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块的速度接收数据。 　　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。

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

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。

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）。

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。