IP网络性能测试综述

戚晓晶 胡晓宇

（91550部队，辽宁 大连 116023）

引言

性能测试是IP网络建设和维护过程中的重要环节，通过测试能获得网络运行的参数，为IP网高效、稳定、安全、可靠运行提供有效监测手段。网络测试主要包括网络性能测试和网络应用测试等方面。在IP网络的运行中最令人关心的是网络性能测试。

1 IP网络性能衡量指标

根据中国通信标准化协会已完成的《IP网络技术要求——性能参数与指标》的有关规定，IP网络性能的参数主要包括时延、丢包率、抖动、误差率、带宽、吞吐量等。

1.1 时延

网络时延是指数据分组在网络中传输的延迟时间，包括单向时延和往返时延。单向时延指穿过一个或多个网络段，传送IP包所经历的时间。往返时延指从网络的一端发送一个消息到另一端，然后该消息再返回到发送端所需要的时间。网络时延主要由链路传输时延、节点处理时延与排队时延造成。

1.2 丢包率

丢包率指在一定的时段网内两点间传输中丢失分组与总的分组发送量的比率。丢包率主要与网络的流量有关，准确地说是与每段路由的网络拥塞程度有关。无拥塞时路径丢包率为0%，轻度拥塞时丢包率为1%-4%，严重拥塞时丢包率为5%～15%。网络丢包率将直接影响网络应用的正常使用。

1.3 抖动

抖动也称为 IP时延变化，是指分组从源节点到目的节点相继分组到达时间的变化量。时延抖动主要由IP数据包在节点排队等待时间的不确定性因素造成。

1.4 误差率

误差率是指同一个包两次接收或分组的次序颠倒等而引起的错误与总的分组发送量的比率。

1.5 带宽

带宽反映了单位时间内传输数据的能力，即每秒网络所能传输的数据量。对于测量而言，沿一条路径的可用带宽是用户端主机沿着该路径与给定的目的主机之间能够传输的最大带宽。

1.6 吞吐量

吞吐量(Throughput)是指在规定时间、空间及网络路径的前提下，传输数据时实际获得的带宽值，一般指链路上所有通信数据总的传输速率。由于多方面的原因，实际上吞吐量往往比传输介质所标称的最大带宽小得多。对于当前的应用，一般要求吞吐量是信道带宽的80%以上。

2 IP网络性能测试手段

从测试手段来分，网络性能测试主要有软件测试、专用硬件(仪器)测试和软硬件结合的混合测试三种方法。

2.1 软件测试。首先，操作系统自带一些测试命令可以实现时延、丢包率等简单参数的测试，如ping，命令。其次，有些免费通用的小型测试软件可供下载使用，如丢包率测试软件ATKKPING。用户也可以自行开发一些测试软件，但是需要第三方的检测和相关部门的认证。网络性能测试软件逐步发展为由监测服务器、被测实体和被测网络三部分组成的网络性能监控管理系统，实现对网络和设备的性能监测和管理。网络性能监控管理系统可以实现分布式性能采集以及提供大规模IP网络性能监控手段，还可以监测网络运行性能，及时发现网络上可能存在的问题，为网络优化、网络运行维护提供数据支撑。

2.2 硬件测试。硬件测试也就是利用专门的仪器进行网络性能测试，如Fluke网络公司生产的MetroScope协议分析仪，国内也有一些公司能生产网络测试仪器，不过知名度和使用率上都不如国外大公司的产品。这些专门的仪器可以实现网络单个或者多个性能的测试，如测试其吞吐量、延时、丢包率、抖动等参数。一般测试仪器功能强大，且接口丰富，便于大型测试和配合软件测试。

2.3 软硬件结合测试。软硬件结合测试模式一般采用服务器——客户机模式，服务器端软件安装在测试仪表的主机上，在开机后会随着主机内操作系统的启动而自动启动。客户端测试软件一般安装在网络内配合测试仪器进行性能测试用的计算机上，根据测试项目的不同选择使用不同的软件。

3 IP网络性能测试方法

网络性能测试按是否向网络内部注入探测包，分为主动测试和被动测试。主动测试是通过向网络注入探测包，判断应用从网络获得服务的能力。被动测试是用仪表监测网络中的数据，通过分析采集到的数据判断网络性能状况，是在不影响网络正常工作的情况下进行的测试。在实际应用中一般采用主动测试技术。另外，网络测试按照测试所处的位置可分为单点测量与多点测量，按照测试层面的不同分为应用层测试和网络层测试等。

3.1 时延测试。时延的测试步骤是：选择源和目的IP地址并以此生成一个测试分组；目的主机处接收并响应测试分组；在源主机处，记下开始时间戳，然后将准备好的分组发送到目的处；到达目的端，尽快从目的端返回一个相应的响应分组到源端；如果响应分组在一个合理的时期内到达，在接收测试分组时尽快记下一个结束时间戳，通过这两个时间戳的相减就可以计算出环路时延值；如果分组不能在一个合理的时期内到达，则认为单向时延值不确定。

3.2 丢包率测试。丢包率的计算公式是：丢包率=[(输入帧个数一输出帧个数)×100/输入帧个数。测试时，网络测试仪发送测试帧的速率从传输介质的最大理论值开始，以后每次发送速率递减10%，直到两次测试没有丢帧为止。丢包率测试时需考虑的是测试次数因为数据帧丢失是一个随机行为，对每一个测试案例都要重复测量多次以便获得统计数据，最后给出丢包率的平均值，测试次数可设定为20次。

3.3 吞吐量测试

吞吐量测试是检测每秒钟传输数据的字节数和数据包数。典型的吞吐量测试是从一个网络设备，以指定的速率和时间间隔向另外一个网络设备发送流量，接收设备统计在此时间间隔内收到的帧数并计算接收的速率 (也称为吞吐率)。吞吐量是接收器收到的好帧数量/时间，测试通过改变帧长度，重复以上测试得到不同速率下的测试结果。吞吐量测试是一个双端的测试，一端的设备模拟为主机或服务器，另一端的设备作为远端或者客户。主机测试设备发送流量，远端测试设备接收并测量结果。由于采取主动测量的方法，会在网络中引入较多的测量流量，将对网络实际性能造成一定的影响，所以在进行网络吞吐量测试时通常都采用比较小的时问间隔，多次采样测试，并绘制成吞吐量的历史趋势图。需要注意的是，网络吞吐量非常依赖于当前的网络负载情况，为了得到正确的网络吞吐量，最好在不同时间分别进行测试，只有这样才能对网络吞吐量进行全面认识。

3.4 网络带宽测试

带宽测试一般采用主动测量方法，就是通过向网络注入主动探测包以获取网络时延特性，并通过特定的模型估测出带宽。网络带宽一般由吞吐量测试来验证，最大吞吐量就是一般意义上的网络带宽。测试方法是从最大的理论速率开始发送，然后逐步降低发送的速率直到在接收端没有数据帧丢失。

结束语

本文对IP网络性能测试的重点指标进行了介绍，探讨了时延、吞吐量等关键指标的测试机理和技术实现方法，在一定程度上可以为提高网络服务质量提供指导。但是，IP网结构复杂、规模庞大、应用业务繁多，有许多测试 工作要做，如网络安全性测试、网络设备稳定性测试、网络应用测试等，测试指标的确定也是一个逐步完善的过程，而测试技术也在不断发展，测试体系的建立更是一个系统工程，需要更多的技术人员投入研究，以实现对网络的定量评估、科学管理，确保IP网络中各业务数据的高效、安全、可靠传输。

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