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)提供一個客觀的量化指標，幫助企業(yè)和運營商進行網(wǎng)絡(luò)評估驗收；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)備性能測試是單點層面的測試，主要是對 IP 網(wǎng)中的各網(wǎng)元設(shè)備（如交換機）進行性能測試；網(wǎng)絡(luò)性能測試是延伸層面的測試，主要是對網(wǎng)絡(luò)端到端性能、全網(wǎng)性能進行的測試。目前，IP 承載網(wǎng)性能測試的內(nèi)容包括吞吐量、時延、丟包、抖動等性能指標，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，才會開展網(wǎng)絡(luò)性能測試，而且還會采用從局部網(wǎng)絡(luò)性能測試到全網(wǎng)性能測試的方式。3 測試標準3.1 網(wǎng)絡(luò) 2-3 層測試的標準通常采用業(yè)界較廣泛認可的 RFC 標準，包括 RFC1242,RFC2544RFC2885RFC2889 等，其中 RFC2544 定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備最基本的基準性能測試指標，包括：吞吐量（Throughput）指標定義：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。時延（Latency）指標定義：測試數(shù)據(jù)包通過被測設(shè)備所需要的時間。丟包率（Framelossrate）指標定義：在一定負載下，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 等標準進行測試。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)是評估 IP 承載網(wǎng)性能的重要組成部分。IP 承載網(wǎng)對業(yè)務(wù)測試的主要評價指標包括：HTTP 每條路由都有 HTTPGETW 問請求

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。為了能夠及時、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)送和視頻會議系統(tǒng)等高吞吐量場合對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求。吞吐量測試定義了在不出現(xiàn)錯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以太網(wǎng)服務(wù)中出現(xiàn)的以太網(wǎng)交換機的速率限制能力。測試時，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)這種實驗-錯誤測試直至找到不

6、出現(xiàn)幀丟失的速率。必須為每個幀大小執(zhí)行吞吐量測試。 盡管幀傳輸期間的測試時間可能會較短， 但最終驗證的測試時間必須至少有 60 秒。每個吞吐量測試的結(jié)果必須記錄在報告中，以每秒幀數(shù)（f/s 或 fps）或每秒比特數(shù)（bit/s 或 bps）為測量單位。延遲延遲（Latency）也是考察一臺交換機的重要性能指標之一，也稱延時或時延，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)到達目標設(shè)備所需要的時間（也被稱為端對端測試）。該測試還可配置，以測量往返時間，即幀從起始設(shè)備出發(fā)到達目標設(shè)備，然后返回起始設(shè)備所需要的時間。當(dāng)延遲時間因幀而異時，會導(dǎo)致實時服務(wù)發(fā)生問題。例如，VoIP 應(yīng)

7、用中的延遲差異會降低語音質(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)器可能會超時或者出現(xiàn)應(yīng)用質(zhì)量降低的情況。對于 VoIP 來說，這會使對話中產(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，針對每個幀大小測量吞吐量并進行基準測試，以確保幀被傳輸而不會被丟棄（即吞吐量測試）。這樣做會填充所有的設(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，幀必須被標上時間戳，當(dāng)其被測試儀器重新接收時，延遲得到測量。應(yīng)在剩余的時間繼續(xù)進行數(shù)據(jù)傳輸。必須針對每個幀大小，測量 20 次，并應(yīng)報告測試結(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)支持實時應(yīng)用能力的關(guān)鍵指標， 在這些應(yīng)用中，大量的幀丟失會迅速降低服務(wù)質(zhì)量。因為在實時應(yīng)用中不會出現(xiàn)重發(fā)，所以如果不對幀丟失加以控制，那么這些服務(wù)可能會迅速變得不能使用。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)該測試直至在三個連續(xù)測試周期內(nèi)未出現(xiàn)任何幀丟失的情況，此時創(chuàng)建用于報告的測試結(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荷（傳輸幀）和實際負荷（接收幀）之間的差異。同樣，必須

9、為所有幀大小進行該測試。背對背幀背對背（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)一段較短的時間（以太網(wǎng)標準規(guī)定幀間隔最小為 96bits）,一般以幀數(shù)多少來表示。背對背包突發(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)模不斷擴大，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備急劇增加，遠程文件服務(wù)和遠程備份系統(tǒng)操作日益頻繁，這些因素都會導(dǎo)致背對背包突發(fā)的出現(xiàn)。其他指標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)幀同時在進行轉(zhuǎn)發(fā)，所以測試混合幀長度對網(wǎng)絡(luò)基準性能測試顯得尤為重要。轉(zhuǎn)發(fā)抖動測試在 IP 的概念中，抖

10、動是理想的數(shù)據(jù)包到達時間與實際到達時間的時間差，度量單位用時間（秒）來表示。抖動有多種業(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)的抖動性能指標是一個非常重要的測試項。長期穩(wěn)定性測試長期運行的網(wǎng)絡(luò)，穩(wěn)定性要達到 99.999%的可靠性，長期穩(wěn)定性測試是必不可少的測試項目，從測試角度看，測試儀表必須能夠?qū)﹂L期（1 天、1 周或者一個月）測試運行的結(jié)果進行實時記錄，并且最好有圖形實時顯示，這樣可以對網(wǎng)絡(luò)長期測試情況一目了然，也便于后期結(jié)果分析。特定時間性能測試網(wǎng)絡(luò)中的流量在不同時間也有很大差別，通常早上 9-10 點，下午 2-3 點，晚上 8-9 點流量對網(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或者閑時進行網(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 語音或視頻等真實應(yīng)用。從測試步驟上來說，一般要先進行單一業(yè)務(wù)的測試，驗證網(wǎng)絡(luò)對單一業(yè)務(wù)的承載能力；然后進行混合業(yè)務(wù)的測試，同時啟動 QoS 保證機制，驗證多種業(yè)務(wù)之間是否會互相影響，從而評估承載網(wǎng)對業(yè)務(wù)的支持能力和性能，驗證各種業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)上的運行效果。另外一種方式是測試儀表仿真多種真實業(yè)務(wù)類型的同時，還仿真路由設(shè)備（比如 CE 設(shè)備）和相