任琦

（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院計算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430205）

淺談校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評估

任琦

（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院計算機(jī)學(xué)院，湖北 武漢 430205）

本文介紹了校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評估背景和網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，針對網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)提出了網(wǎng)絡(luò)性能評估的技術(shù)與方法，并且介紹了如何選擇評估工具，為校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評估提供了理論依據(jù)。

校園網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)性能；性能評估

1 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評估概述

校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能具體體現(xiàn)在校園網(wǎng)絡(luò)資源利用率高低及網(wǎng)絡(luò)連接的響應(yīng)時間的長短上。通常，校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有范圍覆蓋廣、信息需求高、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用豐富、用戶數(shù)量龐大等特點，這對網(wǎng)絡(luò)性能提出很高的要求，且校園網(wǎng)絡(luò)使用時間相對集中，當(dāng)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)并發(fā)用戶快速增加時，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵，部分網(wǎng)絡(luò)資源會達(dá)到上限而造成一些的網(wǎng)絡(luò)請求被暫緩或中斷，網(wǎng)絡(luò)帶寬會突然降低，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時間會明顯增長，造成校園網(wǎng)服務(wù)應(yīng)用不能正常工作，用戶體驗會受到嚴(yán)重影響。所以在校園網(wǎng)的建設(shè)和使用過程中時，對校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能評估非常重要。

2 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)

校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能可以用量化的指標(biāo)來衡量，按照網(wǎng)絡(luò)ISO七層結(jié)構(gòu)可以分為三種技術(shù)指標(biāo)：數(shù)據(jù)鏈路層性能技術(shù)指標(biāo)包括負(fù)載、轉(zhuǎn)發(fā)速率、丟幀率、吞吐量、突發(fā)、擁塞控制、地址處理、錯誤幀過濾、廣播、流量隔離等；網(wǎng)絡(luò)層性能技術(shù)指標(biāo)包括包延遲、丟包率、時延抖動、路由表的容量、路由學(xué)習(xí)速率、路由振蕩、路由收斂等；傳輸層及以上層次性能技術(shù)指標(biāo)包括最大TCP連接建立速率、最大TCP連接斷開速率、并發(fā)TCP連接容量、最大同步用戶數(shù)、突發(fā)流量處理等。

3 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評估技術(shù)與方法

校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評估可以通過測試設(shè)備和工具獲得運行網(wǎng)絡(luò)或者網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的性能參數(shù)和服務(wù)質(zhì)量參數(shù)，評估結(jié)果可以為網(wǎng)絡(luò)運維提供指導(dǎo)，為網(wǎng)絡(luò)性能的改善提供依據(jù)。網(wǎng)絡(luò)評估方法有兩種，一種是單獨對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行測試，另一種是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備放到真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行測試。網(wǎng)絡(luò)性能評估前，需要明確測試目的、測試對象、預(yù)估測試時間、計算測試成本、選擇適當(dāng)?shù)臏y試方法等，在進(jìn)行詳細(xì)的分析后，制定測試計劃和內(nèi)容。測試工作要貫穿校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的生命周期。

校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評估的方法主要是針對校園網(wǎng)的特點制定不同的測試方案，測試的準(zhǔn)備工作要考慮測試校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、算法設(shè)計、結(jié)果統(tǒng)計等。依據(jù)IETF的一系列與測試相關(guān)的RFC文檔、草案以及國內(nèi)制定的測試規(guī)范提出的相關(guān)建議，定義測試方法，設(shè)計合理的測試拓?fù)洹Ｒ韵陆榻B七種基本的測試方法。

（1）測試幀

測試幀需要確定幀的長度和格式。由于幀的長度沒有固定大小，其合法長度為64至1518字節(jié)之間，可以選擇測試有代表性的幀長（比如以太網(wǎng)中采用的64、128、256、512、1024等位數(shù)長度的幀）進(jìn)行測試?；蛘咴谌粘＞W(wǎng)絡(luò)環(huán)境中利用抓包軟件監(jiān)測統(tǒng)計獲得幀長信息，來確定相應(yīng)的幀長進(jìn)行測試。生成的測試幀的格式同普通幀格式一樣，可在測試幀中包含一個具有唯一性的標(biāo)記字段，標(biāo)記字段可以考慮包含測試幀的屬性、順序和時間戳等信息。建議該標(biāo)記添加在傳輸層協(xié)議數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)部分，以便讓測試幀能夠和普通幀一樣正常傳輸而又能被測試儀分辨出來。

（2）測試數(shù)據(jù)鏈路層吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率

吞吐量測試先設(shè)置采用幀長為64、128、256、512、1024等字節(jié)長度中的五個不同幀長進(jìn)行測試，并且設(shè)置突發(fā)幀長度為1至930幀之間變化，兩幀間的幀間距為最小合法的96bit，然后隨機(jī)分布測試幀中的源地址和目標(biāo)地址，在交換機(jī)端口的工作模式上選擇半雙工或者全雙工，由測試儀生成相應(yīng)的測試流循環(huán)輪轉(zhuǎn)發(fā)往測試交換機(jī)的各個端口，約測試30s，統(tǒng)計各個端口成功收到的幀數(shù)，計算出丟幀率、零丟幀率下的吞吐量和轉(zhuǎn)發(fā)速率。

（3）測試擁塞控制

交換機(jī)的擁塞控制屬于傳輸控制層面的功能，可以考慮直接測試傳輸控制層面的參數(shù)，也可以考慮測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面的參數(shù)間接反映傳輸控制層面的功能。首先設(shè)置測試參數(shù)，包括幀長、幀格式、幀間距、雙工模式等，然后向交換機(jī)某端口發(fā)送超過該端口負(fù)載量的測試流以制造擁塞，根據(jù)接收幀的統(tǒng)計結(jié)果來判斷交換機(jī)是否執(zhí)行了擁塞控制功能，是否存在線端阻塞。

（4）測試網(wǎng)絡(luò)層吞吐量、丟包率

吞吐量測試首先確定理論最小速率和最大速率的值，設(shè)定當(dāng)前幀的測試速率的初始值，該初始值可以取最大傳輸速率的某個百分比，以該特定的速度發(fā)送測試幀，統(tǒng)計測試設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)幀的數(shù)量，如果接收到的幀比發(fā)送的幀少，采用二分搜索法，取最小速率和當(dāng)前速率的中間值作為第二輪測試中測試幀的速率。反之，則取當(dāng)前速率與最大速率的中間值。如此反復(fù)，直到當(dāng)前測試與前一次測試的幀速率之間小于或等于設(shè)置的精度時，測試結(jié)束。測試過程中要考慮各種幀的尺寸，確保測試時長大于60s，反復(fù)測試才能獲得最精確的結(jié)果。在已知吞吐量的情況下測試丟包率，可將吞吐量設(shè)為最小負(fù)載，然后逐步增加負(fù)載來觀察統(tǒng)計丟包情況，注意幀的重發(fā)和亂序不算作丟包。

（5）測試并發(fā)TCP連接容量

設(shè)定一個TCP的每秒請求連接數(shù)作為初始值，并設(shè)定客戶端請求對象的字節(jié)大?。ńㄗh設(shè)置為512B、1024B等較小值）。測試時，如果被測試設(shè)備可以容納當(dāng)前的連接容量，采用二分搜索法來提高每秒連接數(shù)，反之則降低每秒連接數(shù)，再采用二分搜索法。每輪測試結(jié)束后需要將測試的連接全部關(guān)閉，然后等待一段時間再進(jìn)行測試。

（6）測試最大TCP連接建立速率、最大TCP連接斷開速率

在（5）測試的基礎(chǔ)上，設(shè)定一個小于被測設(shè)備最大并發(fā)連接數(shù)的初始值，并在虛擬客戶端用該初始值發(fā)起TCP連接請求，如果被測試設(shè)備可以成功建立連接則增加連接請求數(shù)，反之則減少連接請求數(shù)，直到得到一個最大TCP連接建立速率。最大TCP連接斷開速率測試方法與之類似。

4 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評估工具的選擇

校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)評估工具有硬件和軟件產(chǎn)品，包括物理線纜測試儀、協(xié)議分析工具、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析測試軟件等。

性能評估硬件產(chǎn)品有：美國Agilent Technologies公司生產(chǎn)的Agilent N2X網(wǎng)絡(luò)性能分析儀，提供端到端的性能評估，也能測試單個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的測試，可在離線狀態(tài)下的實驗室環(huán)境中仿真實際規(guī)模的業(yè)務(wù)流量來對網(wǎng)絡(luò)實施測試；美國Fluke公司開發(fā)的MicroScanner Pro電纜測試儀，可以檢測物理電纜的通斷、連接線序、故障位置等內(nèi)容，該公司開發(fā)的OptiView集成式協(xié)議分析儀，具有七層的測試分析能力，能將網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、測試、故障診斷集成在一起，讓用戶全面了解整個網(wǎng)絡(luò)的情況；美國Spirent Communications公司生產(chǎn)的Spirent TestCenter網(wǎng)絡(luò)性能分析儀，由測試模塊、機(jī)箱、客戶端軟件組成，包含集成測試方法學(xué)和自動測試方案。

性能評估軟件產(chǎn)品包括操作系統(tǒng)內(nèi)置工具和第三方軟件。系統(tǒng)內(nèi)置工具包括ping、ipconfig、netstat和route print等，這些工具能幫助用戶快速測試網(wǎng)絡(luò)性能和檢測故障。常見的軟件有：Sniffer Pro網(wǎng)絡(luò)分析器，具有實時監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)、捕獲數(shù)據(jù)包、診斷故障等功能，用于網(wǎng)絡(luò)故障分析與性能管理，支持有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)；Qcheck網(wǎng)絡(luò)測試軟件，可向TCPIP、IPXSPX網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)流實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的吞吐率、數(shù)據(jù)傳輸率、響應(yīng)時間等測試工作。Chariot Endpoint測試軟件，可提供端到端、多操作系統(tǒng)、多協(xié)議、多應(yīng)用模擬測試，測試范圍包括有線、無線、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具備系統(tǒng)評估、故障定位、參數(shù)分析、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等功能。

[1]林川，施曉秋．網(wǎng)絡(luò)性能測試與分析[M]．北京:高等教育出版社, 2009．

[2]楊威．網(wǎng)絡(luò)工程設(shè)計與系統(tǒng)集成（第2版）[M]．北京:人民郵電出版社，2010．

Discussion on the Campus Network Performance Evaluation

Ren Qi
（Wuhan Vocational College of Software and Engineering,Wuhan430205,Hubei）

act】This paper introduces the background of campus network performance evaluation and network performance index, puts forward the technology and method to evaluate campus network performance index,and introduces how to choose the evaluation tools,providing a theoretical basis for campus network performance evaluation.

campus;network performance;performance evaluation

TP393.06

：A

1008-6609(2015)03-0055-02

任琦，女，湖北武漢人,碩士,講師,研究方向:網(wǎng)絡(luò)安全、網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)、高職教育研究。

武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院2012年度校級管理課題“整合型數(shù)字化校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計與實現(xiàn)研究”，項目編號：2012G008。