活动级别执行的采样的类型。

响应类型	粒度	示例	发送的分组的典型数量
				命令	响应的最基本单元	数据报()-发送单个ICMP回声分组(数据报)并接收回显应答分组	1-50
任务	由命令构成	ICMP连接性()-通过发送5个独立ICMP回声数据报的集合来确定主机的ICMP连接性	5-100
				阶段	由任务构成	全部连接性()-确定相对于诸如ICMP、UDP和TCP的多种协议的连接性	15-1000
测试	由阶段构成	直接测试-测量并诊断网络路径的端到端特征	1000-100000
				套装	由测试构成	综合套装-依据不同应用、协议和目标测量并诊断端到端路径	5000-500000

表1

一般来说，响应的每个级别表示例如就IP网络上执行的采样会话而言提高了复杂度、时间和采样负载。响应的每个级别可与相同级别上的另一个响应链接。但是，可以构造有效地允许级别之间的链接的基本响应。例如，“Ping”命令等效于发送ICMP回声数据报；“Ping”任务包括一个“Ping”命令；“Ping”阶段包括一个“Ping”任务；“Ping”测试包括一个“Ping”阶段，以及“Ping”套装包括一个“Ping”测试。在该示例中，响应的最高级别是Ping套装，它与执行作为Ping命令的响应的最低级别的结果完全相同。对该测试的输入，例如目的地主机的预定IP地址，通过层次结构向下传递到命令级别，发出的命令的响应通过层次结构向上产生测试输出。该示例显示由某个级别产生的触发如何可随后启动其他级别的活动。

在具有层次结构或状态的七个级别的实施例中，不活动级别可以是正常终止状态或终点活动，这可以具有另一个状态或外部提供的“停止”触发的可链接响应。或者不活动级别可以是例如不生成响应的结果。普通监控级别可以具有连续活动的不确定状态，其中该响应可以由另一个状态或外部提供的“开始”触发启动。普通监控级别可以是来自另一个状态的中断或退出，或可以导致另一个状态的触发，例如触发提升监控、基本测试或不活动。普通监控级别的启动通常需要目的地主机的IP地址，因此定义了观察下的路径，其中诸如要传送的分组序列的大小、顺序、时间间隔的其他参数可以是可选的。提升监控、现场测试、基本测试和充分测试级别可以具有通常有限的状态或固定活动，相似地该响应可以由另一个状态或外部提供的“开始”触发启动，并且可以生成导致从另一个状态退出的响应，或可以触发例如多种其他层次性的状态以及非响应的活动。相似地，活动的这些级别需要目的地主机的IP地址，其中与采样相关的其他参数是可选的。在套装测试中，该响应可以由另一个状态或外部提供的“开始”触发启动，其中该响应可以触发包括非响应活动的另一个状态，并且需要IP地址，但是还可以生成一系列的其他响应，其中这些其他响应的每一个可以导致从该活动状态退出。

触发/操作框架

根据本发明的触发/操作生成框架支持可链接响应的链接循环和决策制定能力以定义活动状态之间的分支。此外，触发/操作框架可以提供用于外部触发的接口，例如某个活动状态和终止或非响应操作(例如生成通知或告警)的人工启动。每个触发的操作的结果作为对一个或多个后续操作的触发，包括例如当前操作的预定义等待期和/或重复执行。触发和操作是在特定框架内定义的，它们还可以包括在框架外生成或执行的未定义的触发和操作。外部触发的一个简单示例是用户启动框架内的过程的动作。一旦启动，该过程可以不需要任何其他外部触发即可继续，虽然触发终止该过程可以是适合的。

触发/操作框架可以支持触发和操作的连接和它们之间关系的配置。这些关系可以包括一个或多个触发、每个具有各自的条件，导致一个或多个操作，每个具有各自的参数。该关系可以表示导致IP网络内特定条件的自动发现和识别的过程的专家知识，特别是因为它们可能随时间出现，无需对它们的特性或它们完全出现的任何现有认识。触发/操作框架可以支持与IP网络的监控、分析和诊断相关联的采样、数据集、触发类型、分析和响应定义。在本发明的一个实施例中，框架可以支持定义的活动状态和它们的过程、决策制定过程和它们的控制、时钟设定和事件处理、故障恢复和误码生成以及至外部***的I/O、例如通知、外部触发和数据的导入/导出。

在本发明的一个实施例中，图4中所示的流程图表示触发/操作框架的结构和流程。在该实施例中，存在层次结构的七个级别，即非活动31、普通监控32、提升监控33、现场测试34、基本测试35、充分测试36和套装测试37。假定***最初处于不活动31的状态，过程可以是外部触发的310、例如由用户触发，以启动正常监控32状态。在该状态中，可以例如每分钟执行一次采样，可以监控320关键指标(例如样本丢失)。当该关键指标超过特定阈值，例如10％，则可以激活提升监控33，其中例如每分钟执行10次采样。再监控关键指标(例如平均丢失)330，并在该关键指标超过特定阈值、例如3％时，将测试级别提高到现场测试34。在该活动级别上，评估所有识别的关键指标，并且如果这些关键指标的任何一个超过它们各自指定的阈值370，则将测试级别提升到基本测试35。在该活动级别，可以使用多个样本类型，并运行特定数目迭代(例如30次迭代)的直接测试。如果正被测试的问题340的总严重性提高到预定的级别，则将测试级别提升到充分测试36。在该活动级别，运行相同测试更大数目的迭代、例如100次迭代，并可以判断监控的诊断结果的确信级别350。如果该测试的确信级别高于某个阈值、例如75％，则将测试进一步提升到套装测试37，并生成该诊断的告警360。该告警可以是***发送给用户的外部告警，或例如可以是发送到与该***相关联的校正模块的内部告警。在套装测试37期间，确定许多关键指标，并在现场测试级别34评估这些关键指标，其中将这些关键指标与它们各自的阈值比较。当这些关键指标与它们各自阈值的比较结果是超出阈值时，可以沿测试级别再一次提升测试级别，同时将先前收集的信息用于该测试过程的提升期间的各个分析。或者，如果所有阈值均未被超过，则测试过程降级。如图4所示，IP网络的所选路径的评估在多种分辨率级别的任何一个下都一直被评估，直到例如启动停止触发为止。

本发明包括含不活动的级别和一个或多个活动级别的层次结构，其中每个活动级别包括采样(这构成收集多种可配置的请求响应)、评估专用于这些采样类型的关键指标、需要每种类型的关键指标和可连接响应的其中一个或多个，关键指标和可连接响应构成利用特定采样分布推导的必要输入的分析的集合，而该特定采样分布生成可用作其他响应的输入的特定输出。该***还包括触发/操作框架，它支持可链接响应与多种活动级别之间的连接性，以便可以实现特定结果，例如对IP网络的自动化、持续和可调节的监控、诊断和校正。

变化

将认识到虽然在本文中基于说明目的描述了本发明的特定实施例，但是在不背离本发明精神和范围的前提下可以进行多种修改。具体来说，提供一种用于控制根据本发明方法的计算机操作和/或构造其根据本发明***的组件的计算机程序产品或程序组件或用于存储机器可读信号的程序存储器或存储设备、例如固态或液态传输媒体、磁或光导线、磁带或磁盘等。

而且，该方法的每个步骤可以在例如个人计算机、服务器等的任何通用计算机上且根据由任何编程语言(例如C++、Java、Pl/1等)生成的一个或多个程序元素、模块或对象或其一部分来执行。此外，每个步骤或实现每个所述步骤的文件或对象等还可以由专用硬件或为此目的设计的电路模块来执行。

示例

图5图示根据本发明一个实施例的操作的方案。假定***最初处于不活动41的状态，用户、管理***或其他过程触发410该***以在普通监控42的活动级别上监控源IP地址与目标IP地址定义的位置之间的路径。***假定所有活动级别的缺省值，并以最低采样分辨率(例如N个分组序列组成一个样本)开始对源与目标之间的路径执行普通监控，然后执行分析，然后等待60秒，此过程可以无限重复。***初始化(例如没有样本被传送或接收420)验证***以将活动级别提升到提升监控43，然后检查网络路径的状态(例如源主机与目标主机之间的连接性)以供将来参考。在该活动级别上，采样可以包括传送包含N个分组序列的1个样本，然后等待6秒，重复10次，然后分析。然后在提升监控43周期结尾分析判断特定关键指标低于阈值430，然后使活动级别降低到普通监控44。普通监控然后继续X个样本，其中关键指标保持低于特定阈值。在第X个采样会话时，对接收到的信息的分析指示关键指标阈值已被超过440，然后***将活动级别提升回提升监控45。在提升监控45的结论中，分析指示关键阈值被超过450，然后将活动级别提升到基本测试46而不提升到现场测试，因为与特定关键指标相关联的阈值已明确地被超过。基本测试以最小迭代运行端到端测试。可以执行该测试而不评估定义的端到端路径上的任何中间路径段。该分析判断关键指标超过关键阈值460，并将***提升到充分测试47。充分测试的分析确定已经利用确信系数或超过关键阈值470的关键指标生成诊断，***发出通知471并执行告警过程以通知负责监控过程的用户/外部代理。根据诊断472的特性，***可以提升到套装测试49以执行多个适合类型的测试，或者***可以将活动级别降低回普通监控49，并且继续对网络路径采样。虽然IP网络路径上一直有可检测类型的功能失效，但是只要可检测类型的功能失效出现，则根据本发明的***可以就可以重复此循环。

因此，虽然描述了本发明实施例，显然同样能以多种方式进行改变。此类变化不视为背离本发明的精神和范围，对于本领域专业人员显而易见的所有此类修改均应包含在所附权利要求的范围内。

Claims (55)

1.一种方法，用于使第一节点和第二节点之间的网络路径的基于主动探测的IP网络性能监控和诊断自动化并对所述基于主动探测的IP网络性能监控和诊断进行调节，所述方法包括如下步骤：

a)接收启动具有预定分辨率级别的预定网络测试的触发；

b)执行所述预定网络测试，所述预定网络测试包括在所述第一节点和所述第二节点之间传送一个或多个分组并收集与所述一个或多个分组的传输特征有关的信息；

c)基于所述一个或多个分组的传输特征确定一个或多个关键指标；

d)利用与所述预定分辨率级别相关联的预定标准集评估所述一个或多个关键指标，并据此确定后续网络测试，所述后续网络测试具有所述预定分辨率级别或备选分辨率级别；以及

e)执行所述后续网络测试。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定分辨率级别是从多个分辨率级别中选择的。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个分辨率级别的每一个是从包括如下项的集合中选择的：普通监控、提升监控、现场测试、基本测试、充分测试和套装测试。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一个或多个分组配置为生成来自所述IP网络的一个或多个预定响应。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述一个或多个预定响应的每一个是从包括如下项的集合中选择的：ICMP回显应答分组、ICMP时间戳应答分组、ICMP端口不可达分组、ICMP TTL届满消息、“需要ICMP分割但已设置DF”消息、TCP复位分组、UDP回声分组、ACK响应和SYN响应。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，使用ICMP、UDP或TCP生成所述一个或多个分组。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述一个或多个分组是ICMP回声分组。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，远程代理、软件或硬件生成对所述一个或多个分组的响应。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据期望的分辨率将所述预定网络测试参数化，用于生成所述期望的分辨率上的一个或多个IP网络特征。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据期望的分辨率将所述预定网络测试参数化，用于生成高于所述期望的分辨率的分辨率上的一个或多个IP网络特征。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述一个或多个网络特征的每一个是从包含如下项的集合中选择的：单向比特率、单向传播延迟、单向延迟变化、单向可用比特率和分组丢失。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，在统计上评估所述一个或多个网络特征的每一个，由此评估其最大值、最小值、平均值和标准差。

13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定网络测试包括命令，所述命令包括传送一个或多个分组并接收对所述一个或多个分组的一个或多个IP网络响应。

14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述预定网络测试包括任务，所述任务包括一个或多个命令。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述预定网络测试包括阶段，所述阶段包括一个或多个任务。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述预定网络测试包括测试，所述测试包括一个或多个阶段。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述预定网络测试包括套装，所述套装包括一个或多个测试。

18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述命令包括传送单个分组，所述单个分组由从包含如下项的集合中选择的一个或多个变量表征：大小、协议、TTL和TOS。

19.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述命令包括传送分组突发。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述分组突发包括从包含如下项的集合中选择的一个或多个变量表征的分组：大小、协议、TTL和TOS。

21.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述命令包括传送分组流。

22.如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述预定测试跨指定的时间段，由此允许随时间评估一个或多个IP网络特征。

23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，随时间评估一个或多个IP网络特征包括评估一个或多个IP网络特征的不连续变化。

24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，随时间评估一个或多个IP网络特征包括对照阈值评估所述一个或多个IP网络特征的变化率。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于，随时间评估一个或多个IP网络特征包括评估所述一个或多个IP网络特征的变化率。

26.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述预定测试允许评估测试签名。

27.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述预定测试允许评估时间签名。

28.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定后续网络测试包括如下步骤：执行所述一个或多个关键指标的一个或多个阈值比较，并基于将潜在后续网络测试与潜在阈值比较结果关联的决策来确定后续网络测试。

29.如权利要求1所述的方法，其特征在于，重复所述方法，直到接收到停止触发为止。

30.一种设备，用于使第一节点和第二节点之间的网络路径的基于主动探测的IP网络性能监控和诊断自动化并对所述基于主动探测的IP网络性能监控和诊断进行调节，所述设备包括：

a)输入，用于接收启动具有预定分辨率级别的预定网络测试的触发；

b)采样机构，用于执行所述预定网络测试，所述预定网络测试包括在所述第一节点和所述第二节点之间传送一个或多个IP分组并收集与所述一个或多个IP分组的传输特征有关的信息；以及

c)分析***，用于基于所述一个或多个IP分组的传输特征确定一个或多个关键指标，所述分析***还用于利用与所述预定分辨率级别相关联的预定标准集评估所述一个或多个关键指标，并据此确定后续网络测试，所述后续网络测试具有所述预定分辨率级别或备选分辨率级别。

31.如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述采样***配置所述一个或多个分组以生成来自所述IP网络的一个或多个预定响应。

32.如权利要求31所述的设备，其特征在于，所述一个或多个预定响应的每一个是从包含如下项的集合中选择的：ICMP回显应答分组、ICMP时间戳应答分组、ICMP端口不可达分组、ICMP TTL届满消息、“需要ICMP分割但已设置DF”消息、TCP复位分组、UDP回声分组、ACK响应和SYN响应。

33.如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述采样***使用ICMP、UDP或TCP生成所述一个或多个分组。

34.如权利要求33所述的设备，其特征在于，所述采样***以ICMP回声分组形式生成所述一个或多个分组。

35.如权利要求30所述的设备，其特征在于，远程代理、软件或硬件生成对所述一个或多个分组的响应。

36.如权利要求30所述的设备，其特征在于，根据期望的分辨率将所述预定网络测试参数化，用于生成所述期望的分辨率上的一个或多个IP网络特征。

37.如权利要求30所述的设备，其特征在于，根据期望的分辨率将所述预定网络测试参数化，用于生成高于所述期望的分辨率的分辨率上的一个或多个IP网络特征。

38.如权利要求36所述的设备，其特征在于，所述一个或多个网络特征的每一个是从包含如下项的集合中选择的：单向比特率、单向传播延迟、单向延迟变化、单向可用比特率和分组丢失。

39.如权利要求38所述的设备，其特征在于，在统计上评估所述一个或多个网络特征的每一个，由此评估其最大值、最小值、平均值和标准差。

40.如权利要求30所述的设备，其特征在于，所述预定网络测试包括命令，所述命令包括传送一个或多个分组并接收对所述一个或多个分组的一个或多个IP网络响应。

41.如权利要求40所述的设备，其特征在于，所述预定网络测试包括任务，所述任务包括一个或多个命令。

42.如权利要求41所述的设备，其特征在于，所述预定网络测试包括阶段，所述阶段包括一个或多个任务。

43.如权利要求42所述的设备，其特征在于，所述预定网络测试包括测试，所述测试包括一个或多个阶段。

44.如权利要求43所述的设备，其特征在于，所述预定网络测试包括套装，所述套装包括一个或多个测试。

45.如权利要求40所述的设备，其特征在于，所述命令包括传送单个分组，所述单个分组由从包含如下项的集合中选择的一个或多个变量表征：大小、协议、TTL和TOS。

46.如权利要求40所述的设备，其特征在于，所述命令包括传送分组突发。

47.如权利要求46所述的设备，其特征在于，所述分组突发包括从包含如下项的集合中选择的一个或多个变量表征的分组：大小、协议、TTL和TOS。

48.如权利要求40所述的设备，其特征在于，所述命令包括传送分组流。

49.如权利要求40所述的设备，其特征在于，所述预定测试跨指定的时间段，由此允许随时间评估一个或多个IP网络特征。

50.如权利要求49所述的设备，其特征在于，随时间评估一个或多个IP网络特征包括评估一个或多个IP网络特征的不连续变化。

51.如权利要求49所述的设备，其特征在于，随时间评估一个或多个IP网络特征包括对照阈值评估所述一个或多个IP网络特征的变化率。

52.如权利要求51所述的设备，其特征在于，随时间评估一个或多个IP网络特征包括评估所述一个或多个IP网络特征的变化率。

53.如权利要求42所述的设备，其特征在于，所述预定测试允许评估测试签名。

54.如权利要求44所述的设备，其特征在于，所述预定测试允许评估时间签名。

55.一种包括计算机可读媒体的计算机程序产品，所述计算机可读媒体承载包括指令的计算机可读信号集，当所述指令由计算机处理器执行时，使所述计算机处理器执行一种方法，所述方法用于使第一节点和第二节点之间的网络路径的基于主动探测的IP网络性能监控和诊断自动化并对所述基于主动探测的IP网络性能监控和诊断进行调节，所述方法包括如下步骤：

a)接收启动具有预定分辨率级别的预定网络测试的触发；b)执行所述预定网络测试，所述预定网络测试包括在所述第一节点和所述第二节点之间传送一个或多个IP分组并收集与所述一个或多个IP分组的传输特征有关的信息；

c)基于所述一个或多个IP分组的传输特征确定一个或多个关键指标；

d)利用与所述预定分辨率级别相关联的预定标准集评估所述一个或多个关键指标，并据此确定后续网络测试，所述后续网络测试具有预定分辨率级别或备选分辨率级别；以及

e)执行所述后续网络测试。

Images