基于网络质量监测的云网融合产品的的研究及应用

郝慧琴，潘 炜，王龙山，苏 达

（中国电信股份有限公司 山西分公司，山西 太原 030006）

0 引 言

随着网络传输技术的不断发展，国家提速降费战略的深入推进，客户对网络的需求日渐提高，对网络质量的要求也不断提高。在线路产品同质化、价格竞争白炽化的情况下，运营商不能一味通过降价陷入恶性循环。

面向企业的各类线路业务，客户已不再满足于运营商提供的网络是否连接或中断，并要求公司提供的网络服务超过某一项要求。在对用户检测和运营商监管还没有统一标准的大背景下，山西电信根据公司定位勇于创新，通过与客户经理研究、发现客户真实需要、了解客户的痛点，并结合对互联网质量控制的公司实际，设计了一套云网集成、独立控制、轻量部署、高效迭代的整体解决方案，以差异化改善业务质量、提升市场竞争力。

1 网络质量监测的手段与选型

随着我国光纤网络的建设和普及，政企客户对网络质量的要求也不断提高，但是对网络质量的要求、监测方式和监测手段也不尽相同。

目前，常用的几种网络质量检测方法（见表1）如下文所述。

表1 网络质量监测方法对比

（1）物理链路监测。通过光功率计等设备对光纤链路的损耗进行测试，判断网络传输质量。

（2）硬件设备监测。一是硬件探针检测，通过在网络不同位置放置专用的硬件探针，实现网络质量的自动检测；二是设备自发包检测，基于RFC2544和Y.1564的自发包命令，通过发包设备对包的检测和统计判断节点之间的网络质量。

（3）基于网络协议的监测。一是ping命令，基于控制报文协议（Internet Control Message Protocol，ICMP）协议，发送ICMP包到目的设备，通过返回值来判断网络质量。二是iperf3/Netperf命令，基于传输控制协议/网际协议（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）和用户报协议/网际协议（User Dategarm Protocol/Internet Protocol，UDP/IP）协议，可以实现网络带宽使用率和网络质量的监测。

由于物理链路监测耗时耗力并且需要专人配合测试，仅适用于故障判断与处理；硬件设备监测对设备有一定要求，同时很多设备不在用户侧，操作难度大、调整流程多；iperf3/Netperf命令获取数据较全，也很方便，但是需要服务端、客户端均安装，无法轻量化部署。最终，项目选择ping命令作为最有效、最通用、最轻量的监测手段。

2 网管专家的架构及规划

基于客户对运营商网络质量要求不断提高这一主题，提出政企客户与运营商之间应该采用同样的标准和方法，因此自主研发了“网管专家”这一软件，基于ping命令对网络质量进行监测、统计、分析和可视化展示等功能。同时，推出网管专家全家桶系列软件（见图1），全方位功能覆盖，满足各层级政企客户。

图1 网管专家全家桶系列软件

2.1 全家桶版本

（1）PHP版本，对客户开放源码，供客户进行学习、应用、二次开发。

（2）PHP升级版本，结合用户需求，对原有版本进行迭代，增加不同维度的数据标记、报表统计、报表分析等功能。

（3）Java专享版，对金融行业等有维护能力、自主管理的需求、有指定软件版本、较高要求的高端客户，通过调研其实际需求，通过Java专享版网管专家项目的开发和迭代，实现专享定制开发、私有化部署。实现统一网络资源管理、网络设备管理、电路质量监控、故障通知、自主故障处理、服务过程全程可视化、权限管理、运营分析等功能。

2.2 系统架构

网管专家系统架构如图2所示。

图2 网管专家系统架构

（1）底层架构。采用Python+PHPJava+VueNginxMySQL等主流开发技术，轻量化部署，仅1台PC机即可实现全部功能。

（2）网络质量监测功。系统实现统一监控，全面、实时动态掌握用户网络实际情况，包括设备性能监控、设备状态监控、网络性能监控、设备性能指示预警、网络通断监控、实时告警通知。

（3）故障处理可视化功能。当系统提醒客户发现问题时，通过业务全生命流程的可视化让故障处理进展一目了然。

（4）统一资源管理功能。统一网络管理，全面、动态掌握网络情况，资源和设备全生命周期性的管理，设备运行状态实时查看。

（5）运营统计分析服务。基于监测数据、专业化运营统计分析及网络优化建议，报表统计、生成和导出功能。

2.3 技术优势

整个系统部署在1台核心服务器，基于ICMP协议测试对端IP地址的网络质量，测试参数包括包的大小、数量、时间、次数等，测试结果包括丢包、时延、丢包率等；系统设置自定义告警规则，符合规则会自动启动MTR，实现网络质量监测的1个路由追踪，对故障处理具有参考和指导意义。

整个系统考虑IP地址量大和ping测量大的时候，会出现ping测第1轮未结束，第2轮即开始的重叠监测和记录情况，采用多线程技术来保障测试的快速、稳定，经过测试，在Windows系统下使用默认ping测命令及参数，对上千个IP可实现分钟级测试。由于Linux和Windows系统之间存在差异，且网络状态、目的地址状态等均有关系，表2所示测试结果为同一环境、同一主机、同一网络情况下进行的多次情况平均值，作为对比参考使用。

表2 单线程与多线程测试对比表 单位：s

同时，对数据结果的保存，按照500个IP地址、3 min ping测1次，存储结果1个月将到达720万条，3个月将超过2 000万数据。本方案设计数据库模型时采用按月建表，减少因数据量大而导致的读写速度慢的情况，提高业务试用感知。

本项目下期将引入人工智能（Artificial Intelligence，AI）算法，基于统计的大量数据，采用决策树或神经网络算法，对用户网络质量进行基于AI算法的分析，实现预测用户网络质量情况，对用户业务及运营商的运行维护实现参考和指导。

2.4 自主开发DevOps实践

（1）本系统自主开发大屏展示，所展示内容和数据可以基于客户需求进行个性化展示；

（2）报表展示的核心是个性化算法的提供，可以根据客户实际需求进行算法开发；

（3）项目融入自动化运维理念，后期可扩展多种自动化运维功能，且可实现快速迭代开发及部署。

本项目融入DevOps理念实现项目高质量、短时间的快速迭代开发，基于自主研发的云平台，对整个项目实现了全流程管理，为项目的DevOps提供全流程管理保障。

3 网管专家的应用效果及解决的问题

山西电信某客户选择使用电信数百条专线电路，但是每月均抱怨电路有中断、网络质量差等情况，提出高额索赔。但是，按照客户所提供的时间点、故障点进行故障排查，且经过专人监测相关电路，均未发现有任何故障。

为了更好的服务客户，经过深入了解，客户所提及“故障”为客户侧软件监测结果；而电信侧的判断标准为运维侧出具的（设备侧）“无故障”报告

由此，通过自主研发提出“统一度量衡”的工具，即网管专家产品，来实现双方测量标准的统一。网管专家可用于局域网网络质量、互联网质量的监测，对网络质量进行实时监测，为网络故障分析、网络运行质量分析提供数据依据，为运维工作提供有力保障。

经过几个月的测试，双方对监测结果达成一致，且经过对故障的分析及判断，解决了实际网络中发现的诸多问题，提升了客户满意度，也成功完成了客户业务的续签，为企业增收贡献科技实力。