《计算机网络管理》 主讲教师：王继龙 清华大学信息网络工程研究中心 wjl@cernet

1. 《计算机网络管理》 主讲教师：王继龙 清华大学信息网络工程研究中心 wjl@cernet.edu.cn

2. 第四章 网络测量和监控 • 第一节 网络测量技术综述 • 第二节 网络测量技术专题 • 第三节 网络测量系统举例 wjl@cernet.edu.cn

3. 第二节 网络测量技术专题 • 拓扑和路由测量 • 故障测量 • 性能测量 • 安全测量 wjl@cernet.edu.cn

4. ISN’T THIS GREAT? • 业主监视网络状况 • 学生监视老师行踪 • 我能看到你在做什么… wjl@cernet.edu.cn

5. 专题一、拓扑和路由测量

6. 拓扑测量——搜索网络中的互连设备，并确定连接关系拓扑测量——搜索网络中的互连设备，并确定连接关系

7. 主动式测量——基本原理 Temporary Set Heuristic Permanent Set wjl@cernet.edu.cn

8. DNS ls、netstat、tracert 获得线索 Permanent Set

9. Measure Temporary Set Ping、B_Ping、snmp、tracert、telnet Permanent Set wjl@cernet.edu.cn

10. 启发新线索 Permanent Set Random Probe、TraceRT、B_ping、routeTable 、ARP_Table wjl@cernet.edu.cn

11. 一些说明 • 很多网络不支持Ping的广播 • 很多网络限制对SNMP的访问 • 物理拓扑/逻辑拓扑

12. 被动式测量 • 路由协议监听 • OSPF • BGP wjl@cernet.edu.cn

13. 路由测量 • 加州大学berkeley分校用traceroute收集和分析分布在全球37个测量点之间链路的路由行为信息 • Oregon大学通过在特定路由器上运行的BGP协议收集某些自治域间的路由行为信息 • 目前，研究仅限于路由行为数据的收集、聚合和简化，对收集到的数据只作定性分析 wjl@cernet.edu.cn

14. 网络距离 • 问题：我想访问离我最近的服务器 • 应用 • WEB Server镜像站点的选择 • Peer-to-Peer端节点的选择 wjl@cernet.edu.cn

15. 专题二、故障测量和监控

16. ISP connection down • LAN segment overloaded Network Failure 18.2% • CPU overloaded • NIC failure • Process hung • Slowed database performance Systems Applications Server Failure 20% OS Failure 24.6% Failure 28.5% Source: IDC Administration 8.7% 故障分布 Chris Morino, Resonate wjl@cernet.edu.cn

17. 故障诊断的基本步骤 • 收集可供使用的信息，分析故障症状 • 将问题隔离在单一网段、单一独立功能或模块、或单一用户内 • 将问题隔离在本单元中特定硬件或软件内，或者用户帐号 • 问题定位与修复 • 验证问题是否已经得到解决 • 绝不要轻易相信用户，他们可能被假象迷惑，要亲自验证一切。 wjl@cernet.edu.cn

18. 应急处理 冷启动PC 验证PC是否硬件错误 验证网络电缆连接 验证所有网络驱动程序正确装载 验证PC机、服务器近期没有引起问题的更改。 专业处理 验证故障点是否有可成功访问的网络 检查局域网性能 HUB 状态 电缆连接 网络统计 跟踪碰撞 验证网桥或路由器 问题一：不能访问服务 wjl@cernet.edu.cn

19. 应急处理 冷启动PC 验证PC是否硬件错误以及网络连接 验证网络驱动程序正确装载 验证PC机引起问题的更改 排除PC机内存中其他驻留程序问题 专业处理 网络统计检查是否有高利用率和高碰撞率 测试HUB端口 测试网卡驱动 测试级联的HUB 测试路由 测试大小数据包丢包 问题二：连接中断 wjl@cernet.edu.cn

20. 确定问题性质 网络媒介问题 特定站点、服务器问题 媒介问题 利用率和碰撞率 检查FCS错误帧 碰撞突发性 端接不正确 阻抗不连续 损坏的网卡 软件问题 确定流量大的站点 故障点使用的应用和服务 混合协议测试占用带宽的无关协议 测试广播流量 测试VLAN、路由设备的隔离情况 硬件问题 了解出问题的MAC Ping测试丢包 互联设备满负荷 线缆串绕 问题三：速度缓慢 wjl@cernet.edu.cn

21. 外部干扰 电扇 空调 加热器 复印机 荧光灯 电梯 电机 电源问题 损坏的电缆或接头 电缆过长 接地问题 网络噪声 wjl@cernet.edu.cn

22. IP地址管理 决不能有重复地址 建立完善的分配和回收制度 杜绝非法使用 建议使用DHCP、MAC认证和VLAN 主机设置文档备份 控制变更过程 TCP/IP网络问题预防 wjl@cernet.edu.cn

23. 应急处理 冷启动 确认无硬件故障 确认电缆连接 确认网卡驱动正确安装 确认近期对该主机调整 确认MAC无误 专业测试 IP设置问题 协议封装问题 是否普遍问题 是否物理问题 ARP响应 路由器与下一级的连接 DNS问题 路由问题 服务器设置问题 TCP/IP不能连接的故障 wjl@cernet.edu.cn

24. TCP/IP间歇连接中断 • 应急处理同前 • 专业处理 • 数据包丢失 • Ping测试 • 同网段主机扫描 • 路由漂移 wjl@cernet.edu.cn

25. 性能指标 流量 延时 路由协议的选择 RIP、IGRP、OSPF 路由跟踪 网络瓶颈 网络拓扑 拥塞链路 低速路由器 兼职路由器过载 拥挤路由 低速主机 主机处理能力 接口卡和驱动性能 服务器过载 网络应用方式 速度缓慢或者性能不良 wjl@cernet.edu.cn

26. 健康以太网络的指标 • 平均网络利用率不超过40％ • 平均碰撞率不超过5％ • 错误（过长帧、过短帧、帧校验错误、延时碰撞）不应该出现 • 广播流量小于5％ wjl@cernet.edu.cn

27. ping • ping IP/name [-t] [-a] [-n count] [-l size] • t：不停地向目标主机发送数据 • a：显示目标主机的域名 • n count：指定要Ping多少次，具体次数由count来指定 • l size：指定发送到目标主机的数据包的大小 • f：IP包中设置DF标志（强制无分段） • i ttl：设置ttl • v TOS：设置Type of Service • r count：记录路由 • s count：记录时间戳 • J host-list：非强制源路由 • k host-list：强制源路由 • W timeout：最大等待时间 wjl@cernet.edu.cn

28. TraceRT • tracert IP/域名 [-d][-h maximumhops][-j host_list] [-w timeout] • d：不解析目标主机的名字 • h maximum_hops ：指定搜索到目标地址的最大跳数 • j host_list：源路由 wjl@cernet.edu.cn

29. netstat • netstat [-r] [-s] [-n] [-a] • r 显示本机路由表的内容； • s 显示每个协议的使用状态（包括TCP协议、UDP协议、IP协议）； • n 以数字表格形式显示地址和端口； • a 显示所有主机的端口号 wjl@cernet.edu.cn

30. Winipcfg/ipconfig • ipconfig • /all • /release [adaptor] • /renew [adaptor] • /flushdns • /registerdns • /displaydns • /showclassid • /setclassid wjl@cernet.edu.cn

31. 版本 V 头长HL 服务类型 TOS 总长度 TLEN 标识符 Identification 标志Flag 分片偏移量 Offset 生存时间 TTL 协议 Protocol 分组头校验和 Checksum 源 IP 地址 Source 目的 IP 地址 Destination IP 选项 Option 填充 Pad 数据 ： IP 分组的结构 0 4 8 16 19 24 31 wjl@cernet.edu.cn

32. 0 1 2 3 4 5 6 7 优先权 D T R 未用 • 用户希望的传输类型： • D：低时延 • T：高吞吐率 • R：高可靠性 • 分组的优先权（Precedence)： • 体现本分组的重要程度（0~7） • 0：一般优先权 • 7：网络控制优先权 IP 分组头 • 服务类型（TOS – Type Of Service） wjl@cernet.edu.cn

33. IP 选项 • 分组头中 IP 选项字段是任选的 • IP 选项主要用于网络控制和测试 • 源选路（source route）选项 • 路由记录（record route）选项 • 时间戳（time stamp）选项 • …… • IP 选项需要由通路上的每一个路由器来处理 • 实际应用中， IP 选项很少使用 wjl@cernet.edu.cn

34. 专题三、性能测量和监控

35. Overview • 确定测量项目和指标 • 确定测量点和参考点 • 选定工具/收集数据 • 分析 wjl@cernet.edu.cn

36. 性能测量？ • TRAFFIC FOR DESTINATIONS:INSIDE &OUTSIDE • TOP-TALKERS:INSIDE&OUTSIDE • Application oriented workload • SLAs • Responsiveness • Availability • Reliability • Throughput • CPU and Memory utilization • End-to-end Response Time for frequently used transactions • Number of concurrent users • Network collisions, error rates • Queue depths wjl@cernet.edu.cn

37. 参照点选择 • 参照点：性能测量不可能针对所有的网络实体，而只能针对其中“有代表性”的一部分，我们称这一部分实体为参考点。测量过程通常是在监控点和参考点之间“制造”一个通信过程，通过记录这一过程来或取计算行为指标所需要的数据 • 可靠性 ：参照点出现故障或被关机或因为其它原因暂停工作，将导致在一段时间内没有任何数据(除了service unavailable)，这会对整体测量结果产生极其恶劣的影响 • 有效性：参考点的有效性也即从参考点获取的数据的真实性 • 代表性 ：通过参照点获取的数据不应仅仅反映参照点自身的性能变化，而且要反映出一个相关实体集合的共性特点 wjl@cernet.edu.cn

38. 测量工具的影响 • 同一网络环境和同一测量方式下，可以采用不同的测量工具，所得到的行为指标会存在差异 • 两种不同测量工具（ ping 和 xchkaccess ）对 1760 个web服务器的响应延迟的测量结果比较 • 结果分析：xchkaccess通信要建立tcp连结，通信开销大于icmp通信 wjl@cernet.edu.cn

39. Tools • Clients • Application Response Monitor (ARM) • Workstation Performance Monitors • Networks • Sniffers, Network Monitoring software • Openview, Tivoli, CiscoWorks • Active measurement tools • Servers, Proxies • OS monitoring tools wjl@cernet.edu.cn

40. C1 C2 C3 C4 End-to-end Available Bandwidth Measurement • Capacity: Maximum throughput without cross-traffic • Available bandwidth: Maximum throughput given cross-traffic A1 A2 A3 A4 Source Destination wjl@cernet.edu.cn

41. Applications • Efficiency of application • Choose the “best” server • Congestion control • Multicast routing • Etc… wjl@cernet.edu.cn

42. q2 q1 q3 q4 n-1 n Pathchar • Lots of UDP probes with different sizes and TTLs • Estimates latency and bandwidth rtt from (n-1)th to n-th 2*lat + ip_size / bw • Dynamic behavior hard as queues neglected and various other assumptions • Link-by-link measurement wjl@cernet.edu.cn

43. wjl@cernet.edu.cn

44. Packet-pair(Nettimer) • Send packets back-to-back and estimate the narrow link capacity from the packet dispersion • Only measures end-to-end capacity while neglecting cross-traffic Tn+1 - Tn = max(S/BW, T1 – T0) Size/BW T1 T0 Tn+1 Tn wjl@cernet.edu.cn

45. MRTG • Highly portable SNMP based tool • Provides only 5 min averages of link utilization • Used by the network operators only as router SNMP community string information required • Link-by-link measurement • http://people.ee.ethz.ch/~oetiker/webtools/mrtg/ wjl@cernet.edu.cn

46. 通过端口的流量推测端到端的流量，发现流量分布特征。通过端口的流量推测端到端的流量，发现流量分布特征。 wjl@cernet.edu.cn

47. Pathload • Sends Self-Loading Periodic Streams at increasing rates till the rate is larger than the tight link available bandwidth and the relative one way delays of packets show an increasing trend. • This scheme is highly intrusive even though the scheme measures the available bandwidth of the tight link • End-to-end available bandwidth measurement wjl@cernet.edu.cn

48. Measurement tool: PingER • PingER( Ping End-to-end Reporting )monitor end-to-end performance of Internet links • http://www-iepm.slac.stanford.edu/pinger/tools/tools.html wjl@cernet.edu.cn

49. 路由器流量监测 • 缘由 • 线速增长速度远远高于内存访问速度 • 不可能对每个数据包进行记录 • 必须对流量进行抽样 • 问题的关键 • 如何抽样? • 如何将少数的大流和大量的小流区分开 • 对于网管和计费意义重大 wjl@cernet.edu.cn

50. Router-based Passive Measurement wjl@cernet.edu.cn