測試分析網絡傳輸負載

北京 李晨光

網絡測試需求分析

隨著企業各種信息系統相繼投入使用，生產、管理信息逐步增加，企業網絡規模迅速擴大，信息城域網承受著空前的壓力，網絡帶寬嚴重不足，網絡系統傳輸丟包、設備死機情況頻頻發生。為深入了解公司網絡系統的運行情況和負載分布，我們對網絡系統進行了一次全面的測試分析。

網絡狀況

公司大樓內計算機網絡主干采用ATM網絡技術，骨干帶寬155Mbps。整個信息網絡系統主要分為3個層次，即核心交換層、遠程子網層和用戶接入層。核心交換機BH5000 共2 臺，BCN/BLN路由器2臺，負責全網所有系統數據的交換傳輸。骨干交換機Centil-lion100共10臺，負責本地區所有系統數據的上傳下達。接入層交換機60 余臺，主要使用BAY 300 系列以太10Mbps交換機。各種類型服務器50余臺，接入網絡的PC數量超過1500臺，分別劃入30個VLAN中。網絡中運行了OA、MIS、WWW、E-mail、自動化、防病毒、視頻點播等十多個應用系統。

網絡測試分析

近年來，公司內部企業網絡中應用系統和用戶數量一直快速增加，網絡帶寬成為限制信息化應用的瓶頸。為了掌握計算機網絡中數據的確切流量，工程技術人員從多方面對公司計算機城域網進行了測試。

測試分析后，技術人員對公司所有應用系統的使用人數、網絡帶寬需求進行統計和估算：目前公司計算機網絡中各信息系統正常運行時對帶寬總需求達到536Mbps左右。隨著信息化技術在企業內更廣泛和深入的應用，企業自動化應用系統數量和用戶規模都在迅速增加，為保證各個系統都能正常運行，網絡帶寬也必須隨之提高。

網絡流量測試

測試目的

通過網絡流量測試，獲得網絡的使用情況（利用率、碰撞、錯誤幀及廣播4 大參數），對網絡物理層及數據鏈路層的健康狀況進行評估。

測試工具

測試工具為FLKE OptiView、EtherPeek NX、“北塔_BTNM”網管軟件和MRTG。

測試內容

對骨干鏈路長期記錄流量取平均值與正常工作時間檢測實時流量進行對比測試。使用MRTG對核心交換機進行1個月的流量統計（上班時間的上午8:00—12:00，下午14:00—17:30），測試骨干鏈路流量及平均利用率。對測試數據取總流量的平均值為142584242821（bytes）×8/7.5（上班時間）/3600（s）=42.2 Mbps（平均網絡流量），則平均網絡利用率為27.2%（42.2/155）（如圖1所示）。

測試數據分析

當前網絡利用率與根據數據統計的利用率相符，并一直居高不下。錯誤及碰撞為0，廣播只占了0.03%，說明網絡上存在的都是正常流量，并沒有大量的廣播及錯誤引起的網絡利用率高的現象出現。

某一天兩個骨干結點之間流量的分布中，上班時間內的最低流量出現在早上8點，大約為20Mbps，高峰時間流量出現在上午10點與下午17點，最高達到61Mbps。上午10點以后，數據流高峰引起設備轉發阻塞，造成骨干鏈路中斷，11：05后才恢復正常。

網絡負載壓力測試

測試目的

網絡的實際傳輸速率同網絡設備的性能、鏈路的質量、終端設備的數量、網絡應用系統等因素有很大關系。通過網絡壓力測試，可以在一定程度上評估網絡設備之間的實際傳輸速率及交換機、路由器等設備的轉發能力。通過專用網絡測試設備模擬網絡流量，人為增加網絡負載，與此同時對網絡的各種流量參數進行統計、分析，計算網絡負載性能的分析數據。同時與流量分析的結果比較，可以比較出目前網絡的總體狀況。

測試工具

測試工具為Fluke OptiView、ping和EtherPeek NX。

測試內容

避開工作時間，在網絡中心和另外一個骨干結點間的網絡鏈路進行壓力測試。測試時當前網絡流量為10Mbps左右，測試協議為IP，包大小選擇為768byte。

（1）在此鏈路增加負載35Mbps壓力，使用ping工具檢測發現開始丟包。

（2）對此鏈路增加50Mbps壓力測試，ping檢測鏈路不通。

（3）在鏈路上增加30Mbps廣播包壓力測試，模仿“蠕蟲”等病毒發作時對網絡的沖擊，此時檢測到鏈路中斷。

測試數據分析

在ATM骨干鏈路上增加模擬流量35Mbps壓力，加上測試時鏈路上已有的10Mbps流量，網絡總流量達到45Mbps，這時網絡開始丟包。而根據第1項測試的結果，骨干網絡實際平均流量為42.2Mbps，這驗證了平時骨干鏈路ping丟包情況。在模擬流量增加到50Mbps的時候（實際流量為60Mbps），骨干鏈路從嚴重丟包到完全中斷。網絡實際平均利用率為27.2%，此項測試驗證了在骨干鏈路負載38%（60/155）左右會造成全網中斷。如果網絡中存在“蠕蟲”等病毒沖擊，形成大量類似廣播包流量，網絡負載到達40Mbps左右，即ATM骨干鏈路利用率達到26%（40/155）就會引起網絡的中斷。

需要說明的是，基于CSMA/CD機制的以太網絡實際利用率沒有一個固定的標準，一般說來在40%～70%，而我們公司的ATM網絡利用率達到38%就會阻塞。

網絡協議分析

測試目的

了解目前網絡中應用協議的種類及每種協議所占的比例，可以清楚地反映出網絡上在傳輸的應用系統及所占的百分比。

測試工具

測試工具為Fluke OptiView和EtherPeekNX。

測試內容

抓取網絡正常時的IP、TCP、UDP協議分布圖。

（1）網絡骨干鏈路測試；

（2）互聯網出口測試。

測試數據分析

在局域網中應用系統多的特點非常明顯，基于HTTP、FTP、Oracle、SQL Server、Lotus Notes等TCP協議的應用排在了前幾位，這幾個協議共占據了TCP協議的80%左右，UDP協議以RealAudio視頻服務為主，占據了80%協議數據量；互聯網出口協議數據量中TCP則以HTTP協議為主，僅此1 項就占據了總出口流量的80%以上，UDP協議數據量則是以DNS、SNMP和RealAudio為主。

應用系統測試

測試目的

模擬單個用戶在理想狀態下與服務器通信，通過抓取分析客戶端數據流入流出的情況，得出一個用戶正常使用某一系統時的網絡帶寬要求，從而計算出公司各種信息應用系統服務器和所有用戶正常使用網絡服務所需要的總帶寬。

測試工具

測試工具為EtherPeek NX。

測試條件

（1）服務器的處理能力足夠強，服務器端網絡帶寬足夠大，不能讓時間瓶頸出現在服務器上。

（2）抓包軟件的緩沖區域足夠大。

（3）測試線路足夠好。

測試環境

（1）將單臺客戶端計算機連接到服務器所在網段，模擬單個用戶獨享服務器，避免跨網段流量對測試影響。

（2）測試時間：均為晚上，避開網絡使用高峰期，對服務器沒有任何壓力。

（3）測試地點：公司中心機房內，測試線路足夠好，客戶端與服務器在同一網段，并且同在千兆交換機上。

測試結論分析

根據多方面測試數據，分析了在大型企業信息化應用環境下企業網絡中數據流量的構成，各種數據流對網絡和通道的影響。綜合分析可得出以下結論。

（1）網絡實際平均利用率與目前設備能承受的利用率相比只差11 個百分點，在網絡高峰時期的流量會高出目前設備能承受的流量，即網絡使用處于高峰時間段內，會造成網絡中斷，在病毒爆發等特殊情況下網絡會隨時中斷，測試結論與實際運行情況完全相符。

（2）ATM與IP通信傳輸模式不同，計算機與服務器之間的數據傳輸遵循IP協議，在通過ATM骨干網絡傳輸時，要進行2次數據包的拆卸封裝過程，增加了傳輸延時，降低了網絡實際使用帶寬。因此得出結論：由于與SDH通信網傳輸模式不同，IP數據通過SDH傳輸網傳輸數據時需要在設備上增加POS接口模塊進行數據格式轉換，這必然造成傳輸延時，同時增加故障點，增加網絡建設成本，降低IP數據網絡的實際應用帶寬。因此在企業內建設千兆以太城域網絡時，骨干設備間最好采用獨立光纖進行連接。

（3）企業網絡中的應用系統越來越多，并且一個終端用戶可能會同時使用多個網絡服務（如同時下載文件、打開視頻會議和OA等）。現在個人PC的網卡帶寬已經達到1Gbps，這意味著每個終端用戶需要和服務器之間同時建立更多、更快的信息鏈路，這些鏈路要求共享更高的傳輸帶寬。目前建設和改造的骨干網絡應至少保證千兆帶寬，并要具有對各種系統應用的QoS質量保障，那些因網絡“瓶頸”而造成的數據傳輸速度慢、應用系統反應遲緩、處理效率低等現象才會得以消除。

（4）對網絡利用率的測試分析方法同樣可以應用在純以太網絡中，例如對新建千兆以太網絡可以應用本方法進行分析，從而獲得網絡實際利用率及各種協議占有率，更科學有效地保證企業信息化系統的安全運行。

公司網絡系統聯網用戶數量在2006年初達到1500個，根據公司自動化系統應用情況，預計到2010年用戶數量將達到25000個，各類應用系統數量達到30個左右。IP電話、多媒體交互、海量數據庫存儲等高帶寬需求系統也將應用到公司信息化系統中，網絡數據流量越來越大，企業骨干網對傳輸速率也有了更高的要求。

隨著萬兆技術的成熟應用，可以方便地對千兆以太網絡進行升級，用萬兆以太網作為整個網絡的基礎，以太網可以覆蓋的距離更長，支持的帶寬更多，提供更低的網絡時延、足夠的帶寬保證各種數據流的實時傳送，并在LAN、MAN和WAN中使用以太網技術實現端到端的連接。