Alex_McAvoy

想要成为渔夫的猎手

网络系统性能测试

【网络容量】

交换机容量

交换机的交换容量又称为背板带宽或交换带宽,是交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量,其表明了交换机总的数据交换能力,单位为 Gbps,一般的交换机的交换容量从几 Gbps 到上百 Gbps 不等,一台交换机的交换容量越高,所能处理数据的能力就越强,但同时设计成本也会越高

交换容量

交换机的交换容量是交换机实际能转发的速率,与该交换机本身的设计有关,其计算公式为:

假设交换机的缓存位宽为 $96bit$,缓存总线频率为 $133MHz$,那么其交换容量为:

端口容量

对于交换机的端口容量,其计算公式为:

其中,$2$ 代表全双工工作模式,$n$ 表示交换机有 $n$ 个 $100M$ 端口,$m$ 表示交换机有 $m$ 个 $1000M$ 端口

对于一由 $24$ 个 $100Mbps$ 口的交换机构成的子网段,各端口的连接介质都是速度可达 $100Mbps$ 的非屏蔽双绞线,若要求各端口都以全双工 $100Mbps$ 的速度工作,则该交换机的端口容量为:

即若要保证该网段能够全线速工作,则该交换机的交换容量必须达到 $4.8Gbps$ 以上

帧的转发速度

在物理介质上允许的最大传输速度称为线速,对于以太网而言,目前的线速有 $10Mbps$、$100Mbps$、$1000Mbps$、$10Gbps$ 几种

在物理层的线路和接口上是以位来计算速度,以便与通信技术匹配,而在数据链路层上,是以帧的形式来激进型传输和计算的,因此,对于一个二层设备,在衡量其性能时,主要使用帧转发速度,其单位是pps(帧/秒)

一个普通的以太网数据帧大小可以从 $64B$ 到 $1518B$,长度是不固定的,那么帧的转发速度也就因帧的长度不同而各异,其计算公式为:

以 $10Mbps$ 的以太网来说,最小的数据帧长度为 $64B$ 即 $512bit$,帧间隙最小为 $12B$ 即 $96bit$,帧的前同步位 $8B$ 即 $64bit$,因此 $10Mbps$ 以太网所能达到的帧的最快转发速度为:

以太网有效吞吐量

吞吐量是指在没有帧丢失的情况下,设备能够接受的最大速率

以太网的最大有效吞吐量计算公式为:

以 $10Mbp$ 以太网为例,最小数据帧为 $64B$,其中包含 $4B$ 的校验位,最小帧间隙为 $12B$,前导位为 $8B$,则最大有效吞吐量为:

【网络性能】

虽然有了网络容量,但在实际运行中由于线路及环境情况的影响,加上拓扑设计、设备和协议本身都可能对信息传输造成影响,使系统无法达到理论上的网络容量值

最常见的以太网采用的是 CSMA/CD 的存取访问方式,资源的争用冲突是必然存在的,但过多的冲突会导致网络性能下降,以至于严重时会出现瘫痪的情况

数据包丢失

在所有的网络设备里都设有数据包缓冲区,如果到达的数据包超过了该设备的传输能力,缓冲区就会被很快填满,新到达的数据包因无缓冲区可用而被设备丢弃

通常使用大的 ping 数据包来进行测量丢包情况,小包直接用 ping 命令,测试次数根据需要调整,如果小数据包通过,大数据包出现丢失,通常表明某处路由器或交换机缓冲出现了问题

网络响应时间

丢包是网络性能的一个要素,但是不能精确反映网络的整体性能,用户对网络的感受并不局限于某个应用是否能连通,还包括利用该网络服务处理数据要花多长时间,即网络响应时间

网络响应时间是从用户发出服务请求开始,到用户收到了服务应答为止,中间所需的时间延迟

大型网络中,有许多因素可能影响到客户端和服务器之间的响应时间,有些管理员可以控制,有些在管理员的控制范围之外,常见的影响因素有:过载的网段、网络错误、网络布线出现故障、广播风暴、网络设备出现问题、过载的网络主机

在网络正常的时候使用 ping 命令,发送多个数据包,计算这些数据包响应时间的平均值,以此为标准建立一个基线值

当出现故障时,就可以将 ping 的响应时间值和正常时的基线值相比较,找出链路上响应时间值偏差最大的设备节点,便于问题的查找

如下图,执行 ping -n 10 211.84.7.10 命令,发送 10 个数据包,以建立基线值

一般对于一个单位内部的局域网来说,响应时间通常在 $1ms\sim 2ms$ 之间,对于外网来说,取决于因特网的连接速度,响应时间多在 $10ms\sim 300ms$之间

【网络利用率】

网络利用率的计算

一个 $10Mbps$ 的网络在很多情况下可能已经够用了,然而有的网络容量已经达到了 $100Mbps$,网络却仍处于拥塞状态,这时要用反映网络实际情况的另一个参数,网络利用率来进行衡量

网络利用率是指在给定时间内,该链路上收发信息字节数的总和除以该链路或设备接口的总容量

实际上,网络利用率代表了在给定时间内网络处于使用状态的时间的百分比,即:

以 $10Mb$ 的半双工网络为例,在 $5$ 秒内发送 $700,000B$,接收 $175,000B$,其网络利用率为:

网络利用率通常只计算接口和线路上的利用率,网络中分开两点之间的网络利用率计算比较复杂,通常要利用网络吞吐量来表示两远程端点之间流量瓶颈位置的带宽,以确定两个远程端点之间的网络利用情况

两个远程端点之间的网络利用率计算公式为:

网络流量的检测

网络利用率的计算需要知道在给定的期间内网络所处理的数据信息流量的字节数,也就是要检测网络的流量,对于可网管的交换机、路由器,均可通过对应的操作命令来观察网络流量情况

如下图,通过端口状态的显示命令:show interface 端口号,可以看到对应的流量情况,通过对信息的观察,可以获得有关网络健康状况的大量信息

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