網(wǎng)絡(luò)測(cè)試2版課件 ch6

第6章傳輸層測(cè)試和故障診斷6.1傳輸層測(cè)試相關(guān)知識(shí)1．傳輸層端口傳輸層為上層應(yīng)用提供了透明的傳輸通道，應(yīng)用層工作于客戶端的設(shè)備，準(zhǔn)確地說(shuō)，是應(yīng)用程序或進(jìn)程，每個(gè)客戶端的應(yīng)用程序或進(jìn)程可以同時(shí)存在多個(gè)，為了使數(shù)據(jù)在通信中能夠被正確識(shí)別，引入了端口號(hào)。端口號(hào)的范圍為1～65535，分為知名端口、注冊(cè)端口和動(dòng)態(tài)私有端口三類。①知名端口：范圍為0～1023，系統(tǒng)預(yù)留。②注冊(cè)端口：范圍為1024～49151，用戶分配。③動(dòng)態(tài)私有端口：范圍為49152～65535，動(dòng)態(tài)和私有。2．TCP報(bào)文在連接管理時(shí)，分為建立連接、數(shù)據(jù)傳輸和釋放連接三個(gè)過(guò)程。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，需要發(fā)送確認(rèn)報(bào)文并且啟用定時(shí)，若逾期未收到確認(rèn)報(bào)文，則釋放連接。①源端口號(hào)：16bit，發(fā)送TCP報(bào)文進(jìn)程使用的端口號(hào)。②目標(biāo)端口號(hào)：16bit，記錄接收TCP報(bào)文進(jìn)程使用的端口號(hào)。③順序號(hào)：32bit，表示第一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)序號(hào)。④確認(rèn)號(hào)：32bit，表示期望對(duì)方下次發(fā)送數(shù)據(jù)的第一個(gè)字節(jié)序號(hào)。⑤數(shù)據(jù)偏移：4bit，TCP報(bào)文首部的長(zhǎng)度。⑥保留：6bit，全0。⑦標(biāo)志位：6bit，TCP的6種連接控制位。標(biāo)志位字段值為1時(shí)有效，其定義如下。⑧窗口大?。?6bit，雙方需要維持的窗口數(shù)量。⑨檢驗(yàn)和：16bit，CRC值。⑩緊急指針：16bit，當(dāng)標(biāo)志位URG=1時(shí)，有效。選項(xiàng)：雙方協(xié)商的最大報(bào)文長(zhǎng)度。數(shù)據(jù)：TCP報(bào)文傳送到數(shù)據(jù)。

3．UDP用戶數(shù)據(jù)報(bào)文UDP是面向無(wú)連接的傳輸方式，適用于實(shí)時(shí)性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)合。4．TCP傳輸連接的建立、拆除和管理工作過(guò)程TCP狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀

態(tài)說(shuō)

明CLOSED無(wú)活動(dòng)的連接，或正在進(jìn)行連接LISTEN一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議發(fā)布了一個(gè)被動(dòng)打開(kāi)（passiveopen），并且可以接收TCP連接SYN_SENT一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議發(fā)送了一個(gè)主動(dòng)打開(kāi)（activeopen），并且發(fā)送了一個(gè)SYN字段SYN_RCVD一個(gè)SYN字段被接收，并且發(fā)送一個(gè)SYN-ACKESTABLISHED針對(duì)TCP連接建立進(jìn)程的ACK被發(fā)送并被接收，現(xiàn)在可以進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳輸FIN_WAIT1初始關(guān)閉的連接端FIN-ACK被發(fā)送FIN_WAIT2接收到響應(yīng)初始FIN-ACK的ACKCLOSING接收到一個(gè)FIN-ACK，但ACK不是針對(duì)已發(fā)送FIN-ACK的。這是兩個(gè)TCP對(duì)等端在相同時(shí)刻發(fā)送的FIN-ACKTIME_WAITFIN-ACK被發(fā)送且得到兩個(gè)TCP對(duì)等端確認(rèn)，并且TCP連接終止進(jìn)程完成。一旦到TIME_WAIT狀態(tài)，在連接的TCP端口數(shù)能被重新使用之前，TCP必須等待的時(shí)間是最大段生存時(shí)間（MSL）的兩倍。MSL的推薦值是240s，以防止一個(gè)使用相同端口號(hào)的新連接的TCP段與舊連接的TCP段的副本相混淆CLOSE_WAIT一個(gè)FIN-ACK被接收，且發(fā)送一個(gè)FIN-ACKLAST_ACK響應(yīng)FIN-ACK的ACK已被接收5．滑動(dòng)窗口和擁塞控制TCP報(bào)文首部的窗口大小字段的值就是當(dāng)前給對(duì)方設(shè)置的發(fā)送窗口大小的上限。發(fā)送窗口大小在連接建立時(shí)由雙方商定，但在通信的過(guò)程中，接收端可根據(jù)自己的情況，隨時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)整對(duì)方的發(fā)送窗口大小上限，因此稱為滑動(dòng)窗口。擁塞控制是TCP服務(wù)中用于控制TCP連接單次發(fā)送量的機(jī)制，也稱擁塞窗口（CongestionWindow，CWND）。擁塞窗口的大小根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度動(dòng)態(tài)調(diào)整。它通過(guò)增減單次發(fā)送量逐步進(jìn)行調(diào)整，可以最大限度地使用網(wǎng)絡(luò)實(shí)際帶寬6.2傳輸層故障分類6.2.1端口服務(wù)沒(méi)有應(yīng)答在端到端業(yè)務(wù)中，如果遇到端口不能訪問(wèn)的情況，需要對(duì)途經(jīng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，排除策略配置問(wèn)題導(dǎo)致的傳輸層故障。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中，ICMP很可能被禁用。所以TCP端口測(cè)試更有優(yōu)勢(shì)，借助SYN-ACK分組的發(fā)送和確認(rèn)，可以獲得主機(jī)的連通情況。6.2.2傳輸層的錯(cuò)誤此類傳輸層故障包在網(wǎng)絡(luò)層上可以傳送，但由于傳輸層存在錯(cuò)誤，在接收端進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，會(huì)檢測(cè)出CRC錯(cuò)誤，并將其丟棄。6.2.3延遲問(wèn)題網(wǎng)絡(luò)測(cè)試時(shí)，很容易將網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)緩慢與帶寬不夠聯(lián)想到一起。但有時(shí)在監(jiān)測(cè)端口帶寬時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)此時(shí)帶寬并非處于滿負(fù)荷狀態(tài)。TCP延遲理論上，最大吞吐量和延時(shí)可以有以下的對(duì)應(yīng)關(guān)系：最小窗口大小=速率

往返延時(shí)最大吞吐量=窗口大小

延時(shí)UDP延遲在測(cè)試單向延時(shí)時(shí)，首先要對(duì)收發(fā)兩端進(jìn)行時(shí)間同步（如GPS時(shí)間同步），然后在測(cè)試報(bào)頭加入時(shí)間戳信息，在發(fā)送端計(jì)為時(shí)間戳T1，而接收端接收到該報(bào)文后計(jì)為時(shí)間戳T2，兩者的差值為單向延時(shí)值。測(cè)試往返延時(shí)時(shí)，在發(fā)送端加入時(shí)間戳T1，接收端接收到該報(bào)文后，不做處理，返回一個(gè)回應(yīng)報(bào)文，發(fā)送端接收到該回應(yīng)報(bào)文后，加入時(shí)間戳T3，T3與T1的差值為往返延時(shí)值。6.2.4丟包問(wèn)題TCP傳輸時(shí)的序列號(hào)用于為應(yīng)用層提供可靠的傳輸服務(wù)，所以當(dāng)發(fā)生丟包時(shí)，TCP服務(wù)將檢測(cè)到這種錯(cuò)誤并進(jìn)行重傳。TCP服務(wù)并不能立即檢測(cè)到丟包，而是在定時(shí)器超時(shí)后進(jìn)行重傳。丟包率對(duì)應(yīng)用服務(wù)的影響非常大，在測(cè)試上對(duì)丟包率有嚴(yán)格的要求。一般，鏈路利用率不大于70%時(shí)，要求丟包率小于0.1%。6.2.5并發(fā)連接數(shù)并發(fā)連接數(shù)是指能夠同時(shí)處理的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的最大數(shù)目。它反映了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)多個(gè)連接的訪問(wèn)控制能力和連接狀態(tài)跟蹤能力，這個(gè)值的大小和設(shè)備的處理能力相關(guān)。并發(fā)連接數(shù)又分為TCP并發(fā)連接數(shù)和UDP并發(fā)連接數(shù)?；赥CP的應(yīng)用在數(shù)據(jù)交互前必須先建立TCP連接，完成連接后，具備網(wǎng)絡(luò)4層以上處理能力的設(shè)備將記錄連接，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)其業(yè)務(wù)信息流的處理能力是有上限的。UDP是基于無(wú)連接的，采用隊(duì)列方式，將要發(fā)送的報(bào)文放到發(fā)送隊(duì)列的末尾，設(shè)備或系統(tǒng)按照隊(duì)列的順序發(fā)送報(bào)文。由于隊(duì)列有長(zhǎng)度限制，超過(guò)會(huì)溢出丟包，所以也會(huì)設(shè)置并發(fā)連接數(shù)。6.3傳輸層的測(cè)試和故障診斷6.3.1故障分析和排除環(huán)境中的測(cè)試1．端口連通性測(cè)試（1）端口連通性測(cè)試部署方式（2）端口連通性測(cè)試方法1）TCP掃描方式2）UDP掃描方式2．網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測(cè)試（1）網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測(cè)試部署方式網(wǎng)絡(luò)延時(shí)是傳輸層測(cè)試的重點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的測(cè)量比較復(fù)雜，其通常作為網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試評(píng)估的重要參數(shù)。延時(shí)包括固定延時(shí)和可變延時(shí)，固定延時(shí)是指?jìng)鬏斚到y(tǒng)固有的延時(shí)，如電纜和光纜傳輸所用的延時(shí)；可變延時(shí)是指由傳輸系統(tǒng)路徑上的節(jié)點(diǎn)（如網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）處理包引起的延時(shí)，如交換機(jī)的延時(shí)（通常取決于轉(zhuǎn)發(fā)性能和交換機(jī)的繁忙狀態(tài)）和路由器的延時(shí)（通常取決于路由效率和端口的繁忙狀態(tài)）。測(cè)試分為單向延時(shí)和往返延時(shí)兩種方式。單向延時(shí)測(cè)試原理簡(jiǎn)單，但需要源設(shè)備和目標(biāo)設(shè)備的時(shí)間同步采用多點(diǎn)部署方式，可以獲得不同采集點(diǎn)的時(shí)間信息，從而比對(duì)出數(shù)據(jù)包經(jīng)過(guò)不同網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的延時(shí)情況。（2）單向延時(shí)多點(diǎn)部署測(cè)試方法（3）單向延時(shí)單點(diǎn)部署測(cè)試方法必須強(qiáng)調(diào)的是，測(cè)試工具獲得的值始終是近似的。例如，STD和CTD的精確值還需要考慮SYN的處理延時(shí)，盡管這個(gè)值非常??；

1不僅與數(shù)據(jù)報(bào)大小有關(guān)，還與計(jì)算機(jī)的處理能力及當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)的負(fù)載有關(guān)，所以

1始終有誤差。理論上，由客戶端來(lái)計(jì)算RTT和Total_Delay，由服務(wù)器來(lái)計(jì)算Server_Delay，這樣會(huì)更精確，但需要專用的通信協(xié)議來(lái)讓測(cè)試工具獲得這些值，這樣所有客戶端和服務(wù)器都必須重新進(jìn)行配置。TAP接入測(cè)試工具獲得延時(shí)的方法雖然麻煩，但仍然比較精確，而且無(wú)須對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)提出太多的要求。6.3.2性能評(píng)估場(chǎng)景中的測(cè)試1．部署方式傳輸層的性能測(cè)試可分為以下兩種。一種為雙側(cè)測(cè)試，即測(cè)試工具位于被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的兩側(cè)，采用端到端方式設(shè)置測(cè)試工具，可模擬并發(fā)情形，對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)的能力進(jìn)行監(jiān)控。這是一種主動(dòng)測(cè)試方式，測(cè)試結(jié)果包括吞吐量、最大并發(fā)連接數(shù)、最大事務(wù)處理速率和最大帶寬等。另一