網(wǎng)絡設(shè)計和網(wǎng)絡測試需更新.pptVIP

第七章 網(wǎng)絡設(shè)計和網(wǎng)絡測試（需更新）,第一節(jié) 計算機網(wǎng)絡設(shè)計的階段 第二節(jié) 結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng) 第三節(jié) 網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)設(shè)計 第四節(jié) 系統(tǒng)集成 第五節(jié) 網(wǎng)絡測試,第五節(jié) 網(wǎng)絡測試,Section 3 決定交換以太網(wǎng)性能的主要技術(shù)指標,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標,負載 (load) 信道或設(shè)備在單位時間內(nèi)所承受的通信流量被稱為負載。在網(wǎng)絡二層，通常以單位時間內(nèi)設(shè)備或網(wǎng)絡所承載的幀數(shù)來衡量。 轉(zhuǎn)發(fā)速率(forwarding rate) 用以描述交換設(shè)備幀轉(zhuǎn)發(fā)能力的指標。被定義成在某個特定負載下，交換機設(shè)備在單位時間內(nèi)向目標端口成功轉(zhuǎn)發(fā)的幀數(shù)。 不同設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)速率與交換機的體系結(jié)構(gòu)、端口帶寬、轉(zhuǎn)發(fā)模式、設(shè)備的負載狀況等因素有關(guān)。 對于給定的設(shè)備，在沒有丟幀的理想狀態(tài)下，轉(zhuǎn)發(fā)率應該隨著負載的增加而增加。當負載增加并接近線路傳輸容量時，會因丟幀而導致轉(zhuǎn)發(fā)速率下降。,課堂練習：Calculating Maximum Frame Rates,Size (Bytes) Ethernet (pps) Fast Ethernet (pps) Gigabit Ethernet 64 14,880 (pps) 148,809 (pps) 1,488,095 (pps) 128 8,445 84,459 844,594 256 4,528 45,289 452,898 512 2,349 23,496 234,962 1024 1,197 11,973 119,731 1280 961 9,615 96,153 1518 812 8,127 81,274,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標(續(xù)1),丟幀率(frame loss ratio) 丟失數(shù)據(jù)幀占應轉(zhuǎn)發(fā)幀的比例 。應轉(zhuǎn)發(fā)幀指那些應該被轉(zhuǎn)發(fā)的合法幀，不含那些過長、過短和錯誤的無效幀。 丟幀主要出現(xiàn)在負載過大時，因交換機存儲容量、地址表查找、端口擁塞等方面的瓶頸而產(chǎn)生。,對于網(wǎng)絡而言，網(wǎng)絡的丟包率等于不同網(wǎng)元丟包率的迭加。 不同的業(yè)務對丟包率的容忍度不同。,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標(續(xù)1),吞吐量(Throughput) 另一個描述交換設(shè)備數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)能力的指標，用以衡量交換機在不丟幀條件下每秒轉(zhuǎn)發(fā)幀的極限能力。 定義成：在沒有出現(xiàn)丟幀的條件下，能夠傳輸給交換機讓其轉(zhuǎn)發(fā)到指定輸出端口的每秒最大幀數(shù)。 注意：零丟包是判定吞吐量的唯一標準，除了零丟包以外，再也沒有公認的標準。,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標(續(xù)2),突發(fā)(burst) 在某個時間段內(nèi)，一組以合法最小幀間隔傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)幀被稱為突發(fā)。突發(fā)通常由節(jié)點的突發(fā)數(shù)據(jù)流量引發(fā)。 一次突發(fā)傳輸中所包含的幀數(shù)被稱為突發(fā)量 (Burst size)。突發(fā)量為1時，相當于無突發(fā)傳輸?shù)暮愣ㄘ撦d。 兩次突發(fā)之間的時間間隔被稱為突發(fā)間隔 (Inter-burst gap，簡稱IBG)。 交換機所能承載的突發(fā)量越大，可以處理的突發(fā)間隔越小，突發(fā)量分布的離散性越大，說明交換機處理突發(fā)數(shù)據(jù)流量的性能越好 。,傳輸控制功能,傳輸控制功能是為了正確實現(xiàn)基于二層地址的幀轉(zhuǎn)發(fā)，避免或減少因擁塞而產(chǎn)生的丟幀，而提供的控制功能，如： 地址處理 擁塞控制 廣播處理 流量隔離 控制功能實現(xiàn)或正確與否，直接影響數(shù)據(jù)層面上的轉(zhuǎn)發(fā)性能。,傳輸控制層面指標-擁塞控制,擁塞控制(frame loss ratio) 控制源端發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)量及速度使其不超過接收端所能承受的能力，以避免產(chǎn)生幀的丟失，也稱流量控制。 擁塞幀丟失網(wǎng)絡運行性能下降(即使高層使用可靠傳輸協(xié)議如TCP) 。,0% Packet Loss,丟包對于 IP業(yè)務的影響-以IPTV為例,0.5 % Packet Loss,5 % Packet Loss,產(chǎn)生二層擁塞的主要原因,過載(overload) 線端阻塞(Head of line blocking) 因某個外出端口上的擁塞而阻礙了其他通往非擁塞端口流量的現(xiàn)象。 對于在輸入隊列中采用共享存儲的交換機，當隊列頭有轉(zhuǎn)發(fā)到阻塞端口的幀時，造成后繼轉(zhuǎn)發(fā)到非阻塞端口幀也必須等待。,擁塞控制-背壓,何為背壓(Backpressure ) 當外出或輸出端口出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象時，被交換機用來通知發(fā)送端降低幀發(fā)送速度，以阻止外部數(shù)據(jù)源繼續(xù)向擁塞端口傳輸幀的那些方法。 常用方法 向流發(fā)送源回送擁塞(jam)信號 向流發(fā)送源回送先導位串 采用IEEE 802.3x流量控制協(xié)議 背壓機制使發(fā)送到擁塞端口的流量得到減緩，可能會導致到非擁塞輸出端口的發(fā)送流量也被減緩。,擁塞控制-前壓,前壓(Forward pressure ) 當上游設(shè)備以小于最小幀間隙的間隔或以超過線速的速率向下游交換機發(fā)送流量時，往往會導致下游交換機出現(xiàn)接收緩沖(buffer)溢出甚至阻塞。 某些交換機可通過減緩輸出隊伍的飽和程度、禁止上游設(shè)備發(fā)送幀等強制性機制來消除或減少上述丟幀現(xiàn)象。 具有上述功能的交換機被認為具有前壓機制。 不是以太網(wǎng)標準或協(xié)議所推薦的，因而不是所有的交換機都提供。,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標(續(xù)1),地址處理(address handling) 與交換機在二層地址學習與處理能力相關(guān)，包括： 地址緩存容量(Address Caching Capacity) 設(shè)備或端口模塊所能擁有的最大MAC數(shù)，也就是地址交換表的最大容量。 地址學習速率(Address Learning Rate)， 在沒有廣播和丟幀的情況下，交換機學習新地址的最大速度。,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標(續(xù)2),錯誤幀過濾（Errored frame filtering） 錯誤幀(error frame)是指所有過長、過短、錯位或含有錯誤校驗序列的幀。 錯誤幀過濾可減少或避免因傳輸錯誤幀而產(chǎn)生的帶寬浪費，以及后續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備因處理這些錯誤幀而付出不必要的資源消耗。 流量隔離（traffic filtering） 衡量交換機對于VLAN流量隔離的功能。,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標(續(xù)3),廣播(broadcast) 與交換機廣播性能相關(guān)，包括： 廣播轉(zhuǎn)發(fā)速率(Broadcast forwarding rate) 在某個指定的廣播負載下，一秒內(nèi)向它所在廣播域的所有端口發(fā)送的廣播幀的數(shù)量。 廣播時延(Broadcast latency) 將廣播幀轉(zhuǎn)發(fā)到位于同一個廣播域中的每個端口所需的時間。,18,第3章 三層網(wǎng)絡測試,3.3 決定三層IP網(wǎng)絡性能的主要指標,19,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（1）,關(guān)注的是路由器基于數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力 主要考察數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)是否準確、有無丟包、轉(zhuǎn)發(fā)延遲多大等,20,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（2）,1吞吐量 定義：指在沒有丟包的情況下，路由設(shè)備能夠轉(zhuǎn)發(fā)的最大速率。 兩層含義： 保證待轉(zhuǎn)發(fā)的每一個包都能夠從輸入端口準確地轉(zhuǎn)發(fā)到適當?shù)妮敵龆丝?被測設(shè)備在不丟包的前提下，單位時間內(nèi)能夠轉(zhuǎn)發(fā)的最大包數(shù)量。 吞吐量的衡量單位：每秒轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的數(shù)量。 網(wǎng)絡設(shè)備性能的首要指標,21,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（3）,1吞吐量 （1）端口吞吐量： 指路由器在某端口上的包轉(zhuǎn)發(fā)能力。 （2）整機吞吐量： 指設(shè)備整機的包轉(zhuǎn)發(fā)能力，是設(shè)備性能的重要指標。整機吞吐量通常小于路由器所有端口吞吐量之和。,22,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（4）,2延遲 指分組的最后一位比特進入路由器到第一位比特離開路由器的時間間隔 產(chǎn)生原因： 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時完成的一系列操作，如計算路由、地址解析等需要一定時間 二是數(shù)據(jù)包等候處理時需要排隊 語音、圖像和視頻：對時間極為敏感,23,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（5）,3丟包率 指路由器在穩(wěn)定狀態(tài)負載下，由于缺乏資源而不能被網(wǎng)絡設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)的包占所有應該被轉(zhuǎn)發(fā)的包的百分比。 丟包率 = ( X Y ) 100/ X 主要反映網(wǎng)絡設(shè)備在超負荷運轉(zhuǎn)下的性能 丟包率與吞吐量 ：在吞吐量的范圍內(nèi)丟包率為0，超過吞吐量就會引起丟包,24,0% Packet Loss,真實的故事 - IPTV業(yè)務（無丟包）,采用思博倫通信 Anue模擬丟包,25,0.5 % Packet Loss,真實的故事 - IPTV業(yè)務（0.5%丟包）,采用思博倫通信 Anue模擬丟包,26,5 % Packet Loss,真實的故事 - IPTV業(yè)務（5%丟包）,采用思博倫通信 Anue模擬丟包,27,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（6）,4、背對背 突發(fā)幀（組幀）是互聯(lián)網(wǎng)的一種現(xiàn)實 許多應用數(shù)據(jù)會被分段為一組幀，任何幀的丟棄將會影響數(shù)據(jù)重組 例：網(wǎng)絡中的一些設(shè)備能夠根據(jù)請求產(chǎn)生高達64K字節(jié)的數(shù)據(jù)塊，網(wǎng)絡將會把這些數(shù)據(jù)塊分段成一組連續(xù)的幀進行發(fā)送。 （例如使用NFS或rdump的設(shè)備） 路由更新信息也可能被分段到幾個報文中，丟幀將可能導致路由不可達,28,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（6）,4背對背 含義：指的是在一段較短的時間內(nèi)，以合法的最小幀間隙在傳輸媒介上連續(xù)發(fā)送固定長度的包不引起丟包時的包數(shù)量。 （被測試設(shè)備在某個速率下能轉(zhuǎn)發(fā)的最長的連續(xù)幀數(shù)目） IEEE規(guī)定的以太網(wǎng)幀間的最小幀間隙為96比特。 該指標用于測試路由器緩存能力。 對于吞吐量為100%線速的路由器來說，該指標值為無限大。,29,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（8）,5時延抖動 含義：指時延的變化。 對時延抖動敏感的業(yè)務，如語音、視頻，該指標才有測試的必要性。,30,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（9）,6背板能力 背板指路由設(shè)備輸入與輸出端口間的物理通路，如共享背板 、可交換式背板 背板能力只能在設(shè)計中體現(xiàn)，一般無法直接測試。 背板能力能夠體現(xiàn)在路由器吞吐量上，背板能力通常大于依據(jù)吞吐量和測試包長所計算的值。,31,數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標（10）,7.系統(tǒng)恢復 系統(tǒng)恢復特指路由設(shè)備從超載行為狀況下恢復到正常轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)的行為特征，主要表現(xiàn)為系統(tǒng)恢復速度的快慢。 8.系統(tǒng)重啟 系統(tǒng)重啟時間越小，即因電源開關(guān)或系統(tǒng)重置而產(chǎn)生的等待時間就越小，網(wǎng)絡的丟包也就越少，由此產(chǎn)生的網(wǎng)絡不可用時間也就越短。,32,傳輸控制層面相關(guān)的指標,因網(wǎng)絡類型的差異，考慮的問題也會有所不同 主要指標： 路由震蕩 路由表容量 路由收斂時間等,路由器控制層面的主要指標,RFC 2889、RFC 3222、RFC 3918是一些與路由測試相關(guān)的RFC文檔 評價路由性能的參見參數(shù) 路由表容量 路由學習速率 路由震蕩 (Flapping) 路由收斂 (Convergence) 對VLSM和CIDR的支持,路由表容量,路由表的最大容量是指路由器的路由表中所能容納的最大路由信息條目數(shù) 不同型號或功能定位的路由器其最大的路由容量是不一樣的 如果路由器需要的路由條目超過了其最大路由表容量，就會因產(chǎn)生部分路由表項無法被保存的現(xiàn)象，即路由表溢出 路由設(shè)備所支持的路由表的最大容量是決定路由器轉(zhuǎn)發(fā)性能的一個重要因素,路由學習速率,是指路由器接收到有關(guān)一條新路由的信息到路由器構(gòu)建這條路由并插入到路由表中所花的時間 路由學習速率越高，則路由器通過新路由轉(zhuǎn)發(fā)的分組丟失率就越小 是決定路由器轉(zhuǎn)發(fā)性能的一個重要因素,路由震蕩 (Flapping),又叫路由波動 是指由于種種原因?qū)е碌侥硞€目的網(wǎng)絡的路由在短期內(nèi)反復撤銷和重現(xiàn) 路由震蕩通常以每秒更新路由的數(shù)量來衡量，每秒更新路由的數(shù)量越大，說明路由震蕩越嚴重 路由震蕩是路由不穩(wěn)定性的主要表現(xiàn)，對路由器轉(zhuǎn)發(fā)能力有很大的影響,路由收斂 (Convergence),路由收斂是指同一個網(wǎng)絡中所有路由器對網(wǎng)絡拓撲的認識達到一致的過程 也被理解為路由變化通知到全網(wǎng)所用時間 收斂是評估路由協(xié)議的一個關(guān)鍵指標 路由協(xié)議的收斂速度越快，其運行性能就越好。,對VLSM和CIDR的支持,有類別路由協(xié)議：RIPv1 無類別路由協(xié)議 ：RIPv2、OSPF、IS-IS 和 BGP,第三節(jié) 第47層網(wǎng)絡性能的主要指標,1、決定傳輸質(zhì)量的TCP層面指標,1、最大TCP連接建立速率(Maximum TCP Connection Establishment Rate) 最大TCP連接建立速率是指被測設(shè)備或被測系統(tǒng)能夠成功處理請求連接的前提下，在單位時間內(nèi)所能承受的最大TCP連接建立數(shù)目，用connections/sec表示，這一指標通常被稱為最大TCP新建速率。它主要反映了被測設(shè)備的CPU使用情況以及對連接的處理速度。 對應用系統(tǒng)而言，在突發(fā)用戶流量的情況下，如果系統(tǒng)沒有足夠的連接建立速率，就會導致無法及時建立新的連接，造成用戶請求得不到及時響應，或者已登錄用戶掉線的現(xiàn)象。,2、最大TCP連接拆除速率測試方法(Maximum TCP Connection Tear Down Rate) 最大TCP連接拆除速率是指單位時間內(nèi)關(guān)閉的有效TCP連接數(shù)目的最大值，最大TCP連接拆除速率指標了被測設(shè)備釋放資源的速度。 在網(wǎng)絡服務中，如果資源釋放不夠快，會導致后續(xù)的訪問或請求在建立連接時沒有足夠的系統(tǒng)資源，從而影響正常服務的獲得，在網(wǎng)絡服務器中，這種情況就表現(xiàn)為不能及時處理持續(xù)的訪問請求，出現(xiàn)用戶等待超時現(xiàn)象。,3、并發(fā)TCP連接容量(Concurrent TCP Connection Capacity) 并發(fā)連接是指多個主機或用戶同時連接到一個主機或設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸，并發(fā)TCP連接容量是指被測設(shè)備能夠同時成功處理的最大TCP連接數(shù)目，它反映出被測設(shè)備對多個連接的訪問控制能力和連接狀態(tài)跟蹤能力 被測設(shè)備內(nèi)用以存放并發(fā)連接信息的地方叫做連接狀態(tài)表，表的大小也就是被測設(shè)備所能支持的最大并發(fā)連接數(shù)，并發(fā)TCP連接容量的大小與設(shè)備的內(nèi)存資源有關(guān)。 對于具體設(shè)備，如防火墻而言，并發(fā)TCP連接容量決定了防火墻能否及時處理數(shù)據(jù)包并轉(zhuǎn)發(fā)的性能，如果并發(fā)連接容量不夠，在繁忙時段就不能進行及時的數(shù)據(jù)處理和包轉(zhuǎn)發(fā)，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失的現(xiàn)象；對Web應用系統(tǒng)而言，該項指標決定了能同時容納的在線用戶數(shù)目，所以并發(fā)TCP連接容量的測試是性能測試的重要指標。,最大TCP連接速率和并發(fā)TCP連接容量這兩項指標體現(xiàn)了系統(tǒng)能夠處理的最大連接速率和同時容納的連接總數(shù)，通過這兩個指標的測試可以了解系統(tǒng)在傳輸層是否存在性能瓶頸。,2、關(guān)系用戶體驗質(zhì)量的應用層指標,1、最大同步用戶數(shù)（Maximum Simultaneous Users） 最大同步用戶數(shù)指被測系統(tǒng)能夠容納的最大同步用戶數(shù)目。 2、最大事務處理速率（Maximum Transaction Rate） 最大事務處理速率指單位時間內(nèi)被測系統(tǒng)能夠成功處理事務數(shù)目的最大值。 同步用戶數(shù)和事務處理速率是衡量大多數(shù)基于Web的應用系統(tǒng)性能的指標，同步用戶數(shù)和事務處理速率的測試，可以檢驗系統(tǒng)的全部處理能力，以及獲悉是否在應用層存在性能瓶頸。,3、突發(fā)流量處理（Traffic Surges） 突發(fā)流量處理指被測系統(tǒng)處理巨大突發(fā)流量的能力。 在實際應用中，網(wǎng)絡系統(tǒng)有時候會遇到一些巨大的突發(fā)流量，這些流量可能是意料之中的，也可能是意料之外的，例如在節(jié)假日促銷的最后一分鐘，因為有更多的商品被訂購，產(chǎn)生大量的突發(fā)流量，這些突發(fā)流量給系統(tǒng)帶來巨大的負擔（outages are extremely costly），導致事務處理開銷大大增加。突發(fā)流量處理測試的目的就是為了確定被測設(shè)備應對這種突發(fā)流量的能力。,3、與系統(tǒng)可用性有關(guān)的性能指標,系統(tǒng)的可用性是衡量網(wǎng)絡應用的最根本指標，如果一個網(wǎng)絡經(jīng)常出錯，那么即使網(wǎng)絡提供無限的帶寬也毫無用處，所以網(wǎng)絡應用系統(tǒng)的部署需要考慮到長時間的可用性和穩(wěn)定性。 現(xiàn)實中的情況是，一些系統(tǒng)在短期（Short-Term）測試中表現(xiàn)正常，但是在長時間的持續(xù)運行過程中可能會出現(xiàn)意想不到的問題，這就需要進行長期穩(wěn)定性（Long-Term Stability）測試，目的是檢驗被測系統(tǒng)在長時間高負載情況下的工作性能。,網(wǎng)絡應用的失效轉(zhuǎn)移,4、網(wǎng)絡應用的失效轉(zhuǎn)移（Failover） 很多網(wǎng)絡系統(tǒng)的高可用性是通過系統(tǒng)的冗余架構(gòu)實現(xiàn)的，