基于主动测量的HTTP端到端体验质量测量技术研究

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摘 要:随着互联网的普及和发展,网络应用业务用户使用感受的测量愈发重要。HTTP作为互联网典型应用万维网服务的传输协议,对它的体验质量进行测量不仅有助于了解各个网站的用户体验,同时也将为互联网的其他应用业务的测量提供参考。通过使用基于主动测量的测量工具SimBrowser对若干网站进行测量,以及对比用户的实际体验,验证了测量方法的可行性,并初步了解了一些http端到端体验质量与服务质量的关系。关键词:HTTP; 端到端; 体验质量; 网络测量

中图分类号:TN919-34文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)19-0106-02

Study on HTTP End-to-end QoE Measurement Technology Based on Active Measurement

ZHAO Chen, ZHANG Hua-wei

(PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China)

Abstract: With the popularization and development of Internet, the measurement of Internet application service user experience becomes more important. QoE measurement of HTTP as the transfer protocol of WWW service (a typical Internet application) can not only help understand the user browsing experience of the sites, but also provide a reference of other Internet application services′ measurement. By using SimBrowser (a measuring tool) based on the active measurement to measure some sites and compare the users′ experience, the feasibility of the measurement method is verified and the relationship between QoE and QoS of HTTP is understood primarily.Keywords: HTTP; end-to-end; QoE; network measurement

0 引 言

随着基于TCP/IP[1-2]协议的互联网的迅猛发展,人们对网络的依赖程度越来越高。目前,因特网Internet已经成为国家信息化建设的重要组成部分。而Internet作为一种IP网络,存在着无法实施有效管理等缺陷。可测量是可管理的基础,IP网络的测量技术,已成为网络技术发展的重要领域之一。

在Internet丰富多彩的应用中,万维网WWW(World Wide Web)[3]服务作为基础性的应用存在。文本传输协议HTTP(Hyper Text Transfer Protocol)[4]是WWW的核心标准之一,它负责规定浏览器和HTTP服务器怎样相互交流。对HTTP测量的研究,不仅有助于提高WWW服务的可管理性,同时也对其他Internet应用的测量有借鉴意义。

1 端到端体验质量

很多的电信业务中都提到了服务质量QoS(Quality of Service)[5],对传统电信业务来说,QoS意味着网络性能,尤其是网络传输性能;而对于WWW,VoIP,IPTV等应用业务而言,QoS无法满足对用户实际使用感受的评价,因此出现了用于描述用户的应用业务使用感受的体验质量QoE(Quality of Experience)[6],它比QoS更强调用户的业务体验。而端到端[7]QoE测量正是进行网络业务质量监控和管理的重要手段[8]。

2 主动测量

网络测量根据测量方式的不同,分为主动测量和被动测量,两种测量方式的主要区别在于测量过程中是否向网络内注入探测数据包。主动测量向网络内注入特定的探测数据包并通过收集和分析网络的反馈信息,得到所要测量的网络状态和性能参数。被动测量通过在网络内安装测量设备捕获并分析数据包,从而得到网络状态和性能参数[9-10]。

对于HTTP端到端QoE测量,主动测量方式具有以下优点:

(1) 不依赖于被测对象的测量能力,能直接测量和分析网络性能。

(2) 适合端到端测量,对于所关心的内容只要在本地发送探测数据包,观察网络响应。

(3) 不涉及用户的网络信息,所以对用户而言安全性更好。

3 测量方法和结果分析

用户对WWW服务的访问主要是由浏览器完成的,而浏览器在用户访问WWW服务的过程中与HTTP服务器建立连接并获取数据,充当了一个HTTP客户端的角色。使用定制的HTTP客户端来模拟浏览器行为的方式,主动向网络中注入探测数据包,能够获得与HTTP服务器的通信细节,继而得到HTTP端到端QoE。

IE(Internet Explorer)浏览器作为Windows系统的默认浏览器,很多用户使用它来访问Internet上的WWW服务。在当前浏览器浏览器中,如遨游、腾讯浏览器等,也都是基于IE内核构建的。IE浏览器在与HTTP服务器通信过程中所使用的通信模块,就是Windows系统的套接字Socket网络通信模块Ws232.dll;而其他非IE内核的浏览器,如Firefox,Google Chrome等,也使用该模块建立TCP连接与HTTP服务器进行通信。因此,基于Ws232.dll模块对IE浏览器访问WWW服务过程中的网络行为进行模拟,能够比较真实地反映大多数用户访问WWW服务时的真实体验。

Ws232.dll是Windows系统的Socket通信模块,Windows系统为其提供了开放的编程接口WinSock 2。这也保证了采用Socket编程的方式来模拟IE浏览器行为的方法的可行性。

3.1 测量方案

对HTTP端到端QoE的测量通过一个定制的HTTP客户端SimBrowser来实现。SimBrowser基于WinSock 2编程接口实现,在模拟访问的过程中,SimBrowser向被测HTTP服务器发送包含特定数据的GET请求数据包,与服务器建立TCP连接并接收响应数据。通过对响应数据包和响应时间的分析,来获得HTTP端到端QoE。

为了能够更加贴近真实地模拟用户的访问体验,在研究过程中,使用IE浏览器访问被测网站并抓包获得访问数据的方式与SimBrowser所测数据进行对比,观察测量效果。

3.2 结果分析

使用SimBrowser对某大学网站主页进行测量实验,在同一时间段内,使用IE进行浏览,并使用数据包捕获分析工具Wireshark记录数据以进行比较。此次测量实验一共记录15组数据,IE 6与SimBrowser的HTML文件获取时延数据对比如图1所示。

图1 IE 6与SimBrowser的HTML文件获取时延数据对比

使用SimBrowser模拟测量和IE 6的统计数据比较见表1。

表1 使用SimBrowser模拟测量和IE6的统计数据比较ms

最小值最大值平均值标准差

IE 61 1902 2621 639359

SimBrowser1 1722 2191 624369

由数据的统计分析可以看出,SimBrowser测得的数据与使用IE 6的访问体验非常接近,基本可以贴近使用IE 6访问WWW服务的用户的实际体验。

使用SimBrowser对若干知名网站进行了一段时间的监测后,通过对数据的统计分析得知,在大部分情况下,连接时延在数值上仅占访问时延中很小的一部分;不同网站的访问时延与其页面下载时延在数值上很接近,也就是说不同网站的访问时延不同主要是由下载数据量和连接带宽决定的;而同一网站的访问时延则会在个别测量中因连接超时导致的很大的连接时延而波动,但连接超时与页面下载中TCP重传的关联并不大。

由于这种测量方法通过模拟浏览器行为实现测量,并不会向网络中发送大量的探测数据包,因此它对Internet的访问流量的影响并不大,也不会导致网络的拥塞。而对测量结果的分析主要考虑的是数据之间的对比和趋势,所以受到Heisenberg效应的影响并不严重。

4 结 语

通过对HTTP的模拟和端到端QoE的测量可以看出,使用主动测量的方式对Internet应用业务的端到端QoE进行测量是可行的。只要测量方法得当,既可以保证测量的效果,又可以在很大程度上避免网络拥塞的发生和Heisenberg效应的影响,达到对应用业务的端到端QoE有效测量的目的。

参考文献

[1]IETF. RFC793 transmission control protocol [S]. California: California Network Working Group, 1981.

[2]IETF. RFC791 internet protocol [S]. California: University of Southern California, 1981.

[3]W3C Standard. World wide web consortium process document [S]. [S.l.]: [s.n.], 2005.

[4]IETF. RFC2616 HTTP/1.1[S]. California: NWG, 1999.

[5]ITU-T Study Group. Definitions of terms related to quality of service [S/OL]. [2008-09-23]. www.itu.int.

[6]ITU-T Study Group. Definition of quality of experience (QoE)[S/OL]. [2008-06-16]. www.itu.int.

[7]PAXSON Vern. End to end internet packet dynamics[M]. USA: ACM, 1997.

[8]唐红,赵国锋,张毅,等.IP网络测量[M].北京:科学出版社,2009.

[9]CLAFFY K C, McCreary S. Internet measurement and data analysis: passive and active measurement[M]. [S.l.]: [s.n.],1996.

[10]张宏莉,方滨兴,胡铭,等.Internet 测量与分析综述[J].软件学报,2003(14):110-116.