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Linux環(huán)境下網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試

網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試的幾項(xiàng)重要指標(biāo)

1、可用性

測(cè)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(jiǎn)單的方法就是使用ping命令，通過(guò)向遠(yuǎn)端的機(jī)器發(fā)送ICMP請(qǐng)求，并等待接收ICMP回應(yīng)，來(lái)判斷遠(yuǎn)端的機(jī)器是否連通，網(wǎng)絡(luò)是否正常工作。

2、響應(yīng)時(shí)間

ping命令的ICMP報(bào)文響應(yīng)一次往返所花費(fèi)時(shí)間就是響應(yīng)時(shí)間，有很多因素會(huì)影響到響應(yīng)時(shí)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。

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(shí)間占總時(shí)間（即被使用的時(shí)間+空閑的時(shí)間）的比例。例如，Ethernet雖然是共享的，但同時(shí)卻只能有一個(gè)報(bào)文在傳輸，因此在任一時(shí)刻，Ethernet或者是100%的利用率，或者是0%的利用率。計(jì)算一個(gè)網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)利用率相對(duì)比較容易，但是確定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的利用率就比較復(fù)雜。因此，網(wǎng)絡(luò)測(cè)試工具一般使用網(wǎng)絡(luò)吞吐量和網(wǎng)絡(luò)帶寬容量來(lái)確定網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)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(gè)時(shí)刻，在網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間，提供給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的剩余帶寬，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)吞吐量可以尋找出網(wǎng)絡(luò)瓶頸。比如，即使client和server都被分別連接到各自的100M以太網(wǎng)卡上，但是如果這兩個(gè)100M的以太網(wǎng)卡被10M的交換機(jī)連接起來(lái)，那么10M的交換機(jī)就是網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。

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(gè)節(jié)點(diǎn)之間的最大可用帶寬，這是由組成網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備能力所決定的。

使用iperf進(jìn)行測(cè)試

iperf介紹

iperf是一個(gè)TCP/IP和UDP/IP性能測(cè)試工具，能夠提供網(wǎng)絡(luò)吞吐率信息，以及震動(dòng)、丟包率、最大組和最大傳輸單元大小等統(tǒng)計(jì)信息，可以由這些信息來(lái)分析網(wǎng)絡(luò)的通信性能、定位網(wǎng)絡(luò)瓶頸。

iperf以client/server方式工作，服務(wù)器端和客戶端都使用同一程序iperf，服務(wù)器端使用-s選項(xiàng)，而客戶端則使用-c選項(xiàng)。在 client與server之間，首先建立一個(gè)控制連接，傳遞有關(guān)測(cè)試配置的信息，以及測(cè)試的結(jié)果；在控制連接建立并傳遞了測(cè)試配置信息以后，client與server之間會(huì)再建立一個(gè)測(cè)試連接，用來(lái)回傳遞著特殊的流量模式，以測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的性能。

iperf獲取與安裝

下載地址：http://iperf.sourceforge.net/

配置與安裝：

[root@rh tool]# tar -zxvf iperf-2.0.2.tar.gz
[root@rh tool]# cd iperf-2.0.2
[root@rh iperf-2.0.2]# ./configure --prefix=/usr/netperf
[root@rh iperf-2.0.2]# make
[root@rh iperf-2.0.2]# make install
[root@rh iperf-2.0.2]# ls /usr/netperf

iperf的使用

啟動(dòng)server端：

[root@rh iperf-2.0.2]# cd /usr/iperf/bin
[root@rh bin]# ./iperf -s

還可以設(shè)置這些參數(shù)：

啟動(dòng)client端：

用TCP的方式測(cè)試本機(jī)到192.168.0.138主機(jī)（-c 192.168.0.138）的網(wǎng)絡(luò)性能，時(shí)長(zhǎng)為60秒（-t 60），緩沖區(qū)的大小為8KB （-l 8k），每10秒（-i 10）打印一次測(cè)試結(jié)果。

[root@rh iperf-2.0.2]# cd /usr/iperf/bin
[root@rh bin]# ./iperf -c 192.168.0.138 -t 60 -l 8k -i 10
------------------------------------------------------------
Client connecting to 192.168.0.138, TCP port 5001
TCP window size: 23.2 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[ 3] local 192.168.0.137 port 42812 connected with 192.168.0.138 port 5001
[ ID] Interval Transfer Bandwidth
[ 3] 0.0-10.0 sec  1.64 GBytes 1.41 Gbits/sec
[ 3] 10.0-20.0 sec  5.26 GBytes 4.52 Gbits/sec
[ 3] 20.0-30.0 sec  5.26 GBytes 4.52 Gbits/sec
[ 3] 30.0-40.0 sec  5.27 GBytes 4.53 Gbits/sec
[ 3] 40.0-50.0 sec  5.26 GBytes 4.51 Gbits/sec
[ 3] 50.0-60.0 sec  5.26 GBytes 4.52 Gbits/sec
[ 3] 0.0-60.0 sec  27.9 GBytes 4.00 Gbits/sec

還可以設(shè)置這些參數(shù)：

使用netperf進(jìn)行測(cè)試

netperf介紹

netperf是一種網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)量工具，主要針對(duì)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(cè)試，即批量數(shù)據(jù)傳輸（bulk data transfer）模式和請(qǐng)求/應(yīng)答（request/response）模式。netperf反應(yīng)的是一個(gè)系統(tǒng)能以多快的速度向另一個(gè)系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，以及另一個(gè)系統(tǒng)能以多快的速度接受數(shù)據(jù)。

netperf是以client/server的方式工作，server端是netserver，用來(lái)偵聽(tīng)來(lái)自client 端的連接；client端是netperf，用來(lái)向server發(fā)起網(wǎng)絡(luò)測(cè)試。在client與server之間，首先建立一個(gè)控制連接，傳遞有關(guān)測(cè)試配置的信息，以及測(cè)試結(jié)果；在控制連接建立并傳遞了測(cè)試配置信息后，client與server之間會(huì)再建立一個(gè)測(cè)試連接，用來(lái)來(lái)回傳遞著特殊的流量模式，以測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的性能。

netperf可以模擬三種不同的TCP流量模式：

• 單個(gè)TCP連接，批量（bulk）傳輸大量數(shù)據(jù)；
• 單個(gè)TCP連接，client請(qǐng)求/server應(yīng)答的交易（transaction）方式；
• 多個(gè)TCP連接，每個(gè)連接中一對(duì)請(qǐng)求/應(yīng)答的交易方式

netperf可以模擬兩種UDP的流量模式：

• 從client到server的單向批量傳輸；
• 請(qǐng)求/應(yīng)答的交易方式。

由于UDP傳輸?shù)牟豢煽啃?，在使?nbsp;netperf時(shí)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(huì)丟失，netperf將給出錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，對(duì)于接收到分組的統(tǒng)計(jì)不一定準(zhǔn)確，需要結(jié)合發(fā)送分組的統(tǒng)計(jì)綜合得出結(jié)論。

netperf獲取與安裝

下載地址：http://www.netperf.org/netperf/

配置與安裝：

[root@rh tool]# tar -zxvf netperf-2.6.0.tar.gz
[root@rh tool]# cd netperf-2.6.0
[root@rh netperf-2.6.0]# ./configure --prefix /usr/netperf
[root@rh netperf-2.6.0]# make
[root@rh netperf-2.6.0]# make check
[root@rh netperf-2.6.0]# make install
[root@rh netperf-2.6.0]# ls /usr/netperf

netperf使用

啟動(dòng)server端：

[root@rh netperf-2.6.0]# cd /usr/netperf/bin
[root@rh bin]# ./netserver

啟動(dòng)client端：

1）TCP_STREAM模式。進(jìn)行TCP批量傳輸性能測(cè)試。這是netperf缺省情況。

批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)湫偷睦佑蠪TP和其他類似的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（即一次傳輸整個(gè)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。

用 TCP 批量傳輸?shù)姆绞?/code> （-t TCP_STREAM）測(cè)試本機(jī)到 192.168.0.138 主機(jī)（-H 192.168.0.138）的網(wǎng)絡(luò)性能，時(shí)長(zhǎng) 60 秒（-l 60），每次發(fā)送本地發(fā)送測(cè)試分組的大小為2048Bytes （-m 2048）。

[root@rh netperf-2.6.0]# cd /usr/netperf/bin
[root@rh bin]# ./netperf -t TCP_STREAM -H 192.168.0.138 -l 60 -- -m 2048
MIGRATED TCP STREAM TEST from 0.0.0.0 (0.0.0.0) port 0 AF_INET to 192.168.0.138 () port 0 AF_INET
Recv Send Send
Socket Socket Message Elapsed
Size Size Size Time Throughput
bytes  bytes   bytes    secs. 10^6bits/sec
87380 16384 2048 60.00 5463.11

從上面netperf的輸出結(jié)果中，可以得到如下信息：

• 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(cè)試分組大小為 2048 字節(jié)，通過(guò) -m 2048 設(shè)置；
• 4）測(cè)試經(jīng)歷的時(shí)間為 60 秒；
• 5）吞吐量的測(cè)試結(jié)果為 5463.11 Mbps；

在缺省的情況下，netperf向遠(yuǎn)端系統(tǒng)發(fā)送的測(cè)試分組大小會(huì)設(shè)置為本地系統(tǒng)所使用的 socket 發(fā)送緩沖大小。

還可以設(shè)置這些局部命令行參數(shù)：

通過(guò)修改以上的參數(shù)，并觀察測(cè)試結(jié)果的變化，可以確定是什么因素影響了連接的吞吐量。

例如，如果懷疑路由器由于缺乏足夠的緩沖區(qū)空間，使得轉(zhuǎn)發(fā)大的分組時(shí)存在問(wèn)題，就可以改變測(cè)試分組的大小（-m），以觀察吞吐量的變化。如果當(dāng)測(cè)試分組由較大變?yōu)檩^小，而吞吐量出現(xiàn)較大的變化（比如吞吐量變大），說(shuō)明網(wǎng)絡(luò)中路由器確實(shí)存在緩沖區(qū)不足的問(wèn)題。

2）UDP_STREAM，進(jìn)行 UDP 批量傳輸性能測(cè)試。

需要注意的是此時(shí)測(cè)試分組的大小不能大于 socket 發(fā)送與接收的緩沖區(qū)大小，否則 netperf 會(huì)報(bào)錯(cuò)。

UDP_STREAM 方式使用與 TCP_STREAM 方式相同的局部命令行參數(shù)。

用 UDP 批量傳輸?shù)姆绞?/code> （-t UDP_STREAM）測(cè)試本機(jī)到 192.168.0.138 主機(jī)（-H 192.168.0.138）的網(wǎng)絡(luò)性能，時(shí)長(zhǎng) 60 秒（-l 60），每次發(fā)送本地發(fā)送測(cè)試分組的大小為2048Bytes （-m 2048）。

[root@rh netperf-2.6.0]# cd /usr/netperf/bin
[root@rh bin]# ./netperf -t UDP_STREAM -H 192.168.0.138 -l 60 -- -m 2048
MIGRATED UDP STREAM TEST from 0.0.0.0 (0.0.0.0) port 0 AF_INET to 192.168.0.138 () port 0 AF_INET
Socket Message Elapsed Messages
Size Size Time Okay Errors Throughput
bytes   bytes    secs            #      #   10^6bits/sec
229376 2048 60.00 11159606 0 3047.29
229376 60.00 11115165 3035.15

可以看到，最后結(jié)果有兩行，第一行數(shù)據(jù)顯示的是本地系統(tǒng)的發(fā)送統(tǒng)計(jì)，這里的吞吐量表示 netperf 向本地 socket 發(fā)送分組的能力。但是由于 UDP 是不可靠的傳輸協(xié)議，發(fā)送出去的分組數(shù)量不一定等于接收到的分組數(shù)量；第二行數(shù)據(jù)顯示的就是遠(yuǎn)端系統(tǒng)接收的情況，這里看到接收到的數(shù)據(jù)小于發(fā)送的數(shù)據(jù)，即存在丟包的情況。遠(yuǎn)端系統(tǒng)的接收吞吐量也小于本地發(fā)送吞吐量。

3）TCP_RR，在一個(gè) TCP 連接中進(jìn)行多次 request 和 response 的交易過(guò)程的性能測(cè)試。

這種方式常出現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用中，數(shù)據(jù)庫(kù)與客戶端程序建立一個(gè) TCP 連接后，就在這個(gè)連接中傳遞數(shù)據(jù)庫(kù)的多次交易過(guò)程。

用 TCP_RR 的方式（-t TCP_RR）測(cè)試本機(jī)到 192.168.0.138 主機(jī)（-H 192.168.0.138）的網(wǎng)絡(luò)性能，時(shí)長(zhǎng) 60 秒（-l 60），設(shè)置 request 分組大小為 64Bytes，response 分組大小1024Bytes。

[root@rh netperf-2.6.0]# cd /usr/netperf/bin
[root@rh bin]# ./netperf -t TCP_RR -H 192.168.0.138 -l 60 -- -r 64,1024
MIGRATED TCP REQUEST/RESPONSE TEST from 0.0.0.0 (0.0.0.0) port 0 AF_INET to 192.168.0.138 () port 0 AF_INET : first burst 0
Local /Remote
Socket Size Request Resp. Elapsed Trans.
Send Recv Size Size Time Rate
bytes  Bytes  bytes    bytes   secs.    per sec
16384 87380 64 1024 60.00 9194.92
16384 87380

這里的輸出結(jié)果有兩行，第一行數(shù)據(jù)顯示的是本地系統(tǒng)的信息，第二行數(shù)據(jù)顯示的遠(yuǎn)端系統(tǒng)的信息。Trans. Rate per sec 是平均交易率。

通常增加 request/response 分組的大小會(huì)使得交易率下降。相對(duì)于實(shí)際的系統(tǒng)，這里的交易率的計(jì)算沒(méi)有充分考慮到交易過(guò)程中的應(yīng)用程序處理時(shí)延，因此結(jié)果會(huì)高于實(shí)際情況。

還可以設(shè)置這些參數(shù)：

4）TCP_CRR，與 TCP_RR 的方式不同，TCP_CRR 為每次交易建立一個(gè)新的 TCP 連接。測(cè)試這種情況的網(wǎng)絡(luò)性能。

這種方式最典型的應(yīng)用是 HTTP，每次 HTTP 交易是在一條單獨(dú)的 TCP 連接中進(jìn)行的，這個(gè)過(guò)程需要不停地建立新的 TCP 連接，并在交易結(jié)束后結(jié)束 TCP 連接，交易率會(huì)受到較大影響。

用 TCP_CRR 的方式（-t TCP_CRR）測(cè)試本機(jī)到 192.168.0.138 主機(jī)（-H 192.168.0.138）的網(wǎng)絡(luò)性能，時(shí)長(zhǎng) 60 秒（-l 60），設(shè)置 request 分組大小為 64Bytes，response 分組大小 1024Bytes。

[root@rh netperf-2.6.0]# cd /usr/netperf/bin
[root@rh bin]# ./netperf -t TCP_CRR -H 192.168.0.138 -l 60 -- -r 64,1024
MIGRATED TCP Connect/Request/Response TEST from 0.0.0.0 (0.0.0.0) port 0 AF_INET to 192.168.0.138 () port 0 AF_INET
Local /Remote
Socket Size Request Resp. Elapsed Trans.
Send Recv Size Size Time Rate
bytes  Bytes  bytes    bytes   secs.    per sec
16384 87380 64 1024 60.00 2728.00
16384 87380

這里的輸出結(jié)果有兩行，第一行數(shù)據(jù)顯示的是本地系統(tǒng)的信息，第二行數(shù)據(jù)顯示的遠(yuǎn)端系統(tǒng)的信息。Trans. Rate per sec 是平均交易率。

5）UDP_RR，使用 UDP 分組進(jìn)行 request 和 response 交易過(guò)程的性能測(cè)試。

用 UDP_RR 的方式（-t UDP_RR）測(cè)試本機(jī)到 192.168.0.138 主機(jī)（-H 192.168.0.138）的網(wǎng)絡(luò)性能，時(shí)長(zhǎng) 60 秒（-l 60），設(shè)置 request 分組大小為 64Bytes，response 分組大小1024Bytes。

[root@rh netperf-2.6.0]# cd /usr/netperf/bin
[root@rh bin]# ./netperf -t UDP_RR -H 192.168.0.138 -l 60 -- -r 64,1024
MIGRATED UDP REQUEST/RESPONSE TEST from 0.0.0.0 (0.0.0.0) port 0 AF_INET to 192.168.0.138 () port 0 AF_INET : first burst 0
Local /Remote
Socket Size Request Resp. Elapsed Trans.
Send Recv Size Size Time Rate
bytes  Bytes  bytes    bytes   secs.    per sec
229376 229376 64 1024 60.00 10635.03
229376 229376

這里的輸出結(jié)果有兩行，第一行數(shù)據(jù)顯示的是本地系統(tǒng)的信息，第二行數(shù)據(jù)顯示的遠(yuǎn)端系統(tǒng)的信息。Trans. Rate per sec 是平均交易率。

UDP_RR 方式使用 UDP 分組進(jìn)行 request/response 的交易過(guò)程。由于沒(méi)喲 TCP 連接所帶來(lái)的負(fù)擔(dān)，所以交易率相對(duì) TCP_RR 方式一般會(huì)有相應(yīng)的提升。

但是如果出現(xiàn)了相反的結(jié)果，即交易率反而降低了，也不用太驚訝，因?yàn)檫@說(shuō)明在網(wǎng)絡(luò)中，路由器或其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì) UDP 采用了與 TCP 不同的緩沖區(qū)空間和處理技術(shù)。

其他注意事項(xiàng)

測(cè)試的時(shí)候，常常由于防火墻的原因造成網(wǎng)絡(luò)不能連接，這時(shí)候可以設(shè)置或關(guān)閉防火墻后再測(cè)試。關(guān)閉和啟動(dòng)防火墻命令：

service iptables stop/start;

后記

常用的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試工具除了 iperf、netperf，還有pathload、pathrate、DBS、tcptrace等工具。

本文參考：《網(wǎng)絡(luò)管理必備工具軟件精解（Linux版）》，作者：李波；楊紅，人民郵電出版社。