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测量丢包和延迟的重要性

IPTV、移动视频等带宽消耗型应用的兴起，加上每比特成本最小化、每比特价值最大化的压力，迫使运营商将其传输网络从基于电路的技术过渡到基于数据包的技术。MPLS 是一种广泛成功的面向连接的数据包传输技术，非常适合基于数据包的传输网络。

随着数据网络上新应用程序的出现，服务提供商准确预测新应用程序推出的影响变得越来越重要。了解网络中的网络性能并对其进行建模对于部署新世界的应用程序以确保成功实施尤为重要。在分组网络中，数据包丢失和延迟是衡量性能的两个最基本的指标。在端到端测量方面，它们的作用更为重要。

属于大多数端到端用户应用程序的流量要么是损失敏感型（文件传输），要么是延迟敏感型（语音或视频应用程序），要么是两者兼而有之（交互式计算应用程序）。服务提供商的服务级别协议 （SLA） 取决于测量和监控这些网络性能指标的能力，因为 SLA 直接或间接取决于服务提供商网络中客户流量体验的丢失和延迟。

为了确保符合 SLA，服务提供商需要工具来测量和监控数据包丢失、单向延迟和双向延迟的性能指标，以及延迟变化和通道吞吐量等相关指标。这种测量功能使服务提供商能够更好地了解其网络的性能特征，从而促进规划、故障排除和网络性能评估。

定义数据包丢失、延迟和吞吐量

在分组网络中，数据包丢失和延迟是衡量性能的两个最基本的指标。

• Loss—数据包丢失是指一个或多个传输的数据包无法到达目的地。数据包丢失是指网络为管理拥塞而丢弃的数据包。

  数据应用程序对数据包丢失非常宽容，因为它们通常对时间不敏感，并且可以重新传输丢弃的数据包。但是，在视频会议环境和纯音频通信（如 VoIP）中，数据包丢失会产生抖动。

• Delay—数据包延迟（也称为延迟）是数据包从一个指定点到达另一个指定点所需的时间，具体取决于传输介质（如铜线、光纤或无线电波）的速度，以及沿途设备（如路由器和调制解调器）的传输延迟。

  低延迟表示较高的网络效率。

• Throughput—数据包延迟测量操作开始和完成之间的时间量，而吞吐量是在给定时间内发生的此类操作的总数。

丢包和延迟测量机制

数据包延迟和丢失是衡量网络性能的两个基本指标。Junos OS 提供了一种按需机制，用于测量关联的双向 MPLS 终极跳跃弹出 （UHP） 标签交换路径 （LSP） 上的数据包丢失和延迟。

按需延迟和丢包测量机制使用以下 CLI 命令启动：

• monitor mpls loss rsvp—对关联的双向 UHP LSP 执行按需损耗测量。

• monitor mpls delay rsvp— 对关联的双向 UHP LSP 执行按需延迟测量。

• monitor mpls loss-delay rsvp—对相关的双向 UHP LSP 执行按需组合损耗和延迟测量。

要启动延迟和丢包测量机制，需要输入所需的测量参数，例如测量类型和 LSP 名称。接收参数后，将显示性能监控数据的摘要，并终止机制。

数据包丢失和延迟指标

以下性能指标是使用按需丢包和延迟机制测量的：

• 丢失测量（数据包和八位字节）

• 吞吐量测量（数据包和八位字节）

• 双向通道延迟

• 往返延迟

• 数据包间延迟变化 （IPDV）

该命令执行丢失和吞吐量测量，该命令执行双向通道延迟、往返延迟和 IPDV 测量。monitor mpls loss rsvpmonitor mpls delay rsvp 该 命令执行丢失和延迟组合测量，并同时测量上述所有性能指标。monitor mpls loss-delay rsvp

丢包和延迟测量概念

以下概念有助于更好地了解数据包丢失和延迟的功能：

• Querier— 查询器是入口提供商边缘 （PE） 路由器，它发起查询消息以进行丢失或延迟测量。

• Responder— 响应方是出口 PE 路由器，它接收并响应来自查询器的查询消息。

• Associated bidirectional LSP—关联的双向 LSP 由两个单向 LSP 组成，这两个 LSP 通过两个 LSP 端点上的配置捆绑在一起（或相互关联）。

  按需损耗和延迟测量只能在关联的双向 UHP LSP 上进行。

• Generic associated channel (G-Ach)—通过 MPLS G-ACH 进行按需丢失和延迟测量的性能监控消息。这种类型的通道仅支持带内响应，不支持带外或无响应模式。

• Measurement point (MP)—MP 是描述测量条件的位置。

  传输端数据包丢失的 MP 位于交换结构和传输接口之间。计数器值在排队等待传输之前会标记在硬件的损耗测量消息中。

  接收端数据包丢失的 MP 位于接收接口和交换结构之间。MP 分布在接收端。此外，当传输接口是聚合接口时，MP 也会被分配。

• Query rate—查询速率是发送用于丢失和延迟测量的两个查询之间的间隔。

  由于丢失和延迟测量消息源自路由引擎，因此多个通道的高查询速率会给路由引擎带来沉重的负担。支持的最小查询间隔为 1 秒。

  对于 32 位计数器，查询速率应较高，因为当数据流量速率非常高时，计数器可能会快速换行。当在损失测量中涉及的所有四个测量点位置使用 64 位计数器时，查询速率可能很低。Junos OS 仅支持 64 位计数器。

• Traffic class—默认情况下，整个通道支持损耗测量。Junos OS 还支持流量类范围的数据包丢失测量，其中必须创建计数器来维护每个流量类的数据流量统计信息。

  默认情况下，不会创建每个流量类计数器。要配置流量类范围的丢失度量，请在层次结构级别包含 语句 。traffic-class-statistics[edit protocols mpls statistics]

  配置 后 ，流经 G-Ach 的控制数据包不计入传输和接收计数器。traffic-class-statistics

  注：

  启用和禁用流量类统计信息会导致重置 LSP 的所有计数器（聚合计数器和每个类计数器）。

• Loss measurement mode—Junos OS 支持按需损耗测量的直接模式，不支持推断模式。

  直接丢失测量要求在关联的双向 LSP 的两个单向 LSP 的入口和出口处维护数据流量统计信息。当 MX 系列路由器仅使用 MPC 和 MIC 时，默认情况下会在所有类型的 LSP 入口和 UHP LSP 出口处创建用于维护数据流量统计信息的计数器。

  但是，由于以下原因，损耗测量的直接模式并不完全准确：

  • 硬件的并行转发特性。

  • 网络中存在等价多路径 （ECMP），例如聚合以太网接口，这可能导致数据包相对于丢失测量消息重新排序。

  • 不通过 G-ACH 流动的控制数据包不会在 LSP 入口处计数，而是在 LSP 出口处计数。

  • 在 MPLS 网络中实施 Diffserv 时，相对于丢失测量消息的数据流量重新排序，并且丢失测量范围是完整通道，而不是流量类范围。

    要克服此限制，请在实现 Diffserv 时执行流量类范围的丢失测量。

  注：

  当与 LSP 关联的入口或出口接口发生变化时，直接模式损耗测量容易受到中断的影响。

• Loss measurement synchronization—RFC 6374 第 2.9.8 节中指定的同步条件在绝对意义上不成立。但是，由于损耗测量计数器是在硬件中标记的，因此由于不满足同步条件而引入的错误相对较小。这些误差需要量化。

  当 LSP 的发送或接收接口是聚合接口时，与接口为非聚合接口时相比，会引入更多的错误。在任何情况下，损耗测量计数器都印在硬件中，并且需要量化误差。

• Delay measurement accuracy— 当传输和接收接口驻留在不同的数据包转发引擎上时，必须在这些数据包转发引擎上同步时钟以进行双向延迟测量。此条件适用于实现按需延迟测量功能的平台。

  当存在聚合接口或 ECMP 时，仅测量其中一个潜在路径的延迟。

  当使用组合损耗和延迟消息进行延迟计算时，与在某些情况下使用延迟测量消息时相比，延迟的精度较低，例如当发送或接收接口是聚合接口时。

  延迟测量始终基于每个流量类执行，测量的准确性需要在测试后量化。

• Timestamp format—Junos OS 仅支持 IEEE 1588 精确时间协议 （PTP） [IEEE1588] 格式来记录延迟测量消息。不支持网络时间格式 （NTP）。

• — 要指示 MPLS LSP 的所有 OAM 消息都通过 MPLS G-Ach 传输，并允许 MPLS 性能监控消息通过 MPLS G-Ach 传输，必须在层次结构级别包含该语句。Operations, administration, and maintenance (OAM)oam mpls-tp-mode[edit protocols mpls label-switched-path lsp-name]

丢包和延迟测量功能

图 1 说明了用于双向测量数据包丢失和延迟的基本方法。路由器 A 和路由器 B 这两个路由器之间存在双向通道。时间参考点（T1、T2、T3 和 T4）与在路由器 A 上进行的测量操作相关联。该操作包括路由器 A 向路由器 B 发送查询消息，路由器 B 发回响应。每个参考点指示通过通道传输或接收查询或响应消息的时间点。

图 1： 基本双向测量

在 中 ，路由器 A 可以通过向路由器 B 发送丢失测量查询消息来安排在通道上正向和反向测量数据包。每个正向和反向消息都包含在时间 T1 之前通过通道传输到路由器 B （A_TxP） 的数据包计数。图 1

当消息到达路由器 B 时，将向消息附加两个值，并将消息反射回路由器 A。这两个值是在时间 T2 之前通过通道从路由器 A （B_RxP） 接收的数据包计数，以及在时间 T3 之前通过通道传输到路由器 A （B_TxP） 的数据包计数。

当响应到达路由器 A 时，消息将附加第四个值 – 在时间 T4 之前通过路由器 B （A_RxP） 通道接收的数据包计数。

这四个计数器值（（A_TxP）、（B_RxP）、（B_TxP） 和 （A_RxP） 使路由器 A 能够计算所需的丢失统计信息。由于路由器 A 的传输计数和路由器 B 的接收计数（反之亦然）在第一条消息发出时可能不会同步，并且为了限制计数器包装的影响，因此损失以消息之间的增量形式计算。

路由器 A 计算消息 LM[n-1] 和 LM[n] 标记的测量间隔内的传输损耗 （A_TxLoss[n-1，n]） 和接收损耗 （A_RxLoss[n-1，n]），计算如下：

1. A_TxLoss[n-1，n] = （A_TxP[n] - A_TxP[n-1]） - （B_RxP[n] - B_RxP[n-1]）

2. A_RxLoss[n-1，n] = （B_TxP[n] - B_TxP[n-1]） - （A_RxP[n] - A_RxP[n-1]）

算术是计数器大小的模数。

为了在路由器 A 上测量通道到路由器 B 的延迟，从路由器 A 向路由器 B 发送延迟测量查询消息，其中包含记录传输时刻的时间戳。在 中 ，时间戳记录在 T1 中。图 1

当消息到达路由器 B 时，将添加一个时间戳，记录接收消息的时刻 （T2）。消息现在可以从路由器 B 反射到路由器 A，路由器 B 添加其传输时间戳 （T3），路由器 A 添加其接收时间戳 （T4）。

这四个时间戳（T1、T2、T3 和 T4）使路由器 A 能够计算每个方向的单向延迟以及通道的双向延迟。单向延迟计算要求同步路由器 A 和 B 的时钟。

此时，路由器 A 可以计算与通道关联的双向通道延迟和往返延迟，如下所示：

1. 双向通道延迟 = （T4 - T1） - （T3 - T2）

2. 往返延迟 = T4 - T1

丢包和延迟功能

Supported Features of Packet Loss and Delay

Junos OS 通过按需丢失和延迟测量支持以下功能：

• 仅针对关联的双向 MPLS 点对点 UHP LSP 进行性能监控

• 损耗测量

• 吞吐量测量

• 双向延迟测量（通道延迟和往返延迟）

• 数据包间延迟变化 （IPDV）

• 直接模式损耗测量

• 聚合以太网和聚合 SONET 接口

• 多机箱支持

• 兼容 64 位

Unsupported Features of Packet Loss and Delay

Junos OS 不支持以下按需丢失和延迟测量功能：

• 伪线的损耗和延迟测量（RFC 6374 第 2.9.1 节）

• 单向测量（RFC 6374 第 2.6 节）

• 二元测量（RFC 6374 第 2.7 节）

• 环回模式下的损耗和延迟测量（RFC 6374 第 2.8 节）

• 从 LSP 端点到中间节点的丢失和延迟测量（RFC 6374 的 2.9.5 节）

• 外部后处理（RFC 6374 的 2.9.7 节）

• 推断模式损耗测量（RFC 6374 第 2.9.8 节）

• 主动模式

• 逻辑系统

• SNMP