IP性能度量参数的框架

1.备忘录状态本备忘录给互联网社会提供信息。它没有明确任何种类的互联网标准。不限制对本备忘录的分发和散布。2.版权通告Copyright?TheInternetSociety(1998).AllRightsReserved.3.介绍本备忘录的目的是给由互联网工程任务组（IETF）的IP性能度量参数工作组努力开发的特定度量参数定义一个通用的框架，这项工作由操作领域的基准测试方法学工作组（BMWG）开始做的，现在由传输领域的IP性能度量参数工作组接手。我们从展示对我们所采取的度量参数定的几个准则开始。设计这些准则是为了提升IPPM的成就，这个成就将使互联网用户和互联网服务提供者对通过互联网的端到端路径和包含这些路径一部分的特定的“IP云（IPclouds）”的性能及可靠性获得一个最大化的普遍、准确的理解。然后，我们定义了几个互联网的词汇，这些词汇使我们能清楚的讲叙互联网组件：如路由器、路径（paths）、和云（clouds）。我们还定义了“度量参数（metrics）”和“测试方法学”的基本概念，以讲清楚测试时的问题。给出这些概念后，我们继续讨论测量不确定性、错误、开发一个解决方案、某些精微的观念与被互联网工程学科许多方面所公认的分析框架的关系等重要的问题。然后，我们介绍依据经验定义的度量参数的概念，并以对度量参数能怎样稳定的一般讨论作为这部分的结束。本文的其它部分涉及与定义合理的度量参数和方法学相关的多种问题：怎样处理不完善的时钟；与“主机时间（hosttime）”截然不同的“线时（wiretime）的概念；怎样将个体的度量集聚集为样本且从这些样本中的到合理的统计表；为什么推荐要避免用概率论性的术语（如一个分组被丢弃的概率）来考虑互联网的属性，因为这些术语常对网络的行为包含了含蓄的假定；根据普通类型的分组来定义度量参数的有效性；倾向与采用IP地址而不是DNS主机名的好处；和“标准构成”分组的概念。附录讨论了用于验证一组值是否符合一个给定的统计分布的Anderson-Darling测试算法，还给出了实现这一算法的C代码。在本备忘录的一些部分，我们将会用大括号来表明注释文字{注释：……}我们强调注释就只是注释，而不是这个框架文档自身的一部分，也不是对特定度量参数的建议。在一些场合，注释会讨论测量标准可能预想到的一些属性，但读者应该假定任何这样的讨论目的只是使这个框架文档中的要点清楚明白地显示出来，而没有建议任何明确的度量参数。4.IP性能度量参数的准则IPPM努力的整个目标是达到一个让互联网传输服务的用户和提供者对他们所使用/提供的互联网组件“云”的性能和可靠性获得一个准确的共同的理解的形势。为达到这个目的，必须为穿过互联网的路径开发性能和可靠性的度量参数。在几次IETF的会议中为这些度量参数明确了制定准则：度量参数必须具体，定义明确。一个度量参数的测量方法应该有可重复性：如果在同样的条件下使用测量方法多次，相同的测量应该得到相同的测量结果。度量参数必须对采用相同的技术实现的IP云不表现出偏见（bias）。度量参数必须对采用不同的技术实现的IP云能够明白且清楚的表现出偏见。度量参数必须对用户和服务提供者理解他们所经验或提供的性能有用。度量参数必须避免引起人为的性能目标。5.路径和云的术语下面列出了定义的在开发路径度量参数中需要有准确性的术语。我们从“主机（host）”，“路由器（router）”,和“链路（link）”等低级的概念开始，然后定义“路径(path)”，“IP云(IPcloud)”，和允许我们将一条路径分成相关的块的“交换链路（exchange）”等概念。主机：能使用互联网协议来通信的计算机；包括“路由器”。链路：在两个（或多个）主机之间的单个的链路层连接；包括租用线路，以太网，帧中继云，等。路由器：在主机之间通过转发IP分组来便利网络层通信的主机。路径：有h0,l1,h1,...,ln,hn形式的序列，这里n=0，每个hi是一个主机，每个li是在hi-1和hi之间的一条链路，h1...hn-1的每一个都是一个路由器。一个li,hi对被命名为一“跳（hop）”。在一个适当的操作配置环境中，在路径中的链路和路由器便利了从h0到hn分组的网络层通信。注意路径是一个单向的概念。子路径给定一条路径，子路径是给定路径的任何本身也是一条路径的子序列。（因此，子路径的开始和结束元素是主机。）云：一个顶点是路由器且边是连接路由器对的链路的无向图（可能有循环）。形式上，以太网，帧中继云，和其它连接多于两个路由器而被模拟为图边的完全连接网格（fully-connectedmeshes）的链路。注意连接到云意思是通过一条链路连接到云的一个路由器，这条链路本身不是云的一部分。交换链路（exchange）：链路的一种特殊情况，交换链路直接地连接一个主机到云和/或一个云到另一个云。云子路径：一给定路径的子路径，它的所有主机是一给定云的路由器。分类路径：有h0,e1,C1,...,en,hn形式的序列，这里n=0，h0和hn是主机，每个e1...en是一条交换链路，每个C1...Cn-1是一条云子路径。6.基本概念6.1.度量参数在实际运行的互联网中，有几个我们想知道其值的与互联网性能和可靠性相关的数量。当这样一个数量被仔细的明确时，我们给这个数量定义了一个度量参数。我们预计对于每个度量参数（或每个紧密相关的度量参数组）都会有单独的RFCs。在有些场合，可能没有明显的方法来有效地测量度量参数；这是允许的，甚至我们认为有时很有用。然而，要求度量参数规范说明必须尽可能地说清楚规定的是什么数量。因此，测量实践的困难有时可以接受，但是不允许意义上的含糊不清。每个度量参数都根据测量的标准单位来定义。使用国际公制系统，且注意一下几点：当一个单位是简单的以米（对距离/长度）或秒（对时间）来表达时，基于合适的单位的千进制的适当的单位是可接受的。因此，允许距离用千米表达，时间用毫秒或微秒来表达，但不允许用厘米。（因为这个单位不是千进制的。）当一个单位是用单位的组合来表达时，基于合适的单位的千进制的适当的单位是可接受的，但是所有的千进制单位必须是在前面的。因此，允许用千米每秒（km/s），但不允许米每毫秒。信息的单位是位。在位或包含位的组合单位中用到千进制时，这些千进制使用其在公制系统中的含义（即是指十进制的1000），而不是在计算机存储中惯用的含义（即十进制的1024）。在任何定义而使用的单位包含了位的RFC中，都将遵循这个约定并重复这点以确保澄清用户的观念。当给出时间时，要应用UTC（世界时间代码）来表达。注意这些点是用于度量参数的规范中而不是，例如，用于分组的格式，分组格式或许会优先采用八位组或以八位组作为位的补充。最后，我们提醒一些度量参数也许是纯粹根据其它的度量参数来定义的；这种度量参数被称为“生成度量参数”。6.2.测量方法学对于一给定的定义明确的度量参数集合，可能存在许多截然不同的测量方法。一个局部的列表包括：采用注入测试流量的方法来直接测量一个性能度量参数。例如：对给定时间，给定路由，给定长度的IP分组的往返延迟的测量。从低级别层的测量中来预测一个度量参数。如：给出传播延迟和延一路径的每一步的带宽的准确测量，预测给定长度的IP分组在路径上的全部延迟。从一个更聚合的测量中估计其组成之一的度量参数。如：给出一给定一跳路径对不同长度IP分组延迟的准确测量，估计这个一跳路径上的链路的传播延迟。从一组相关的其它时间的度量值来估计在某时的测量值。如：给出过去时间的流量容量的准确测量和过去时间及现在准确测量的延迟，以及给定流量动态的模型，估计在当前时间将看到的流量容量。这个列表绝不是毫无遗漏的，它的目的是指出测量技术多样性。当一个度量参数明确后，一个给定的测量方法必须提出并讨论。然而，这个测量方法并不是规范说明中的正式部分。一个度量参数的测量方法应该有可重复性：如果在相同的条件下多次使用该测量方法，得到的结果应当是一致的。从前一段提到的“相同条件”后退一点点，我们可以用更准确的词——“连贯性”来描叙给定测量方法的属性：一个度量参数的测量方法显示出连贯性，如果条件的变化很小，得到的测量结果的变化也很小。稍微精密一点说，对每一个正的ε，存在一个正的δ，因此如果两组条件在彼此的δ之内，那么测量结果将在彼此的ε之内。在这里，这应被视为是关于一种健壮性的启发式的直觉而不是精确的观念。至少有一种测量方法显示出连贯性的度量参数就说它自身有连贯性。注意，有些度量参数，如沿路径的跳数，其值是整数所以不能完全显示出上述意义的连贯性。此外要注意，实践中，想知道（或能数量化）与特定时间测量相关的条件可能是不实际的。例如：因为高速广域网中给定路由器的即时负载（被服务的分组）在相对简短的时期内能相差很大地变化且对一个外部的观察者来说确定其数量会非常困难，特定度量参数的不同的统计量可能更有可重复性，或者较好的显示连贯性。这时，当度量参数明确说明了时那些特定的统计量也应该明确说明。最后，有些测量行为不修改，或只是轻微地修改测量方法试图测量的性能参数的值；在这个意义下，这些方法可能是“保守”的。{注释：例如，在适度负载的高速广域网内，使用几个小的“ping”分组来测量延时的测量方法似乎不会影响（影响很大）被其他人观测到的网络的延迟属性。相应的，使用大的流量来测量流量容量的方法似乎会失败。}6.3.测量，不确定性，错误即使是给表现最为明显的度量参数使用的最好的测量方法也会产生错误。然而，那些开发出这些测量方法的人应该努力争取：使他们的不确定性/错误最小，理解并证明不确定性/错误的来源，还要确定不确定性/错误的数量。例如，在开发测量延迟的方法是，理解你的系统时钟的任何错误是怎样将错误引入你的延迟测量中来的，并尽你所能的将这种影响数值化。在一些情况下，这会导致一个必要条件：如果系统时钟要用于做某种测量，它的质量至少要高于某个标准。作为第二个例子，考虑计算机在做测量时由于测量的额外开销引起的计时错误，与互联网被测组件的延迟相反。前者是一个测量错误，而后者反映了互联网的度量参数。注意，一种有助于避免这种额外开销的技术是使用分组过滤器/嗅探器，在一台分离的准确地记录分组和时间戳的计算机上运行。（见下面“线时”的讨论。）然后记录的结果可用于分析以评价测试流量，使测量主机的延迟影响最小，或者至少使这些延迟能得到说明。我们注意到，即使过滤器/嗅探器在同一台机器上运行，这种技术也证明是有益的，因为这种测量通常提供的是“内核级”时间戳，而不是精确度差点的“应用级”时间戳。最后，我们注意到原始度量参数（derivedmetrics，如上定义）或有时间或空间合成的度量参数（定义如下）为测量的不确定性的分析提供了特定的场合。即不确定性怎样因为原始的或合成的参数而传播（概念上的）。7．度量参数和分析框架在互联网从二十世纪六十年代早期的分组交换研究中发展时，互联网工程界开发了一个概念的普遍的分析框架。这个分析框架，或A-frame，为协议的设计者和实现者、与测量有关的人、用仿真和分析工具研究计算机网络性能的人所用，对我们的工作有极大的好处。这里一个主要的目标是产生在分析和实践的设置里都一致的网络特征，因为这会使非经验式的网络研究能更好的与实际网络行为一致，并更好的用来促进我们对实际网络行为的理解这两个机会最大化。因此，无论何时，只要可能我们就应发展和借用（leverageoff）A-frame。这样，无论何时只要一个被明确说明的度量参数我们理解是与A-frame内的概念紧密相关的，我们就要试着用A-frame的术语来明确说明这个度量参数。在这样的规范里，我们将通过恰当的定义度量参数所需的概念来发展A-frame，然后通过根据这些概念定义度量参数来借用A-frame。这样的参数将被称为“分析确定度量参数（analyticallyspecifiedmetric）”，或者，更简单一点，分析度量参数（analyticalmetric）。{注释：这样的分析度量参数的例子有：链路传播时间：以秒计的，一个位从一个互