思博伦三层以太网网络测试报告Word格式文档下载.docx

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此外，为了确保多条网络路径上的流量平衡网络层还要提供拥塞控制功能。

从分层模型的角度出发OSI模型的第三层关系到整个通信子网的运行控制，作为端到端通信的最低层，网络层所能提供的包转发和路由处理功能关系到从源到目标主机的数据可达问题，直接影响到整个网络的通信质量。

实现第三层功能的路由器是整个网络的互连环境中最关键的设备，是整个网络的交通枢纽。

如果第三层设备在处理包时出现了问题不仅会引入传输问题和传输时延，还会导致包将被丢弃。

因此对网络层进行测试是整个网络测试中必不可少的组成部分。

1.2三层网络传输的主要设备

本次实训，在三层传输过程中的主要设备是路由器或者三层交换机。

路由器可以支持各种异构网络的互连，实现不同网络主机之间的通信。

路由器根据数据分组中的目的网络地址为经过路由器的每个包寻址一条到达下一跳节点的最佳传输路径。

三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。

对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。

三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。

传统交换技术是在OSI网络标准模型第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路由功能，又可根据不同网络状况做到最优网络性能。

1.3三层网络测试的任务

三层网络的最主要功能是提供路由处理和包转发处理，因此路由处理性能和包转发处理性能对路由器来说是至关重要的。

对于不同级别的路由器，要求实现的功能以及达到的性能会有所不同。

总体来看随着网络的发展网络的拓扑结构日趋复杂，通信流量不断增加对路由器的路由处理能力和包转发能力的要求也越来越高。

由于路由器的控制层面和数据转发层面对路由器的性能有着不同的影响，故数据转发层面和控制层面的性能度量指标都至关重要。

包转发是指将包从路由器输入端口转发到输出端口的过程。

在数据转发层面关注的是路由器基于包的数据转发能力主要考查包的转发是否准确、有无丢包转发时延多大等。

包转发能力主要受路由器交换结构的有效带宽和转发部分的处理速度影响。

在数据传输层面用于衡量路由器性能的主要技术指标有吞吐量、丢包率、时延、背对背、系统恢复和系统重启等。

第2章测试仪器介绍及测试目的

2.1测试设备

（1）思博伦：

型号：

SPT-2000/2000HS，24个千兆端口或16个万兆端口，在一个便携机箱；

模块热可插拔；

千兆背板用于控制和结果。

（2）（Cisco）WS-C3560V2-24TS-S24口百兆三层交换机，每个10/100端口上的检测功能可以检测到所连设备的速度，并自动的将端口设为10或100Mbps，从而可以在混有10和100Mbps的环境中简化交换机的部署。

另外，所有端口上的自动协商功能可以自动的选择半双工或者全双工传输模式，以优化带块。

2.2测试目的

测试是网络工程中至关重要的一个步骤，测试结果能够表明网络设计方案满足用户业务目标的程度。

任何网络系统都可能发生一定程度的故障，对网络进行维护管理的过程就是对一个给定的网络系统加以日常故障检测、隔离及排除故障的过程。

网络测试是指以科学的方法，通过测量手段、工具，取得网络产品或正在运行网络的性能参数和服务质量参数，这些参数包括可用性、差错率、吞吐量、时延、丢包率、背对背帧、系统恢复、连接建立时间、故障检测和改正时间等。

在网络规划的初期，到网络建成整个过程中都要对网络进行模拟、分析、排错、改进、及对网络运行的效果进行测试。

本次实训我们通过使用思博伦TestCenter完成对三层网络的测试，主要关注的是路由器基于数据包的数据转发能力，包括数据包的转发是否准确、有无丢包、背对背帧、系统恢复、转发时延等项目的测试。

第3章测试指标及测试方法

3.1测试指标

3.1.1数据转发层面相关指标

（1）吞吐量

吞吐量测试的目的，就是找到在没有丢包的情况下路由器能够转发的最大速率。

零丢包是判定吞吐量的唯一标准，除了零丢包以外再也没有公认的标准。

吞吐量是描述路由器性能优劣的最基本参数，路由设备说明书性能测试文档中都包含该参数。

吞吐量是指在没有丢包的情况下，路由设备能够转发的最大速率。

它包含两层含义：

第一是保证待转发的每一个包都能够从端口准确地转发到适当的输出端口；

第二是被测设备在不丢包的前提下，单位时间内能够转发的最大包数量。

路由器的工作在于根据IP数据包头部选路由。

因此从吞吐量的衡量单位是每秒转发包的数量。

根据测试粒度的不同，吞吐量又分为以下几种：

●整机吞吐量：

反映背板或者交换网络的能力，整机吞吐量指设备整机的包转发能力，是设备性能的重要指标。

整机吞吐量通常小于路由所有端口吞吐量之和。

●端口吞吐量：

反映端口和线卡的能力，指路由器在某端口上的包转发能力。

通常采用两个相同速率端口进行测试。

一般端口吞吐量与端口所占的位置及端口间的关系相关。

例如，同一插卡上端口间测试的吞吐量与不同插卡上端口间的吞吐量值不同。

（2）丢包率

丢包率是指路由器在稳定负载的状态下，由于缺乏资源而不能被网络设备转发的包占所有应被转发包的百分比。

丢包率的衡量单位是以字节为计数单位，计算被落下的包字节数占所有应该转发的包字节数的百分比。

丢包率主要反映网络设备在超负荷运转情况下的性能。

丢包率与吞吐量密切相关，从吞吐量的定义，知道在吞吐量的范围内丢包率为0，超过吞吐量就会引起丢包。

尽管网络吞吐量在不断提高，但网络应用发展更加迅速对带宽的需求仍然比较紧张，再加上效益与投资的关系网络超负荷运行的情况总是存在的，超负荷必然会引起丢包。

丢包率主要反映网络设备在超负荷运转情况下的处理策略。

根据作用的不同，帧可以划分为多种类型如数据帧（包）、学习（包）帧、路由更新（包）帧和管理帧（包）等。

网络设备应该采用合适的丢弃策略，尽量确保关健帧（包）和重要帧（包）的顺利传输。

例如，那些可能导致大量数据帧无法交换从而引起更大的丢包率的某个关健的路由信息帧（包）和那些具有QoS的应用数据帧都不能被丢弃需要及时转发。

丢包不可以确定路由设备在不同的帧长度和负载下的性能状况，有助于确定设备的使用场合。

例如，某路由设备可能具有最大理论带宽90%的的吞吐量，但是在负载达到92%时性能退化为不可接受该被测设备不能满足需要。

（3）时延

时延是指包的第一个比特进人路由器到最后个比特离开路由器的时间间隔，又叫延迟。

时延的衡量单位是足以区分两个事件的时间单位。

路由器时延的产生主要有两个原因：

一是转发包时完成的系列操作，如计算路由、地址解析等需要一定时间；

二是包等候处理时，在路由器的输人端口和输出端口的缓冲队列中排队所产生的延时。

因此，时延等于以存储转发方式工作的路由器的处理时间，它反映了路由设备执行转发的速度以及转发队列的处理情况。

时延对网络性能影响较大。

在当今的网络中，除了大量的数据外，还有大量的语音、图像和视频等，后者是对时间极为敏感的网络应用，它们要求整个网络的时延要小，时延抖动要尽量低，因此时延对路由器和网络未来的应用前景有着巨大的影响。

通常，作为高速路由器在最差情况下，要求对1518B及以下的IP包时延均小于1ms。

（4）背对背

背对背指的是在一段较短的时间内，以合法的最小帧间隙在传输介质上连续发送固定长度的包而不引起丢包时的包数量，IEEE规定的以太网的帧间隙的最小帧间隙为96比特。

该指标用于测试路由器缓存能力。

对于吞吐量为100%线速的路由器来说，该指标值为无限大。

背对背测试通过向被测设备发送具有合法最小帧间隙的突发包，确定被测设备在不丢包的情况下，能够处理的最大包数目，以考查被测设备口对于突发数据的缓存能力。

具有不同类型的缓存区及分配策略的被测设备例如共享缓存区结构输入、缓存区结构输出缓存区结构和其他缓存区结构必然具有不同的背对背的值背对背的值越大，被测设备的缓存能力就越强。

背对背测试与吞吐量测试都反映了被测设备的数据包转发能力但二者的测试压力不同，吞吐量测试重在转发引擎的转发能力，而背对背测试重在接口缓存能力。

当被测设备吞吐量不能达到最大理论值时有必要进行背对背测试尤其是必须传输对丢包很敏感的传输流（如视频流）的网络对被测设备进行背对背测试是非常有必要的。

3.1.2控制层面相关的指标

包转发完成情况的好坏在很大程度上受到控制层面的影响，控制层面侧重考虑的问题因网络类型的差异也会有所不同。

对于小型网络。

重点考虑路由协议类型的选择；

对于大型网络，特别是有独立自治域号的网络，在路由协议类型满足要求的情况下，还应该考查路由表项大小是否满足、域间路由协议相邻作点的连接数目是否满足、路由表项更新速度如何、路由更新时对数据通道上的处理有无影响等。

因此与传输控制层面有关的指标主要有路由振荡、路由表容量、路由收敛时间等。

3.2RFC2544

RFC2544的最初目的是为网桥和路由器的基准测试提供方法，但随着网络技术的发展，其所提供的通用测试理论和方法对网络2-7层性能的衡量都有着重要指导作用，RFC2544不仅适用于目前几乎所有的2-3层设备和网络的测试，如交换机路由器防火墙VPN等，也适用于各种类型和拓扑的网络。

因此在业界RFC2544通常被称为网络测试的圣经。

RFC2544的核心内容分为测试设置、帧格式与长度和基准测试3大部分。

RFC2544的最主要内容是，基准测试它从测试目标测试过程和测试报告格式等方面，详细描述了下列4个性能的基准测试：

●吞吐量（Throughput）

●丢包率（PacketLossRate）

●时延（Latency）

●背对背（Backtoback）

3.3测试方法

3.3.1吞吐量的测试方法

在每轮吞吐量测试中，以某个特定的速度发送测试帧，并对被测试设备（DUT）转发的帧数进行统计。

如果接收到的帧数比发送的帧数少则下一轮测试的帧速率应降低，否则下一轮测试的帧速率应提高。

最常用的吞吐量搜索算法是二分搜索法。

利用二分搜索算法测试只需设置初始帧速率（或负荷百分比）最小速率和最大速率，即可后续测试的帧速率会根据本轮测试的结果计算得到。

如果在本轮测试时出现丢帧则下轮测试的速率为当前速率与最小速率间的中值，否则下轮测试的速率为当前速率与最大速率间的中值。

在当前测试与前次测试的帧速率之间小于或等于设置的精度时测试结束。

初始帧速率可以取理论最大传输速率的某个百分比，也可以通过前个测试案例的结果加以适当调整获得。

吞吐量与帧的大小有关，在测试过程中要考虑各种帧尺寸的情况。

RFC2544对以太网测试帧大小的建议为64B、128B、256B、512B、1024B、1280B、1518B，由于包丢失是个随机过程为使测量结果尽量接近路由器的实际性能测试时，要持续较长的时间，重复多次测量，建议吞吐量测试应该每次持续60S以上。

3.3.2丢包率的测试方法

丢包率的测试目的是确定DUT在不同负载和帧长度的情况下的丢包率。

在稳定负载下，由于网络资源缺乏，应该正确转发而没有转发的包占接收包的百分比就是丢包率。

实际的测试方法，是以一定的发送速率向DUT发送一定数量（X）的包，并统计被DUT转发的包的数量（Y），如图3-1所示，丢包率由计算公式得到：

（（发送包的数量X-接收包的数量Y）*100）/发送包的数量

由于丢包率测试主要考虑DUT在超负荷情况下的异常行为，包括包的丢失、重发、乱序和错发，因此用于测试的帧需要编号，判断可以出现各种不同情况下的异常情况。

在统计接收到的帧数时，帧的重发和乱序不能算作丢失，但不能重复统计重发帧、丢包率。

测试主要关心的是设备的整体性能和在某具体应用中的行为。

为了反映被测设备在超负荷情况下的实际运行情况真实反映被测设备丢包率情况可以采用3种方式进行测试：

（1）一对一端口发送和接收，DUT个端口接收到的数据经另个端口转发。

（2）部分网状多对一端口测试，DUT多个端口接收到的数据都由个端口转发。

（3）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个端口。

丢包率与包长度以及包发送速率相关，实际测试时负载的范围应介于吞吐量和最大传输速率之间，在测试前首先要获得特定帧格式、帧大小和所用介质的理论速率。

根据DUT是否已知吞吐量的情况，可选择下列两种不同的测试过程：

（1）吞吐量未知的情况下，在第一次的测试中应该以与测试帧长相对应的100%的最大传输速率（MaximumFrameRate）发送一定数量的帧，并计算丢包率。

接下来使用最大传输速率的90%，之后用80%，以此类推直到在整个测试序列当中出现两个连续的测试没有出现丢包为止。

传输速率最大的测试步长是最大传输速率的10%，建议小于10%，鼓励使用更合适的步长来进行测试。

（2）如果事先已经测试得到吞吐量，则可在测试时将吞吐量设为最低负载，然后逐渐增加到最大负载，观察丢包的情况。

由于丢包是个随机行为，因此每个测试案例都要发送定数量的帧，建议发送的持续则间最短为60S。

3.3.3时延的测试方法

时延是衡量路由器性能的又一重要指标，时延测试是基准测试的重点，也是基准测试中最难测的指标。

时延测试的目的是，确定数据包经过DUT传输所需要的时间，反映DUT执行转发操作的速度以及转发队列的处理情况。

时延越小说明路由器处理数据包的速度越快。

依据时延的定义，时延测试是以报文为单位进行的时延是指网络设备对一个报文的时延，所以从理论上时延测试必须测得以下两个参数：

（1）输入帧的最后位到达输入端口的时刻。

（2）输出帧的第一位出现在输出端口的时刻。

但是，通过测试直接得到这两个参数在工程实现上是非常困难的，因为在个测试流中，每个帧的开始标志和结束标志都是相同的，通过记录输人帧的最后一位到达输入端口的时刻和输出帧的第一位出现在输出端口的时刻，来计算时延，几乎是不可能的。

考虑到网络报文是个不可分割的整体，整个报文的时延是和报文中任意位的时延是相等的，引人了标记帧方法来测试时延。

通过在报文中特定位置加人特殊标记（Tag），将记录输入帧的最后一位到达输人端口的时刻和输出帧的第一位出现在输出端口的时刻，转化为记录网络设备接收带有标记的帧的时间和发送带有标记的帧的时间，从而使时延测试变得简便可行。

也就是说网络设备的时延是由测量带有标记的帧的时延得到的。

为此必须要求带有标记的帧不能在传输过程中丢失，并且被转发的时候网络设备应该已经工作在稳定状态，即带有标记的帧不要出现在测试流的开始处，因为网络设备进入稳定工作状态需要定的时间。

测试方式如图3-2所示。

性能测试

被测设备

标示tag

图3-2延迟测试示例

3.3.4背对背的测试方法

随着网络规模的扩大和网络设备的增加，大量的路由更新消息、频繁的文件传送和数据备份等操作都会导致数据在一段时间内急剧增加，甚至达到该物理介质的理论速率。

为了描述此时路由器的表现，就要进行背对背的突发测试。

背对背测试通过向被测设备发送具有合法最小帧间隙的突发包，确定被测设备在不丢包的情况下能够处理的最大包数目，以考查路由器接口对于突发数据的缓存能力。

背对背测试与吞吐量测试都反应了数据包的转发能力，但是二者的测试压力不同，吞吐量测试注重在转发引擎的转发能力，而背对背测试注重在接口缓存能力。

当路由器吞吐量不能达到最大理论值时，有必要进行背对背测试。

在每轮背对背测试中，以最大帧速率向DUT传送特定数目的测试帧，并统计DUT转发的帧数。

如果出现帧丢失，则减少帧数量（或测试持续时间）。

重复上述的测试过程，直至找到没有丢失帧时的最大帧数。

最常使用的算法是二分搜索算法，设置测试用的初始帧数、最大帧数、最小帧数和精确帧数。

首轮测试使用初始帧数。

如果某轮测试时出现丢帧，则下轮测试的帧数为当前帧数与最小帧数之间的中间值；

否则轮测试的帧数为当前帧数与最大帧数之间的中间值。

当当前帧数与上轮测试的帧数之差小于或者等于指定的精确帧数，则停止测试。

背对背的值是指DUT没有丢失数据包时，转发的最大突发数据包的数目，是为了保证足够的数据包数目，发送具有合法的最小帧间隙的突发数据包的持续时间必须大于等于2S，并且测试应该至少进行3次最终取平均值作为测试报告的数据。

第4章测试拓扑结构及测试步骤

4.1测试拓扑结构

我们使用交换机的四个端口将四个端口划分为四个VLAN，四个VLAN分别为10,20,30,40，四个网段为192.168.11.0；

192.168.12.0；

192.168.13.0；

192.168.14.0；

划分的拓扑结构如图4-1所示，具体的步骤命令如图4-2，图4-3所示。

图4-1VlAN划分

图4-2交换机VLAN配置

图4-3交换机VLAN配置结果

通过使用思博伦设备我们将实验的整个拓扑的布局设置成如图4-4所示。

由思博伦设备模拟出50台主机向被测设备，采用一对一和多对一的模式发送数据包，测量被测设备的吞吐量，丢包率，延时以及背靠背等相关指标。

图4-4第三层地址学习

4.2实验步骤

（1）使用SpirentTestCenter图形用户界面（GUI）管理硬件机制及板块、控制测试的进程等，使用ResultsReporter软件查看测试结果，生成专业的测试报告。

软件安装后显示如图4-5所示。

图4-5GUI软件

（2）运行测试软件。

完成相应计算机IP的配置。

运行测试仪终端应用程序SpirentTestCenterApplication软件，填写测试设备的地址并连接测试设备。

（3）端口预定。

连接测试设备成功后，从窗口中选择ConnecttoChassisReservePorts，然后选择AddChassis按钮。

弹出SelectPort（选择端口）窗口，从中选择之前已经连接好的四个以太网端口，注意被预定端口的状态是Available（可用的）。

另外在AddDefaultTraffic处选择L3（三层网络测试），单击OK按钮，如图4-6所示。

图4-6端口的选择

（3）配置端口并开始测试。

端口预定成功后，回到主界面。

在左边的导航栏中点击AllPort选项，之后为每个端口选择协议，配置IP以及测试数据的封装格式等，显示如图4-7所示。

图4-7端口的配置

端口配置成功后，在导航栏中选中AllSteamBlock选项，为发送的数据包配置相应的发送方式，负载最大值，负载最小值，帧长度，持续时间以及测试次数等，显示如图4-8所示。

图4-8选择发包方式

端口流模块配置成功之后，就可以开始进行测试，显示如图4-9所示。

图4-9开始测试示例

（4）开始测试之后，会有相应数据的产生。

如果应用标准进行测试，软件则会自动保存测试的数据并在ResultsReporter软件中打开；

如果没有应用标准的话，自己可以在工具栏中选择SaveResult选项对数据结果进行保存。

4.2.1吞吐量

软件配置包括测试仪端口配置、主机配置和向导（Wizard）设置部分。

其中向导功能除了提供本测试相关的测试拓扑和测试流配置外还提供了与本测试相关的负载、测试帧长、测试时长、测试次数等主要测试参数的配置界面。

三层网络中对吞吐量的测试可以用RFC2544标准进行测试。

（1）连接好测试设备，并预定好端口后，在测试窗口的工具栏选择Wizard（向导），之后选择RFC2544标准中选择进行ThroughputTest（吞吐量）进行测试，点击next按钮，如图4-10所示。

图4-10选择测试指标

（2）接下来是端口的添加与配置。

选择已连接好的所有端口—>

选择以太网端口类型—>

不选择任何协议—>

选择封装包的类型为IPv4。

这些选择都是端口配置的默认选择。

（3）为端口设置主机地址和网关。

如图4-11所示，因为我们之前配置的4个vlan划分的网段分别是192.168.11（12/13/14）.0，所以IPv4的主机地址选择192.168.11.2，默认IPv4网关是192.168.11.1，步长是0.0.1.0。

（4）接下来，我们选择为每一个端口模拟50台设备，所以4个端口一共有200台设备。

图4-11配置主机地址和网关

（5）接下来为端口配置数据包的相应值。

首先选择数据包的接收端口，我们选择用多对一的方式测试吞吐量，所以设置如图4-12所示，由端口1，端口2，端口3共同向端口4进行发包，端口4接收来自其他三个端口的数据包。

图4-12配置三对一的发包方式

（6）接下来配置测试选项，在测试吞吐量时选择默认选项即可。

（7）然后就是测试吞吐量时配置的重点参数，包括测试的次数，每一项测试持续的时间值，寻找吞吐量的方式，设置初始负载的最小值，最大值，设置帧大小等等。

设置结果如图4-13所示。

图4-13配置吞吐量的相应指标

（8）至此，吞吐量的实验步骤已经配置完成，接下来就可以进行测试。

4.2.2丢包率

（1）丢包率的测试需要在选择SelectTest时选择FramelossTest（丢包率）选项即可，之后配置步骤与之前一个测试指标基本一样，在此就不再赘述。

（2）最后说明一下测试丢包率时配置数据包流块的重点参数，包括测试的次数，每一项测试持续的时间值，设置初始负载的最小值，最大值，步长值，设置帧大小等等。

设置结果如图4-14所示。

图4-14配置丢包率的测试指标

4.2.2时延

（1）需要在选择SelectTest时选择LatencyTest（时延）选项即可，之后配置步骤与之第一个测试指标基本一样，在此就不再赘述。

（2）重点说明一下测试时延时配置数据包流块的重点参数，包括测试的次数，每一项测试持续的时间值，设置初始负载取值，设置帧大小等等。

设置结果如图4-15所示。

图4-15配置时延的测试指标

4.2.4背靠背

（1）需要在选择SelectTest时选择BackToBack（背对背）选项即可。

之后配置步骤与之第一个测试指标基本一样，在此就不再赘述。

（2）特殊说明一下测试背对背时配置数据包流块的重点参数，包括测试的次数，每一项测试持续的时间值，设置初始负载最大值，最小值，步长值，设置帧大小等等。

设置结果如图4-16所示。

图4-16配置背对背的测试指标

当测试在运行时可以通过两种不同的方式查看测试结果，一是通过SParenttestcenterapplication主界面下方的ResultsBrowser（结果浏览器）查看实时事件与统计结果；

二是通过系统提供的一个称为ResultsReporter（结果报告器）的应用程序该报告