一种网络测试方法

摘 要：网络已成为信息系统不可或缺的组成部分。网络的性能一定程度上决定了信息系统的性能。以对吞吐量的测试为例，结合实例描述了一种网络测试的方法，并对结果进行了分析。对网络其他的应用层面性能如延时和抖动等，都可以按该方法做少许改变。

关键词：网络测试； 吞吐量； 延时； 抖动

中图分类号：

TN711-34

文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2012)05

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One network test method

LIU Ming

(China Academy of Electronic and Information Technology, Beijing 100041, China)

Abstract：

Network has become an important component of information system. The performance of network affects information system more or less. A kind of network test method is illustrated with the test of throughput, and its results are analyzed. Other tests on network can be conducted according to it.

Keywords： network test； throughput； delay； jitter

收稿日期：2011-10-11

0 引 言

1973年，以太网络之父罗伯梅特卡夫博士(Robert Metcalfe)在Xerox的巴罗阿尔托研究中心发明了以太网，对世界通信及信息产业的发展发挥了革命性的作用。

如今，网络遍布在人们周围。人们一般只是在使用它，而很少关心它具体的性能，如带宽、延时、抖动、丢包率等。本文将从应用层次，介绍一种网络测试方法。从一般用户角度测试网络参数(吞吐量、反应时间、延时、抖动、丢包等)，为掌握网络性能并更好地利用它提供支持。

1 测试的层次

针对网络互联，国际标准化组织提出了OSI/RM协议。OSI将计算机网络体系结构分为以下七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层［1］。本文所要讨论的测试方法，旨在测试网络可为终端用户提供的应用和性能，并不深入测试七层模型中各层次具体的数据包、数据帧的结构和特征。

2 测试项目

测试的网络特征参数主要有吞吐量、延时、抖动、响应时间［2］。其中，各术语解释如下：

(1) 吞吐量

吞吐量由下式计算：

(终点1发送字节+终点1接收字节)/计算单位量值/测试时间。

计算单位量值：如吞吐量以Kb/s为单位，则计算单位量值为128；如吞吐量以Mb/s为单位，则计算单位量值为125 000。

(2) 事务率

事务率由下式计算：

事务数量/测试时间。

(3) 响应时间

响应时间是事务率的倒数，按如下计算：

测试时间/事务数量。

(4) 丢失数据

丢失数据为终点1发送数据和终点2实际接收数据的差值，按字节计算。丢失数据仅在流测试(如VoIP［3］和IP广播［4］)时才被计算。只有有效载荷数据才被计算在内。

(5) 延时

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。

(6) 抖动

抖动是QoS［5］里面常用的一个概念，其意思是指分组延迟的变化程度。

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，就是用来描述这种延迟变化的程度。

3 测试方法

本文所讲到的测试，基于IXIA IxChariot Console 5.40(网络战车)，配合以endpoint 5.0进行。CHARIOT产生并模拟真实的流量及发送特性，按照规定的协议和服务质量，在特定的节点之间传送。基本测试网络包括被测节点及控制终端组成，如图1所示。其中，控制终端可以是独立的计算机，也可以运行在其中的一个测试节点上。

借助本测试方法，可以测试网络在多种协议及服务下的性能，例如：

(1) TCP协议单向传输吞吐量；

(2) UDP协议传输吞吐量；

(3) UDP传输响应时间；

(4) G.729,H.263［6］质量下UDP吞吐量；

(5) G.711,G.723a,G.723m,G.729质量VoIP话音通信能力［7］；

(6) 抖动时间；

(7) 对网络电视［8］的支持能力；

(8) 对文件发送的支持能力。

测试需要结合测试脚本进行。后面将结合具体测试实例对测试脚本简单介绍。

4 具体测试实例及分析

根据以上介绍的方法，对某个实际的专用网络进行测试。

被测网络模型如图2所示，它是一个兼有有线通信和无线传输的网络。骨干传输为工作在C波段的无线通信方式――数字微波中继系统，用于连接分布在异地的有线网络，骨干网带宽8 Mb/s。骨干网两端分布有线网络，有线网络符合IPv4协议。AAA认证服务器主要用来鉴别接入网络的终端是否为合法授权的设备。

本次测试，以A地运行Chariot的笔记本作为测试控制台，同时作为测试节点1(endpoint 1)，另一个测试节点为B地内的笔记本(endpoint 2)。

4.1 TCP协议单向传输

下面以TCP协议单向传输吞吐量测试为例，解释和分析测试结果。

图2 被测网络模型

吞吐量测试是通过在两个节点间重复传输一定数量一定大小的数据包进行的。下面是测试脚本的部分代码。Chariot提供的代码比较易读。①处描述了需要重复进行的次数;②处描述了每次发送数据的次数;③处描述了每次发送的数据量的大小。

Endpoint 1

……

count=number_of_timing_records(100)①

START_TIMER

LOOP

count=transections_per_record(1)②

SEND

size=file_size(100000)③

buffer=send_buffer_size(DEFAULT)

type=send_datetype(NOCOMPRESS)

rate=send_data_rate(UNLIMITED)

……

Endpoint 2

……

count=number_of_timing_records(100)

LOOP

count=transections_per_record(1)

RECEIVE

size=file_size(100000)

buffer=receive_buffer_size(DEFAULT)

……

4.1.1 吞吐量

TCP吞吐量测试结果如表1和图3所示。

4.1.2 事务率

TCP吞吐量测试中事务率如图4所示。

4.1.3 响应时间

TCP吞吐量测试中响应时间如图5所示。

从表1中数据来看，节点1和节点2之间通过TCP进行传输时，网络吞吐量起伏较大。这存在两方面可能的原因，一是因为网络上存在其他周期或并发的消息，造成测试包可以使用的吞吐量变小；另一种可能的原因是图形中出现谷值时，正处于TCP协议的协商阶段。

由第3节中关于吞吐量、事务率和响应时间的定义可以看出，事务率的图形应该与吞吐量是一致的，只不过在数值和单位上不同，而响应时间的图形应该和事务率模型是关于水平轴对称的。

4.2 UDP协议传输吞吐量

基于以上方法，对相同的被测网络，测试UDP协议下网络吞吐量情况［10］。测试设置如下：

(1) 数据包大小：1 500 B；

(2) 数据包转发暂停时间(单位：ms)：200；

(3) 中断前转发的数据包个数：50。

UDP协议下吞吐量测试的结果如表2和图6所示。本部分不再描述UDP协议下事务率和响应时间等。

组平均值/(Mb/s)最小值/(Mb/s)最大值/(Mb/s)置信区间95%测试时间/s相对精度

11.0710.8111.1050.006149.4230.583

4.3 数据对比及分析

对比表1和表2中数据，虽然所测网络为同一个专用网络，并且测试持续时间相对较长，减小了迸发数据造成的瞬时影响，但不同协议下的吞吐量差别较大。这是因为TCP协议是面向连接的可靠传输协议，而UDP是非面向连接的传输协议。从测试结果可以看出，被测网络相对稳定可靠，在进行TCP传输时，多余的网络开销较小，而在UDP传输时，由于协议中规定的传输数据包格式等原因，网络开销较大，因此用户速率较TCP协议下明显低一些。但对于连接不可靠、不稳定的网络，UDP协议下的用户可用吞吐量将高于TCP。

网络在不同的协议标准、不同的服务质量下，为用户所能提供的综合性能是不同的，因此，在进行系统设计、网络协议及服务质量选择时，要综合权衡选择，找到适合自己的方式。

5 结 语

网络已成为信息系统不可或缺的组成部分。网络的性能一定程度上决定了信息系统的性能。在进行信息系统设计时，一定要以准确的网络性能数据为基础，才能保证系统投入使用后可靠和高效。因此对网络的测试就显得尤为重要。通过测试，可以判断网络是否符合自己的需求。同时，测试还可以辅助设计人员选择适合自己的协议或服务质量、决定与网络相关的设置等。

本文以对吞吐量的测试为例，描述了一种网络测试的方法及网络测试的意义。对网络其他的应用层面性

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