1、网络性能及指标概述

网络性能管理是指评价系统资源的运行状况及通信效率等系统性能。网络性能管理的目的是维护网络服务质量（QoS）和网络运营效率。其能力包括监视和分析被管网络及其所提供服务的性能机制，性能管理收集分析有关被管网络当前状况的数据信息并维持和分析性能日志，性能分析的结果可能会触发某个诊断测试过程或重新配置网络以维持网络的性能。

1.1网络性能管理的功能

网络性能管理的功能包括以下几个方面。

1）性能监控

性能监控是对网络工作状态信息的收集和整理，是网络监视中最主要的部分，由用户定义被管对象及其属性。被管对象类型包括线路和路由器；被管对象属性包括流量、延迟、丢包率、CPU利用率、温度、内存余量。对于每个被管对象，定时采集性能数据，自动生成性能报告。

2）阈值控制

可对每一个被管对象的每一条属性设置阈值，对于特定被管对象的特定属性，可以针对不同的时间段和性能指标进行阈值设置。可通过设备阈值检查开关控制阈值检查和告警，提供相应的阈值管理和溢出告警机制。

3）性能分析

对历史数据进行分析、统计和整理，计算性能指标，对性能状态做出判断，为网络规划提供参考。

4）可视化的性能报告

对数据进行扫描和处理，生成性能趋势曲线，以直观的图像反映性能分析的结果。

5）实时性能监控

提供了一系列实时数据采集、分析和可视化工具，用以对流量、负载、丢包率、温度、内存、延迟等网络设备的性能指标进行实时检测，可任意设置数据采集间隔。

1.2网络性能管理的工具

网络性能管理工具主要包括以下几种。

1）网络性能分析测试工具——SmartBits

SmartBits网络性能分析系统为十兆、百兆、千兆、万兆以太网、ATM、POS、光纤通道、帧中继网络的性能测试，以及网络设备的高端口密度测试提供了行业标准。

作为一种强健而通用的平台，SmartBits提供了测试xDSL、电缆调制解调器、IPQoS、VoIP、MPLS、IP多播、TCPP、IPv6、路由、SAN和VPN的测试应用。

SmartBits使用户可以测试、仿真、分析、开发和验证网络基础设施并查找故障。从网络最初的设计到最终网络的测试，SmartBits提供了产品生命周期各个阶段的分析解决方案。

SmartBits产品线包括便携和高密度机架，支持不同技术、协议和接口的模块，以及软件应用程序和脚本。旗舰级SMB-6000B在一个机架中最多可支持96个10/100Mbit/s以太网端口、24个千兆以太网端口、6个万兆以太网端口、24个光纤通道端口、24POS端口或上述端口的任意组合。

2）网络流量检测工具-MRTG

MRTG（Multi Router Traffic Grapher）是一个监控网络链路流量负载的工具软件，它通过SNMP协议从一个设备得到另一个设备的流量信息，并将流量负载以包含PNG格式的图形HTML文档方式显示给用户，以非常直观的形式显示流量负载。

作为目前最通用的网络流量监控软件，MRTG具有以下特点：

• 可移植性；
• 源码开放；
• 高可移植性的SNMP支持；
• 支持SNMPv2c；
• 可靠的接口标识；
• 常量大小的日志文件；
• 自动配置功能；
• PNG格式图形；
• 可定制性。

3）网络性能测试工具-Netperf

Netperf可以测试服务器网络性能，主要针对基于TCP或UDP的传输。Netperf根据应用的不同，可以进行不同模式的网络性能测试，即批量数据传输模式和请求/应答模式。Netperf测试结果所反映的是一个系统能够以多快的速度向另外一个系统发送数据，以及另外一个系统能够以多快的速度接收数据。

Netperf工具以Client/Server方式工作。Server端是Netserver，用来侦听来自Client端的连接，Client端是Netperf，用来向Server发起网络测试。在Client和Server之间，首先建立一个控制连接，传递有关测试配置的信息，以及测试的结果；在控制连接建立并传递了测试配置信息以后，client和server之间会在建立一个测试连接，用来传递特殊的流量模式，以测试网络的性能。

1.3网络性能指标

1）分组转发率

单位时间内转发的数据分组的数量。路由器的分组转发率，也称端口吞吐量，是指路由器在某端口进行数据分组转发的能力，单位通常使用pps来衡量。一般来讲，低端的路由器分组转发率只有几千分组每秒（kpps）到几十分组每秒，而高端的路由器则能达到几十兆分组每秒（Mpps）甚至上百兆分组每秒。

2）信道利用率

一段时间内信道为占用状态的时间与总时间的比值。信道利用率并非越高越好。这是因为，依据排队的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。

如果D0表示网络空闲时的时延，D表示当前网络时延，可以用简单公式D=D0/(1-U)来表示D、D0和利用率U之间的关系。U的值为0~1。当网络的利用率接近最大值1时，网络的时延就趋于无穷大。

3）信道容量

信道的极限带宽。信道能无错误传送的最大信息率。对于只有1个信源和1个信宿的单用户信道，它是一个数，单位是比特/秒。它代表每秒或每个信道符号能传送的最大信息量，或者说小于这个数的信息率必能在此信道中无错误地传送。对于多用户信道，当信源和信宿都是2个时，它是平面上的一条封闭线。坐标R1和R2分别是2个信源所能送达的信息率，也就是R1和R2落在这条封闭线内部时能无错误地被传送。当有m个信源和信宿时，信道容量将是m维空间中一个凸区域的外界“面”。

4）带宽利用率

实际使用的带宽与信道容量的比率。带宽利用率可以表示网络的流量情况、繁忙程度，它是衡量网络状况的最基本参数。带宽利用率的计算公式通常为：

带宽利用率=网络总流量/（理论带宽*时间）

利用率实际上是一个时间段的概念，所以在分析的时候，时间段的选择相当重要。不同的分析需求，时间段的确定是不一样的：分析突发流量，时间越短越好；分析流量趋势，时间应延长。

5）分组丢失

在一段时间内网络传输及处理中丢失或出错的数据分组的数量。数据在Internet上是以数据分组为单位传输的，每分组大小一定，不多也不少。这就是说，不管网络线路有多好、网络设备性能多高，数据都不会是以线性传输的，中间总是有空洞的。数据分组的传输不可能百分之百完成，因为终止原因，总会有一定的损失。碰到这种情况，Internet会自动让双方的计算机根据协议来补分组和重传改分组。如果网络线路好、速度快，分组的损失会非常小，补分组和重传也相对较易完成，因此可以近似地将所传输的数据看作是无损的。但是，如果网络线路较差，数据的损失量就会非常大，补分组工作又不是完全完成的。在这种情况下，数据的传输就会出现空洞，造成分组丢失。

6）分组损失率

在某段时间内在两点间传输中丢失的分组与总的分组发送量的比率。这个指标是反映网络状况最为直接的指标，无拥塞时路径分组丢失率为0，精度拥塞时分组丢失率为1%~4%，严重拥塞时分组丢失率为5%~15%。一般来讲，分组丢失的主要原因是路由器的缓存队列溢出。与分组丢失率相关的一个指标是“差错率”（也称误码率），但是这个值通常极小。

2、网络性能测试类型和方法

2.1网络性能测试的类型

网络性能测试的目的是在不同的负载条件下监视和报告网络的行为。这些数据将用来分析网络的运行状态，并根据对额外负载的期望值安排后续的发展。根据所需要的容量和网络当前的性能，还可以计算与今后项目的发展计划有关的成本。网络性能测试分为以下几个类别：

1）负载测试

负载测试可以理解为确定所要测试的业务或系统的负载范围，然后对其进行测试。负载测试的主要目的是验证业务或系统在给定的负载条件下的处理性能。负载测试还需要关注响应时间、TPS和其他相关指标。

2）压力测试

压力测试可以理解为没有预期的性能指标，不断地加压，测试系统崩溃的门限值，以此来确定系统的瓶颈或者不能接受的性能拐点，以获得系统的最佳并发数、最大并发数。压力测试可以看作负载测试的一种，即高负载下的负载测试。

3）稳定性测试

稳定性测试就是长时间运行，在这段时间内观察系统的出错概率、性能变化趋势等，以期大大减少系统上线后的崩溃等现象。一般持续的时间为N*24小时。稳定性测试注意事项如下：

• 一般稳定性测试需要在系统成型后进行，并且没有严重缺陷存在；
• 场景的设计以模拟真实用户的实际操作为佳。

4）基准测试

基准测试是一种衡量和评估软件性能指标的活动。可以在某个时候通过基准测试建立一个已知的性能水平（称为基准线），当系统的软硬件环境发生变化后再进行一次基准费事，以确定哪些变化对性能有影响。与基准测试相关的配置如下：

• 服务器硬件和服务器数量；
• 数据库大小；
• 测试客户机在网络中的位置；

2.2测试方法

1）客户机

这个系统用于模拟多个用户访问网络，通常通过负载测试工具进行测试，可以使用测试参数（如用户数量）进行配置，从而得到响应时间的测试结果（最少/最多/平均）。负载测试工具可以模拟处于不同层的用户，从而有效地跟踪和报告响应时间。此外，为了确保客户机没有过载，且服务器上有足够的负载，应当监视客户机CPU的使用情况。

2）服务器

网络的web应用程序和数据库服务器应当使用某个工具来监视，如Windowsserver2003monitor（性能监视器）。有一些负载测试工具为了完成这项任务还内置了监视程序。对全部服务器平台进行性能测试的重点在于以下几个方面：CPU，占全部处理器时间的百分比；内存，用字节数和每秒出现的页面错误率表示；硬盘，占硬盘时间的百分比；网络，每秒的总字节数。

3）web服务器

除了“服务器”中介绍的几项之外，所有web服务器还应包含“文件字节/秒”“最大的同时连接数”“误差测试”等性能测试项目。

4）数据库服务器

所有数据库服务器都应当包含“访问记录/秒”和“缓存命中率”这两种性能测试项目。

5）网络

为了确保网络没有成为网络的瓶颈，监视网络以及任何子网的带宽是非常重要的。可以使用各种软件或者硬件设备来监视网络。在交换式以太网中，因为每两个连接彼此之间相对独立。所以，必须监视每个单独服务器连接的带宽。