淺談校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估

任琦

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

淺談校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估

任琦

（武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院計(jì)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(píng)估背景和網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)提出了網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估的技術(shù)與方法，并且介紹了如何選擇評(píng)估工具，為校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估提供了理論依據(jù)。

校園網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)性能；性能評(píng)估

1 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)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(shí)間的長(zhǎng)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(diǎn)，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能提出很高的要求，且校園網(wǎng)絡(luò)使用時(shí)間相對(duì)集中，當(dāng)校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)并發(fā)用戶快速增加時(shí)，容易出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁堵，部分網(wǎng)絡(luò)資源會(huì)達(dá)到上限而造成一些的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求被暫緩或中斷，網(wǎng)絡(luò)帶寬會(huì)突然降低，網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)時(shí)間會(huì)明顯增長(zhǎng)，造成校園網(wǎng)服務(wù)應(yīng)用不能正常工作，用戶體驗(yàn)會(huì)受到嚴(yán)重影響。所以在校園網(wǎng)的建設(shè)和使用過(guò)程中時(shí)，對(duì)校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)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(lái)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(cuò)誤幀過(guò)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(shí)延抖動(dòng)、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(kāi)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(píng)估技術(shù)與方法

校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估可以通過(guò)測(cè)試設(shè)備和工具獲得運(yùn)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(píng)估結(jié)果可以為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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(píng)估方法有兩種，一種是單獨(dú)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，另一種是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備放到真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估前，需要明確測(cè)試目的、測(cè)試對(duì)象、預(yù)估測(cè)試時(shí)間、計(jì)算測(cè)試成本、選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)試方法等，在進(jìn)行詳細(xì)的分析后，制定測(cè)試計(jì)劃和內(nèi)容。測(cè)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(píng)估的方法主要是針對(duì)校園網(wǎng)的特點(diǎn)制定不同的測(cè)試方案，測(cè)試的準(zhǔn)備工作要考慮測(cè)試校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、算法設(shè)計(jì)、結(jié)果統(tǒng)計(jì)等。依據(jù)IETF的一系列與測(cè)試相關(guān)的RFC文檔、草案以及國(guó)內(nèi)制定的測(cè)試規(guī)范提出的相關(guān)建議，定義測(cè)試方法，設(shè)計(jì)合理的測(cè)試拓?fù)?。以下介紹七種基本的測(cè)試方法。

（1）測(cè)試幀

測(cè)試幀需要確定幀的長(zhǎng)度和格式。由于幀的長(zhǎng)度沒(méi)有固定大小，其合法長(zhǎng)度為64至1518字節(jié)之間，可以選擇測(cè)試有代表性的幀長(zhǎng)（比如以太網(wǎng)中采用的64、128、256、512、1024等位數(shù)長(zhǎng)度的幀）進(jìn)行測(cè)試?；蛘咴谌粘＞W(wǎng)絡(luò)環(huán)境中利用抓包軟件監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)獲得幀長(zhǎng)信息，來(lái)確定相應(yīng)的幀長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試。生成的測(cè)試幀的格式同普通幀格式一樣，可在測(cè)試幀中包含一個(gè)具有唯一性的標(biāo)記字段，標(biāo)記字段可以考慮包含測(cè)試幀的屬性、順序和時(shí)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(cè)試幀能夠和普通幀一樣正常傳輸而又能被測(cè)試儀分辨出來(lái)。

（2）測(cè)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(cè)試先設(shè)置采用幀長(zhǎng)為64、128、256、512、1024等字節(jié)長(zhǎng)度中的五個(gè)不同幀長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)試，并且設(shè)置突發(fā)幀長(zhǎng)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(cè)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(cè)試儀生成相應(yīng)的測(cè)試流循環(huán)輪轉(zhuǎn)發(fā)往測(cè)試交換機(jī)的各個(gè)端口，約測(cè)試30s，統(tǒng)計(jì)各個(gè)端口成功收到的幀數(shù)，計(jì)算出丟幀率、零丟幀率下的吞吐量和轉(zhuǎn)發(fā)速率。

（3）測(cè)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(cè)試傳輸控制層面的參數(shù)，也可以考慮測(cè)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(cè)試參數(shù)，包括幀長(zhǎng)、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(guò)該端口負(fù)載量的測(cè)試流以制造擁塞，根據(jù)接收幀的統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)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(cè)試網(wǎng)絡(luò)層吞吐量、丟包率

吞吐量測(cè)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(cè)試速率的初始值，該初始值可以取最大傳輸速率的某個(gè)百分比，以該特定的速度發(fā)送測(cè)試幀，統(tǒng)計(jì)測(cè)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(cè)試中測(cè)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(cè)試與前一次測(cè)試的幀速率之間小于或等于設(shè)置的精度時(shí)，測(cè)試結(jié)束。測(cè)試過(guò)程中要考慮各種幀的尺寸，確保測(cè)試時(shí)長(zhǎng)大于60s，反復(fù)測(cè)試才能獲得最精確的結(jié)果。在已知吞吐量的情況下測(cè)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(lái)觀察統(tǒng)計(jì)丟包情況，注意幀的重發(fā)和亂序不算作丟包。

（5）測(cè)試并發(fā)TCP連接容量

設(shè)定一個(gè)TCP的每秒請(qǐng)求連接數(shù)作為初始值，并設(shè)定客戶端請(qǐng)求對(duì)象的字節(jié)大?。ńㄗh設(shè)置為512B、1024B等較小值）。測(cè)試時(shí)，如果被測(cè)試設(shè)備可以容納當(dāng)前的連接容量，采用二分搜索法來(lái)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(cè)試結(jié)束后需要將測(cè)試的連接全部關(guān)閉，然后等待一段時(shí)間再進(jìn)行測(cè)試。

（6）測(cè)試最大TCP連接建立速率、最大TCP連接斷開(kāi)速率

在（5）測(cè)試的基礎(chǔ)上，設(shè)定一個(gè)小于被測(cè)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(qǐng)求，如果被測(cè)試設(shè)備可以成功建立連接則增加連接請(qǐng)求數(shù)，反之則減少連接請(qǐng)求數(shù)，直到得到一個(gè)最大TCP連接建立速率。最大TCP連接斷開(kāi)速率測(cè)試方法與之類似。

4 校園網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估工具的選擇

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

性能評(píng)估硬件產(chǎn)品有：美國(guó)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(píng)估，也能測(cè)試單個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)的測(cè)試，可在離線狀態(tài)下的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中仿真實(shí)際規(guī)模的業(yè)務(wù)流量來(lái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施測(cè)試；美國(guó)Fluke公司開(kāi)發(fā)的MicroScanner Pro電纜測(cè)試儀，可以檢測(cè)物理電纜的通斷、連接線序、故障位置等內(nèi)容，該公司開(kāi)發(fā)的OptiView集成式協(xié)議分析儀，具有七層的測(cè)試分析能力，能將網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、測(cè)試、故障診斷集成在一起，讓用戶全面了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的情況；美國(guó)Spirent Communications公司生產(chǎn)的Spirent TestCenter網(wǎng)絡(luò)性能分析儀，由測(cè)試模塊、機(jī)箱、客戶端軟件組成，包含集成測(cè)試方法學(xué)和自動(dòng)測(cè)試方案。

性能評(píng)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(cè)試網(wǎng)絡(luò)性能和檢測(cè)故障。常見(jiàn)的軟件有：Sniffer Pro網(wǎng)絡(luò)分析器，具有實(shí)時(shí)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)；Qcheck網(wǎng)絡(luò)測(cè)試軟件，可向TCPIP、IPXSPX網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)流實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的吞吐率、數(shù)據(jù)傳輸率、響應(yīng)時(shí)間等測(cè)試工作。Chariot Endpoint測(cè)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(cè)試，測(cè)試范圍包括有線、無(wú)線、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，具備系統(tǒng)評(píng)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(cè)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(jì)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(jí)管理課題“整合型數(shù)字化校園網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究”，項(xiàng)目編號(hào)：2012G008。