网络基本功（十五）：细说网络性能监测与实例（上）

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介绍

网络路径性能检测主要包括三方面的内容：带宽测量能够获知网络的硬件特性，如网络的最大容量，吞吐量测量能够获得网络实际可提供的最大容量，数据流测量能够了解真实占用的网络容量。

本文介绍在评估网络性能是否合理时，需要收集的数据及收集方式。涉及工具包括：ping, pathchar, bing, ttcp, netperf, iperf, netstat。

更多信息

带宽测量:

ping

ping这一工具返回的时间，虽然通常被描述为传输延时，实际上是发送，传输，队列延时之和。上一节中，我们通过ping来粗略计算带宽。这一过程可通过如下方式改进：首先计算链路近端的路径行为，然后计算远端路径，然后用两者差异来估算链路带宽。

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这一过程需要四次使用ping。首先，用两个不同大小报文ping近端链路。减掉传输大报文中额外数据的传输时间以外，时间差可估算传输以及队列延时。接下来，用同样两个报文ping远端链路。再次用大报文和小报文的时间差来估算开销。最后，用两次差值的差值就是在最后一段链路中传输额外数据的时间值。这是一个往返时间，除以2就是额外数据在单向链路传输所用时间。带宽则是额外数据总量除以单向传输时间。

下表是第二跳和第三跳的时间值，报文大小为100和1100字节。

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下表显示了带宽计算结果，用time difference除以2，用8000bit除以这个值，再乘1000（毫秒转换为秒）。结果是bps转换为Mbps。

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pathchar

将上述过程自动话完成的一个工具是pathchar。pathchar在路径的一端即能检测各链路的带宽。方法与之前描述的ping相类似，但是pathchar使用各种大小不一的报文。如下例所示：

  1. bsd1# pathchar 165.166.0.2
  2. pathchar to 165.166.0.2 (165.166.0.2)
  3. mtu limited to 1500 bytes at local host
  4. doing 32 probes at each of 45 sizes (64 to 1500 by 32)
  5. 0 205.153.60.247 (205.153.60.247)
  6. |   4.3 Mb/s,   1.55 ms (5.88 ms)
  7. 1 cisco (205.153.60.2)
  8. |   1.5 Mb/s,   -144 us (13.5 ms)
  9. 2 165.166.36.17 (165.166.36.17)
  10. |    10 Mb/s,   242 us (15.2 ms)
  11. 3 e0.r01.ia-gnwd.Infoave.Net (165.166.36.33)
  12. |   1.2 Mb/s,   3.86 ms (32.7 ms)
  13. 4 165.166.125.165 (165.166.125.165)
  14. |   ?? b/s,   2.56 ms (37.7 ms)
  15. 5 165.166.125.106 (165.166.125.106)
  16. |    45 Mb/s,   1.85 ms (41.6 ms),  +q 3.20 ms (18.1 KB) *4
  17. 6 atm1-0-5.r01.ncchrl.infoave.net (165.166.126.1)
  18. |    17 Mb/s,   0.94 ms (44.3 ms),  +q 5.83 ms (12.1 KB) *2
  19. 7 h10-1-0.r01.ia-chrl.infoave.net (165.166.125.33)
  20. |   ?? b/s,   89 us (44.3 ms),  1% dropped
  21. 8 dns1.InfoAve.Net (165.166.0.2)
  22. 8 hops, rtt 21.9 ms (44.3 ms), bottleneck 1.2 Mb/s, pipe 10372 bytes

pathchar的运行过程中，首先显示的信息描述探测如何进行。从第三行输出开始，可看到pathchar使用从64到1500字节的45中不同大小报文。对于每一跳使用32种不同报文组合进行测试。因此，共8跳生成了11，520个测试报文加上相应回复信息。

显示中给出了带宽和延时。pathchar也包括了队列延时信息（如本例中5和6）。如上述信息，pathchar并不总是能成功估算出带宽（如链路4和7）或是延时（如链路1）。

在pathchar运行过程中，每发送一个报文就启动一次倒计时：显示内容如下所示：

  1. 1:  31   288   0       3

1指示跳数并且随着路径上后续跳数而增加。下一个数字是倒计时值，给出这一链路剩余的探测组数。第三个值是当前发送报文大小。第二个和第三个值改变都非常迅速。倒数第二个值是目前为止丢弃报文数，最后一个是该链路的平均往返时间。

当一条的探测完成时，这一行内容被带宽，传输延时，往返时间所取代。pathchar使用观测到的最小延时来改进带宽估算值。

bing

pathchar的一个替代工具是bing。pathchar估算的是一条路径上各链路的带宽，而bing用来测量点到点的带宽。通常，如果你不知道路径上的各条链路，需要首先执行traceroute命令。之后可以运行bing来指定链路的近端和远端。下例显示了第三跳的带宽：

  1. bsd1# bing -e10 -c1 205.153.60.2 165.166.36.17
  2. BING    205.153.60.2 (205.153.60.2) and 165.166.36.17 (165.166.36.17)
  3.         44 and 108 data bytes
  4. 1024 bits in 0.835ms: 1226347bps, 0.000815ms per bit
  5. 1024 bits in 0.671ms: 1526080bps, 0.000655ms per bit
  6. 1024 bits in 0.664ms: 1542169bps, 0.000648ms per bit
  7. 1024 bits in 0.658ms: 1556231bps, 0.000643ms per bit
  8. 1024 bits in 0.627ms: 1633174bps, 0.000612ms per bit
  9. 1024 bits in 0.682ms: 1501466bps, 0.000666ms per bit
  10. 1024 bits in 0.685ms: 1494891bps, 0.000669ms per bit
  11. 1024 bits in 0.605ms: 1692562bps, 0.000591ms per bit
  12. 1024 bits in 0.618ms: 1656958bps, 0.000604ms per bit
  13. --- 205.153.60.2 statistics ---
  14. bytes   out    in   dup  loss   rtt (ms): min       avg       max
  15.    44    10    10          0%           3.385     3.421     3.551
  16.   108    10    10          0%           3.638     3.684     3.762
  17. --- 165.166.36.17 statistics ---
  18. bytes   out    in   dup  loss   rtt (ms): min       avg       max
  19.    44    10    10          0%           3.926     3.986     4.050
  20.   108    10    10          0%           4.797     4.918     4.986
  21. --- estimated link characteristics ---
  22. estimated throughput 1656958bps
  23. minimum delay per packet 0.116ms (192 bits)
  24. average statistics (experimental) :
  25. packet loss: small 0%, big 0%, total 0%
  26. average throughput 1528358bps
  27. average delay per packet 0.140ms (232 bits)
  28. weighted average throughput 1528358bps
  29. resetting after 10 samples.

输出从地址和报文大小信息开始，之后是探测pair。接下来，返回往返时间和丢失数据。最后，返回一些吞吐量的估测值。

吞吐量测量:

吞吐量不够的原因不仅在于硬件不足，还有可能是网络设计架构的问题。例如，广播域设置得太大，则即使硬件够磅也会造成问题。解决方案是重构网络，在充分理解数据流模式后，将这类域隔离开或是分段。

吞吐量通常是测量大块数据传输延时来完成的。通常需要在链路各端运行软件。一般这类软件运行在应用层，所以它不仅测量网络也测量了软硬件。

一个比较简单粗放的方式是用FTP。用FTP来传输一份文件并且看一下它report的数据。需要将结果转换成比特率，例如，这是文件传输的最后一行：

  1. 1294522 bytes received in 1.44 secs (8.8e+02 Kbytes/sec)

将1,294,522字节乘8转换成bit之后再除以时间，1.44秒。 结果为7,191,789 bps。

这种方法的不足在于磁盘访问时间可能对结果造成影响。如果需要提高精度则需要使用一些工具。

ttcp

运行这一程序首先需要在远端设备运行server，通常用-r和-s选项。之后运行client，用-t和-s选项，以及主机名或地址。数据从client端发送至server端，测量性能之后，在各端返回结果，之后终止client端和server端。例如，server端如下所示：

  1. bsd2# ttcp -r -s
  2. ttcp-r: buflen=8192, nbuf=2048, align=16384/0, port=5001  tcp
  3. ttcp-r: socket
  4. ttcp-r: accept from 205.153.60.247
  5. ttcp-r: 16777216 bytes in 18.35 real seconds = 892.71 KB/sec +++
  6. ttcp-r: 11483 I/O calls, msec/call = 1.64, calls/sec = 625.67
  7. ttcp-r: 0.0user 0.9sys 0:18real 5% 15i+291d 176maxrss 0+2pf 11478+28csw
  8. client端如下所示：
  9. bsd1# ttcp -t -s 205.153.63.239
  10. ttcp-t: buflen=8192, nbuf=2048, align=16384/0, port=5001  tcp  -> 205.153.63.239
  11. ttcp-t: socket
  12. ttcp-t: connect
  13. ttcp-t: 16777216 bytes in 18.34 real seconds = 893.26 KB/sec +++
  14. ttcp-t: 2048 I/O calls, msec/call = 9.17, calls/sec = 111.66
  15. ttcp-t: 0.0user 0.5sys 0:18real 2% 16i+305d 176maxrss 0+2pf 3397+7csw

该程序报告中显示了信息传输总量，标识了连接的建立，并且给出了结果，包括raw data，throughput，I/O call信息，执行时间。最有用的信息应该是transfer rate，892.71 KB/sec (or 893.26 KB/sec)。

这一数据反映了数据的传输速率，而不是链路的容量。将这一数据转化成带宽可能是有问题的，因为实际上传输了比这一值更多的比特数。这一程序显示18.35秒传送了16,777,216字节，但是这仅仅是数据。以太网报文封装还包括TCP，IP，以太网报文头，估算容量时，需要把这些值加上去。

吞吐量低通常意味着拥塞，但也并不总是如此。吞吐量也会取决于配置问题，如连接的TCP窗口大小。如果窗口大小不足，会严重影响到性能。

（未完待续）

参考

Network Troubleshooting Tools

原文: https://wizardforcel.gitbooks.io/network-basic/content/14.html