安全运维之：网络性能评估工具Iperf

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一、 网络性能评估工具Iperf

网络性能评估主要是监测网络带宽的使用率，将网络带宽利用最大化是保证网络性能的基础，但是由于网络设计不合理、网络存在安全漏洞等原因，都会导致网络带宽利用率不高。要找到网络带宽利用率不高的原因，就需要对网络传输进行监控，此时就需要用到一些网络性能评估工具，而Iperf就是这样一款网络带宽测试工具，本节将详细介绍一下Iperf的使用。

1、 Iperf能做什么

Iperf是一款基于TCP/IP和UDP/IP的网络性能测试工具，它可以用来测量网络带宽和网络质量，还可以提供网络延迟抖动、数据包丢失率、最大传输单元等统计信息。网络管理员可以根据这些信息了解并判断网络性能问题，从而定位网络瓶颈，解决网络故障。

下面介绍Iperf的主要功能。

（1）TCP方面

q 测试网络带宽。

q 支持多线程，在客户端与服务端支持多重连接。

q 报告MSS/MTU值的大小。

q 支持TCP窗口值自定义并可通过套接字缓冲。

（2）UDP方面

q 可以设置指定带宽的UDP数据流

q 可以测试网络抖动值、丢包数

q 支持多播测试

q 支持多线程，在客户端与服务端支持多重连接。

二、 Iperf的安装与使用

iperf可以运行在任何IP网络上，包括本地以太网、接入因特网、Wi-Fi网络等。在工作模式上，iperf运行于服务器、客户端模式下，其服务器端主要用于监听到达的测试请求，而客户端主要用于发起连接会话，因此要使用iperf，需要两台服务器，一台运行在服务器模式下，另一台运行在客户端模式下。

1．安装iperf

iperf支持Win32、Linux、FreeBSD、MacOS X、OpenBSD和Solaris等多种操作系统平台。读者可以从iperf官方主页http://iperf.fr/ 下载各种版本，目前最新的版本是iperf3.0，这里下载的软件包为iperf-3.0.tar.gz，安装过程如下：

[root@ networkserver ~]# tar zxvf iperf-3.0.tar.gz

[root@ networkserver ~]# cd iperf

[root@ networkserver iperf]# make

[root@ networkserver iperf]# make install

这样，iperf就安装完成了。

2．iperf参数介绍

在完成iperf安装后，执行“iperf3 –h”即可显示iperf的详细用法。iperf的命令行选项共分为三类，分别是客户端与服务器端公用选项、服务器端专用选项和客户端专用选项，下面对常用的选项进行介绍。

服务器端专用选项的含义如表1所示。

表1 服务器端专用选项的含义

命令行参数	含义描述
-s	将iperf以server模式启动，例如：iperf3 –s，iperf3默认启动的监听端口为5201，可以通过“-p”选项修改默认监听端口
-D	将iperf作为后台守护进程运行，例如：iperf3 -s -D

客户端专用选项的含义如表2.5所示。

表2 客户端专用选项的含义

命令行参数	含义描述
-c	将iperf以client模式启动 例如：iperf3 -c 192.168.12.168，其中192.168.12.168是server端的IP地址
-u	指定使用UDP协议
-b [K|M|G]	指定UDP模式使用的带宽，单位bits/sec。此选项与“-u”选项相关。默认值是1 Mbit/sec
-t	指定传输数据包的总时间。iperf将在指定的时间内，重复发送指定长度的数据包。默认是10秒钟
-n [K|M|G]	指定传输数据包的字节数，例如：iperf3 -c 192.168.12.168 –n 100M
-l	指定读写缓冲区的长度。TCP方式默认大小为8KB，UDP方式默认大小为1470字节
-P	指定客户端与服务端之间使用的线程数。默认是1个线程。需要客户端与服务器端同时使用此参数
-R	切换数据发送接收模式，例如默认客户端发送，服务器端接收，设置此参数后，数据流向变为客户端接收，服务器端发送
-w	指定套接字缓冲区大小，在TCP方式下，此设置为TCP窗口的大小。在UDP方式下，此设置为接受UDP数据包的缓冲区大小，用来限制可以接收数据包的最大值
-B	用来绑定一个主机地址或接口，这个参数仅用于具有多个网络接口的主机。在UDP模式下，此参数用于绑定和加入一个多播组
-M	设置TCP最大信息段的值
-N	设置TCP无延时

客户端与服务器端公用选项的含义如表3所示。

表3 客户端与服务器端公用选项的含义

命令行参数	含义描述
-f [k|m|g|K|M|G]	指定带宽输出单位，“[k|m|g|K|M|G]”分别表示以Kbits, Mbits, Gbits, KBytes, MBytes,GBytes显示输出结果，默认以Mbits为单位，例如：iperf3 -c 192.168.12.168 -f M
-p	指定服务器端使用的端口或客户端所连接的端口，例如： iperf3 -s -p 9527; iperf3 -c 192.168.12.168 -p 9527
-i	指定每次报告之间的时间间隔，单位为秒。如果设置为非零值，就会按照此时间间隔输出测试报告。默认值为1。 例如：iperf3 -c 192.168.12.168 -i 2
-F	指定文件作为数据流进行带宽测试。 例如：iperf3 -c 192.168.12.168 -F web-ixdba.tar.gz

2.3.3 Iperf应用实例

要使用iperf，首先要启用一个服务端，这里假定服务端的IP地址为192.168.12.168，在此服务器上运行“iperf3 -s”即可开启iperf的服务器模式。在默认情况下，iperf3将在服务端打开一个5201监听端口，此时就可以将另一台服务器作为客户端执行iperf功能测试了。

1．测试TCP吞吐量

为了确定网卡的最大吞吐量，可以在任意客户端运行iperf命令，iperf将尝试从客户端尽可能快地向服务端发送数据请求，并且会输出发送的数据量和网卡平均带宽值。图1是一个最简单的带宽测试命令。

图1通过iperf测试网络带宽利用率

从图1可以看出，iperf默认的运行时间是10秒钟，每隔一秒钟输出一次传输状态，同时还可以看到每秒钟传输的数据量在112MB左右，刚好与“Bandwidth”列的值对应起来，网卡的带宽速率维持在941Mbits/sec左右，而测试的服务器是千兆网卡，这个测试值也基本合理。在输出的最后，iperf还给出了总的数据发送、接收量，并给出了带宽速率平均值，通过这些值，基本可以判断网络带宽是否正常，网络传输状态是否稳定。

iperf提供很多参数，可以多角度、全方位地测试网络带宽利用率，例如，要改变iperf运行的时间和输出频率，可以通过“-t”和“-i”参数来实现，如图2所示。

图2 添加“-t”和“-i”参数后的iperf输出

从图2 可以看出，输出状态的间隔变为每5秒钟一次，总共执行测试时间为20秒，测试的带宽速率仍然保持在941Mbits/sec左右，唯一变化的是失败重传次数增加了。

为了模拟大量的数据传输，也可以指定要发送的数据量，这可以通过“-n”参数来实现。在指定“-n”参数后，“-t”参数失效，iperf在传输完毕指定大小的数据包后，自动结束，如图3所示。

图3 iperf客户端通过“-n”参数指定要传输的数据量

图3的例子是指定发送一个5GB左右的数据包，并且每隔10秒钟输出一次传输状态，从这个输出可以看出，当失败重传次数较多时，传输速率急速下降。

有时候，为了模拟更真实的TCP应用，iperf客户端允许从一个特定的文件发送数据，这可以通过“-F”参数实现，如图4所示。

图4 iperf客户端通过“-F”参数指定文件来发送数据

在图4的例子中，通过“-F”参数指定了一个webdata.tar.gz文件作为iperf要传输的数据，在使用此参数时，需要同时指定一个“-t”参数来设置要测试传输的时间，这个时间尽量设置长一些，因为在默认传输时间10秒内，这个文件可能还没有传完。

在使用iperf进行网络带宽测试时，如果没有指定发送方式，iperf客户端只会使用一个单一的线程，而iperf是支持多线程的，可以使用iperf提供的“-P”参数来设置多线程的数目，通过使用多线程，可以在一定程度上增加网络的吞吐量。

下面通过两个例子进行简单对比，图5是iperf使用单线程传输1.86GBytes数据所消耗的时间和带宽使用情况。为了速率单位统一，这里使用“-f”参数将输出结果都通过MBytes来显示。

图5 iperf在单线程模式下的传输时间和传输速率

从图5中可以看出，传输1.86GBytes的数据消耗了17秒的时间，平均带宽速率为112MBytes/sec（注意单位）.下面再看看使用多线程后，iperf传输同样大小数据量所消耗的时间和平均带宽速率，如图6所示。

图6 iperf使用多线程后的数据传输状态

这里通过“-P”参数开启了2个多线程，从传输时间上看，传输1.86GBytes的数据，消耗时间为10.79秒，比之前单线程的传输时间少了近7秒钟，在平均带宽速率上，从之前单线程的112MBytes/sec提高到177MBytes/sec，从这个结果可以看出，多线程对网络传输性能的提高不小。

2 . 测试UDP丢包和延迟

iperf也可以用于UDP数据包吞吐量、丢包率和延迟指标，但是由于UDP协议是一个非面向连接的轻量级传输协议，并且不提供可靠的数据传输服务，因此对UDP应用的关注点不是传输数据有多快，而是它的丢包率和延时指标。通过iperf的“-u”参数即可测试UDP应用的传输性能，图7测试的是在iperf客户端传输100MB的UDP数据包的输出结果.：

图7 iperf传输100MB的UDP数据包的输出结果

在图7中，重点关注虚线下的一段内容，在这段输出中，“Jitter”列表示抖动时间，或者称为传输延迟，“Lost/Total”列表示丢失的数据报和总的数据报数量，后面的0.33%是平均丢包的比率，“Datagrams”列显示的是总共传输数据报的数量。

这个输出结果过于简单，要了解更详细的UDP丢包和延时信息，可以在iperf服务端查看，因为在客户端执行传输测试的同时，服务端也会同时显示传输状态，如图8所示。

图8 iperf服务端显示的UDP传输状态

在这个输出中，详细记录了在传输过程中，每个阶段的传输延时和丢包率，在UDP应用中随着传输数据的增大，丢包率和延时也随之增加。对于延时和丢包可以通过改变应用程序来缓解或修复，例如视频流应用，可以通过缓存数据的方式而可以容忍更大的延时。