计算机网络管理第七章-网络测试与性能评价课件.pptx

1、网络测试是利用测试工具检验网络设备或网络系统运行状态、获取性能参数的过程。被测的对象可以分为网络设备和网络系统两大类。网络设备测试是对联网设备的功能和技术指标进行测试，主要包括：功能测试：检验网络设备能否实现协议规范中定义的各种功能；一致性测试：测试协议实现与协议规范之间匹配的程度；性能测试：测试网络设备在各种不同负载情况下表现的性能，主要有吞吐率、传输时延、抖动、数据丢失率等；互操作测试：将设备放置在实际的网络运行环境中以测试设备与其他同类设备是否可以互联互通、互相操作；健壮性测试：检测网络设备在各种恶劣环境下运行的能力。网络系统测试是指对网络系统总体性能的测试，在网络系统验收和网络系统维护

2、阶段需要进行这种测试。根据测试实施的过程可以分为手工测试和自动化测试。手工测试就是由网管员一个一个地执行测试用例，然后观察和分析测试结果。这种测试方式效率不高。自动化测试是通过运行脚本（script）来控制测试仪表和测试设备，自动执行测试用例完成测试过程。与人工通过图形界面控制测试仪表的方式不同，运行脚本测试程序的测试过程更加精准高效，测试工作更易于管理，也排除了人的因素造成测试结果的差异。3、2004年以后的新动向：从三层测试向应用测试过渡从性能指标测试向用户体验测试过渡从传统计算机网络测试向网络综合业务平台测试过渡网络安全性测试得到更多重视1、在20世纪90年代之前，网络测试主要用于检测网

3、络产品性能指标。2、1990年到2003年这段时间是网络测试技术研究和发展的黄金时期。BMWG工作组，专门研究网络设备测试基准方法；IPPM工作组专门研究IP网络测量指标体系；RTFM工作组专门研究实时通信流量测量体系结构；还有一些工作组则从事与QoS相关的研究工作。网络测试标准分为国际标准、国内标准和行业标准。根据我国的实际情况，国内标准往往是参照国际标准制定的，而一些在国际上有影响的行业协会制定的标准也有很重要的市场地位。制定网络测试标准最重要的国际组织是是因特网工程任务组（Internet Engineering Task Force，IETF)。IETF成立了专门的工作组BMWG来研究

4、网络测试方面的基准术语和方法，这些成果都包含在RFC文档中。RFC文档适用的协议层 RFC文档1 1网络互连设备的测试标准网络互连设备的测试标准RFC1242和RFC 2544这两个文档定义了测试网络互连设备的基准术语和基准方法，规定了报告测试结果的文档格式。（1）吞吐率。是描述网络互连设备转发速率的性能指标。（2）时延。通常是指一个帧从源点到目的点的总传输时间。（3）丢包率。是指交换设备由于缺乏资源而丢弃的数据包占应转发数据包的比例，在不同负荷下，这个比例可能不同。（4）背靠背测试。属于临界参数测试范畴，是向被测设备连续发送具有最小帧间隔的N个帧（以太网标准规定最小帧间隔为0.096ms），

5、并且统计被测设备送出帧的个数，用于衡量被测设备的最大存储转发能力。（5）系统恢复。这个指标用于测试设备在超负载情况下的系统恢复能力。（6）重启时间。用于测试从系统复位到恢复正常工作之间的时间。测试结构就是测试设备与被测设备之间的连接模式。通常分为单机结构和双机结构。单机结构：使用一台同时具有发送和接收端口的高性能测试设备（Tester）来执行测试过程，测试设备将测试数据发送到被测设备（DUT）的接收端口，数据经被测设备处理，从发送端口回到测试设备的接收端口。单机结构测试图双机结构：是将单机结构中的测试设备分成发送端（sender）和接收端（receiver），还需要另一台设备来控制进程同步和时

6、间同步，双机结构测试图2 2局域网交换设备的测试标准局域网交换设备的测试标准RFC 2285和RFC 2889这两个文档定义了局域网交换设备的基准测试术语和测试方法。主要测试术语如下。（1）设备。单独的被测试设备用DUT表示，被测试系统用SUT表示。（2）流量方向。流量分为单向流量和双向流量。单向流量（unidirectional traffic）是指由测试设备（tester）向被测试设备（DUT）的输入端口发射流量，经被测试设备处理后再从其输出端口送回测试设备。双向流量的被测试设备的每个端口既具有接收功能，又具有发送功能，从测试设备接收流量的端口也可以向测试设备回送流量。（3）流量分布。流量

7、分布的模式分为非网状、部分网状和全网状流量。在非网状流量（non-meshed traffic）结构中，输入端口和输出端口被配置成一一对应的收发对，不同收发对之间不会产生流量泄露；在部分网状流量（partially meshed traffic）结构中，输入端口和输出端口被配对成互相排斥的一对多、多对一或多对多关系；全网状流量（fully meshed traffic）被定义为，向一个指定数量的端口加载的流量可以被其他每一个被测试端口接收。（4）突发性。突发性是指以最小间隔传输的帧序列；突发量是指一个突发的帧序列中包含的帧数；突发间隔（inter-burst gap，IBG）是指两次突发之间的

8、时间间隔。（5）负载。信道或设备在单位时间内承受的通信流量称为负载（load）。最大提交负载（maximum offered load，MOL）是外部信源发送给DUT/SUT要求转发的最大帧/秒数。对局域网交换设备的10个基准测试：全网状流量下的吞吐量、丢帧率和转发率。部分网状流量下一对多/多对一的吞吐量和转发率。部分网状多重设备中的吞吐量和转发率。部分网状单向通信中的吞吐量。交换设备的拥塞控制能力。端口超负载情况下的转发压力和最大转发率。地址缓冲能力。地址学习速率。错误帧过滤能力。转发广播帧时的吞吐量和延迟时间。国内与网络测试相关的组织有国家标准化管理委员会和中国通信标准化协会等。规范性文件

9、如下。YD/T1156-2001路由器测试规范高端路由器。YD/T1098-2001路由器测试规范低端路由器。YD/T1141-2001千兆以太网交换机测试方法。YD/T1142-2001 IP电话网守设备技术要求及测试方法。YD/T1072-2000 IP电话网关设备测试方法。YD/T1075-2000网络接入服务器（NAS）测试方法。YD/T1171-2001 IP网络技术要求网络性能参数与指标。YD/T1251.1-2003路由协议一致性测试方法中间系统到中间系统路由协议（IS-IS）。YD/T1251.2-2003路由协议一致性测试方法开放最短路径优先协议（OSPF）。YD/T1251

10、.3-2003路由协议一致性测试方法边界网关协议（BGP4）。YD/T1260-2003基于端口的虚拟局域网（VLAN）技术要求和测试方法。YD/T1033-2000传输性能的指标系列。YD/T1091-2000 56kbit/s调制解调器接口及传输性能技术要求和测试方法。网络测试工具可以是专门开发的网络测试软件，也可以是建立在硬件平台上的网络测试仪表。这些测试工具大多能组成多功能的测试系统，进行全面的网络性能基准测试。国际上著名的网络测试仪器公司有Ixia、思博伦（Spirent）、安捷伦（Agilent）和福禄克（fluke）等。Ixia在融合型IP性能测试系统方面、在对无线和有线网络基础

11、设施和服务的验证测试平台方面是领先的测试服务提供商。1 1Ixia 2-7Ixia 2-7层测试方案层测试方案测试设备：Ixia 400T、LM1000STXR4、IxNetwork软件（可选）Ixia 400TLM1000STXR4这个测试可以实现：23层设备的转发性能测试。23层设备的功能验证测试。RFC 2544、2889的性能测试。基本的路由测试以及组播相关测试。主要特点如下。每个Ixia测试端口都可以被不同的使用者占用，使用效率高。数据包的构造可以按照使用者的要求编辑和配置，灵活性好。流量的发送可以按照串行或并行方式灵活定义，如图7-8所示。可以对海量的Flow进行分析。“Captu

12、re Replay”功能用来回放任意包类型。串行、并行流量的定义2 2IxiaIxia路由交换设备测试方案路由交换设备测试方案流量的全网状方式流量的一对一方式路由的全网状方式路由的一对一方式路由器和交换机的测试是23层设备测试的核心，使用Ixia的测试方案可以方便地进行相关设备的控制层面、转发平面、业务应用相结合的一体化测试。转发平面的测试设置非常灵活和方便，包括流量的全网状方式、流量的一对一方式、路由的全网状方式、路由的一对一方式。典型配置如下。Ixia 400T或OptIxia XM12LM1000STXS4-256或LSM1000XMS12IxNetworkIxAutomateOptIx

13、ia XM12机架LSM1000XMS123安捷伦N2620A手持式网络测试仪（1）特点和优点支持802.3z标准10/100/1000BASE-T铜缆和1000BASE-SX/LX/ZX千兆以太网SFP光接口。支持RFC2544性能基准测试，在铜缆和光纤接口上以1Mbit/s1Gbit/s的线速度检验吞吐量。应用性能测试功能可以迅速隔离协议、配置和资源的性能问题。自动网络发现功能简化了使用，并可以记录网络资源和工作站的配置。通过任何网络浏览器实现远程控制，能够从局端对网络进行诊断、监测和生成报告。可以配置VLAN和QoS的设置。全屏彩色LCD，清楚全面地显示测量结果。触摸屏接口和在线手册，增

14、强了简便易用性。（2）主要功能自动网络发现。迅速诊断和解决网络问题。提供RFC2544性能基准测试。自动进行简化的网络服务测试，预先进行质量检查。可以配置的1Mbit/s1Gbit/s的线路速率。完整的网路诊断工具箱。（3）支持的测试自动测试电子邮件、网络、文件、DNS、DHCP、WINS、Novell、打印、FTP、一级DC和二级DC服务器、交换机和路由器的性能指标。Ping、TraceRoute和SNMP查询，检验与用户定义的设备的连接能力。统计分析网络状况。业务发生器，最高可支持10/100/1000Mbit/s全线速。RFC2544测试，1Gbit/s全线速测量吞吐量、时延、背靠背帧和

15、丢帧情况。可以配置VLAN标记和优先权字段。可以配置Qos、IP TOS和DSCP设置。IP和MAC环回测量第二层和第三层精确的双向时延。交换机端口和集线器端口定位功能，定位活动的网络电缆连接。网络数据库存储工作站信息。线图测试，使用线图适配器定位接线错误。网络测试软件很多，常见的有Iperf和Netperf等。Iperf的主要目标是帮助系统管理员微调网络应用程序和服务器的TCP参数。Netperf是测试各种网络性能的基准工具集，适用于大多数网络类型的TCP/UDP端对端性能测试。NetperfNetperf根据应用的不同，可以测试批量数据传输模式或请求/应答传输模式下的网络性能参数。Netp

16、erf的测试结果反映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。Netperf工具以客户机/服务器方式工作。服务器端是netserver，用于侦听来自客户端的连接请求；客户端是netperf，用来向服务器端发起网络测试请求。Netperf连接建立和测试过程测试框架配置：分析测试需求和建立测试计划、设计测试用例；配置DUT/SUT、运行控制软件并连接控制仪表、配置端口参数、配置测试参数、配置软件界面参数。测试执行过程：测试场景的设定、测试执行过程的监控和调度等。测试结果分析和报告：保存测试结果，分析测试执行日志、测试需求覆盖率、测试趋势图，评估测试结

17、果中出现的问题和缺陷。1 1网络测试网络测试网络测试过程2 2网络测量网络测量网络测量是指对网络通信量的测量，它有如下作用与意义。它是及时了解网络运行状态、发现性能瓶颈、进行网络资源动态配置和管理的主要手段。它是传统网络控制与管理的有益补充，是保证QoS、实现增值服务的前提。它是建立网络行为模型的重要技术，为网络设备开发、网络协议设计提供参考数据。根据网络性能指标测量方法的技术特征可将其分为主动测量和被动测量。主动测量：按照预定策略主动向运行中的网络发送探测数据包，通过分析探测数据包在传输过程中的表现，计算出所要测量的网络功能和性能指标。、被动测量：这种方法不向网络发送探测数据包，而是按照预定

18、策略在测量地点捕获网络流中的数据包，分析包头信息从而得到网络性能参数。测量方法分为以下4类（RFC 2330）。直接测量法：采用注入测试流量的方法直接测量一个度量参数。例如，测量给定时间、给定路由、给定长度的IP分组的往返时延。预测法：从低层的测量中预测一个度量参数。例如，准确测量出一条通路上每一段链路的传播延迟和带宽，就可以预测出给定长度的IP分组在该通路上的总时延。分解法：从一个更聚合的度量中估算出其中的成分参数。例如，准确测量出一段单跳链路对不同长度的IP分组的时延，就可以估算出这个单跳链路的传播时延。推理法：从一组相关的其他时间的度量值来估算在某一时刻给定的度量值。例如，给出过去准确测

19、量的流量容量，以及过去和当前准确测量的时延，按照某种流量动力学模型，就可以估算出当前将会观察到的流量容量。可重复性与连续性是进行网络性能指标测量的前提条件。测量方法的稳定性、测量过程的实时性是有效测量的重要保证。此外，测量方法的可操作性、灵活性、可扩展性也是设计测量方法时需要考虑的因素。全网状转发测试是测量DUT承受复杂通信模式时分组丢失的情况。在这个实验中，通过连续变化源和目标MAC地址生成全网状流量模型，迫使DUT连续查找地址表来完成分组转发，实验的输出结果反映了DUT的分组转发能力。实验需要的设备如下。一台包含4个端口的Spirent TestCenter机箱。一台2层交换设备（DUT）

20、，其默认VLAN中包含4个未标记端口。一台运行Spirent TestCenter应用程序的计算机，与TestCenter建立IP连接。全网状帧转发实验物理配置实验的逻辑映象把计算机连接到Spirent TestCenter Chassis，为工作站保留4个端口。选择All PortsMain，把端口命名为Port APort D。选择All PortsPortConfig，停用Auto Negotiation并设置端口为100Mbps100Mbps、Full DuplexFull Duplex。1 1建立测试环境建立测试环境（1）配置端口（2）配置主机 用测试向导生成主机配置。（3）运行RF

21、C 2889向导单击“向导”按钮Wizards。选择Test WizardsRfc2889Forwarding。单击ResetReset按钮，清除任何已有的配置参数。阅读显示的信息，单击选择NextNext按钮。选择全部4个端口，单击选择NextNext按钮。选择Fully meshedFully meshed，然后选择全部4个端口。选择AddressingAddressing，停用IPv4。加黑Eth/IP HeaderEth/IP Header，出现绿色“”，否则不能选择Next。单击NextNext按钮，继续。设置Test Parameters。设置Test Options。单击Fini

22、sh按钮，完成向导会话。注意在Command Sequencer中只能填写一个命令存储实验RFC2889_Full_Mesh_Lab的配置。2 2实验运行过程实验运行过程在Command Sequencer窗口中单击StartStart按钮。单击YesYes按钮，接受Results Reporter Integration。测试开始时查看记录。在第一遍迭代结束后，显示Results Reporter。使其最小化。实验进行时，在Results Browser中查看实时统计结果。实验完成后，在Results Reporter中查看实验统计结果。可以在工具条上单击Adobe图标，生成一个测试实验报告

23、。在别的地方还可以发现其他测试结果。1 1交换机的技术参数交换机的技术参数端口类型：双绞线端口：双绞线端口主要有100Mbit/s和1000Mbit/s两种。光纤端口：可提供千兆比特数据传输速率，通常用于连接服务器的光纤网卡。GBIC端口：交换机上的GBIC插槽（Slot）用于安装吉比特端口转换器SFP端口：GBIC的升级版本，其功能基本和GBIC一致，但体积减小一半。10GE插槽：速度最快、价格最昂贵，主要用于实现重点业务的汇聚层与核心层的互连。按交换方式划分：存储转发交换：交换机对输入数据包先进行缓存、CRC验证、碎片过滤，然后再转发。直通交换：类似于采用交叉矩阵的电话交换机，直通交换机在

24、其输入端口扫描到目标地址后立即开始转发。碎片过滤式交换：这是介于直通式和存储转发式之间的一种解决方案。复杂的大型局域网通常被组织成分层结构，被分解为多个层次的小型网络，每一层的交换设备分别实现不同的任务。接入层实现用户的访问控制，是工作站连接网络的入口。汇聚层将网络划分为多个广播/组播域，可以实现 VLAN 间的路由选择，并通过访问控制列表实现分组过滤。核心层应采用可扩展的高性能交换机组成园区网的主干线路，提供链路冗余、路由冗余、VLAN中继等功能。传输模式：半双工（half-duplex）:是在一段时间内只能有一个动作发生，发送和接收不能同时进行。全双工（full-duplex）交换机在发送

25、数据的同时也能接收数据，两者同步进行。包转发速率：包转发率=千兆端口数量1.488Mpps+百兆端口数量 0.1488Mpps+其余类型端口数相应计算方法总带宽的计算公式为：总带宽=端口数端口速率2（全双工模式）内存缓冲区：基于端口的内存缓冲：为每个端口建立一个缓冲队列，队列中的分组按照先进先出的顺序被转发到目标端口。共享内存缓冲：所有等待发送的分组存储在公共内存缓冲区中。分配给各个端口的内存大小由每个端口的需求决定。2 2路由器路由器的的技术参数技术参数从功能、性能和应用方面划分：骨干路由器是实现主干网络互连的关键设备，通常采用模块化结构，通过热备份、双电源、双数据通路等冗余技术提高其可靠性

26、，并且采用缓存技术和专用集成电路（ASIC）加快路由表的查找。企业级路由器可以连接许多终端系统，提供通信分类、优先级控制、用户认证、多协议路由和快速自愈等功能，可以实现数据、语音、视频、网络管理和安全应用等增值服务。接入级路由器也叫边缘路由器，主要用于连接小型企业客户群，提供12个广域网接口卡（WIC），实现简单的信息传输功能。常见端口：RJ-45端口：这种端口通过双绞线连接以太网。AUI端口：采用D型15针连接器，用在令牌环网或总线型以太网中。高速同步串口：用于连接DDN、帧中继、X.25和PSTN等网络异步串口：主要应用于与Modem或Modem池的连接，实现远程计算机通过PSTN拨号接入

27、互联网。Console端口：配置专用电缆连接至计算机串口，利用终端仿真程序对路由器进行本地配置。AUX端口：对路由器进行远程配置时使用路由器有以下几种内存组件。ROM：ROM中存储加电自检程序、系统引导区代码和备份的IOS。Flash RAM：闪存是可读写存储器，在系统重启或关机之后仍能保存数据。RAM：RAM的访问速度最快，但存储的内容在系统重启或关机后被清除。NVRAM：非易失性RAM是可读写的存储器，在系统重新启动或关机之后仍能保存数据。稍微复杂一点的路由器都有一个操作系统，各个厂家的路由器操作系统不尽相同，但都以Cisco的互连网络操作系统（Internetwork Operating

28、 System，IOS）作为工作标准。路由器或交换机的操作是由配置文件控制的。配置文件包含有关设备操作的指令，是由网络管理员创建的，一般大小为几百到几千字节。以下7个字段相同的分组被认为属于同一网络流。源IP地址（source IP address）。目标IP地址（destination IP address）。源端口号（source port number）。目标端口号（destination port number）。协议类型（protocol type）。服务类型（type of service）。输入/输出端口（input/output interface）。NetFlow工作原理Ne

29、tFlow最初被用于加速数据交换，并同步测量和统计IP数据流。这项技术经过多年的演进，对流经网络设备的IP数据流进行特征分析和性能指标测量的功能也更加完善，成为互联网领域公认的IP/MPLS流量分析和计量的行业标准。NetFlow解决方案3 3服务器的性能评价服务器的性能评价（1）服务器选型指南：服务器属于应用层设备，不同的服务器有不同的应用领域。服务器的性能指标与其运行的环境有关。其可靠性、安全性和工作稳定性都是需要考虑的因素。在满足应用需求的前提下，追求较好的性价比乃是选购设备的正道。还要考虑到购买配套的应用软件以及人工成本。（2）服务器的类型塔式服务器的主板扩展性较强，应用范围广泛。局限

30、性在于，在需要采用多台服务器同时工作，以满足较高应用需求时，由于其体积比较大，占用空间多，使用不便。机架式服务器的主要好处是节省空间，能将多台服务器安装到一个机柜中，占用更小的空间，而且也便于统一管理。但扩展性和散热方面存在问题，单机性能比较有限，应用范围也受到一定限制。刀片式服务器（blade server）是一种高可用高密度（High Availability High Density，HAHD）低成本服务器平台，是专门为高密度计算机环境设计的。（3）服务器性能的基准测试TPC-CTPC-C：这是衡量联机事务处理（On-Line Transaction Processing，OLTP）系统

31、的工业标准，通过模拟数据仓库和订单管理系统来测试各种数据库查询和更新功能。TPC-ETPC-E：这个测试基准为经纪公司建立了一个数据库模型，模拟经纪公司的流量和交易模式。TPC-HTPC-H：这是针对数据库决策支持能力的基准测试，通过模拟数据库中与业务相关的复杂查询和并行的数据修改操作，考察数据库的综合处理能力。TPC-WTPC-W：这是一个有关事务处理的Web服务器的基准测试。由一个受控的Internet环境来扮演工作负载，模拟了面向商业事务处理的Web服务器的活动情况。SPECjbb2013SPECjbb2013（Java Business Benchmark）：这个基准测试模拟三层客户机

32、/服务器架构来测试服务器端Java应用的性能。SPECjEnterprise2010SPECjEnterprise2010：这个基准测试用来评估基于J2EE（Java 2 Enterprise Edition）技术的应用服务器的性能。SPECweb2009SPECweb2009：这是用来评价Web服务器性能的下一代SPEC基准测试。SPEC CPU 2006SPEC CPU 2006：这个基准测试把CPU、存储器和编译程序结合起来进行测试，测试结果可用来比较不同计算机系统在计算密集型负载下的性能。1 1网络系统的性能评价方法网络系统的性能评价方法可以采用理论分析、系统仿真与性能测试三种技术手段

33、评价网络系统的性能。理论分析：对系统进行化简：针对要获取的性能指标对运行中的网络系统进行化简，使其能用数学工具描述。建立数学模型：选择合适的数学工具，建立网络系统的解析模型，这种解析模型通常就是一个数学公式。通过数学演算得出网络系统性能指标：给定表示网络负载的输入变量，对数学公式进行求解，得出需要的性能指标。系统仿真：建立一个网络系统的模型，用计算机程序对网络系统运行过程进行模拟的模型。在这种模型中，网络设备或者子系统变成了一个只具有输入输出特性的黑匣子，对其施加一定的负载，就可以做出确定的反应，对这些反应进行推理，就得到了需要的性能指标。2 2网络系统的性能指标网络系统的性能指标连通性：连通

34、性是指在某一时刻t或某一时段（t，t+t），源和目标地址之间的某种类型数据报的可到达性。单向延迟：由于路由的不对称性或应用的不对称性造成对不同方向上延迟指标的要求不同。单向丢包率：由于网络拥塞使路由器缓存溢出或数据传输延迟增大，从而导致数据包丢失。往返延迟：测量方法相较单向延迟的测量更加简单，因为无需在发送和接收端系统之间进行时钟同步。块传输能力：这是度量在一个单向拥塞的传输连接（如TCP）上传送大量数据的网络传输能力。单向包丢包模式：利用基本丢包率指标，这个文档定义了两个导出的度量指标“丢失距离”和“丢失周期”，以及有关的统计指标，这些术语共同构成了Internet分组流可能经历的丢包模式。IP分组的时延变化：定义为在给定网络流中数据包之间时延变化的程度。