上一篇 /下一篇 2007-10-05 20:28:54/ 個人分類：網(wǎng)絡(luò)測試工具
在構(gòu)建或管理一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)時，我們更多的是關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的可用性，即網(wǎng)絡(luò)是否連通，而對于其整體的性能往往考慮不多，或者即使考慮到性能的問題，但是卻發(fā)現(xiàn)沒有合適的手段去測試網(wǎng)絡(luò)的性能。
當(dāng)開發(fā)出一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序后，我們會發(fā)現(xiàn)，在實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使用中，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的使用效果不 是很理想，問題可能出現(xiàn)在程序的開發(fā)上面，也有可能由于實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在著瓶頸。面對這種問題，程序員一般會一籌莫展，原因就在于不掌握一些網(wǎng)絡(luò)性能測量的工具。
在本文中，首先介紹網(wǎng)絡(luò)性能測量的一些基本概念和方法，然后結(jié)合 netperf 工具的使用，具體的討論如何測試不同情況下的網(wǎng)絡(luò)性能。
網(wǎng)絡(luò)性能測試概述
測量網(wǎng)絡(luò)性能的五項指標(biāo)是：
可用性（availability）
響應(yīng)時間（response time）
網(wǎng)絡(luò)利用率（networkutilization）
網(wǎng)絡(luò)吞吐量（network throughput）
網(wǎng)絡(luò)帶寬容量（network bandwidthcapacity）
1． 可用性
測試網(wǎng)絡(luò)性能的第一步是確定網(wǎng)絡(luò)是否正常工作，最簡單的方法是使用 ping 命令。通過向遠(yuǎn)端的機(jī)器發(fā)送 icmp echo request，并等待接收 icmp echo reply 來判斷遠(yuǎn)端的機(jī)器是否連通，網(wǎng)絡(luò)是否正常工作。
Ping 命令有非常豐富的命令選項，比如 -c 可以指定發(fā)送 echo request 的個數(shù)，-l 可以指定每次發(fā)送的 ping 包大小。
網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部一般有多個緩沖池，不同的緩沖池使用不同的緩沖區(qū)大小，分別用來處理不同大小的分組（packet）。例如交換機(jī)中通常具有三種類型的包緩沖：一類針對小的分組，一類針對中等大小的分組，還有一類針對大的分組。為了測試這樣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，測試工具必須要具有發(fā)送不同大小分組的能力。 Ping 命令的 -l 就可以使用在這種場合。
2． 響應(yīng)時間
Ping 命令的 echo request/reply 一次往返所花費時間就是響應(yīng)時間。有很多因素會影響到響應(yīng)時間，如網(wǎng)段的負(fù)荷，網(wǎng)絡(luò)主機(jī)的負(fù)荷，廣播風(fēng)暴，工作不正常的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等等。
在網(wǎng)絡(luò)工作正常時，記錄下正常的響應(yīng)時間。當(dāng)用戶抱怨網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)時間慢時，就可以將現(xiàn)在的響應(yīng)時間與正常的響應(yīng)時間對比，如果兩者差值的波動很大，就能說明網(wǎng)絡(luò)設(shè)備存在故障。
3． 網(wǎng)絡(luò)利用率
網(wǎng)絡(luò)利用率是指網(wǎng)絡(luò)被使用的時間占總時間（即被使用的時間+空閑的時間）的比例。比如，Ethernet 雖然是共享的，但同時卻只能有一個報文在傳輸。因此在任一時刻，Ethernet 或者是 100% 的利用率，或者是 0% 的利用率。
計算一個網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)利用率相對比較容易，但是確定一個網(wǎng)絡(luò)的利用率就比較復(fù)雜。因此，網(wǎng)絡(luò)測試工具一般使用網(wǎng)絡(luò)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)帶寬容量來確定網(wǎng)絡(luò)中兩個節(jié)點之間的性能。
4． 網(wǎng)絡(luò)吞吐量
網(wǎng)絡(luò)吞吐量是指在某個時刻，在網(wǎng)絡(luò)中的兩個節(jié)點之間，提供給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的剩余帶寬。
網(wǎng)絡(luò)吞吐量可以幫組尋找網(wǎng)絡(luò)路徑中的瓶頸。比如，即使 client 和 server 都被分別連接到各自的 100M Ethernet上，但是如果這兩個 100M 的Ethernet 被 10M 的 Ethernet 連接起來，那么 10M 的 Ethernet就是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。
網(wǎng)絡(luò)吞吐量非常依賴于當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況。因此，為了得到正確的網(wǎng)絡(luò)吞吐量，最好在不同時間（一天中的不同時刻，或者一周中不同的天）分別進(jìn)行測試，只有這樣才能得到對網(wǎng)絡(luò)吞吐量的全面認(rèn)識。
有些網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序在開發(fā)過程的測試中能夠正常運行，但是到實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中卻無法正常工作（由于沒有足夠的網(wǎng)絡(luò)吞吐量）。這是因為測試只是在空閑的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，沒有考慮到實際的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中還存在著其它的各種網(wǎng)絡(luò)流量。所以，網(wǎng)絡(luò)吞吐量定義為剩余帶寬是有實際意義的。
5． 網(wǎng)絡(luò)帶寬容量
與網(wǎng)絡(luò)吞吐量不同，網(wǎng)絡(luò)帶寬容量指的是在網(wǎng)絡(luò)的兩個節(jié)點之間的最大可用帶寬。這是由組成網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備的能力所決定的。
測試網(wǎng)絡(luò)帶寬容量有兩個困難之處：在網(wǎng)絡(luò)存在其它網(wǎng)絡(luò)流量的時候，如何得知網(wǎng)絡(luò)的最大可用帶寬；在測試過程中，如何對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)流量不造成影響。網(wǎng)絡(luò)測試工具一般采用 packet pairs 和 packet trains 技術(shù)來克服這樣的困難。
當(dāng)確定了網(wǎng)絡(luò)性能的測試指標(biāo)以后，就需要使用網(wǎng)絡(luò)測試工具收集相應(yīng)的性能數(shù)據(jù)，分別有三種從網(wǎng)絡(luò)獲取數(shù)據(jù)的方式：
1． 通過snmp協(xié)議直接到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中獲取，如net-snmp工具
2． 偵聽相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)，典型的工具是tcpdump
3． 自行產(chǎn)生相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)，如本文中使用的netperf工具
Netperf是一種網(wǎng)絡(luò)性能的測量工具，主要針對基于TCP或UDP的傳輸。Netperf根據(jù)應(yīng)用的不同，可以進(jìn)行不同模式的網(wǎng)絡(luò)性能測試，即批量數(shù)據(jù)傳輸（bulk datatransfer）模式和請求/應(yīng)答（request/reponse）模式。Netperf測試結(jié)果所反映的是一個系統(tǒng)能夠以多快的速度向另外一個系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，以及另外一個系統(tǒng)能夠以多塊的速度接收數(shù)據(jù)。
Netperf工具以client/server方式工作。server端是netserver，用來偵聽來自client端的連接，client端是netperf，用來向server發(fā)起網(wǎng)絡(luò)測試。在client與server之間，首先建立一個控制連接，傳遞有關(guān)測試配置的信息，以及測試的結(jié)果；在控制連接建立并傳遞了測試配置信息以后，client與server之間會再建立一個測試連接，用來來回傳遞著特殊的流量模式，以測試網(wǎng)絡(luò)的性能。
由于TCP協(xié)議能夠提供端到端的可靠傳輸，因此被大量的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序使用。但是，可靠性的建立是要付出代價的。TCP協(xié)議保證可靠性的措施，如建立并維護(hù)連接、控制數(shù)據(jù)有序的傳遞等都會消耗一定的網(wǎng)絡(luò)帶寬。
Netperf可以模擬三種不同的TCP流量模式：
1） 單個TCP連接，批量（bulk）傳輸大量數(shù)據(jù)
2） 單個TCP連接，client請求/server應(yīng)答的交易（transaction）方式
3） 多個TCP連接，每個連接中一對請求/應(yīng)答的交易方式
UDP沒有建立連接的負(fù)擔(dān)，但是UDP不能保證傳輸?shù)目煽啃?，所以使用UDP的應(yīng)用程序需要自行跟蹤每個發(fā)出的分組，并重發(fā)丟失的分組。
Netperf可以模擬兩種UDP的流量模式：
1） 從client到server的單向批量傳輸
2） 請求/應(yīng)答的交易方式
由于UDP傳輸?shù)牟豢煽啃裕谑褂胣etperf時要確保發(fā)送的緩沖區(qū)大小不大于接收緩沖區(qū)大小，否則數(shù)據(jù)會丟失，netperf將給出錯誤的結(jié)果。因此，對于接收到分組的統(tǒng)計不一定準(zhǔn)確，需要結(jié)合發(fā)送分組的統(tǒng)計綜合得出結(jié)論。
在unix系統(tǒng)中，可以直接運行可執(zhí)行程序來啟動netserver，也可以讓inetd或xinetd來自動啟動netserver。
當(dāng)netserver在server端啟動以后，就可以在client端運行netperf來測試網(wǎng)絡(luò)的性能。netperf通過命令行參數(shù)來控制測試的類型和具體的測試選項。根據(jù)作用范圍的不同，netperf的命令行參數(shù)可以分為兩大類：全局命令行參數(shù)、測試相關(guān)的局部參數(shù)，兩者之間使用--分隔：
netperf [global options]-- [test-specific options]
這里我們只解釋那些常用的命令行參數(shù)，其它的參數(shù)讀者可以查詢netperf的man手冊。
-H host ：指定遠(yuǎn)端運行netserver的server IP地址。
-l testlen：指定測試的時間長度（秒）
-t testname：指定進(jìn)行的測試類型，包括TCP_STREAM，UDP_STREAM，TCP_RR，TCP_CRR，UDP_RR，在下文中分別對它們說明。
在后面的測試中，netserver運行在192.168.0.28，server與client通過局域網(wǎng)連接（100M Hub）。 字串3
測試批量（bulk）網(wǎng)絡(luò)流量的性能
批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)湫偷睦佑衒tp和其它類似的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（即一次傳輸整個文件）。根據(jù)使用傳輸協(xié)議的不同，批量數(shù)據(jù)傳輸又分為TCP批量傳輸和UDP批量傳輸。
1． TCP_STREAM
Netperf缺省情況下進(jìn)行TCP批量傳輸，即-t TCP_STREAM。測試過程中，netperf向netserver發(fā)送批量的TCP數(shù)據(jù)分組，以確定數(shù)據(jù)傳輸過程中的吞吐量：
./netperf -H 192.168.0.28 -l 60
TCP STREAM TEST to 192.168.0.28
Recv Send Send
Socket Socket Message Elapsed
Size Size Size Time Throughput
bytes bytes bytes secs. 10^6bits/sec
87380 16384 16384 60.00 88.00
從netperf的結(jié)果輸出中，我們可以知道以下的一些信息：
1） 遠(yuǎn)端系統(tǒng)（即server）使用大小為87380字節(jié)的socket接收緩沖
2） 本地系統(tǒng)（即client）使用大小為16384字節(jié)的socket發(fā)送緩沖
3） 向遠(yuǎn)端系統(tǒng)發(fā)送的測試分組大小為16384字節(jié)
4） 測試經(jīng)歷的時間為60秒
5） 吞吐量的測試結(jié)果為88Mbits/秒
在缺省情況下，netperf向發(fā)送的測試分組大小設(shè)置為本地系統(tǒng)所使用的socket發(fā)送緩沖大小。
TCP_STREAM方式下與測試相關(guān)的局部參數(shù)如下表所示：
| 參數(shù) | 說明 |
| -s size | 設(shè)置本地系統(tǒng)的socket發(fā)送與接收緩沖大小 |
| -S size | 設(shè)置遠(yuǎn)端系統(tǒng)的socket發(fā)送與接收緩沖大小 |
| -m size | 設(shè)置本地系統(tǒng)發(fā)送測試分組的大小 |
| -M size | 設(shè)置遠(yuǎn)端系統(tǒng)接收測試分組的大小 |
| -D | 對本地與遠(yuǎn)端系統(tǒng)的socket設(shè)置TCP_NODELAY選項 |
另一類常見的網(wǎng)絡(luò)流量類型是應(yīng)用在client/server結(jié)構(gòu)中的request/response模式。在每次交易（transaction）中，client向server發(fā)出小的查詢分組，server接收到請求，經(jīng)處理后返回大的結(jié)果數(shù)據(jù)。
1． TCP_RR TCP_RR方式的測試對象是多次TCP request和response的交易過程，但是它們發(fā)生在同一個TCP連接中，這種模式常常出現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫應(yīng)用中。數(shù)據(jù)庫的client程序與server程序建立一個TCP連接以后，就在這個連接中傳送數(shù)據(jù)庫的多次交易過程。 Netperf輸出的結(jié)果也是由兩行組成。第一行顯示本地系統(tǒng)的情況，第二行顯示的是遠(yuǎn)端系統(tǒng)的信息。平均的交易率（transactionrate）為9502.73次/秒。注意到這里每次交易中的request和response分組的大小都為1個字節(jié)，不具有很大的實際意義。用戶可以通過測試相關(guān)的參數(shù)來改變request和response分組的大小，TCP_RR方式下的參數(shù)如下表所示： 參數(shù) 說明 -r req,resp 設(shè)置request和reponse分組的大小 -s size 設(shè)置本地系統(tǒng)的socket發(fā)送與接收緩沖大小 -S size 設(shè)置遠(yuǎn)端系統(tǒng)的socket發(fā)送與接收緩沖大小 -D 對本地與遠(yuǎn)端系統(tǒng)的socket設(shè)置TCP_NODELAY選項 通過使用-r參數(shù)，我們可以進(jìn)行更有實際意義的測試： 從結(jié)果中可以看出，由于request/reponse分組的大小增加了，導(dǎo)致了交易率明顯的下降。注：相對于實際的系統(tǒng)，這里交易率的計算沒有充分考慮到交易過程中的應(yīng)用程序處理時延，因此結(jié)果往往會高于實際情況。 2． TCP_CRR 與TCP_RR不同，TCP_CRR為每次交易建立一個新的TCP連接。最典型的應(yīng)用就是HTTP，每次HTTP交易是在一條單獨的TCP連接中進(jìn)行的。因此，由于需要不停地建立新的TCP連接，并且在交易結(jié)束后拆除TCP連接，交易率一定會受到很大的影響。 即使是使用一個字節(jié)的request/response分組，交易率也明顯的降低了，只有2662.20次/秒。TCP_CRR使用與TCP_RR相同的局部參數(shù)。 3． UDP_RR UDP_RR方式使用UDP分組進(jìn)行request/response的交易過程。由于沒有TCP連接所帶來的負(fù)擔(dān)，所以我們推測交易率一定會有相應(yīng)的提升。 結(jié)束語 參考資料 Network Performance Open Source Toolkit, Richard Blum, Wiley Publishing, Inc.
./netperf -t TCP_RR -H 192.168.0.28
TCP REQUEST/RESPONSE TEST to 192.168.0.28
Local /Remote
Socket Size Request Resp. Elapsed Trans.
Send Recv Size Size Time Rate
bytes Bytes bytes bytes secs. per sec
16384 87380 1 1 10.00 9502.73
16384 87380
./netperf -t TCP_RR -H 192.168.0.28 -- -r 32,1024
TCP REQUEST/RESPONSE TEST to 192.168.0.28
Local /Remote
Socket Size Request Resp. Elapsed Trans.
Send Recv Size Size Time Rate
bytes Bytes bytes bytes secs. per sec
16384 87380 32 1024 10.00 4945.97
16384 87380
./netperf -t TCP_CRR -H 192.168.0.28
TCP Connect/Request/Response TEST to 192.168.0.28
Local /Remote
Socket Size Request Resp. Elapsed Trans.
Send Recv Size Size Time Rate
bytes Bytes bytes bytes secs. per sec
131070 131070 1 1 9.99 2662.20
16384 87380
./netperf -t UDP_RR -H 192.168.0.28
UDP REQUEST/RESPONSE TEST to 192.168.0.28
Local /Remote
Socket Size Request Resp. Elapsed Trans.
Send Recv Size Size Time Rate
bytes Bytes bytes bytes secs. per sec
65535 65535 1 1 9.99 10141.16
65535 65535
結(jié)果證實了我們的推測，交易率為10141.16次/秒，高過TCP_RR的數(shù)值。不過，如果出現(xiàn)了相反的結(jié)果，即交易率反而降低了，也不需要擔(dān)心，因為這說明了在網(wǎng)絡(luò)中，路由器或其它的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對UDP采用了與TCP不同的緩沖區(qū)空間和處理技術(shù)。
除了netperf以外，還有很多其它的網(wǎng)絡(luò)性能測試工具，如dbs, iperf, pathrate, nettest, netlogger,tcptrace,ntop等。這些工具有其各自的特色和不同的側(cè)重點，我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用環(huán)境，有選擇的使用它們，這樣就可以使這些工具發(fā)揮出最大的功效。雖然都是開放源代碼的軟件，但是這些工具的功能與商業(yè)的網(wǎng)絡(luò)測試工具同樣強(qiáng)大，而且也得到了廣泛的應(yīng)用，熟悉這些工具對我們的實際工作一定會有很大的幫助。
netperf website,http://www.netperf.org
