俞海

摘 要：網絡延時是網絡性能的重要指標。網絡延時的測試實驗與分析，有助于提高學生計算機網絡綜合實驗能力，對計算機網絡性能有更加深入細致的理解。但網絡性能實驗涉及到的硬件平臺與定量分析方法較為復雜。因此，利用NMAP時間模板命令設計了FTP文件下載延時實驗。通過網絡分析軟件Wireshark捕獲相關數(shù)據(jù)包，分析網絡延時，簡化了實驗過程及分析方法。實驗結果表明：NMAP掃描的FTP文件下載速率降低，網絡延時顯著增加。

關鍵詞：NMAP；網絡延時；VMware；Wireshark

DOIDOI：10.11907/rjdk.172258

中圖分類號：TP393

文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）002-0192-03

0 引言

網絡技術為計算機專業(yè)學生必備素質。計算機網絡理論抽象，實驗教學與實踐環(huán)節(jié)成為理論教學的必要深化，對培養(yǎng)學生綜合運用所學知識解決實際問題能力起著非常重要的作用[1-2]。計算機網絡實驗分為基礎驗證型實驗和綜合設計型實驗?；A驗證型實驗主要包括網絡基本概念、Web、DHCP、DNS、FTP、活動目錄AD服務器的配置以及網絡體系結構、局域網連接等內容；綜合設計型實驗主要包括交換機和路由器的配置、子網劃分、廣域網接入設計等[3-4]。

計算機網絡性能方面的實驗非常欠缺，主要原因在于網絡性能實驗涉及到的硬件平臺較為復雜、網絡性能實驗涉及到的網絡拓撲結構形式多樣、網絡性能實驗技術整合度要求較高、網絡性能的實驗分析特別是定量分析較為繁雜[5-8]。本文以網絡性能中的網絡延時測試實驗為例，利用虛擬機VMware[9-10]+網絡分析軟件Wireshark進行計算機網絡延時測試實驗，通過捕獲相關數(shù)據(jù)包給出計算機網絡延時的定量分析，以此增強對計算機網絡性能的理解。

1 計算機網絡性能主要指標

1.1 吞吐量

吞吐量（throughput）表示在單位時間內通過某個網絡（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量受到網絡帶寬或網絡額定速率的限制。

1.2 延時

延時（delay）指數(shù)據(jù)（一個報文或分組）從網絡（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。延時是一個非常重要的性能指標，也稱為延遲或者遲延。網絡中的延時由以下幾部分組成：

1.2.1 發(fā)送延時

發(fā)送延時是主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需時間。發(fā)送延時也稱為傳輸延時。發(fā)送延時=數(shù)據(jù)幀長度（b）/發(fā)送速率（b/s）。對于一定的網絡，發(fā)送延時并非固定不變，而是與發(fā)送的幀長成正比，與發(fā)送速率成反比。

1.2.2 傳播延時

傳播延時是電磁波在信道中傳播一定距離所花費的時間。

傳播延時=信道長度（m）/電磁波在信道上的傳播數(shù)率（m/s）

1.2.3 處理延時

主機或路由器在收到分組時需要花費一定的時間處理，對分組首部分析、從分組中提取數(shù)據(jù)、進行差錯檢驗、查到適當路由等。

1.2.4 排隊延時

分組進入路由器要在輸入隊列中排隊等待處理。在路由器確定了轉發(fā)接口后，還要在輸出隊列中排隊等待轉發(fā)，于是產生排隊延時。排隊延時通常取決于網絡當時的通信量。

總延時=發(fā)送延時+傳播延時+處理延時+排隊延時

對于高速網絡鏈路，提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。信息在通信線路上的傳播速率與數(shù)據(jù)的發(fā)送速率并無關系，提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速率只是減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送延時。

1.3 延時抖動

延時抖動（delay variation）指網絡中分組延遲的變化程度。

2 NMAP的網絡延時技術參數(shù)

NMAP調整掃描時間的命令參數(shù)[8]有：

--scan-delay。調整探測報文的時間間隔。這個選項用于NMAP控制，針對一個主機發(fā)送探測報文的等待時間（ms），--scan-delay設為1 000，使NMAP低速運行并相應地調整網絡掃描的延遲。

-T（設置時間模板）。NMAP設有6個時間模板，使用時采用-T選項及數(shù)字（0-5）?？筛鶕?jù)需要選擇不同的模板，由NMAP負責選擇實際的時間值。模板也會針對其它的優(yōu)化控制選項進行速度微調。例如，-T4針對TCP端口掃描延遲超過10ms，-T5對應的值為5ms。

3 實驗設計及分析

基于NMAP的網絡延時測試實驗設計主要內容：利用虛擬機VMware作為網絡延時測試實驗環(huán)境，選用NMAP的時間模板選項-T獲得網絡延時效果，利用網絡協(xié)議分析軟件Wireshark捕獲NMAP掃描FTP服務器的數(shù)據(jù)包比對延時大小。實驗步驟如下：

（1）實驗拓撲結構。實驗環(huán)境以Windows 7為宿主機（設為計算機C），IP地址設為：192.168.100.4，子網掩碼設為：255.255.255.0。在宿主機上安裝虛擬機軟件VMware并分別啟動2臺虛擬計算機。虛擬計算機A：Windows Server 2003，IP地址為：192.168.100.2，子網掩碼設為：255.255.255.0，將虛擬機A配置為FTP服務器。虛擬計算機B：Windows XP，IP地址設為：192.168.100.3，子網掩碼設為：255.255.255.0。

（2）在計算機B上安裝協(xié)議分析軟件Wireshark，捕獲流經計算機B的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包捕獲條件設置為：host 192.168.100.3，并使Wireshark處于監(jiān)聽狀態(tài)，如圖1所示。

（3）在宿主計算機C上對虛擬計算機A進行NMAP掃描，NMAP命令為：NMAP-T2 192.168.100.2，如圖2所示，其中NMAP命令選項-T及數(shù)字（0-5）是可供選擇的掃描速度，這里選擇“-T2”選項。endprint

（4）虛擬計算機B從虛擬計算機A（FTP服務器）下載文件，如圖3所示。

這時計算機B上的協(xié)議分析軟件Wireshark捕獲了FTP下載文件的數(shù)據(jù)包，如圖4所示。

（5）對Wireshark捕獲的FTP數(shù)據(jù)包進行分析。任選一個“FTP-DATA”數(shù)據(jù)包，依次點擊Wireshark的菜單項：“statistics”→“IO Graphs”，可以生成FTP文件下載速率統(tǒng)計圖。對于同一個FTP文件，正常下載與NMAP掃描時下載所生成的速率統(tǒng)計圖分別如圖5、圖6所示，圖中的橫軸表示FTP文件下載時間（單位：s），縱軸表示FTP文件下載過程中的數(shù)據(jù)包（單位：packets/s），曲線表示每秒傳輸數(shù)據(jù)包的數(shù)量。從圖5、圖6可以看出，對于同一個FTP文件下載，NMAP掃描時下載文件所需時間從30s左右增加到100s以上，傳輸速率降低，網絡延時顯著增加。

兩種情況下的平均傳輸速率如表1所示，NMAP掃描時的FTP文件下載平均速率只有正常FTP文件下載速率的53.85%（449 204.980/834 209.329）～55.83%（400.063/716.539）。

4 結語

本文利用虛擬機VMware作為網絡延時測試實驗環(huán)境，選用NMAP的時間模板選項-T來獲得網絡延時效果。實驗利用網絡協(xié)議分析軟件Wireshark捕獲NMAP掃描FTP服務器的數(shù)據(jù)包來比對延時大小。通過對計算機網絡延時的定量分析，使學生對計算機網絡性能有了更加細致的理解，提升了學生的計算機網絡綜合實驗能力。

參考文獻：

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[10] 何凱，劉偉.基于虛擬機的網絡管理與維護實驗教學探索[J].實驗技術與管理，2016，33（1）：201-204.endprint