IP網(wǎng)絡(luò)的性能測試分析

1、IP網(wǎng)絡(luò)的性能測試分析1 引言IP 網(wǎng)絡(luò)性能測試是保證網(wǎng)絡(luò)高性能、高可靠性的基本手段，也是為被測網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)客觀的量化指標(biāo)，幫助企業(yè)和運(yùn)營商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)評(píng)估驗(yàn)收；其次，網(wǎng)絡(luò)測試還能夠提供未來網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和業(yè)務(wù)開展的依據(jù)。2 測試范疇IP 承載網(wǎng)性能的測試從測試范疇來講，可以分為設(shè)備性能測試、網(wǎng)絡(luò)性能測試。設(shè)備性能測試是單點(diǎn)層面的測試，主要是對(duì) IP 網(wǎng)中的各網(wǎng)元設(shè)備（如交換機(jī)）進(jìn)行性能測試；網(wǎng)絡(luò)性能測試是延伸層面的測試，主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)端到端性能、全網(wǎng)性能進(jìn)行的測試。目前，IP 承載網(wǎng)性能測試的內(nèi)容包括吞吐量、時(shí)延、丟包、抖動(dòng)等性能指標(biāo)，通常采用專用的性能測試儀來完成測試。一般來講，首先在完成設(shè)備性能測試

2、的基礎(chǔ)上，才會(huì)開展網(wǎng)絡(luò)性能測試，而且還會(huì)采用從局部網(wǎng)絡(luò)性能測試到全網(wǎng)性能測試的方式。3 測試標(biāo)準(zhǔn)3.1 網(wǎng)絡(luò) 2-3 層測試的標(biāo)準(zhǔn)通常采用業(yè)界較廣泛認(rèn)可的 RFC 標(biāo)準(zhǔn)，包括 RFC1242,RFC2544RFC2885RFC2889 等，其中 RFC2544 定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備最基本的基準(zhǔn)性能測試指標(biāo)，包括：吞吐量（Throughput）指標(biāo)定義：在不發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失情況下，被測設(shè)備能夠支持的最大傳輸速率。時(shí)延（Latency）指標(biāo)定義：測試數(shù)據(jù)包通過被測設(shè)備所需要的時(shí)間。丟包率（Framelossrate）指標(biāo)定義：在一定負(fù)載下，被測設(shè)備丟失數(shù)據(jù)包的比例。背靠背（Back-to-backfr

3、ame）指標(biāo)定義： 在最大速率下， 在不發(fā)生數(shù)據(jù)包丟失前提下被測設(shè)備可以接收的最大突發(fā)數(shù)據(jù)包 （Burst）的數(shù)目。除了上述基準(zhǔn)性能測試外，在 IP 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，如果要考察網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備的交換性能、路由性能還需要參照 RFC2889RFC1771,RFC2328 等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。3.2 網(wǎng)絡(luò) 4-7 層業(yè)務(wù)承載能力建設(shè) IP 承載網(wǎng)的主要目的是可以在上面平穩(wěn)地運(yùn)行各種用戶需要的業(yè)務(wù)（如 HTTPFTP,E-mail,Voice,Video 等業(yè)務(wù)的支持情況），這些業(yè)務(wù)是評(píng)估 IP 承載網(wǎng)性能的重要組成部分。IP 承載網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)測試的主要評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：HTTP 每條路由都有 HTTPGETW 問請(qǐng)求

4、，系統(tǒng)能夠處理并發(fā)連接數(shù)的數(shù)量，以及系統(tǒng)能夠處理連接數(shù)的速率。FTP 每條路由上傳和/或下載文件的最大有效吞吐量（Goodput）。E-mail（POP3,SMTPIMAP）：主要評(píng)估網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)能夠處理郵件的速率（每秒鐘發(fā)送或接收郵件的數(shù)量、發(fā)送或接收附件的數(shù)量等）。Voice：每條路由上 IP 電話呼叫的語音質(zhì)量（MOS。Video：每條路由上 VODB 頻點(diǎn)播的視頻質(zhì)量（MDI,MOS_V。4 網(wǎng)絡(luò) 2-3 層性能測試吞吐量吞吐量（Throughput）一般作為考察網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能的首要指標(biāo)。為了能夠及時(shí)、迅速地處理網(wǎng)絡(luò)上傳送的數(shù)據(jù)、語音和視頻，要求交換機(jī)必須具備高速處理能力，提供高速數(shù)據(jù)鏈路

5、，保證網(wǎng)絡(luò)高吞吐能力，滿足各種應(yīng)用環(huán)境，特別是像圖文發(fā)送和視頻會(huì)議系統(tǒng)等高吞吐量場合對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。吞吐量測試定義了在不出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況下每秒鐘能傳輸幀的最大數(shù)量。該測試被用來測量電信級(jí)以太網(wǎng)服務(wù)中出現(xiàn)的以太網(wǎng)交換機(jī)的速率限制能力。測試時(shí)，幀長選擇 RFC2544建議的 7 種，分別為 64、128、256、512、1024、1280 和 1518 字節(jié)該測試。從最高幀速率開始，然后比較發(fā)送和收到的幀的數(shù)量。如發(fā)生幀丟失的情況，則將傳輸速率降低一半并重新開始測試。如果測試過程中未出現(xiàn)幀丟失，則將傳輸速率增加與前次測試速率差的一半。該方法也被稱為兩分/倍增法。不斷重復(fù)這種實(shí)驗(yàn)-錯(cuò)誤測試直至找到不

6、出現(xiàn)幀丟失的速率。必須為每個(gè)幀大小執(zhí)行吞吐量測試。 盡管幀傳輸期間的測試時(shí)間可能會(huì)較短， 但最終驗(yàn)證的測試時(shí)間必須至少有 60 秒。每個(gè)吞吐量測試的結(jié)果必須記錄在報(bào)告中，以每秒幀數(shù)（f/s 或 fps）或每秒比特?cái)?shù)（bit/s 或 bps）為測量單位。延遲延遲（Latency）也是考察一臺(tái)交換機(jī)的重要性能指標(biāo)之一，也稱延時(shí)或時(shí)延，以微秒（科 s）為單位。延遲測試測量幀從起始設(shè)備出發(fā)，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)到達(dá)目標(biāo)設(shè)備所需要的時(shí)間（也被稱為端對(duì)端測試）。該測試還可配置，以測量往返時(shí)間，即幀從起始設(shè)備出發(fā)到達(dá)目標(biāo)設(shè)備，然后返回起始設(shè)備所需要的時(shí)間。當(dāng)延遲時(shí)間因幀而異時(shí)，會(huì)導(dǎo)致實(shí)時(shí)服務(wù)發(fā)生問題。例如，VoIP 應(yīng)

7、用中的延遲差異會(huì)降低語音質(zhì)量并造成線路上出現(xiàn)“砰”或“咔嗒”聲。較長的延遲還可能降低以太網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量。在客戶端-服務(wù)器應(yīng)用中，服務(wù)器可能會(huì)超時(shí)或者出現(xiàn)應(yīng)用質(zhì)量降低的情況。對(duì)于 VoIP 來說，這會(huì)使對(duì)話中產(chǎn)生較長的延遲，從而導(dǎo)致“衛(wèi)星電話般的感覺”。開始測試時(shí)，針對(duì)每個(gè)幀大小測量吞吐量并進(jìn)行基準(zhǔn)測試，以確保幀被傳輸而不會(huì)被丟棄（即吞吐量測試）。這樣做會(huì)填充所有的設(shè)備緩沖區(qū)，從而測量最差情況下的延遲。第二步是用測試儀器發(fā)送 120 秒的數(shù)據(jù)。在傳輸?shù)闹虚g點(diǎn)，幀必須被標(biāo)上時(shí)間戳，當(dāng)其被測試儀器重新接收時(shí)，延遲得到測量。應(yīng)在剩余的時(shí)間繼續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。必須針對(duì)每個(gè)幀大小，測量 20 次，并應(yīng)報(bào)告測試結(jié)

8、果的平均值。丟包率丟包率測量在出現(xiàn)過載情況下網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)一這是反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)支持實(shí)時(shí)應(yīng)用能力的關(guān)鍵指標(biāo)， 在這些應(yīng)用中，大量的幀丟失會(huì)迅速降低服務(wù)質(zhì)量。因?yàn)樵趯?shí)時(shí)應(yīng)用中不會(huì)出現(xiàn)重發(fā)，所以如果不對(duì)幀丟失加以控制，那么這些服務(wù)可能會(huì)迅速變得不能使用。測試儀器以最大線路速率發(fā)送信息流，然后測量網(wǎng)絡(luò)是否丟失任何幀。如網(wǎng)絡(luò)丟失幀，記錄相應(yīng)的值，并以較低的速率重新開始測試（盡管建議采用更好的百分比，但速率降幅可為 10%。不斷重復(fù)該測試直至在三個(gè)連續(xù)測試周期內(nèi)未出現(xiàn)任何幀丟失的情況，此時(shí)創(chuàng)建用于報(bào)告的測試結(jié)果示意圖。結(jié)果顯示為丟幀的百分比，即該百分比表示提供負(fù)荷（傳輸幀）和實(shí)際負(fù)荷（接收幀）之間的差異。同樣，必須

9、為所有幀大小進(jìn)行該測試。背對(duì)背幀背對(duì)背（Back-to-back） 幀指的是固定長度的數(shù)據(jù)幀以合法的最小幀間隔在傳輸媒介上突發(fā)一段較短的時(shí)間（以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定幀間隔最小為 96bits）,一般以幀數(shù)多少來表示。背對(duì)背包突發(fā)通常發(fā)生在文件傳送或數(shù)據(jù)備份操作中。隨著 Internet 規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備急劇增加，遠(yuǎn)程文件服務(wù)和遠(yuǎn)程備份系統(tǒng)操作日益頻繁，這些因素都會(huì)導(dǎo)致背對(duì)背包突發(fā)的出現(xiàn)。其他指標(biāo)測試混合幀長度測試網(wǎng)絡(luò)中存在多種業(yè)務(wù)，在 2 層數(shù)據(jù)幀（Frame）的概念上，表現(xiàn)出有各種不同長度數(shù)據(jù)幀同時(shí)在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，所以測試混合幀長度對(duì)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)性能測試顯得尤為重要。轉(zhuǎn)發(fā)抖動(dòng)測試在 IP 的概念中，抖

10、動(dòng)是理想的數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間與實(shí)際到達(dá)時(shí)間的時(shí)間差，度量單位用時(shí)間（秒）來表示。抖動(dòng)有多種業(yè)務(wù)，特別是語音和視頻業(yè)務(wù)影響很大，所以網(wǎng)絡(luò)的抖動(dòng)性能指標(biāo)是一個(gè)非常重要的測試項(xiàng)。長期穩(wěn)定性測試長期運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定性要達(dá)到 99.999%的可靠性，長期穩(wěn)定性測試是必不可少的測試項(xiàng)目，從測試角度看，測試儀表必須能夠?qū)﹂L期（1 天、1 周或者一個(gè)月）測試運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄，并且最好有圖形實(shí)時(shí)顯示，這樣可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)長期測試情況一目了然，也便于后期結(jié)果分析。特定時(shí)間性能測試網(wǎng)絡(luò)中的流量在不同時(shí)間也有很大差別，通常早上 9-10 點(diǎn)，下午 2-3 點(diǎn)，晚上 8-9 點(diǎn)流量對(duì)網(wǎng)絡(luò)的壓力最大，可以根據(jù)不同的測試目的和需要選擇忙時(shí)或者閑時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測試。5 網(wǎng)絡(luò) 4-7 層測試4-7 層業(yè)務(wù)測試一般有兩種測試方法，第一種是測試儀表僅仿真多種真實(shí)業(yè)務(wù)類型。這種測試方法比較簡單，測試儀表仿真業(yè)務(wù)的客戶端和服務(wù)器端，分別模擬 HTTP 訪問，F(xiàn)TP下載，SMT 林口 POP3 語音或視頻等真實(shí)應(yīng)用。從測試步驟上來說，一般要先進(jìn)行單一業(yè)務(wù)的測試，驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)對(duì)單一業(yè)務(wù)的承載能力；然后進(jìn)行混合業(yè)務(wù)的測試，同時(shí)啟動(dòng) QoS 保證機(jī)制，驗(yàn)證多種業(yè)務(wù)之間是否會(huì)互相影響，從而評(píng)估承載網(wǎng)對(duì)業(yè)務(wù)的支持能力和性能，驗(yàn)證各種業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上的運(yùn)行效果。另外一種方式是測試儀表仿真多種真實(shí)業(yè)務(wù)類型的同時(shí)，還仿真路由設(shè)備（比如 CE 設(shè)備）和相