浅谈校园网网络性能评估

任琦

（武汉软件工程职业学院计算机学院，湖北 武汉 430205）

浅谈校园网网络性能评估

任琦

（武汉软件工程职业学院计算机学院，湖北 武汉 430205）

本文介绍了校园网网络性能评估背景和网络性能指标，针对网络性能指标提出了网络性能评估的技术与方法，并且介绍了如何选择评估工具，为校园网网络性能评估提供了理论依据。

校园网；网络性能；性能评估

1 校园网网络性能评估概述

校园网网络性能具体体现在校园网络资源利用率高低及网络连接的响应时间的长短上。通常，校园网的网络环境具有范围覆盖广、信息需求高、网络应用丰富、用户数量庞大等特点，这对网络性能提出很高的要求，且校园网络使用时间相对集中，当校园网网络并发用户快速增加时，容易出现网络拥堵，部分网络资源会达到上限而造成一些的网络请求被暂缓或中断，网络带宽会突然降低，网络响应时间会明显增长，造成校园网服务应用不能正常工作，用户体验会受到严重影响。所以在校园网的建设和使用过程中时，对校园网的网络性能评估非常重要。

2 校园网网络性能指标

校园网网络性能可以用量化的指标来衡量，按照网络ISO七层结构可以分为三种技术指标：数据链路层性能技术指标包括负载、转发速率、丢帧率、吞吐量、突发、拥塞控制、地址处理、错误帧过滤、广播、流量隔离等；网络层性能技术指标包括包延迟、丢包率、时延抖动、路由表的容量、路由学习速率、路由振荡、路由收敛等；传输层及以上层次性能技术指标包括最大TCP连接建立速率、最大TCP连接断开速率、并发TCP连接容量、最大同步用户数、突发流量处理等。

3 校园网网络性能评估技术与方法

校园网网络性能评估可以通过测试设备和工具获得运行网络或者网络产品的性能参数和服务质量参数，评估结果可以为网络运维提供指导，为网络性能的改善提供依据。网络评估方法有两种，一种是单独对网络设备进行测试，另一种是将网络设备放到真实的网络环境中进行测试。网络性能评估前，需要明确测试目的、测试对象、预估测试时间、计算测试成本、选择适当的测试方法等，在进行详细的分析后，制定测试计划和内容。测试工作要贯穿校园网网络建设的生命周期。

校园网网络性能评估的方法主要是针对校园网的特点制定不同的测试方案，测试的准备工作要考虑测试校园网网络环境、算法设计、结果统计等。依据IETF的一系列与测试相关的RFC文档、草案以及国内制定的测试规范提出的相关建议，定义测试方法，设计合理的测试拓扑。以下介绍七种基本的测试方法。

（1）测试帧

测试帧需要确定帧的长度和格式。由于帧的长度没有固定大小，其合法长度为64至1518字节之间，可以选择测试有代表性的帧长（比如以太网中采用的64、128、256、512、1024等位数长度的帧）进行测试。或者在日常网络环境中利用抓包软件监测统计获得帧长信息，来确定相应的帧长进行测试。生成的测试帧的格式同普通帧格式一样，可在测试帧中包含一个具有唯一性的标记字段，标记字段可以考虑包含测试帧的属性、顺序和时间戳等信息。建议该标记添加在传输层协议数据单元的数据部分，以便让测试帧能够和普通帧一样正常传输而又能被测试仪分辨出来。

（2）测试数据链路层吞吐量、丢帧率和转发速率

吞吐量测试先设置采用帧长为64、128、256、512、1024等字节长度中的五个不同帧长进行测试，并且设置突发帧长度为1至930帧之间变化，两帧间的帧间距为最小合法的96bit，然后随机分布测试帧中的源地址和目标地址，在交换机端口的工作模式上选择半双工或者全双工，由测试仪生成相应的测试流循环轮转发往测试交换机的各个端口，约测试30s，统计各个端口成功收到的帧数，计算出丢帧率、零丢帧率下的吞吐量和转发速率。

（3）测试拥塞控制

交换机的拥塞控制属于传输控制层面的功能，可以考虑直接测试传输控制层面的参数，也可以考虑测试数据转发层面的参数间接反映传输控制层面的功能。首先设置测试参数，包括帧长、帧格式、帧间距、双工模式等，然后向交换机某端口发送超过该端口负载量的测试流以制造拥塞，根据接收帧的统计结果来判断交换机是否执行了拥塞控制功能，是否存在线端阻塞。

（4）测试网络层吞吐量、丢包率

吞吐量测试首先确定理论最小速率和最大速率的值，设定当前帧的测试速率的初始值，该初始值可以取最大传输速率的某个百分比，以该特定的速度发送测试帧，统计测试设备的转发帧的数量，如果接收到的帧比发送的帧少，采用二分搜索法，取最小速率和当前速率的中间值作为第二轮测试中测试帧的速率。反之，则取当前速率与最大速率的中间值。如此反复，直到当前测试与前一次测试的帧速率之间小于或等于设置的精度时，测试结束。测试过程中要考虑各种帧的尺寸，确保测试时长大于60s，反复测试才能获得最精确的结果。在已知吞吐量的情况下测试丢包率，可将吞吐量设为最小负载，然后逐步增加负载来观察统计丢包情况，注意帧的重发和乱序不算作丢包。

（5）测试并发TCP连接容量

设定一个TCP的每秒请求连接数作为初始值，并设定客户端请求对象的字节大小（建议设置为512B、1024B等较小值）。测试时，如果被测试设备可以容纳当前的连接容量，采用二分搜索法来提高每秒连接数，反之则降低每秒连接数，再采用二分搜索法。每轮测试结束后需要将测试的连接全部关闭，然后等待一段时间再进行测试。

（6）测试最大TCP连接建立速率、最大TCP连接断开速率

在（5）测试的基础上，设定一个小于被测设备最大并发连接数的初始值，并在虚拟客户端用该初始值发起TCP连接请求，如果被测试设备可以成功建立连接则增加连接请求数，反之则减少连接请求数，直到得到一个最大TCP连接建立速率。最大TCP连接断开速率测试方法与之类似。

4 校园网网络性能评估工具的选择

校园网网络评估工具有硬件和软件产品，包括物理线缆测试仪、协议分析工具、网络应用分析测试软件等。

性能评估硬件产品有：美国Agilent Technologies公司生产的Agilent N2X网络性能分析仪，提供端到端的性能评估，也能测试单个网络设备和网络子系统的测试，可在离线状态下的实验室环境中仿真实际规模的业务流量来对网络实施测试；美国Fluke公司开发的MicroScanner Pro电缆测试仪，可以检测物理电缆的通断、连接线序、故障位置等内容，该公司开发的OptiView集成式协议分析仪，具有七层的测试分析能力，能将网络监控、测试、故障诊断集成在一起，让用户全面了解整个网络的情况；美国Spirent Communications公司生产的Spirent TestCenter网络性能分析仪，由测试模块、机箱、客户端软件组成，包含集成测试方法学和自动测试方案。

性能评估软件产品包括操作系统内置工具和第三方软件。系统内置工具包括ping、ipconfig、netstat和route print等，这些工具能帮助用户快速测试网络性能和检测故障。常见的软件有：Sniffer Pro网络分析器，具有实时监视网络、捕获数据包、诊断故障等功能，用于网络故障分析与性能管理，支持有线网络和无线网络；Qcheck网络测试软件，可向TCPIP、IPXSPX网络发送数据流实现网络的吞吐率、数据传输率、响应时间等测试工作。Chariot Endpoint测试软件，可提供端到端、多操作系统、多协议、多应用模拟测试，测试范围包括有线、无线、局域网、广域网和网络设备，具备系统评估、故障定位、参数分析、网络优化等功能。

[1]林川，施晓秋．网络性能测试与分析[M]．北京:高等教育出版社, 2009．

[2]杨威．网络工程设计与系统集成（第2版）[M]．北京:人民邮电出版社，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，湖北武汉人,硕士,讲师,研究方向:网络安全、网络互联技术、高职教育研究。

武汉软件工程职业学院2012年度校级管理课题“整合型数字化校园网络架构设计与实现研究”，项目编号：2012G008。