路由器测试的性能测试

 (1)吞吐率的测试

  路由器吞吐率是指路由器在不丢失报文情况下最高收发速率。它包含了两层含义，首先 要保证待转发的任何一帧都能够正确地转发到适当的地址，其次要充分发挥设备的转发能力。

    假设测试粒度为dv，如果在某个速率v下DUT(待测网络设备)能够正确转发，但在 v+dr速率下开始有出错的情况，则v即为吞吐率。由于数据包的错误转发是一个随机过程， 某一次测量过程中可以正确转发按特定速率发送的Ⅳ个包，但在重复的测试中就可能出现丢 失的现象，因此包突发率的测试尽量选取较小的变化粒度，并要持续较长时间，重复测量多 次求平均值，使得测量结果尽可能接近DUT的实际性能。同时，即使对于同一台DUT，吞 吐率也随数据包大小的不同而改变，在测试过程中，要考虑各种包大小下的情况，如果接收数据包有校验和，接收时还必须执行完整的校验过程。

    吞吐率的测试主要关心两个方面的性能，一是待测设备的整体转发能力，另一个就是它对某种单一应用的支持程度。因此在测试中，应包括一对端口的发送接收和全部端口同时发

送接收两种极端情况下的吞吐率测试。这一对端口可以随机选取，在全部端口参与转发情况 下，通过流量发生器产生的测试数据流以一定速率向待测设备的每个接收端口发送数据。在 一对端口测试时，如果路由器包括多种端口，则各种端口都要进行一次同种端口之间吞吐量 测试(异种端口之间的吞吐率测量为可选测试内容)，其测试目的主要是端口和线卡的能力。 全部端口参与转发的情况下，主要是测试整机的吞吐率，可以选取多个端口，更重要的是选 取性能高的端口，这样可以使整个路由器达到较大的负载，因此多数情况下是尽量多地把高 端路由器配置上高性能的线卡模块。如果整机的吞吐率小于所有端口吞吐率之和，那么整机的背板或者交换网络就成为制约整机吞吐量性能的瓶颈。

    (2)延迟测试

    互连设备的接收端在收到一个待转发的数据包后，在转发之前需要完成一系列的操作， 如计算路由，检查权限等。另外，从某一端口输入或转发到另一端口的包，可能因为来不及

转发而需要在待测设备的缓冲队列中等候处理，这些都需要耗费一定的时间，导致包转发延 迟，对延迟测试的目的就是要反映DUT执行转发操作的速度以及转发队列的处理情况。

    路由器的延迟的计算方法为：

    延迟：输出包的第一位出现在输出端口的时刻一输入包的最后一位到达输入端口的时刻

    根据延迟的定义，延迟是网络设备对一个报文的延迟，延迟的测试是以报文为单位进行 测试的。理论上延迟测试要求测得两个参数(输入包的第一位到达输入端口的时刻，输出包

的第一位出现在输出端口的时刻)，但在工程中得到这两个参数是非常困难的。因为，包格式 规定包的首部是包的控制信息，欲测出常规报文的延迟，包首部是不能改变的。通过记录包 的第一位到达输入端口的时刻和第一位出现在输出端口的时刻来计算延迟是不可能的，但是 由于整个包的延迟与包中任意位的延迟相等，可以通过在包的特殊位置加入特殊标志位进行测试。

    在测试时，测试要持续足够长的时间，以己确定的吞吐率通过DUT连续发送数据包到 指定目的地的过程应在120s以上；测试必须进行多次(50次以上)，取其平均值，反映DUT

的统计性能，并且应在不改变设备配置情况下，覆盖不同的包大小；测试的发送方与接受方必须有精确的时间同步。

    由于延迟测试要涉及时钟分辨率和同步精度等问题，因此必须进行误差分析。误差分为 两类，第一类是时钟引起的误差，第二类是在线时间和代理计时的不同引起的误差。冈此在

计算延迟时必须考虑时钟分辨率、时钟漂移、实际发送数据包的时间与定时器记录时间差额 等不确定因素的影响，并根据其值求出校正误差，算出真正的延迟结果。

    (3)丢失率

    丢失率指在稳定负载下应被网络设备正确转发，但由于资源缺乏没有被转发的数据包的 百分比。实际的测试方法可以是以一定速率向DIJT发送一定数日的包，并对DuT接收的包

进行计数。在某一点的包丢失率为：

    丢失率=(发送包接收包)×100％发送包

    根据作用的不同，数据包可以划分为多种类型，如、业务数据包、网管数据包、路由更新 数据包等，网络设备应当采取合适的丢弃策略，尽量保证重要数据包的顺利传输。例如，若 丢失了某个关键的路由信息包，就有可能导致大量数据不能交换，从而引起更大的丢失率。 即使都是业务数据帧，那些具有Qos保证的应片j数据应当及时转发。由于丢失率测试主要考 虑待测设备在超负荷运转情况下的异常行为，包括包的丢失、重发、乱序和错发等，在接收 时不能简单统计收到包的个数，必须加以识别。这需要发送代理对包进行编号，接收代理可 以通过对包编号的查对来判断各种不同的异常情况。重发和乱序不算作丢失，但在接收包总数里不能重复统计收到的重复包。

    因为包丢失是一个随机行为，需要进行多次测试(50次)以便获得统计数据，最厉给出 丢失率的平均值。针对不同的包类型要分别测量其丢失率，最好能够测量混合格式包下对不

同类型包的丢失率，测出的数据能够有效反映设备的异常处理策略。

    测试丢失率以前首先要获取特定数据包格式、火小和在介质下的理论速率，然后估计该 设备或端口的吞吐率。如果已经测得出吞吐率，测试丢失率将按照吞吐率为最低负载，然后 逐渐增加负载，观察报文丢失情况。在测试丢失率时，为了达到反映测试设备在超负荷情况 下的实际运行情况，同时真实反映设备丢失率的情况，可以采用三种方式进行测试，分别为 一对一端口发送和接收、多对一半网格扇入测试和多对多全网格浸没测试。在一对一端口测 试时，主要是反映单端口的丢失情7兄，两端口可以随机选取，重复测量10次计算平均值即可： 多对一半网格扇入测试即通过发送代理(例如用3个)以一定速率向待测设备的每个接收端 口发送数据，所有数据帧均随机发向某一个发送端口，这种情况下，需要测量更多次数来反 映平均性能(次数可定为50次)；多对多全网格浸没测试即多个节点(例如4个)形成一个 连通图，即任意端口要发送报文到其余各端LJ，任意端口要收到其余各端口发向自身的报文。

  (4)突发数据传输测试

  突发数据传输能力的测试是使用物理介质的极限速率发送用户数据，用来查看路由器忍 耐力和对突发数据的响应策略，用突发量来表示。该参数描述了路由器在最高负荷下的功能 特性。包突发量(注：对于路由器每个接口卡而言，其输入输出均以帧为单位，故本节也会 提到帧突发等术语，其与数据包也可相互转换)是对DUT的一个输入端口而言的，即在时间T内向DUT的端口I输入y个帧间隙为t的连续帧，如果前x个帧被成功转发，那么帧突 发量为x。帧突发量反映DUT的缓冲能力，缓冲区及分配策略，同时在一定程度上反映DuT

的交换结构及调度算法。例如，共享缓冲区结构，输入缓冲区结构，输出缓冲区结构以及其  他缓冲区结构的交换机必然有不同的帧突发量。

    对突发量进行测试时，时间T必须足够大，RFC中规定测试时间至少为2s。如果T时间 内DUT能成功地转发所有帧，就应增加r值重新测量。测试重复至少50次，然后求出帧突发量的平均值和偏差。

    在测试中，帧间隙时间f应该为最小值，为此，在帧突发量测试之前必须首先测量并确 定最小帧间隙时间。帧间隙时间反映了DUT的接收速度。在通常情况下，10Mbit／s以太网的

帧间隙取0．96μs)，100Mbit／s以太网的帧间隙为0．96(gs)。对于个有多种介质(如以太网、 令牌环网和ATM)、每一种介质有多个端H的DUT，测试时应考虑多介质混合、多端口输入、多端口输出等多种情况，测试帧长度也要覆盖各种情况。

    (5)系统恢复能力测试

    网络是一个非常复杂的系统，路由器有可能因为某种原因而出现软件的暂时故障，因此 在出现软件崩溃或协议混乱的情况下，系统应该能够自动实现系统恢复，为保证网络畅通，

系统恢复的时间应该尽量小。同时在系统恢复时，对外部的所有响应般也不能全部终止。

    在测试时应根据路由器吞吐率测试结果或根据介质允许的理论速率来确定采用的帧 发送速率，确保设备迅速过载，发送时间持续至少60s，随后将发送速率降低50％”并记

录当前发送的时间乃，同样持续60s，然后在接收端比较发送帧序号与接收帧序号，找到丢 失的最后一帧，记它的发送时间为乃，求出系统恢复时间T=T1-T2，测试多次后，求出其

平均值。

    (6)系统重启能力测试

    路由器在刚加电或重启动后的一段时间内，不能接收和转发数据，如果重启的时间过长， 会直接影响到设备的应用。重启测试包括使用DUT设备软件复何方式进行软件系统重启测

试、使用DUT设备硬件复位按钮进行重启测试、断电霞启测试等3种方式，其中断电重启测试应在电源关掉l0s后进行。

    测试时以特定大小和特定速率发送一串连续的帧，当触发一个重启时，记下原始数据流 中收到的最后一帧出现的时间五，同时记录重启后收到新的数据流的第一帧时间T2，得到重启时间T=T2-T1。