網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的性能測(cè)試原理和實(shí)踐

1、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的性能測(cè)試原理和實(shí)踐1網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的性能測(cè)試:原理和實(shí)踐 章淼 吳建平 盛立杰 崔勇 徐明偉 清華大學(xué)計(jì)算機(jī)系網(wǎng)絡(luò)研究所 摘要: 網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試技術(shù)在近些年來(lái)得到快速的發(fā)展,其中很重要的是對(duì)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的測(cè)試,它為網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的制造商和用戶(hù)提供了測(cè)量網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備性能的有效手段.本文首先介紹了網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備性能測(cè)試領(lǐng)域的一些技術(shù)背景,包括在測(cè)試中使用的性能指標(biāo)和測(cè)試中的環(huán)境設(shè)置,這些是對(duì)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備性能測(cè)試系統(tǒng)的需求.接著本文介紹了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備性能測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案.我們使用這個(gè)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)Cisco12000路由器進(jìn)行了測(cè)試. 關(guān)鍵詞: 性能測(cè)試,網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 1. 引言 隨著互聯(lián)網(wǎng)

2、的廣泛使用,互聯(lián)網(wǎng)對(duì)于社會(huì)生活已經(jīng)十分重要.用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商都對(duì)網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的性能提出了非常高的要求.網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用內(nèi)容在不斷增加,包括IP電話(huà),時(shí)被測(cè)設(shè)備一定要對(duì)校驗(yàn)和進(jìn)行處理2.這些要求都是為了便于對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較. 2.2 延遲 延遲的定義為:測(cè)試報(bào)文通過(guò)被測(cè)設(shè)備所需的時(shí)間.延遲也是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一個(gè)重要性能指標(biāo).延遲的大小和變化影響到很多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能.例如在TCP的流量圖1(b) 和圖1(c) 都是突發(fā)流量模型,它們的差別是4狀態(tài)數(shù)目不同.圖1(b) 中,以速度V1持續(xù)發(fā)送時(shí)間T1后,再以速度V2持續(xù)發(fā)送時(shí)間T2,之后循環(huán)這個(gè)過(guò)程.T1和T2既可以是常數(shù),也可以是滿(mǎn)足一定分布的隨機(jī)數(shù).

3、 均勻流量模型雖然是最簡(jiǎn)單的,但它仍然是使用最廣泛的一種流量模型.它的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)和配置簡(jiǎn)單,便于對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較.突發(fā)流量模型可以用于測(cè)試網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在突發(fā)報(bào)文情況下的性能,在大多數(shù)的性能測(cè)試系統(tǒng)中都支持這種模型. 3.3 性能測(cè)試的流量組合方式 上面討論了單個(gè)流的流量模型,這里討論在多個(gè)端口和多個(gè)流的情況下,如何在性能測(cè)試中對(duì)多個(gè)流進(jìn)行組合.在3中,有關(guān)流量組合方式進(jìn)行了兩種分類(lèi).一種分類(lèi)從流量方向(Traffic Orientation)的角度出發(fā),另一種分類(lèi)從流量分布(Traffic Distribution)的角度出發(fā). 從流量方向的角度出發(fā),可以分為單向流量和雙向流量.單向流量的定義為:所

4、有進(jìn)入測(cè)試設(shè)備輸入端口的數(shù)據(jù)幀被轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口,而輸出端口沒(méi)有從設(shè)備外部收到任何數(shù)據(jù)幀.單向流量在性能測(cè)試中可以用于以下方面:測(cè)量吞吐量;測(cè)量最小幀間距;建立多對(duì)一或一對(duì)多的測(cè)試負(fù)載;檢測(cè)隊(duì)頭阻塞(Head of Line Blocking);測(cè)量使用擁塞控制機(jī)制時(shí)的轉(zhuǎn)發(fā)速率和吞吐量.雙向流量的定義為:每個(gè)端口同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)幀.使用雙向流量測(cè)試時(shí),被測(cè)設(shè)備的每個(gè)端口既從測(cè)試設(shè)備接收?qǐng)?bào)文,又向測(cè)試設(shè)備發(fā)送報(bào)文.當(dāng)接口為全雙工方式時(shí),必須使用雙向流量測(cè)試吞吐量和轉(zhuǎn)發(fā)速率. 從流量分布的角度出發(fā),分為非網(wǎng)格流量(Non-meshed traffic),部分網(wǎng)格流量(Partially meshe

5、d traffic)和全網(wǎng)格流量(Fully meshed traffic).非網(wǎng)格流量的定義為:從一個(gè)輸入接口進(jìn)入的數(shù)據(jù)幀只被轉(zhuǎn)發(fā)到唯一的一個(gè)輸出接口,并且輸入接口和輸出接口被分為相互排斥的接口對(duì).這樣,每?jī)蓚€(gè)接口被分為一組.每個(gè)接口只和與它同組的接口發(fā)生關(guān)系.部分網(wǎng)格流量的定義為:從一個(gè)或多個(gè)輸入接口進(jìn)入的數(shù)據(jù)幀被轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)或多個(gè)輸出接口,每?jī)蓚€(gè)接口之間只存在單向的流量,發(fā)送和接收接口之間的關(guān)系可以為一對(duì)多,多對(duì)一或者多對(duì)多.全網(wǎng)格流量的定義為:從每個(gè)端口進(jìn)入的數(shù)據(jù)幀被轉(zhuǎn)發(fā)到其它所有接口,即每?jī)蓚€(gè)接口之間都存在雙向的流量.全網(wǎng)格流量要求每個(gè)接口既發(fā)送報(bào)文,又接收?qǐng)?bào)文.當(dāng)接口為半雙工時(shí),由于

6、在接收時(shí)要中斷發(fā)送,這樣的流量必然導(dǎo)致突發(fā)現(xiàn)象的發(fā)生.圖2顯示了在4個(gè)接口情況下三種流量分布的區(qū)別.需要說(shuō)明的是,圖2(a) 和圖2(b) 中顯示的只是非網(wǎng)格流量和部分網(wǎng)格流量的一種情況.在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有N個(gè)接口的情況下,在非網(wǎng)格流量方式下,V1(a) constant model (b) bursty model with two statesV1V2T1T2(c) bursty model with three states V1V2T1T2V3T3圖1. 流量模型 1432(a) non-meshed 1432(b) partially meshed1432(c) fully meshe

7、d 圖2. 流量分布 5最大的總流量數(shù)(即圖2中有向邊的個(gè)數(shù))為N/2;在部分網(wǎng)格方式下,總流量數(shù)為N(N-1);在全網(wǎng)格方式下,總流量數(shù)為N2/2.另外需要指出的是,以上三種方式并沒(méi)有覆蓋所有可能的流量分布情況.從測(cè)試的代價(jià)考慮,沒(méi)有必要使用所有可能的情況,在性能測(cè)試中,只使用這些典型的流量分布就可以了. 3.4 特殊流量的設(shè)置 除了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)流量外,一些特殊流量也對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能有重要的影響,例如:失或者亂序的報(bào)文.亂序就是指報(bào)文在傳輸過(guò)程中沒(méi)有保持發(fā)送時(shí)的順序.在10中指出,亂序現(xiàn)象在Internet上是相對(duì)比較多的.而在11中指出,部分亂序現(xiàn)象的發(fā)生是由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中并行部件的使

8、用.使用多個(gè)相同的部件對(duì)網(wǎng)絡(luò)報(bào)文進(jìn)行并行處理是目前在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中普遍使用的一種技術(shù).和使用一個(gè)高速部件相比,使用多個(gè)低速部件來(lái)完成相同的功能更加經(jīng)濟(jì)和可靠.但是由于并行部件的使用使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)多條數(shù)據(jù)通路,如果不采用特殊的設(shè)計(jì),也會(huì)導(dǎo)致亂序現(xiàn)象的發(fā)生. 本模塊使用窗口機(jī)制來(lái)檢測(cè)報(bào)文的丟失和亂序.其原理如圖4所示.每個(gè)報(bào)文攜帶一個(gè)唯一的序號(hào).win_min和rcv_next分別為檢測(cè)窗口的下界和上界.new表示新到達(dá)的報(bào)文的序號(hào).如果new等于rcv_next,說(shuō)明報(bào)文順序正確.如果new大于rcv_next,表明出現(xiàn)了報(bào)文丟失.如果new小于win_min,說(shuō)明出現(xiàn)了重復(fù)的報(bào)文.如果落入窗口內(nèi),而對(duì)應(yīng)的位置為0,說(shuō)明出現(xiàn)了亂序的報(bào)文;否則說(shuō)明出現(xiàn)了重復(fù)的報(bào)文. 4.3 測(cè)試的連接模型 測(cè)試系統(tǒng)的一個(gè)測(cè)試接口可以同時(shí)生成多個(gè)流.使用不同的流量生成方案,可以構(gòu)成不同的測(cè)試連接模型.圖5顯示了兩種不同的測(cè)試連接模型.圖5(a)是間接連接模型,在該模型中每個(gè)測(cè)試端口 system for network interconnection devices is