随着业务应用的推陈出新和用户規模的不断增长网络呈现出“高速率、大规模、多接入、不可预期”的特点。传统网络管控方式和手段已经难以解决现有网络和未来网絡的挑战

因此，网络管理者迫切需要颠覆传统网络监测及故障排除方法提出能够应对网络状态测量、网络失效检测、故障定位与恢复等场景用例的实时灵活的测量解决方案。

P4开创了数据平面可编程的新时代这为网络管控提供了从数据平面直接获取状态信息的崭新途径。数据平面可编程技术的平台无关、协议无关和可重构性使网络管理者可以重塑网络测量及网络管控流程

图1 Nick McKeown 教授于2014 年首次设计并提出了數据平面特定领域编程语言P4

主动测量通过向网络中主动发送探测分组，并根据探测分组受网络影响而发生的特性变化来分析网络行为被測量的网络性能指标通常是丢包率、延迟、抖动、TTL和带宽等。常见的主动测量协议包括PING、Traceroute、IP测量协议(IP Measurement ProtocolIPMP)、单向主动测量协议(One-Way Active Measurement

主动测量的优點是使用灵活，缺点是给网络增加额外带宽/处理开销往往会引起海森堡效应(Heisenberg effect)，即观察者的介入干扰测量结果

被动测量通过捕获流经测量点的分组来测量网络状态、流量特征和性能参数。被动测量使用控制平面消息即可监测网络流量状态性能被监测的性能指标通常是包/芓节统计值、协议类型、队列长度和延迟统计信息。常见的被动测量协议有网络数据流统计协议(Cisco Netflow)、sFlow、IP流量信息输出协议(IPFIX)、数据包采样协议(PSAMP)

被动测量不会产生额外的测量负载，因此不会影响网络本身特性但被动测量往往只能监测交换节点本地状态信息，而不能监测网络状態和丢包率等全局状态信息

表1 网络测量方案及其分类

带内测量是近几年兴起的一种混合测量方法，通过路径中间交换节点对数据包依次插入元数据(Measure metadata)的方式完成网络状态采集相较于传统网络测量方案，带内测量能够对网络拓扑、网络性能和网络流量实现更细粒度的测量目前，带内测量的研究方向主要为IETF IPPM工作组[1]和OPSA工作组主导的带内OAM(In-situ Operation Administration

带内网络遥测由Barefoot、Arista、Dell、Intel和VMware于2015年共同提出[2]是一种不需要网络控制平面干预，網络数据平面收集和报告网络状态的框架在带内网络遥测架构中，交换设备转发处理携带遥测指令(Telemetry instructions)的数据包当遥测数据包经过该设备時，这些遥测指令告诉具备网络遥测功能的网络设备应该收集并写入何种网络状态信息

如图2所示，带内网络遥测系统由遥测服务器和具備带内网络遥测功能的交换机组成根据实际遥测任务的需要，该系统还可能需要时间同步服务器等设备完成辅助工作