Netperf

Netperf概况

　　Netperf是一种网络性能的测量工具，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（bulk data transfer）模式和请求/应答（request/reponse）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与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与server之间会再建立一个测试连接，用来来回传递着特殊的流量模式，以测试网络的性能。

编辑本段TCP网络性能

　　由于TCP协议能够提供端到端的可靠传输，因此被大量的网络应用程序使用。但是，可靠性的建立是要付出代价的。TCP协议保证可靠性的措施，如建立并维护连接、控制数据有序的传递等都会消耗一定的网络带宽。

　　Netperf可以模拟三种不同的TCP流量模式：

　　1） 单个TCP连接，批量（bulk）传输大量数据

　　2） 单个TCP连接，client请求/server应答的交易（transaction）方式

　　3） 多个TCP连接，每个连接中一对请求/应答的交易方式

编辑本段UDP网络性能

　　UDP没有建立连接的负担，但是UDP不能保证传输的可靠性，所以使用UDP的应用程序需要自行跟踪每个发出的分组，并重发丢失的分组。

　　Netperf可以模拟两种UDP的流量模式：

　　1） 从client到server的单向批量传输

　　2） 请求/应答的交易方式

　　由于UDP传输的不可靠性，在使用netperf时要确保发送的缓冲区大小不大于接收缓冲区大小，否则数据会丢失，netperf将给出错误的结果。因此，对于接收到分组的统计不一定准确，需要结合发送分组的统计综合得出结论。

编辑本段Netperf的命令行参数

　　在unix系统中，可以直接运行可执行程序来启动netserver，也可以让inetd或xinetd来自动启动netserver。

　　当netserver在server端启动以后，就可以在client端运行netperf来测试网络的性能。netperf通过命令行参数来控制测试的类型和具体的测试选项。根据作用范围的不同，netperf的命令行参数可以分为两大类：全局命令行参数、测试相关的局部参数，两者之间使用--分隔：

　　netperf [global options]-- [test-specific options]　这里我们只解释那些常用的命令行参数，其它的参数读者可以查询netperf的man手册。

　　-H host ：指定远端运行netserver的server IP地址。

　　-l testlen：指定测试的时间长度（秒）

　　-t testname：指定进行的测试类型，包括TCP_STREAM，UDP_STREAM，TCP_RR，TCP_CRR，UDP_RR，在下文中分别对它们说明。

　　在后面的测试中，netserver运行在192.168.0.28，server与client通过局域网连接（100M Hub）。

编辑本段Netperf测试网络性能

测试批量（bulk）网络流量的性能

　　批量数据传输典型的例子有ftp和其它类似的网络应用（即一次传输整个文件）。根据使用传输协议的不同，批量数据传输又分为TCP批量传输和UDP批量传输。

　　1． TCP_STREAM

　　Netperf缺省情况下进行TCP批量传输，即-t TCP_STREAM。测试过程中，netperf向netserver发送批量的TCP数据分组，以确定数据传输过程中的吞吐量：

　　./netperf -H 192.168.0.28 -l 60TCP STREAM TEST to 192.168.0.28Recv Send SendSocket Socket Message ElapsedSize Size Size Time Throughputbytes bytes bytes secs. 10^6bits/sec 87380 16384 16384 60.00 88.00　从netperf的结果输出中，我们可以知道以下的一些信息：

　　1） 远端系统（即server）使用大小为87380字节的socket接收缓冲

　　2） 本地系统（即client）使用大小为16384字节的socket发送缓冲

　　3） 向远端系统发送的测试分组大小为16384字节

　　4） 测试经历的时间为60秒

　　5） 吞吐量的测试结果为88Mbits/秒

　　在缺省情况下，netperf向发送的测试分组大小设置为本地系统所使用的socket发送缓冲大小。

　　TCP_STREAM方式下与测试相关的局部参数如下表所示：

　　参数说明-s size设置本地系统的socket发送与接收缓冲大小-S size设置远端系统的socket发送与接收缓冲大小-m size设置本地系统发送测试分组的大小-M size设置远端系统接收测试分组的大小-D对本地与远端系统的socket设置TCP_NODELAY选项通过修改以上的参数，并观察结果的变化，我们可以确定是什么因素影响了连接的吞吐量。例如，如果怀疑路由器由于缺乏足够的缓冲区空间，使得转发大的分组时存在问题，就可以增加测试分组（-m）的大小，以观察吞吐量的变化：

　　./netperf -H 192.168.0.28 -l 60 -- -m 2048TCP STREAM TEST to 192.168.0.28Recv Send SendSocket Socket Message ElapsedSize Size Size Time Throughputbytes bytes bytes secs. 10^6bits/sec 87380 16384 2048 60.00 87.62　在这里，测试分组的大小减少到2048字节，而吞吐量却没有很大的变化（与前面例子中测试分组大小为16K字节相比）。相反，如果吞吐量有了较大的提升，则说明在网络中间的路由器确实存在缓冲区的问题。

　　2． UDP_STREAM

　　UDP_STREAM用来测试进行UDP批量传输时的网络性能。需要特别注意的是，此时测试分组的大小不得大于socket的发送与接收缓冲大小，否则netperf会报出错提示：

　　./netperf -t UDP_STREAM -H 192.168.0.28 -l 60UDP UNIDIRECTIONAL SEND TEST to 192.168.0.28udp_send: data send error: Message too long　为了避免这样的情况，可以通过命令行参数限定测试分组的大小，或者增加socket的发送/接收缓冲大小。UDP_STREAM方式使用与TCP_STREAM方式相同的局部命令行参数，因此，这里可以使用-m来修改测试中使用分组的大小：

　　./netperf -t UDP_STREAM -H 192.168.0.28 -- -m 1024UDP UNIDIRECTIONAL SEND TEST to 192.168.0.28Socket Message Elapsed MessagesSize Size Time Okay Errors Throughputbytes bytes secs # # 10^6bits/sec 65535 1024 9.99 114127 0 93.55 65535 9.99 114122 93.54　UDP_STREAM方式的结果中有两行测试数据，第一行显示的是本地系统的发送统计，这里的吞吐量表示netperf向本地socket发送分组的能力。但是，我们知道，UDP是不可靠的传输协议，发送出去的分组数量不一定等于接收到的分组数量。

　　第二行显示的就是远端系统接收的情况，由于client与server直接连接在一起，而且网络中没有其它的流量，所以本地系统发送过去的分组几乎都被远端系统正确的接收了，远端系统的吞吐量也几乎等于本地系统的发送吞吐量。但是，在实际环境中，一般远端系统的socket缓冲大小不同于本地系统的socket缓冲区大小，而且由于UDP协议的不可靠性，远端系统的接收吞吐量要远远小于发送出去的吞吐量。

　　测试请求/应答（request/response）网络流量的性能

　　另一类常见的网络流量类型是应用在client/server结构中的request/response模式。在每次交易（transaction）中，client向server发出小的查询分组，server接收到请求，经处理后返回大的结果数据。

　　1． TCP_RR

　　TCP_RR方式的测试对象是多次TCP request和response的交易过程，但是它们发生在同一个TCP连接中，这种模式常常出现在数据库应用中。数据库的client程序与server程序建立一个TCP连接以后，就在这个连接中传送数据库的多次交易过程。

　　./netperf -t TCP_RR -H 192.168.0.28TCP REQUEST/RESPONSE TEST to 192.168.0.28Local /RemoteSocket Size Request Resp. Elapsed Trans.Send Recv Size Size Time Ratebytes Bytes bytes bytes secs. per sec 16384 87380 1 1 10.00 9502.7316384 87380　Netperf输出的结果也是由两行组成。第一行显示本地系统的情况，第二行显示的是远端系统的信息。平均的交易率（transaction rate）为9502.73次/秒。注意到这里每次交易中的request和response分组的大小都为1个字节，不具有很大的实际意义。用户可以通过测试相关的参数来改变request和response分组的大小，TCP_RR方式下的参数如下表所示：

　　参数说明-r req,resp设置request和reponse分组的大小-s size设置本地系统的socket发送与接收缓冲大小-S size设置远端系统的socket发送与接收缓冲大小-D对本地与远端系统的socket设置TCP_NODELAY选项通过使用-r参数，我们可以进行更有实际意义的测试：

　　./netperf -t TCP_RR -H 192.168.0.28 -- -r 32,1024TCP REQUEST/RESPONSE TEST to 192.168.0.28Local /RemoteSocket Size Request Resp. Elapsed Trans.Send Recv Size Size Time Ratebytes Bytes bytes bytes secs. per sec 16384 87380 32 1024 10.00 4945.9716384 87380　从结果中可以看出，由于request/reponse分组的大小增加了，导致了交易率明显的下降。 注：相对于实际的系统，这里交易率的计算没有充分考虑到交易过程中的应用程序处理时延，因此结果往往会高于实际情况。

　　2． TCP_CRR

　　与TCP_RR不同，TCP_CRR为每次交易建立一个新的TCP连接。最典型的应用就是HTTP，每次HTTP交易是在一条单独的TCP连接中进行的。因此，由于需要不停地建立新的TCP连接，并且在交易结束后拆除TCP连接，交易率一定会受到很大的影响。

　　./netperf -t TCP_CRR -H 192.168.0.28 TCP Connect/Request/Response TEST to 192.168.0.28Local /RemoteSocket Size Request Resp. Elapsed Trans.Send Recv Size Size Time Ratebytes Bytes bytes bytes secs. per sec 131070 131070 1 1 9.99 2662.2016384 87380　即使是使用一个字节的request/response分组，交易率也明显的降低了，只有2662.20次/秒。TCP_CRR使用与TCP_RR相同的局部参数。

　　3． UDP_RR

　　UDP_RR方式使用UDP分组进行request/response的交易过程。由于没有TCP连接所带来的负担，所以我们推测交易率一定会有相应的提升。

　　./netperf -t UDP_RR -H 192.168.0.28 UDP REQUEST/RESPONSE TEST to 192.168.0.28Local /RemoteSocket Size Request Resp. Elapsed Trans.Send Recv Size Size Time Ratebytes Bytes bytes bytes secs. per sec 65535 65535 1 1 9.99 10141.1665535 65535　结果证实了我们的推测，交易率为10141.16次/秒，高过TCP_RR的数值。不过，如果出现了相反的结果，即交易率反而降低了，也不需要担心，因为这说明了在网络中，路由器或其它的网络设备对UDP采用了与TCP不同的缓冲区空间和处理技术。

　　结束

　　除了netperf以外，还有很多其它的网络性能测试工具，如dbs, iperf, pathrate, nettest, netlogger, tcptrace, ntop等。这些工具有其各自的特色和不同的侧重点，我们可以根据具体的应用环境，有选择的使用它们，这样就可以使这些工具发挥出最大的功效。虽然都是开放源代码的软件，但是这些工具的功能与商业的网络测试工具同样强大，而且也得到了广泛的应用，熟悉这些工具对我们的实际工作一定会有很大的帮助。