网络质量测试方法

jack

1、前言

        在当代网络时代中，网络已经成为当今社会一个重要组成部分，时刻影响我们的是生活。网络时代中，网络质量非常重要，网络数据传输中，重要有四个指标影响网络的质量：带宽、延时、丢包和抖动。带宽的大小影响网络速度，延时长短让消耗时间，丢包率增加会让传输数据的准确性降低，抖动会让声音和图像产生抖动，这些都是评价一个网络质量的重要指标。目前工程师们，都在努力改善网络质量，需要从这四个指标中抓起。

2、测试指标

       带宽(throughput)，网络的吞吐率，端到端之间可以传输的最大速率。

       延时(latency)，数据包从本地传输到对端之间需要的时间，一般是来回的时间。如果延时过大，就会觉得网络慢，特别是一些交互性强的应用。比如延时超过300ms，通过ssh就会明显感到服务器响应比较慢，跟不上键盘输入的速度。延时一方面和两地之间的传输距离有关，网络带宽的占用率，如果占用率高，则延时也高以及cpu处理跟不上等。延时要小于1ms，这样感知才不会太大。

       丢包(loss)，由于线路带宽占用过高，数据包从一端到另外一端传输的途中，会产生丢失。丢包率是网络的一个重要指标，一旦产生丢包，说明网络带宽不足，系统会自动重传，导致继续劣化，所以丢包率超过10%以后，网络质量会迅速劣化。对于局域网内服务器之间丢包率要小于0.1%。

抖动(jitter)，如果延时不稳定，忽快忽慢，网络就存在抖动。抖动这个指标，在VOIP，视频会议等场合，是一个非常重要的指标，如果产生抖动，往往声音和图像也会抖动，无法听清楚或者看清楚。

      背靠背，随着网络规模的扩大和网络设备的增加，大量的路由更新消息、频繁的文件传送和数据备份等操作都会导致数据在一段时间内急剧增加，甚至达到该物理介质的理论速率。

3、测试方法

3.1 带宽

       所谓带宽，是“频带宽度”的简称，原是通讯和电子技术中的一个术语，指通讯线路或设备所能传送信号的范围。而网络中的带宽是指在规定时间内从一端流到另一端的信息量，即数据传输率，带宽越大，则运输效率越好。测量带宽是通过TCP协议进行的。

3.1.1 测试工具

      Iperf  ：一个 TCP/IP 和 UDP/IP 的性能测量工具，能够提供网络吞吐率信息，以及震动、丢包率、最大段和最大传输单元大小等统计信息，从而能够帮助我们测试网络性能，定位网络瓶颈。iperf采用最新的iperf-3.1.3版本，可以通过源码包或者rpm包安装。

     netperf：一种网络性能的测量工具，主要针对基于TCP或UDP的传输。Netperf根据应用的不同，可以进行不同模式的网络性能测试，即批量数据传输（bulk data transfer）模式和请求/应答（request/reponse）模式。Netperf测试结果所反映的是一个系统能够以多快的速度向另外一个系统发送数据，以及另外一个系统能够以多快的速度接收数据。

3.1.2 组网图

图1

备注：需要测量的网卡安在服务器中，服务器通过直连的方式进行网卡测量，不需要经过其他设备，使测量数据更加准确

3.1.3 测试步骤

1. iperf测试需要确定服务端和客户端，server1作为服务端，server2作为客户端

2. 在server1上运行# iperf3 -s –p 12345

3. 在server2上运行# iperf3 -c 192.168.250.246 -i 1 -t 20 –p 12345

    备注： 参数说明： -s：服务端，-c：客户端 –t：测试时间 –n：发送数据大小 –i：报告间隔时间1s。

4. Netperf测试同样需要客户端和服务端运行，server1作为服务端，server2作为客户端

5. 在server1运行#netserver

6. 在server2运行#netperf –H 192.168.250.246 –l 20

   备注： -H：服务器ip地址 –l：测试时长

3.2 延时

       网络延时指一个数据包从用户的计算机发送到网站服务器，然后再立即从网站服务器返回用户计算机的来回时间。通俗的讲，就是数据从电脑这边传到那边所用的时间。延迟大小最通常的测试采用ping指令，利用ICMP协议，可以测出时延。在测试中采用qperf测试工具，可以有效控制发包数据大小，测试出不同的延时。Qperf工具是通过tcp协议进行延迟测量，可以通过抓包工具分析网络延时，有利于更好的理解网络传输。

3.2.1 测试工具

      qperf：一种测试网络带宽和延时的工具，同时也需要服务端和客户端运行。Linux中直接通过#yum –y install qperf 安装即可，在申威服务器中，无法通过yum安装，下载安装包，自行安装即可。

附件：qperf-0.4.9.tar.gz

3.2.2 组网图

图2

备注：同样通过直连的方式，不经过其他设备

3.2.3 测试步骤

1. Server1执行#qper &

2. Server2执行# qperf 192.168.250.246 -oo msg_size:1:64K:*2 -vu tcp_lat

3. 在server2中可以查看到测试结果

4. 通过#qperf –help 查看qperf的具体用法，测试延时尽可能的使发包的大小要小。

备注：-oo msg_size:1:64K:*2表示发包数据大小，从1Bye开始递增。

3.3 丢包率

数据在网络中是被分成一个个数据包传输，每个数据包中有表示数据信息和提供数据路由的帧。数据从源端传输到目的端，由于各种各样的原因数据到达目的端时出现丢失的现象，数据包丢失部分与所传数据包总数的比值就是丢包率。丢包率的大小影响网络质量，丢包率越大网络质量越差，网络的数据准确性存在问题。丢包率同样也是网络质量指标必不可少的部分，要尽可能的减少数据的丢包。

3.3.1 测试工具

Iperf ：一个 TCP/IP 和 UDP/IP 的性能测量工具，能够提供网络吞吐率信息，以及震动、丢包率、最大段和最大传输单元大小等统计信息，从而能够帮助我们测试网络性能，定位网络瓶颈。iperf采用最新的iperf-3.1.3版本，可以通过源码包或者rpm包安装。

3.3.2 组网图

图3

3.3.3 测试步骤

1. Iperf测试分为服务端和客户端，服务端执行#iperf3 -s -p 12345

2. 客户端执行#iperf3 -c 10.0.0.174 -t 10 -p 12345 -u -b  8G  

3. 服务端和客户端上都可以观察到丢包

    备注：-u：发送udp包 –b：代表发送的数据带宽大小，设置值为通过tcp测量到的带宽数值

3.4 抖动

       抖动是一个非常重要的指标，如果产生抖动，往往声音和图像也会抖动，无法听清楚或者看清楚。如果网络发生拥塞，排队延迟将影响端到端的延迟，并导致通过同一连接传输的分组延迟各不相同，而抖动，就是用来描述这样个延迟变化的程度。因此，抖动对于实时性的传输将会是一个重要参数，比如：VOIP，视频等。

      抖动的测试方法和丢包率测试方法一样，会同时出现在测试结果中。

3.4.1测试工具

     Iperf ：一个 TCP/IP 和 UDP/IP 的性能测量工具，能够提供网络吞吐率信息，以及震动、丢包率、最大段和最大传输单元大小等统计信息，从而能够帮助我们测试网络性能，定位网络瓶颈。iperf采用最新的iperf-3.1.3版本，可以通过源码包或者rpm包安装

3.4.2组网图

图4

3.4.3测试步骤

抖动的测试方法和步骤与丢包率测试方法步骤一样，结果都会同时出来

1. Iperf测试分为服务端和客户端，服务端执行#iperf3 -s -p 12345

2. 客户端执行#iperf3 -c 10.0.0.174 -t 10 -p 12345 -u -b 8G  

3. 服务端和客户端上都可以观察到丢包率

       备注：-u：发送udp包 –b：代表发送的数据带宽大小，设置值为通过tcp测量到的带宽数值

3.5 背靠背测试

      通过向被测设备发送具有合法最小帧间隙的突发数据包，确定被测设备在不丢包的情况下能够处理的最大数据包数目，从而考察路由器接口对于突发数据的缓存能力

4、 测试实例

1、 带宽测试通过iperf工具

服务端先运行# iperf3 -s -p 12345

客户端后运行# iperf3 -c 192.168.250.252 -i 1 -t 120 -p 12345

测试结果如下图所示：

图5

图6

由上图测试结果可以得知服务端网卡性能：带宽=6.09Gbits/s，测试时间一般设置120s

2、 延时

qperf依然分为服务端和客户端的运行

服务端运行#qperf &

客户端运行# qperf 192.168.250.246 -oo msg_size:1:64K:*2 -vu tcp_lat

测试结果如下图所示

图7

发送不同包数据大小的延时，最好的延时是43.1us。

3、 丢包率

丢包率依然采用iperf工具

先运行服务端#iperf3 –s  -p 12345

运行客户端 #iperf3 -c 192.168.250.252 -i 1 –t 120 -p 12345 -u -b 5G

图8

图9

可以通过服务端和客户端看到统计的结果，测试结果是服务端网卡丢包率，丢包率大小为0.75%，数值可以接受。抖动大小为0.019ms。

4、 抖动

抖动的测试和丢包的测试一样，结果会同时显示出来

5、 总结

       网络四个指标测试主要用到iperf、netperf和qperf这三款测试工具，测试带宽通过tcp协议进行测试，iperf和netperf这两款工具都可以进行带宽测试；对于延时测试，采用qperf工具，通过tcp协议，可以有效测试出发包大小不同时的延迟，延时小于1ms感知不到；丢包率和抖动的测试采用iperf工具，通过udp协议发包速率不同，测出丢包率和抖动大小，丢包率要小于1%，抖动要小于1ms。