摘 要：網(wǎng)絡(luò)已成為信息系統(tǒng)不可或缺的組成部分。網(wǎng)絡(luò)的性能一定程度上決定了信息系統(tǒng)的性能。以對吞吐量的測試為例，結(jié)合實例描述了一種網(wǎng)絡(luò)測試的方法，并對結(jié)果進行了分析。對網(wǎng)絡(luò)其他的應(yīng)用層面性能如延時和抖動等，都可以按該方法做少許改變。

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關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)測試； 吞吐量； 延時； 抖動

中圖分類號：

TN711-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2012)05

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One network test method

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LIU Ming

(China Academy of Electronic and Information Technology， Beijing 100041， China)

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Abstract：

Network has become an important component of information system. The performance of network affects information system more or less. A kind of network test method is illustrated with the test of throughput， and its results are analyzed. Other tests on network can be conducted according to it.

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Keywords： network test； throughput； delay； jitter

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收稿日期：2011-10-11

0 引 言

1973年，以太網(wǎng)絡(luò)之父羅伯梅特卡夫博士(Robert Metcalfe)在Xerox的巴羅阿爾托研究中心發(fā)明了以太網(wǎng)，對世界通信及信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展發(fā)揮了革命性的作用。

如今，網(wǎng)絡(luò)遍布在人們周圍。人們一般只是在使用它，而很少關(guān)心它具體的性能，如帶寬、延時、抖動、丟包率等。本文將從應(yīng)用層次，介紹一種網(wǎng)絡(luò)測試方法。從一般用戶角度測試網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(吞吐量、反應(yīng)時間、延時、抖動、丟包等)，為掌握網(wǎng)絡(luò)性能并更好地利用它提供支持。

1 測試的層次

針對網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，國際標準化組織提出了OSI/RM協(xié)議。OSI將計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)分為以下七層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層［1］。本文所要討論的測試方法，旨在測試網(wǎng)絡(luò)可為終端用戶提供的應(yīng)用和性能，并不深入測試七層模型中各層次具體的數(shù)據(jù)包、數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)和特征。

2 測試項目

測試的網(wǎng)絡(luò)特征參數(shù)主要有吞吐量、延時、抖動、響應(yīng)時間［2］。其中，各術(shù)語解釋如下：

(1) 吞吐量

吞吐量由下式計算：

(終點1發(fā)送字節(jié)+終點1接收字節(jié))/計算單位量值/測試時間。

計算單位量值：如吞吐量以Kb/s為單位，則計算單位量值為128；如吞吐量以Mb/s為單位，則計算單位量值為125 000。

(2) 事務(wù)率

事務(wù)率由下式計算：

事務(wù)數(shù)量/測試時間。

(3) 響應(yīng)時間

響應(yīng)時間是事務(wù)率的倒數(shù)，按如下計算：

測試時間/事務(wù)數(shù)量。

(4) 丟失數(shù)據(jù)

丟失數(shù)據(jù)為終點1發(fā)送數(shù)據(jù)和終點2實際接收數(shù)據(jù)的差值，按字節(jié)計算。丟失數(shù)據(jù)僅在流測試(如VoIP［3］和IP廣播［4］)時才被計算。只有有效載荷數(shù)據(jù)才被計算在內(nèi)。

(5) 延時

延時指一個數(shù)據(jù)包從用戶的計算機發(fā)送到網(wǎng)站服務(wù)器，然后再立即從網(wǎng)站服務(wù)器返回用戶計算機的來回時間。

(6) 抖動

抖動是QoS［5］里面常用的一個概念，其意思是指分組延遲的變化程度。

如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞，排隊延遲將影響端到端的延遲，并導(dǎo)致通過同一連接傳輸?shù)姆纸M延遲各不相同，而抖動，就是用來描述這種延遲變化的程度。

3 測試方法

本文所講到的測試，基于IXIA IxChariot Console 5.40(網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)車)，配合以endpoint 5.0進行。CHARIOT產(chǎn)生并模擬真實的流量及發(fā)送特性，按照規(guī)定的協(xié)議和服務(wù)質(zhì)量，在特定的節(jié)點之間傳送?；緶y試網(wǎng)絡(luò)包括被測節(jié)點及控制終端組成，如圖1所示。其中，控制終端可以是獨立的計算機，也可以運行在其中的一個測試節(jié)點上。

借助本測試方法，可以測試網(wǎng)絡(luò)在多種協(xié)議及服務(wù)下的性能，例如：

(1) TCP協(xié)議單向傳輸吞吐量；

(2) UDP協(xié)議傳輸吞吐量；

(3) UDP傳輸響應(yīng)時間；

(4) G.729，H.263［6］質(zhì)量下UDP吞吐量；

(5) G.711，G.723a，G.723m，G.729質(zhì)量VoIP話音通信能力［7］；

(6) 抖動時間；

(7) 對網(wǎng)絡(luò)電視［8］的支持能力；

(8) 對文件發(fā)送的支持能力。

測試需要結(jié)合測試腳本進行。后面將結(jié)合具體測試實例對測試腳本簡單介紹。

4 具體測試實例及分析

根據(jù)以上介紹的方法，對某個實際的專用網(wǎng)絡(luò)進行測試。

被測網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示，它是一個兼有有線通信和無線傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。骨干傳輸為工作在C波段的無線通信方式——數(shù)字微波中繼系統(tǒng)，用于連接分布在異地的有線網(wǎng)絡(luò)，骨干網(wǎng)帶寬8 Mb/s。骨干網(wǎng)兩端分布有線網(wǎng)絡(luò)，有線網(wǎng)絡(luò)符合IPv4協(xié)議。AAA認證服務(wù)器主要用來鑒別接入網(wǎng)絡(luò)的終端是否為合法授權(quán)的設(shè)備。

本次測試，以A地運行Chariot的筆記本作為測試控制臺，同時作為測試節(jié)點1(endpoint 1)，另一個測試節(jié)點為B地內(nèi)的筆記本(endpoint 2)。

4.1 TCP協(xié)議單向傳輸

下面以TCP協(xié)議單向傳輸吞吐量測試為例，解釋和分析測試結(jié)果。

圖2 被測網(wǎng)絡(luò)模型

吞吐量測試是通過在兩個節(jié)點間重復(fù)傳輸一定數(shù)量一定大小的數(shù)據(jù)包進行的。下面是測試腳本的部分代碼。Chariot提供的代碼比較易讀。①處描述了需要重復(fù)進行的次數(shù);②處描述了每次發(fā)送數(shù)據(jù)的次數(shù);③處描述了每次發(fā)送的數(shù)據(jù)量的大小。

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Endpoint 1

……

count=number_of_timing_records(100)①

START_TIMER

LOOP

count=transections_per_record(1)②

SEND

size=file_size(100000)③

buffer=send_buffer_size(DEFAULT)

type=send_datetype(NOCOMPRESS)

rate=send_data_rate(UNLIMITED)

……



Endpoint 2

……

count=number_of_timing_records(100)

LOOP

count=transections_per_record(1)

RECEIVE

size=file_size(100000)

buffer=receive_buffer_size(DEFAULT)

……



4.1.1 吞吐量

TCP吞吐量測試結(jié)果如表1和圖3所示。

4.1.2 事務(wù)率

TCP吞吐量測試中事務(wù)率如圖4所示。

4.1.3 響應(yīng)時間

TCP吞吐量測試中響應(yīng)時間如圖5所示。

從表1中數(shù)據(jù)來看，節(jié)點1和節(jié)點2之間通過TCP進行傳輸時，網(wǎng)絡(luò)吞吐量起伏較大。這存在兩方面可能的原因，一是因為網(wǎng)絡(luò)上存在其他周期或并發(fā)的消息，造成測試包可以使用的吞吐量變?。涣硪环N可能的原因是圖形中出現(xiàn)谷值時，正處于TCP協(xié)議的協(xié)商階段。

由第3節(jié)中關(guān)于吞吐量、事務(wù)率和響應(yīng)時間的定義可以看出，事務(wù)率的圖形應(yīng)該與吞吐量是一致的，只不過在數(shù)值和單位上不同，而響應(yīng)時間的圖形應(yīng)該和事務(wù)率模型是關(guān)于水平軸對稱的。

4.2 UDP協(xié)議傳輸吞吐量

基于以上方法，對相同的被測網(wǎng)絡(luò)，測試UDP協(xié)議下網(wǎng)絡(luò)吞吐量情況［10］。測試設(shè)置如下：

(1) 數(shù)據(jù)包大?。? 500 B；

(2) 數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)暫停時間(單位：ms)：200；

(3) 中斷前轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包個數(shù)：50。

UDP協(xié)議下吞吐量測試的結(jié)果如表2和圖6所示。本部分不再描述UDP協(xié)議下事務(wù)率和響應(yīng)時間等。

組平均值/(Mb/s)最小值/(Mb/s)最大值/(Mb/s)置信區(qū)間95%測試時間/s相對精度

11.0710.8111.1050.006149.4230.583

4.3 數(shù)據(jù)對比及分析

對比表1和表2中數(shù)據(jù)，雖然所測網(wǎng)絡(luò)為同一個專用網(wǎng)絡(luò)，并且測試持續(xù)時間相對較長，減小了迸發(fā)數(shù)據(jù)造成的瞬時影響，但不同協(xié)議下的吞吐量差別較大。這是因為TCP協(xié)議是面向連接的可靠傳輸協(xié)議，而UDP是非面向連接的傳輸協(xié)議。從測試結(jié)果可以看出，被測網(wǎng)絡(luò)相對穩(wěn)定可靠，在進行TCP傳輸時，多余的網(wǎng)絡(luò)開銷較小，而在UDP傳輸時，由于協(xié)議中規(guī)定的傳輸數(shù)據(jù)包格式等原因，網(wǎng)絡(luò)開銷較大，因此用戶速率較TCP協(xié)議下明顯低一些。但對于連接不可靠、不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)，UDP協(xié)議下的用戶可用吞吐量將高于TCP。

網(wǎng)絡(luò)在不同的協(xié)議標準、不同的服務(wù)質(zhì)量下，為用戶所能提供的綜合性能是不同的，因此，在進行系統(tǒng)設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及服務(wù)質(zhì)量選擇時，要綜合權(quán)衡選擇，找到適合自己的方式。

5 結(jié) 語

網(wǎng)絡(luò)已成為信息系統(tǒng)不可或缺的組成部分。網(wǎng)絡(luò)的性能一定程度上決定了信息系統(tǒng)的性能。在進行信息系統(tǒng)設(shè)計時，一定要以準確的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，才能保證系統(tǒng)投入使用后可靠和高效。因此對網(wǎng)絡(luò)的測試就顯得尤為重要。通過測試，可以判斷網(wǎng)絡(luò)是否符合自己的需求。同時，測試還可以輔助設(shè)計人員選擇適合自己的協(xié)議或服務(wù)質(zhì)量、決定與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的設(shè)置等。

本文以對吞吐量的測試為例，描述了一種網(wǎng)絡(luò)測試的方法及網(wǎng)絡(luò)測試的意義。對網(wǎng)絡(luò)其他的應(yīng)用層面性

(下轉(zhuǎn)第89頁)