使用iperf工具測(cè)試網(wǎng)絡(luò)性能的方法

王 鵬

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心包頭廣播發(fā)射中心臺(tái) 內(nèi)蒙古 包頭市 014010

1 概 述

隨著廣播電視行業(yè)監(jiān)管技術(shù)升級(jí)，安全播出管理系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、遠(yuǎn)程化、綜合化、智慧化應(yīng)用，所有系統(tǒng)能正常工作的基礎(chǔ)在于網(wǎng)絡(luò)性能良好穩(wěn)定，特別是在跨地域（百公里以上）、跨平臺(tái)（數(shù)據(jù)、音視頻同網(wǎng)傳輸）、跨路由（光纖網(wǎng)、以太網(wǎng)、wifi混合聯(lián)建）基礎(chǔ)上建設(shè)的局域網(wǎng)，由于網(wǎng)絡(luò)傳輸節(jié)點(diǎn)增多，網(wǎng)絡(luò)鏈路設(shè)計(jì)不統(tǒng)一，業(yè)務(wù)需求各異，網(wǎng)絡(luò)安全漏洞等原因，導(dǎo)致局域網(wǎng)不可避免的存在網(wǎng)絡(luò)帶寬減小、丟包率增加等影響傳輸性能的因素。要找到網(wǎng)絡(luò)性能不達(dá)標(biāo)的原因，就需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程和節(jié)點(diǎn)狀況進(jìn)行監(jiān)控，此時(shí)就需要用到網(wǎng)絡(luò)性能評(píng)估工具，完成維護(hù)管理或故障判斷。

2 iperf工具

iperf是一種開(kāi)源的，基于TCP/IP協(xié)議和UDP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試工具，通過(guò)使用命令行模式，實(shí)現(xiàn)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的功能。相對(duì)于通常使用的ping命令工作于網(wǎng)絡(luò)層，iperf工具命令工作于傳輸層，所以可以提供更豐富的測(cè)試語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能質(zhì)量的監(jiān)控。它可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理員需要，調(diào)整使用具有不同參數(shù)特征的命令，更加精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)延遲、數(shù)據(jù)包丟失率、平均傳輸帶寬、分時(shí)傳輸信息的統(tǒng)計(jì)報(bào)告，依照上述數(shù)據(jù)分析判斷網(wǎng)絡(luò)性能，監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，進(jìn)而定位網(wǎng)絡(luò)傳輸瓶頸，解決網(wǎng)絡(luò)故障。

iperf可以運(yùn)行在任何基于IP網(wǎng)絡(luò)上，包括本地以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、有線和Wi-Fi混接局域網(wǎng)等。在工作模式上，iperf運(yùn)行于C/S（服務(wù)器、客戶端）模式下，其服務(wù)器端主要用于監(jiān)聽(tīng)接收的測(cè)試請(qǐng)求，而客戶端主要用于發(fā)起連接發(fā)送命令和數(shù)據(jù)，因此要使用iperf，需要兩臺(tái)服務(wù)器（主機(jī)），一臺(tái)運(yùn)行在服務(wù)器模式下，另一臺(tái)運(yùn)行在客戶端模式下（也可使客戶端處于雙向測(cè)試模式）。

iperf使用命令行窗口執(zhí)行命令，以內(nèi)存作為發(fā)送、接收緩沖區(qū)，運(yùn)行過(guò)程不受存儲(chǔ)硬盤(pán)性能影響，消耗主機(jī)硬件資源少，對(duì)配置要求較低。iperf有Unix/Linux版、iOS版、Android版、Windows版。以下測(cè)試基于Windows系統(tǒng)，使用CMD窗口，iperf3版本進(jìn)行敘述。

3 測(cè) 試

廣播電視行業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)使用的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)包含了數(shù)據(jù)流、音頻流和視頻流，特別是重點(diǎn)設(shè)施設(shè)備使用的高清視頻信號(hào)，傳輸一路至少2M帶寬，多路同步發(fā)送時(shí)占用網(wǎng)絡(luò)資源較大，所以網(wǎng)絡(luò)帶寬是需要特別關(guān)注的性能指標(biāo)；而實(shí)時(shí)視頻通話，設(shè)備實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)刷新等，又需要網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和丟包率必須在合理范圍內(nèi)。

依照以上需求，我們重點(diǎn)關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)性能測(cè)試通常包含帶寬和丟包率兩項(xiàng)，分別對(duì)應(yīng)TCP測(cè)試和UDP測(cè)試。TCP（傳輸控制協(xié)議）是面向可靠連接的，基于字節(jié)流的傳輸層通信協(xié)議。在局域網(wǎng)中的兩臺(tái)主機(jī)依靠TCP提供可靠的通信服務(wù)，建立握手協(xié)議后，主機(jī)間以最大速率進(jìn)行通信，測(cè)定網(wǎng)絡(luò)帶寬。UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）是面向無(wú)連接的傳輸協(xié)議，在此協(xié)議下，應(yīng)用程序無(wú)需建立連接就可以發(fā)送封裝的IP數(shù)據(jù)包，這樣互相通信的兩臺(tái)主機(jī)就可以計(jì)算丟包率信息。

在使用iperf工具中，TCP測(cè)試傳輸數(shù)據(jù)最大網(wǎng)絡(luò)帶寬，UDP測(cè)試可以設(shè)置指定帶寬的UDP數(shù)據(jù)流、測(cè)試網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)值、丟包數(shù)。測(cè)試點(diǎn)對(duì)點(diǎn)上行、下行單向通道性能，將一臺(tái)主機(jī)設(shè)為服務(wù)器，用以接收數(shù)據(jù)，程序執(zhí)行語(yǔ)句是“盤(pán)符：地址+文件名.exe-s”。回車(chē)后，窗口顯示“Serverlisteningon‘端口號(hào)’”。表示該主機(jī)已經(jīng)運(yùn)行iperf程序，正在以服務(wù)器狀態(tài)等待接收數(shù)據(jù)。另一臺(tái)主機(jī)以客戶端模式發(fā)送測(cè)試命令，程序執(zhí)行語(yǔ)句是“盤(pán)符：地址+文件名.exe-c‘服務(wù)器主機(jī)IP地址’”。

以下示例：在以50M帶寬光纖通路組成的遠(yuǎn)程局域網(wǎng)內(nèi)，服務(wù)器主機(jī)IP地址為：192.168.1.245，客戶端主機(jī)IP地址為：192.168.1.136。按照通常方式，先在命令窗口使用ping命令測(cè)試兩臺(tái)主機(jī)（客戶端和服務(wù)器）之間網(wǎng)絡(luò)的連通性，輸入命令：ping192.168.1.136，回車(chē)。執(zhí)行命令后（如圖1所示），可見(jiàn)，兩臺(tái)主機(jī)已連接，發(fā)送4個(gè)數(shù)據(jù)包沒(méi)有丟包，平均往返12ms。除以上信息外，該命令測(cè)試出網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)性能，無(wú)法精準(zhǔn)的反映帶寬、丟包率等。故換用iperf進(jìn)行測(cè)試。

圖1 ping命令測(cè)試連通性

3.1 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)帶寬

測(cè)試網(wǎng)絡(luò)帶寬：客戶端（192.168.1.136）向服務(wù) 器（192.168.1.245）發(fā)送TCP測(cè)試命令：11.exe-c192.168.1.245（如圖2第一行所示），命令執(zhí)行后，兩臺(tái)主機(jī)同步顯示逐秒測(cè)試數(shù)據(jù)（如圖2、3所示）。在該默認(rèn)狀態(tài)下，客戶端主機(jī)每秒發(fā)送約5Mbytes數(shù)據(jù)，共發(fā)送10秒，測(cè)試結(jié)束后，兩端主機(jī)顯示測(cè)試結(jié)果帶寬為43.8Mbits/sec。

圖2 TCP測(cè)試數(shù)據(jù)客戶端主機(jī)顯示界面

由上述結(jié)果，可知在該局域網(wǎng)的兩個(gè)主機(jī)節(jié)點(diǎn)上，網(wǎng)絡(luò)帶寬達(dá)不到50M。通過(guò)更換不同節(jié)點(diǎn)，使用相同命令就可以依次測(cè)出不同位置之間傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)帶寬，進(jìn)而綜合比對(duì)分析判斷出網(wǎng)絡(luò)帶寬不達(dá)標(biāo)的節(jié)點(diǎn)位置和原因。

3.2 測(cè)試網(wǎng)絡(luò)丟包率

客戶端（192.168.1.136）命令加入“-u”開(kāi)始執(zhí)行UDP測(cè)試功能。由于上述測(cè)試帶寬約為50M，故在命令行中加入U(xiǎn)DP模式下發(fā)送使用帶寬的代碼“-b50M”，客戶端向服務(wù)器（192.168.1.245）發(fā)送測(cè)試命令：11.exe -u-c192.168.1.245-b 50M（如圖4第一行所示）?？蛻舳酥鳈C(jī)每秒發(fā)送約6Mbytes數(shù)據(jù)，共發(fā)送10秒，測(cè)試結(jié)束后，兩端主機(jī)同時(shí)顯示測(cè)試結(jié)果（如圖4、5所示），共發(fā)送7500個(gè)數(shù)據(jù)包，丟失了6618個(gè)，丟包率為88%，抖動(dòng)時(shí)延為1.979ms。

圖3 TCP測(cè)試數(shù)據(jù)服務(wù)器主機(jī)顯示界面

圖4 UDP測(cè)試數(shù)據(jù)客戶端主機(jī)顯示界面

由此可知，該網(wǎng)絡(luò)雖然為50M帶寬，但其網(wǎng)絡(luò)傳輸性能較差，網(wǎng)絡(luò)線路發(fā)生因路由擁塞、主機(jī)占用或其他原因?qū)е碌男阅芟陆?，網(wǎng)絡(luò)不能以當(dāng)前最大帶寬完整傳輸全部數(shù)據(jù)包。例如視頻會(huì)議軟件等需要通過(guò)UDP協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的音頻、視頻卡頓、分離現(xiàn)象，原因就在于該帶寬條件下，實(shí)際傳輸過(guò)程中帶寬利用率低，丟包率過(guò)高。為了測(cè)得有效的帶寬數(shù)據(jù)，需要在該命令中調(diào)整發(fā)送帶寬。通過(guò)降速（如圖6所示），測(cè)試帶寬為5M，丟包率為0.13%，在該帶寬下，可以穩(wěn)定傳輸數(shù)據(jù)，進(jìn)而判定當(dāng)前狀況可以有效穩(wěn)定傳輸?shù)淖畲髱挒?M。

圖5 UDP測(cè)試數(shù)據(jù)服務(wù)器主機(jī)顯示界面

圖6 UDP測(cè)試丟包率

4 總 結(jié)

目前，廣播電視監(jiān)控領(lǐng)域智慧化建設(shè)過(guò)程中，局域網(wǎng)成為了基礎(chǔ)硬件設(shè)施之一，傳輸可靠性和有效性直接關(guān)系到主要業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)顯示是否準(zhǔn)確、穩(wěn)定，操作者體驗(yàn)是否良好。同使用互聯(lián)網(wǎng)一樣，局域網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)性能具有相同的四項(xiàng)評(píng)判指標(biāo)：帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包率。在發(fā)射臺(tái)局域網(wǎng)建設(shè)和維護(hù)中，特別是傳輸路由增加使網(wǎng)絡(luò)性能變差的概率增加的情況下，使用iperf工具可以方便的從任意節(jié)點(diǎn)間通過(guò)測(cè)定四項(xiàng)指標(biāo)，便于網(wǎng)絡(luò)管理員及時(shí)掌握網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)數(shù)據(jù)，通過(guò)綜合分析，逐段排查，解決問(wèn)題，更好的為廣播電視安全播出監(jiān)測(cè)管理服務(wù)。