网络带宽估计的方法及问题综述

一．现行的带宽估计方法

现行的可用带宽估计得方法多为基于包在链路上延时的方法，如下图：

数据流分为背景数据流（正常数据），探测数据包。

由于转发链路间的带宽不同，导致包的链路延时随着链路发生变化。我们就可以通过探测包的延时时间，来估计链路的瓶颈带宽（即最小链路带宽）。

 

二．包探测带宽估计原理简析

如上面两个图，得出如下结论：

无论以怎样的带宽发送，中间链路如何，最终的带宽等于链路上的最小带宽，即平均带宽。

忽略其他条件，在理想条件下，带宽等于接收带宽。

三．方法分类：

分为单端探测和两端探测。

单端探测：利用ICMP协议，发送time-exp不同的ip包，从而取得各个路由器的时延，只通过发送一端来进行探测。

两端探测：send端和rev段，通过两端联合计时来计算。

下面列出了下面主流的探测方法和工具：

 

四．链路延时估计的五个问题

 1．时间的准确性

       通过测量发送达到时间的链路延时估计，依赖与计算机的时钟。有如下几个问题。

   a.有的系统是ms级别的系统时钟，而控制包对需要us级别的时钟

   b.系统调用函数延时大概为100us级别，以及网卡及其他延时。

2．包乱序与包丢失

包乱序与包丢失都会导致估计不准

3．路由算法

一般的路由算法为FIFO先进先出算法。也有的路由不是这种算法，如过载丢弃等等。

4．突发的背景数据

上述假设背景数据局部稳定的情况下。如果背景数据突发变化，会导致时间间隔错乱，如下图：

 

根据以上的缺点，一般的解决方法是用长序列的数据包队列，来获得相对稳定的探测，不过包丢列长度为多少，占用带宽等等也是问题。

五．接着单独分析单端和两端的缺点。

单端缺点：

1.反向的数据流对于正向流的影响很大

2.据研究，A—〉B的链路在小时单位内是稳定的，即端到端路径基本不变，但是B—〉A的路径不一定等于A—〉B路径。

3.ICMP的处理时间是100ms级别的，会有浮动。

4.现代的路由对于ICMP都有限速，不允许过多过快的ICMP

 

两端缺点：

1.两端都要有软件

2.时钟同步问题

文章整理归纳致：可用带宽度量系统中的若干基本问题。

上面介绍了带宽估计的基本面貌，接下来几篇blog具体分析各个协议。