網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能評價方法的分析與研究

趙博

摘 要：針對目前缺乏有效的方法來對網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備進行性能分析評價的現(xiàn)狀，結(jié)合一些安全設(shè)備自身的優(yōu)缺點，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能分析研究確定的指標(biāo)參數(shù)，介紹網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能分析研究的幾種數(shù)學(xué)方法。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 性能評價 測試分析

網(wǎng)絡(luò)的開放性、共享性是其得以迅速發(fā)展的重要原因，但開放帶來的負(fù)面效應(yīng)就是安全上的威脅。黑客可以通過各種手段進入到局域網(wǎng)內(nèi)部，獲得某些公開信息或者進行一些破壞，為了保護內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，保護合法用戶的私有信息，一般在網(wǎng)絡(luò)上引入一些安全設(shè)備，如防火墻、加密機等都比較常用。

對于實際運行中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，系統(tǒng)管理員需要對其運行效率進行監(jiān)控和性能分析，對網(wǎng)絡(luò)進行有效管理以得到最佳服務(wù)；對于待建的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計者要驗證其設(shè)計方案的可行性，也要分析評價某種方案時網(wǎng)絡(luò)的性能，以有限投資建立最優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

一、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能分析與研究的現(xiàn)狀

隨著通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的日益復(fù)雜，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能分析都趨于使用一定的網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)。目前針對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能分析評價技術(shù)和方法有很多，而且越來越成熟。例如，對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的測試工具最典型、最重要的一種就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析儀。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析儀一般有專用的硬件設(shè)備和專門的軟件。這類協(xié)議分析儀典型的功能是數(shù)據(jù)包的捕捉、協(xié)議的解碼、統(tǒng)計分析和流量的產(chǎn)生，用協(xié)議分析儀我們可以捕捉網(wǎng)上的實際流量、提取流量的特征，在此基礎(chǔ)上對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的流量進行模型化和特征化。

科學(xué)、系統(tǒng)、嚴(yán)格的分析評價是保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)高性能、高可靠性、高實用性的基本手段，測試能力代表著技術(shù)水準(zhǔn)和整體實力。目前在國內(nèi)非常急需發(fā)展一個領(lǐng)域，建立相應(yīng)的測試環(huán)境，加速培養(yǎng)相關(guān)的測試人才，努力縮短與發(fā)達(dá)國家的差距，以適應(yīng)國際信息網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的需要。

二 、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能分析與研究的指標(biāo)

所謂網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能分析評價，是對制定的一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或一類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)求出其性能指標(biāo)的方法。例如，網(wǎng)絡(luò)安全設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)的一個組成部分，對其性能的分析評價完全可以參照對網(wǎng)絡(luò)的性能分析評價方法來進行，所以在進行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能分析與研究時，要將網(wǎng)絡(luò)合可分，分可合。

一般評價一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能好壞的技術(shù)包括吞吐量、報文平均延遲時間、系統(tǒng)的平均響應(yīng)時間、系統(tǒng)的報文平均隊長、最大工作站數(shù)、網(wǎng)絡(luò)吞吐量的最大距離和可靠性等。從應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的維護、管理角度來看，用戶關(guān)心的技術(shù)指標(biāo)是：網(wǎng)絡(luò)吞吐率（S）、介質(zhì)利用率（U）和延遲時間（D）。

網(wǎng)絡(luò)吞吐率（S）（有時也稱吞吐量）是指單位時間內(nèi)通信信道的信息量，或一定時間內(nèi)某臺計算機或設(shè)備所能完成的通信總量，亦稱通過量。這是一個廣義的解釋，實際上在不同的應(yīng)用場合，吞吐量的計算方法和具體含義不盡一致。

介質(zhì)利用率（U）表示信道傳送信息的時間與信道總可用時間之比。這里的時間不包括傳輸沖突、調(diào)節(jié)周期等各種形式的花費。

延遲時間（D）是指網(wǎng)絡(luò)發(fā)收的一個完整報文或一段信息的時間，即特指某個報文的延遲。一般網(wǎng)絡(luò)的延遲都是指其統(tǒng)計平均值，這個值隨網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的負(fù)載變化而變化，而延遲對負(fù)載率的變化可以說明某個網(wǎng)絡(luò)延遲性能的好壞。

但在討論和評價網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能好壞時最重要的兩個技術(shù)指標(biāo)應(yīng)該是網(wǎng)絡(luò)吞吐量和延遲時間。

三、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能分析與研究的一般方法

性能分析評價方法有多種，包括物理模型法、理論分析法、程序模擬法、綜合分析法等等，下面就引入數(shù)學(xué)研究思想介紹幾種分析評價方法：

1數(shù)學(xué)解析法

解析法是一種在于公式的通信系統(tǒng)性能評價技術(shù)方法。主要是運用數(shù)理、排隊論等數(shù)學(xué)工具來研究網(wǎng)絡(luò)的性能，并把各種性能指標(biāo)歸納為一個個公式，通過這些公式來求網(wǎng)絡(luò)的各項性能指標(biāo)。比如，通常資源的平均占用時間和用戶使用的頻次用來計算網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載，預(yù)期性能的度量標(biāo)準(zhǔn)可由網(wǎng)絡(luò)負(fù)載和模型迅速地計算出來。

解析模型的最大優(yōu)點是速度快，能得到性能參數(shù)的公式解，它可在性能參數(shù)和系統(tǒng)輸入?yún)?shù)間建立起明晰關(guān)系，從而有助于更深入地了解系統(tǒng)的特性。

2模擬仿真法

網(wǎng)絡(luò)仿真就是編制一個程序?qū)λ芯烤W(wǎng)絡(luò)的全部或部分行為進行仿真，然后運行該程序，在程序的運行過程中采集數(shù)據(jù)，最后對該程序的運行結(jié)果進行統(tǒng)計分析，但對于網(wǎng)絡(luò)仿真，如果對所研究的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)行為有一個詳細(xì)的仿真，那將會得到一個比用分析法更為精確的數(shù)值，而且網(wǎng)絡(luò)仿真可以檢測到不同的因素對性能的影響。當(dāng)然，和現(xiàn)實相比仍會有一定的誤差，更何況網(wǎng)絡(luò)仿真是通過模擬網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的行為來評價性能的，因此，可以評價網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的瞬間行為。但仿真方法的計算量太大，沒有解析法簡單明了，如果仿真模型不正確，那么得出的結(jié)果和現(xiàn)實將大相徑庭。在分析研究網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能上使用模擬仿真法，首要的是必須對仿真模型進行仔細(xì)的推理和驗證，確定是完全正確后方能繼續(xù)進行分析。

3測試監(jiān)控法

所謂測試監(jiān)控法就是直接對實際運行中的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各種性能指標(biāo)或與之相關(guān)的量進行直接的測試，從而對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能進行評價的方法。為了使測試值具有代表性，可以選擇網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在比較接近條件的正常運行期間進行測試，例如要測試定重負(fù)載條件下的性能，就應(yīng)該選擇在每天網(wǎng)絡(luò)使用最繁忙的時間內(nèi)進行測試。

測試監(jiān)控法是在網(wǎng)絡(luò)建立好之后才可以進行，絕大多數(shù)情況下，這不是一種切實可行的方法，因為有的網(wǎng)絡(luò)太大、花費昂貴，不可能先建立起網(wǎng)絡(luò)再確定其性能。

以上幾種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能分析研究方法都具有客觀性和實用性，有很強的應(yīng)用價值，但網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能評價是一個大工程，需要在實踐中不斷進行補充和改進。