[发明专利]一种TCP时延计算方法及提高TCP KPI计算准确度的方法

说明书

本发明揭示了一种TCP时延计算方法及提高TCPKPI计算准确度的方法，采用跟踪TCP数据流，通过匹配TCP下行数据包序号值和应答数据包ACK值，找到相对应的TCP下行数据和上行ACK应答数据报文对，分别提取上下行报文的时间戳，并计算这两个时间戳的差值，从而获取TCP网络时延。本发明提出的TCP时延计算方法，可提高网络抓包有损情况下的TCP时延计算的精确度，提高网络DPI设备对TCP流量监测的性能和效率。此外，本发明提出的提高TCPKPI计算准确度的方法，可提高TCP下载速率、TCP时延、TCP重传率指标计算精准度，提高网络DPI设备对TCP流量监测的性能和效率。

技术领域

本发明属于通讯技术领域，涉及一种TCP流量性能监测方法，尤其涉及一种提高TCPKPI计算准确度的方法；同时，本发明还涉及一种TCP时延计算方法。

背景技术

近年来，随着互联网的快速发展，对IP网络和各种上层应用(如Web访问、电子商务、视频、游戏、即时通信等)业务质量的监测需求也日益增长。目前业界普遍采用在IP网络的各个关键网络节点位置(包括骨干层、汇聚层、接入层、用户侧)部署被动监测探针设备，来实现对IP网络流量和各种上层应用的业务质量监测。

由于IP网络流量增长迅猛，在IP骨干网上广泛采用10G、40G甚至100G的光纤链路传输数据，在用户侧千兆家庭网关、百兆接口4K机顶盒也越来越普及。这种大流量的网络环境对监测设备和软件的底层抓包性能提出了极大的挑战，目前的商用万兆服务器网卡、家庭网关和机顶盒等终端设备的千兆/百兆网卡均无法保证在大流量情况下实现100％数据包捕获性能。由于大部分互联网应用主要采用TCP协议来传输数据，因此业界迫切需要找到一种能在网络抓包有损情况下，仍能较准确地计算各项TCP KPI指标(包括TCP下载速率、TCP时延、TCP重传率)的方法。

高流量情况下IP网络抓包性能分析

通常IP监测设备或软件的网络抓包分析模块使用libpcap接口从网口捕获IP数据包，libpcap采用“尽力而为”转发机制向抓包分析模块发送数据包。以OTT机顶盒中部署QoS软探针为例，机顶盒操作系统内核为了保障主要业务(如机顶盒视频播放)不受影响，到达网卡的数据包会优先发送给TCP/IP协议栈，经过重组后传递到机顶盒播放器。当开启libpcap抓包时，内核会通过中断通知QoS软探针抓包分析模块尽快将收到的数据复制传递走。

在播放4K超高清视频等高流量的情况下，libpcap往往无法全量拷贝出网口数据包，从而造成QoS软探针所抓取的数据包大量缺失。以一个普通配置的安卓OTT机顶盒为例，在4K视频下载时，视频媒体流传输协议栈采用MPEG-TS/HTTP/TCP/IP/Ethernet情况下，对终端网卡抓包性能进行测试，抓包模块丢包严重程度与网口流量关系如图1所示。

通过对抓包模块丢包的特性做进一步分析，发现一个规律：视频服务器发送给机顶盒的下行视频数据包，由于数据包长度较大(一般在1300－1500字节左右)、并且数量较多，因此丢包情况较为严重；相反机顶盒发送给视频服务器的上行TCP ACK应答包文，由于数据包长度较小(一般在64－100字节左右)，则不容易被抓包模块丢失。

根据以上分析，在机顶盒这类网卡性能较低的设备上，通过传统网口抓包分析方法来计算TCP KPI指标，由于在高流量情况下抓包模块丢包严重，会导致所计算的TCP下载速率、TCP时延、TCP重传率等指标存在很大的误差。考虑到上行TCP ACK小报文比下行TCP大数据包文的丢包概率要小很多，因此可以对传统TCP KPI指标计算方法进行了优化改进，来提高TCP KPI指标计算准确度，以达到合理的误差范围。

传统的TCP KPI指标计算方法及缺陷

1、TCP下载速率

图2是一个TCP/IP报文的IP包头格式描述。