网络设备性能测试

实验目的

利用实验室现有待测设备(华为S5720-52P-EI-AC三层交换机)、测试设备(信尔泰BigTao220网络测试仪)以及控制计算机,构建简单的测试环境,通过Renix测试软件对待测设备端口转发延迟、端口丢包率、端口吞吐量以及拥塞控制机制进行交换机设备的性能测试

实验环境

华为 S5720-52P-EI-AC 三层交换机
信尔泰 BigTao220 网络测试仪、
Renix 测试软件 、

实验基本原理及步骤

以太网交换机的工作原理
1、若地址表显示目的节点与源节点位于交换机的同一端口,则忽略帧
2、若地址表显示目的节点在交换机所连的某一端口,且与源节点不在同一端口,则转发帧到目的端口
3、若目的 MAC 地址为广播地址,则向除源端口外的所有端口转发帧
4、若地址表中找不到目的地址,则向除源端口外的所有端口转发帧

数据传输层面相关指标
1、负载
2、转发速率(在某个特定负载下,一台网络设备在单位时间内向目标端口成功转发的帧数)
3、丢帧率
4、吞吐量(在没有出现丢帧的条件下,能够传输给交换机让其转发到指定输出端口的每秒最大帧数)
5、突发

传输控制层面相关指标
1、拥塞控制:是指在以太网上控制源端发送数据的数量及速度使其不超过接收端所能承受的能力,以避免产生帧的丢失
2、地址处理
3、错误帧过滤
4、广播
5、流量隔离

两种典型的以太网拥塞控制机制
背压
背压较常见(凡事当外出或输出端口出现拥塞现象时,被交换机用来通知发送端降低帧发送速度,以阻止外部数据继续向拥塞端口传输帧的那些方法,均属于背压。常见的背压方法包括向流发送源回送拥塞信号,向流发送源回送前导位串,或采用 IEEE802.2x 流量控制协议等。)
前压
它们可以通过诸如减缓输出队列的饱和程度和禁止上游设备发送帧等强制机制来消除或减少上述丢帧现象。

地址学习
在测试开始之前让被测试交换机学习测试中将要用到的 MAC 地址。因为任何地址未被学习的帧都会被 DUT 作为泛洪帧转发,从而减少了测试过程中被正确转发帧的数量。

吞吐量测试
1、吞吐量是单位时间内成功地传送数据的数量
2、测试目的是找到在没有丢包的情况下端口能够转发的最大速率
3、测试要点: A、被测设备的整体转发能力即整机吞吐量。 B、被测设备对某种单一应用的支持程度即端口吞吐量。 C、最常用吞吐量搜索算法是二分搜索法

吞吐量测量方法
步进发:
定义初始负载 Load0 和一个步进长度 Load,若初始负载下的丢帧率为零,以步长进行负载递增,一旦首次观测到丢失帧就停止对 Load 步进,并将该负载下的转发速率作为所要查找的吞吐量。
二分迭代:
定义最小负载 Load_Min、最大负载 Load_Max、初始负载 Load0 和迭代分辨率。若在某负载时,观测到有丢帧,则将当前负载 Load->Load-(Load-Load_Min)/2 再进行查找;若在某负载时,没有观测到丢帧,则将当前负载 Load->Load+(Load_Max-Load)/2 再进行查找

丢包率测试
1、目的是确定 DUT 在不同的负载和帧长度条件下的丢包率。
2、测试方法
A、一对端口发送和接收(DUT 一个端口接收到的数据经另一个端口转发)
B、部分网状多对一端口测试(DUT 多个端口接收到的数据都由一个端口转发)
C、多对多全网状测试(DUT 每一个端口接收到的数据都要送给其余任意一个端口)
3、 丢包率公式(丢包率与吞吐量关系)
((发送包数量 X-接收包数量 Y) *100) /发送包数量 Y

拥塞控制功能的测试方法
1、测试拓扑设计:由 DUT 上的 4 个端口组成一个测试块,要求这 4 个端口必须具有相同的 MOL。其中两个端口作为源发送端口,两个作为目标接受端口。
2、配置两个接收端口分别配置为拥塞端口和非拥塞端口。
3、设置测试参数
4、统计测试结果
5、根据测试结果判断。

根据拥塞端口和非拥塞端口的丢失率和转发速率来判断 DUT 是否执行了拥塞控制。

若拥塞端口丢帧率为0,表明在 DUT 内有背压机制。因为背压机制的存在,阻止了外部数据源向拥塞的端口传输帧,减缓了输出端口的拥塞,并因此避免了帧的丢失。

若非拥塞端口丢帧率为 0,转发速率低于 50%,那么 DUT 上执行了拥塞控制。因为拥塞控制机制在减缓外部数据源向拥塞端口传输帧的同时,也造成了非拥塞端口吞吐量下降。

若非拥塞端口丢帧率不等于零,则表明 DUT 中出现了列头阻塞。线端阻塞通常会发生在才用了队列 DUT 上。由于输入队列头有转发到拥塞端口的帧,而 DUT 不能将这些帧及时转发到拥塞端口,结果造成队列中后继转发到非拥塞端口的帧必须等待,导致非拥塞端口的帧丢失。

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实验数据记录

端口转发延迟、丢包率和吞吐量这三个指标应选择不少于两种包长进行测试,每轮测试时间不少于30s 。根据RFC2889,我们的延迟、丢包率、吞吐量每个不同包长测 20 次。

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测试结果

根据我们的测试,包长越长延迟越高,吞吐量的大小与包长没有联系,拥塞端口丢帧率不为 0,所以被测设备没有或未开启背压机制,由于非拥塞端口丢帧率等于 0,所以被测设备未出现列头阻塞