网络测试第三层网络测试

第三层网络测试《网络测试》课程山东农业大学信息学院计算机系1.第三层测试的必要性2.第三层网络技术概述3.决定第三层网络性能的主要技术指标4.第三层网络性能测试相关RFC文档5.第三层网络性能测试基本方法内容提要任务：将分组（或包）从源主机传送到目的主机解决方法：主机寻址方案：通过分组头部中的源地址和目的主机地址来识别相互通信的计算机，解决不同类型网络之间的主机寻址问题。路由选择功能：确保分组沿着最佳路径从一个网络转发到另一个网络。异构网络互连：提供对异构网络互连的支持，包括硬件接口和通信协议。1.1OSI三层功能概述核心设备：路由器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。1.1OSI三层功能概述三层功能的重要性：关系到整个通信子网的运行控制。网络层提供的包转发和路由处理功能关系到从源主机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。路由器是整个网络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延迟，还会导致包将被丢弃。1.2三层测试的必要性1.第三层测试的必要性2.第三层网络技术概述3.决定第三层网络性能的主要技术指标4.第三层网络性能测试相关RFC文档5.第三层网络性能测试基本方法内容提要注意：封装和拆封过程中的二层和三层地址的对应关系2.1IP协议1.主机1通过ARP协议获得默认网关（即路由器A的E0的MAC地址）。2.主机1将分组封装成以太网帧发送给路由器A的E0端口。2.1IP协议主机1给主机5发送数据3.E0端口分离出IP分组，通过将IP分组中的目标网络号与路由表进行匹配，路由器A将分组从E1端口送出。发送前首先将该IP分组重新按以太网帧的形式进行封装。2.1IP协议主机1给主机5发送数据4.路由器B收到该以太网帧后，通过帧的拆封，得到IP分组，查找自己的路由表，将该分组从令牌环网T0发送至主机5。路由器B以T0口的MAC地址为源地址进行802.5令牌环网帧的封装。2.1IP协议主机1给主机5发送数据具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机路由选择部分（控制层面）、分组转发部分（数据转发层面）2.2路由器的组成1.路由选择部分核心构件：路由选择处理机运行系统软件或路由选择协议定期地交换网络的拓扑结构信息依照拓扑结构动态更新和维护路由表2.2路由器的组成2.数据包转发部分功能：主要是根据控制层面生成的转发表（FIB）转发IP数据包。注意：转发表是根据路由表生成的，其表项和路由表项有直接对应关系，但转发表的格式和路由表的格式不同，它更适合实现快速查找。2.2路由器的组成2.数据包转发部分（1）交换结构作用：根据转发表对来自某个输入端口的数据包进行处理，并使之从一个合适的输出端口转发，以完成输入端口和输出端口之间的互连功能。常用的3种交换结构：总线型交换、共享存储型交换和交叉开关型交换2.2路由器的组成2.数据包转发部分（2）输入端口是物理链路的连接点，也是数据包的接收点。端口通常由线卡提供，一块线卡一般支持4、8或16个端口。每个输入端口都有三个模块，它们分别是对应于物理层、数据链路层和网络层的模块。分组的处理：•如果是路由交换信息——》路由选择处理机•如果是数据——》查找转发表•一个分组未处理完，又到了新的分组，则在输入队列中排队。2.2路由器的组成2.数据包转发部分（3）输出端口从交换结构接收数据包，然后将它们发送到路由器的线路接口卡上。当交换结构传送的数据包的速率超过输出链路的发送速率时，来不及发送的数据包就暂时存放在队列中。2.2路由器的组成决定路由器处理数据包的能力的因素：输入端口的处理速率查找转发表的速率数据包交换的速率输出端口的处理速率主要影响：排队？延时？队列的可用存储空间？丢弃数据包？衡量路由器性能的重要参数是路由器每秒能够处理的数据包数。路由器的处理能力及影响第一代单总线单CPU结构路由器第二代单总线主从CPU结构路由器第三代单总线对称多CPU结构路由器第四代多总线多CPU结构路由器第五代共享存储型结构路由器第六代交叉开关／交换式体系结构路由器第七代多级交换路由器2.3路由器的体系结构路由器必须完成两个基本功能：路由处理和数据包转发处理路由处理：收集网络拓扑信息并动态形成路由表（RIB）数据转发层面：根据转发表（FIB）转发IP数据包RIB与FIB关系：RIB——》FIB，供转发数据包时的快速查找2.4路由器工作原理主要流程：线路输入：IP分组从不同线路到达路由器的线卡接口，线路输入处理部分对它进行信号恢复、译码和CRC校验，放进输入FIFO队列数据存储：将数据送入数据存储器数据包头部分析：取出分组进行分析，主要是三层目的IP地址数据包头部修改：在进入输出队列前，要修改分组头部，包括TTL值减1、更新IP头部校验和、替换二层MAC地址等，——》交给输出FIFO队列线路输出2.4路由器工作原理1.按性能档次分高、中、低端路由器通常按照背板交换能力划分，如40Gbps为高端路由器25Gbps～40Gbps之间中端路由器25Gbps为低端路由器2.5路由器类型2.从结构上分为模块化路由器和非模块化路由器模块就是路由器的背板可以再加一些扩展功能的卡，当路由器某一部分故障，不影响其他部分正常工作，模块化能让路由器有更大的灵活性，让用户能根据实际需求采购模块。非模块就是不能扩展那些卡。模块化结构：中、高端路由器非模块化结构：低端路由器2.5路由器类型3.按所处网络位置划分通常把路由器划分为边界路由器和中间节点路由器边界路由器：用于连接不同网络或自治系统中间节点路由器：用于连接同一自治系统中的不同网段4.从性能上分为线速路由器和非线速路由器线速路由器：完全可以按照传输介质带宽进行分组转发，传输过程没有间断和延时。2.5路由器类型5.从应用划分为通用路由器与专用路由器。6.从功能上划分，可将路由器分为骨干级路由器、企业级路由器和接入级路由器。2.5路由器类型1.第三层测试的必要性2.第三层网络技术概述3.决定第三层网络性能的主要技术指标4.第三层网络性能测试相关RFC文档5.第三层网络性能测试基本方法内容提要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。关注的是路由器基于数据包的数据转发能力。主要考察数据包的转发是否准确、有无丢包、转发延迟多大等。3.1数据传输层面相关的指标吞吐量延迟丢包率背对背时延抖动背板能力系统恢复系统重启3.1数据传输层面相关的指标定义：指在没有丢包的情况下，路由设备能够转发的最大速率。两层含义：保证待转发的每一个包都能够从输入端口准确地转发到适当的输出端口。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。吞吐量的衡量单位：每秒转发的数据包的数量。高速路由器的包转发能力至少应在20包/秒以上。吞吐量整机吞吐量：指设备整机的包转发能力。端口吞吐量：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。整机吞吐量通常小于路由器所有端口吞吐量之和。整机的背板或交换网络是制约整机吞吐量的瓶颈。吞吐量定义：指分组的最后一位比特进入路由器到第一位比特离开路由器的时间间隔。注意：该时间间隔是存储转发方式工作的路由器的处理时间。产生原因：转发数据包时完成的一系列操作，如计算路由、地址解析等需要一定时间。数据包等候处理时需要排队。时延对网络性能影响较大，对高速路由器，在最差情况下，要求对小于1518字节的IP包时延均都小于1ms。延迟丢包率定义：丢包率是指路由器在不同负荷下，由于资源缺少而不能被网络设备转发的数据包在应该转发的数据包中所占的比例。丢包率通常用作衡量路由器在超负荷工作时的性能。丢包率与吞吐量：在吞吐量的范围内丢包率为0，超过吞吐量就会引起丢包。不同负荷指从吞吐量到线速。怎么PING网络丢包率！输入ping。如果出现requesttimeout就说明网络有问题，最后会出现结果显示丢包率。用Ping测量丢包的最佳方法是向一个IP地址发送大量的Ping命令，然后检查没有应答的那些Ping命令。如：快速地发出了50次Ping命令，（Ping–n50）检查没有没有应答的次数，并把没有应答的次数作为丢包。没有应答的次数超过5%可能就值得担心了。0%PacketLoss真实的故事-IPTV业务（无丟包）采用思博伦通信Anue模拟丟包0.5%PacketLoss真实的故事-IPTV业务（0.5%丟包）采用思博伦通信Anue模拟丟包5%PacketLoss真实的故事-IPTV业务（5%丟包）采用思博伦通信Anue模拟丟包含义：指的是在一段较短的时间内，以合法的最小帧间隙在传输媒介上连续发送固定长度的包不引起丢包时的包数量。被测试设备在某个速率下能转发的最长的连续包数目。该指标用于测试路由器缓存能力。如果路由器具备线速能力（即对于吞吐量=100%线速的路由器来说），该指标为无限大，则测试没有意义。背对背含义：指时延的变化。例如，语音本是连续的信号，在将分组数据从主机A发送到主机B的过程中，由于分组传输路径不同，每个路径的长短和数据流量各不相同，造成了分组到达接收端的时间有所不同，这样在接收端回放的语音变得时断时连。数据业务对时延抖动不敏感，所以该指标通常不作为衡量高速路由器的重要指标。对时延抖动敏感的业务，如语音、视频，该指标才有测试的必要性。时延抖动背板能力背板：背板指输入与输出端口间的物理通路。背板能力决定了路由器的吞吐量。背板能力是路由器的内部实现，传统路由器采用共享背板，但是应用于高性能路由器时不可避免的会遇到拥塞问题，其次也很难设计出高速的共享总线，所以现有的高速路由器一般采用可交换式背板的设计。但是背板能力只能在设计中体现，一般无法测试。定义：路由设备从超载行为状况下恢复到正常转发状态的行为特征，主要表现为系统恢复速度的快慢。从丢包——》不丢包路由设备必须具有高可用性，在出现软件崩溃或负荷超载等非致命问题的情况下，系统应该能够自动实现系统恢复，并且系统恢复时间应尽量短。系统恢复系统重启时，路由器不能正常工作，会引起数据包的丢失。这段设备不可用的时间长短对于评估设备的性能优劣相当重要。系统重启时间越小，即因电源开关或系统重置而产生的等待时间就越小，网络的丢包也就越少，由此产生的网络不可用时间也就越短。系统重启控制层面侧重考虑的问题因网络类型的差异会有所不同。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：还应该考查路由表项大小是否满足、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。主要指标：路由震荡路由表容量路由收敛时间等3.2传输控制层面相关的指标1.第三层测试的必要性2.第三层网络技术概述3.决定第三层网络性能的主要技术指标4.第三层网络性能测试相关RFC文档5.第三层网络性能测试基本方法内容提要RFC1242、RFC2544、RFC2285、RFC2889、RFC2328、RFC3222等RFC1242概述为网络互连设备的基准测试定义了基本术语和概念。背靠背、恒定负载、数据链路帧大小、丢帧（包）率、帧间空隙、延迟、重启行为、吞吐量等。4第三层网络测试相关RFC文档RFC2544概述通常被称为网络测试的“圣经”对网络二层到七层性能的衡量都有着重要指导作用最主要内容是6个基准测试吞吐量（Throughput）丢包率（PacketLossRate）延迟（Latency）背对背（Back-to-back）系统恢复（Systemrecovery）重启（Reset）4第三层网络测试相关RFC文档1.第三层测试的必要性2.第三层网