IP网络的性能测试分析
1 引言
IP网络性能测试是保证网络高性能、高可靠性的基本手段，也是为被测网络提供一个客观的量化指标，帮助企业和运营商进行网络评估验收；其次，网络测试还能够提供未来网络规划和业务开展的依据。
2 测试范畴
IP承载网性能的测试从测试范畴来讲，可以分为设备性能测试、网络性能测试。设备性能测试是单点层面的测试，主要是对IP网中的各网元设备（如交换机）进行性能测试；网络性能测试是延伸层面的测试，主要是对网络端到端性能、全网性能进行的测试。
目前，IP承载网性能测试的内容包括吞吐量、时延、丢包、抖动等性能指标，通常采用专用的性能测试仪来完成测试。一般来讲，首先在完成设备性能测试的基础上，才会开展网络性能测试，而且还会采用从局部网络性能测试到全网性能测试的方式。
3 测试标准
3.1网络2-3层
测试的标准通常采用业界较广泛认可的RFC标准，包括RFC1242，RFC2544，RFC2885，RFC2889等，其中RFC2544定义了网络互联设备最基本的基准性能测试指标，包括：
●吞吐量（Throughput）
指标定义：在不发生数据包丢失情况下，被测设备能够支持的最大传输速率。
●时延（Latency）
指标定义：测试数据包通过被测设备所需要的时间。
●丢包率（Framelossrate）
指标定义：在一定负载下，被测设备丢失数据包的比例。
●背靠背（Back-to-backframe）
指标定义：在最大速率下，在不发生数据包丢失前提下被测设备可以接收的最大突发数据包（Burst）的数目。
除了上述基准性能测试外，在IP网络环境中，如果要考察网络互联设备的交换性能、路由性能还需要参照RFC2889，RFC1771，RFC2328等标准进行测试。
3.2网络4-7层业务承载能力
建设IP承载网的主要目的是可以在上面平稳地运行各种用户需要的业务（如HTTP，FTP，E-mail，Voice，Video等业务的支持情况），这些业务是评估IP承载网性能的重要组成部分。IP承载网对业务测试的主要评价指标包括：
●HTTP：每条路由都有HTTP GET访问请求，系统能够处理并发连接数的数量，以及系统能够处理连接数的速率。
●FTP：每条路由上传和/或下载文件的最大有效吞吐量（Goodput）。
●E-mail (POP3，SMTP，IMAP)：主要评估网络和系统能够处理邮件的速率（每秒钟发送或接收邮件的数量、发送或接收附件的数量等）。
●Voice：每条路由上IP电话呼叫的语音质量（MOS）。
●Video：每条路由上VOD视频点播的视频质量（MDI，MOS_V）。
4网络2-3层性能测试 4.1 吞吐量
吞吐量（Throughput）一般作为考察网络设备性能的首要指标。为了能够及时、迅速地处理网络上传送的数据、语音和视频，要求交换机必须具备高速处理能力，提供高速数据链路，保证网络高吞吐能力，满足各种应用环境，特别是像图文发送和视频会议系统等高吞吐量场合对网络带宽的需求。
吞吐量测试定义了在不出现错误的情况下每秒钟能传输帧的最大数量。该测试被用来测量电信级以太网服务中出现的以太网交换机的速率限制能力。测试时，帧长选择RFC 2544建议的7种，分别为64、128、256、512、1024、1280和1518字节该测试。从最高帧速率开始，然后比较发送和收到的帧的数量。如发生帧丢失的情况，则将传输速率降低一半并重新开始测试。如果测试过程中未出现帧丢失，则将传输速率增加与前次测试速率差的一半。该方法也被称为两分/倍增法。不断重复这种实验-错误测试直至找到不出现帧丢失的速率。
必须为每个帧大小执行吞吐量测试。尽管帧传输期间的测试时间可能会较短，但最终验证的测试时间必须至少有60秒。每个吞吐量测试的结果必须记录在报告中，以每秒帧数（f/s
或fps）或每秒比特数（bit/s或bps）为测量单位。
4.2 延迟
延迟（Latency）也是考察一台交换机的重要性能指标之一，也称延时或时延，以微秒（μs）为单位。延迟测试测量帧从起始设备出发，经过网络到达目标设备所需要的时间（也被称为端对端测试）。该测试还可配置，以测量往返时间，即帧从起始设备出发到达目标设备，然后返回起始设备所需要的时间。
当延迟时间因帧而异时，会导致实时服务发生问题。例如，VoIP应用中的延迟差异会降低语音质量并造成线路上出现“砰”或“咔嗒”声。较长的延迟还可能降低以太网服务质量。在客户端-服务器应用中，服务器可能会超时或者出现应用质量降低的情况。对于VoIP来说，这会使对话中产生较长的延迟，从而导致“卫星电话般的感觉”。
开始测试时，针对每个帧大小测量吞吐量并进行基准测试，以确保帧被传输而不会被丢弃（即吞吐量测试）。这样做会填充所有的设备缓冲区，从而测量最差情况下的延迟。第二步是用测试仪器发送120秒的数据。在传输的中间点，帧必须被标上时间戳，当其被测试仪器重新接收时， 延迟得到测量。应在剩余的时间继续进行数据传输。必须针对每个帧大小，测量20次，并应报告测试结果的平均值。
4.3 丢包率
丢包率测量在出现过载情况下网络的响应—这是反应网络支持实时应用能力的关键指标，在这些应用中，大量的帧丢失会迅速降低服务质量。因为在实时应用中不会出现重发，所以如果不对帧丢失加以控制，那么这些服务可能会迅速变得不能使用。
测试仪器以最大线路速率发送信息流，然后测量网络是否丢失任何帧。如网络丢失帧，记录相应的值，并以较低的速率重新开始测试（尽管建议采用更好的百分比，但速率降幅可为10%）。不断重复该测试直至在三个连续测试周期内未出现任何帧丢失的情况，此时创建用于报告的测试结果示意图。结果显示为丢帧的百分比，即该百分比表示提供负荷（传输帧）和实际负荷（接收帧）之间的差异。同样，必须为所有帧大小进行该测试。
4.4背对背帧
背对背（Back-to-back）帧指的是固定长度的数据帧以合法的最小帧间隔在传输媒介上突发一段较短的时间（以太网标准规定帧间隔最小为96bits），一般以帧数多少来表示。背对背包突发通常发生在文件传送或数据备份操作中。随着Internet规模不断扩大，网络设备急剧增加，远程文件服务和远程备份系统操作日益频繁，这些因素都会导致背对背包突发的出现。
4.5 其他指标测试 4.5.1混合帧长度测试
网络中存在多种业务，在2层数据帧（Frame）的概念上，表现出有各种不同长度数据帧同时在进行转发，所以测试混合帧长度对网络基准性能测试显得尤为重要。
4.5.2转发抖动测试
在IP的概念中，抖动是理想的数据包到达时间与实际到达时间的时间差，度量单位用时间（秒）来表示。抖动有多种业务，特别是语音和视频业务影响很大，所以网络的抖动性能指标是一个非常重要的测试项。
4.5.3 长期稳定性测试
长期运行的网络，稳定性要达到99.999%的可靠性，长期稳定性测试是必不可少的测试项目，从测试角度看，测试仪表必须能够对长期（1天、1周或者一个月）测试运行的结果进行实时记录，并且最好有图形实时显示，这样可以对网络长期测试情况一目了然，也便于后期结果分析。
4.5.4特定时间性能测试
网络中的流量在不同时间也有很大差别，通常早上9-10点，下午2-3点，晚上8-9点流量对网络的压力最大，可以根据不同的测试目的和需要选择忙时或者闲时进行网络测试。
5 网络4-7层测试
4-7层业务测试一般有两种测试方法，第一种是测试仪表仅仿真多种真实业务类型。这种测试方法比较简单，测试仪表仿真业务的客户端和服务器端，分别模拟HTTP访问，FTP下载，SMTP和POP3，语音或视频等真实应用。从测试步骤上来说，一般要先进行单一业务的测试，验证网络对单一业务的承载能力；然后进行混合业务的测试，同时启动QoS保证机制，验证多种业务之间是否会互相影响，从而评估承载网对业务的支持能力和性能，验证各种业务在网络上的运行效果。
另外一种方式是测试仪表仿真多种真实业务类型的同时，还仿真路由设备（比如CE设备）和相连的交换路由设备建立邻居关系，多种真实业务运行在所产生的动态路由表上。这种测试方法从原理上来说比较简单，也更接近真实的网络应用环境。但是对测试仪表来说，就提出了更高的要求，需要测试仪表在实现路由协议仿真、产生大量动态路由的同时，还要产生4-7层有状态的业务流量运行在所产生的动态路由上，这就需要真正的2-7层一体化测试仪表才能实现该功能。
