Iperf原理介绍

第一部分

Iperf 版本建议采用linux版本，事实上，windows版也很好用。Iperf 是一个 TCP/IP 和 UDP/IP 的性能测量工具，通过调谐各种参数可以测试TCP的最大带宽，并报告带宽、延迟，最大段和最大传输单元大小等统计信息。Iperf可以运行于Linux/BSD、Unix及Windows等操作系统。

    带宽测试通常采用UDP模式，因为能测出极限带宽、时延抖动、丢包率。在进行测试时，首先以链路理论带宽作为数据发送速率进行测试，例如，从客户端到服务器之间的链路的理论带宽为100Mbps，先用 -b 100M进行测试，然后根据测试结果（包括实际带宽，时延抖动和丢包率），再以实际带宽作为数据发送速率进行测试，会发现时延抖动和丢包率比第一次好很多，重复测试几次，就能得出稳定的实际带宽。

1、UDP 模式

服务器端    iperf -u -s

客户端    

iperf -u -c 192.168.1.1 -b 100M -t 60

在udp模式下，以100Mbps为数据发送速率，客户端到服务器192.168.1.1上传带宽测试，测试时间为60秒。

iperf -u -c 192.168.1.1 -b 5M -P 30 -t 60

客户端同时向服务器端发起30个连接线程，以5Mbps为数据发送速率。

iperf -u -c 192.168.1.1 -b 100M -d -t 60

以100M为数据发送速率，进行上下行带宽测试。

 

2、TCP模式

服务器端    iperf -s

客户端

iperf -c 192.168.1.1 -t 60

在tcp模式下，客户端到服务器192.168.1.1上传带宽测试，测试时间为60秒。

iperf -c 192.168.1.1 -P 30 -t 60

客户端同时向服务器端发起30个连接线程。

iperf -c 192.168.1.1 -d -t 60

进行上下行带宽测试。

另外，

-p 监听或者连接的端口号

-w TCP滑动窗口的大小

3、Iperf工作原理

    Iperf主要的功能是测试基于特定路径的TCP连接的性能，我们知道TCP连接调整最基本的措施是调整TCP窗口的大小，窗口大小控制在任何节点网络中可以存在的数据大小。如果该值太小，发送者将会在某段时间处于空闲状态，从而影响发送的性能。TCP窗口大小的理论值为链路瓶颈带宽与往返时延的乘积：

TCP_Window=Bottleneck_Bandwidth*Round_Trip_Time

例如链路瓶颈带宽为45Mbps，往返时延为42ms(可以通过ping来测试)，那么窗口的理论值为：

45Mbps*42ms=(45*e6)*(42*e-3)=1890000 bits=230KByte

调节窗口大小即可以理论值为基准，在该值上慢慢增大或减少，即可获得最好的结果。

    Iperf测试TCP带宽的原理较简单，即在客户端和服务器端建立连接(三次握手)后，客户端发送一定大小的数据报，并记下发送的时间， 或者客户端在一定的时间内发送数据，并记下发送的总数据。带宽的大小等于发送的总数据除以发送的总时间。对服务器端来说，就是在连接建立时间内，接收的总数据除以所花时间即为服务器端所测得的带宽。MSS的大小通过TCP内核接口函数直接获得。

    Iperf测试UDP的性能时，客户端可以指定UDP数据流的速率。客户端发送数据时，将根据客户提供的速率计算数据报发送之间的时延。另外客户还可以指定发送数据报的大小。每个发送的数据报包含一个ID号，用来惟一地标识该报文。服务器端则根据该ID号来确定数据报丢失和乱序。当把UDP报文大小设置可以将整个报文放入IP层的包(packet)内时，那么UDP所测得的报文丢失数据即为IP层包的丢失数据。这提供了一个有效的测试包丢失情况的方法。数据报传输延迟抖动 (Jitter)的测试由服务器端完成，客户发送的报文数据包含有发送时间戳，服务器端根据该时间信息和接收到报文的时间戳来计算传输延迟抖动。传输延迟抖动反映传输过程中是否平滑。由于它是一个相对值，所以并不需要客户端和服务器端时间同步。

4、Iperf实现
     Iperf源代码采用面向对象的C++语言实现，主要包括基本类和实现类两部分。基本类提供了实现中需要用到的一些基本的对象，包括队列、链表、时间管理、锁、条件、线程等，这些代码不是特定于Iperf应用的，可以移植到其他应用程序。实现类中主要包括针对Iperf应用的类，包括实现客户端/服务器端发送和接收数据的类，以及用于统计信息的类等。这里主要讨论一下与应用关系最紧密的几个类，其他的类不做详述(转载者注：后面转载文章有讲解)。

    Iperf主要类图结构包括9个类。Iperf 的核心部分均在PerfSocket类中实现，包括客户端和服务器端发送和接收数据、带宽报告、数据丢失及延迟抖动报告，以及窗口大小和MSS报告等功能。其中Speaker和Client为客户端的对象，Listener、Audience和Server为服务器端的对象。客户端和服务器端的通信通过三个消息完成：connect、write以及shutdown。这里connect不同于TCP中的连接，它还包含一个数据报文，其信息为双向测试而传给服务器端 的信息，主要用于双向测试时让服务器端启动客户端线程而所需要的信息。UDP 测试的过程基本上跟TCP类似。UDP报文包含了一个应用报文头，其主要字段为报文ID和时间信息，这个主要是为了测试UDP报文的丢失、乱序以及延迟抖动性能。UDP的第一个报文用来建立连接，不作为应用数据，其信息为双向测试而传给服务器端的信息，主要用于双向测试时让服务器端启动客户端线程而所需要的信息。UDP与TCP第一个报文内容的主要区别是UDP报文还包括一个应用报文头。UDP传输结束通过客户端发送一个FIN的报文来实现，该报文的报文ID为负数，服务器端接收到FIN报文后即停止接收报文并回送一个 AckFIN报文给客户，AckFIN报文包含了服务器端得到的测试数据。

操作举例：

1）TCP测试

服务器执行：iperf -s -i 1 -w 1M

客户端执行：iperf -c host -i 1 -w 1M

其中-w表示TCP window size，host需替换成服务器地址。

2）UDP测试

服务器执行：iperf -u -s

客户端执行：iperf -u -c 10.32.0.254 -b 900M  -i 1  -w 1M  -t 60

其中-b表示使用带宽数量，千兆链路使用90%容量进行测试就可以了。

 

iperf的其他参数参考如下：

Iperf 是一个 TCP/IP 和 UDP/IP 的性能测量工具，能够提供网络吞吐率信息，以及震动、丢包率、最大段和最大传输单元大小等统计信息；从而能够帮助我们测试网络性能，定位网络瓶颈。

参数说明
-s 以server模式启动，eg：iperf -s
-c 以client模式启动，host是server端地址，eg：iperf -c 222.35.11.23

通用参数
-f [k|m|K|M] 分别表示以Kbits, Mbits, KBytes, MBytes显示报告，默认以Mbits为单位,eg:iperf -c 222.35.11.23 -f K

-i sec 以秒为单位显示报告间隔，eg:iperf -c 222.35.11.23 -i 2

iperf是client端向server端发送数据

server端显示的是接收速率，最好加i参数，进行速率跟踪

client 显示的是发送速率

server 显示接收速率

-l 缓冲区大小，默认是8KB,eg:iperf -c 222.35.11.23 -l 16

可以使用不同的包长，进行测试

-m 显示tcp最大mtu值
-o 将报告和错误信息输出到文件eg:iperf -c 222.35.11.23 -o c:/iperflog.txt
-p 指定服务器端使用的端口或客户端所连接的端口eg:iperf -s -p 9999;iperf -c 222.35.11.23 -p 9999

-u 使用udp协议

测试htb的时候最好用udp，udp通信开销小，测试的带宽更准确

-w 指定TCP窗口大小，默认是8KB

如果窗口太小，有可能丢包

-B 绑定一个主机地址或接口（当主机有多个地址或接口时使用该参数）
-C 兼容旧版本（当server端和client端版本不一样时使用）
-M 设定TCP数据包的最大mtu值
-N 设定TCP不延时
-V 传输ipv6数据包

server专用参数
-D 以服务方式运行ipserf，eg:iperf -s -D
-R 停止iperf服务，针对-D，eg:iperf -s -R

client端专用参数
-d 同时进行双向传输测试
-n 指定传输的字节数，eg:iperf -c 222.35.11.23 -n 100000
-r 单独进行双向传输测试

-b 指定发送带宽，默认是1Mbit/s

在测试qos的时候，这是最有用的参数。

-t 测试时间，默认10秒,eg:iperf -c 222.35.11.23 -t 5

默认是10s

-F 指定需要传输的文件
-T 指定ttl值

 

 

第二部分

 

【概要】Iperf是一款网络性能测试工具，可以方便的用它进行SDN网络带宽和网络质量的测试，Iperf支持协议、定时、缓冲区等参数的配置调整，报告TCP/UDP最大带宽、延迟抖动、数据包丢失等统计信息。

1 Iperf安装

Iperf安装方法有多种，可以下载源码编译安装，也可以直接使用编译好的二进制版本，在ubuntu下安装使用iperf尤为简单，apt-get install iperf 即可，值得一提的是Mininet自带Iperf，在SDN网络上测试比较便捷。

2 工作原理

使用Iperf测试时必须将一台主机设置为客户端，一台主机设置为服务器。

Iperf测试TCP

Iperf测试TCP带宽的原理比较简单，在客户端和服务端建立三次握手连接后，客户端带宽的大小等于发送的总数据除以发送的总时间。对服务端测得的带宽，则是接收的总数据除以所花时间。

TCP模式下简单举例：
Server：iperf -s
Client：iperf -c 10.0.0.1 -i 1

客户端到服务器10.0.0.1上带宽测试，每一秒钟打印一次信息。

Iperf测试UDP

Iperf测试UDP性能时，客户端可以指定UDP数据流的速率。客户端发送数据时，将根据客户端提供的速率计算数据报发送之间的时延。

客户端还可以指定发送数据报的大小。每个发送的数据报包含一个ID号，用来唯一标识报文，服务器端根据该ID号来确定数据报丢失和乱序。

当把UDP报文大小设置可以将整个报文放入IP层的包(packet)内时，那么UDP所测得的报文丢失数据即为IP层包的丢失数据，这提供了一个有效的测试包丢失情况的方法。

数据报传输延迟抖动 (Jitter)的测试由服务器端完成，客户发送的报文数据包含有发送时间戳，服务器端根据该时间信息和接收到报文的时间戳来计算传输延迟抖动。传输延迟抖动反映传输过程中是否平滑。由于它是一个相对值，所以并不需要客户端和服务器端时间同步。

UDP模式下简单举例：
Server：iperf -s -u
Client：iperf -c 10.0.0.1 -u -b 100M

在UDP模式下，客户端以100Mbps为数据发送速率，测试客户端到服务器10.0.0.1上的带宽。

综上，用以下方法测试网络连接的质量：
- 延时（反应时间或者RTT）：用ping命令量度
- Jitter（延时变化）：用Iperf UDP测试来量度
- 数据报丢失：用Iperf UDP测试来量度
- 带宽：通过TCP测试来量度

3 参数配置

表 1. 客户端/服务器端通用参数

表 2. 服务器端参数

表 3. 客户端参数

4 测试实例

测试环境

1） 已搭建好一套SDN网络环境，使用Mininet模拟交换机和主机连接到一款OpenFlow控制器
2） 使用Mininet自带的Iperf工具

应用实例

实例一：最简参数实例

服务端：

客户端：

Iperf客户端连接Iperf服务器的TCP默认端口5001，否则我们可以用-p参数修改Iperf服务器的端口，客户端与服务器必须加上同样的端口。结果显示的带宽是从用户到服务器之间的带宽。

实例二：双向带宽测试

服务端：

客户端：

-r参数可以量度双向带宽，Iperf服务器会主动向客户端发起连接。

实例三：同步双向带宽测试

服务端：

客户端：

使用-d 参数同步测量双向带宽，而上例的-r在初始状态时，只会量度客户到服务器的带宽。

实例四：TCP窗口大小

服务端：

客户端：

在连接中，如果接收方来不及验证，数据会暂时被存在一个缓冲区里，这个缓冲区的上限就是所谓的TCP窗口大小，窗口的大小可以在2到65,535 bytes之间。

实例五：UDP测试

UDP测试会得到关于Jitter和数据包丢失的重要信息。

服务端：

客户端：

良好的连接质量，数据包的丢失率要小于1%，数据包的丢失率过高会导致许多TCP数据报需要重传，从而影响带宽。 Jitter代表的是延时变化，并不依赖于延时本身，你可能拥有很长的反应时间，但是Jitter却很低。

5 结束语

Jperf与Iperf一起使用的话可以提供一个java写成的图形界面，大家可以自行学习，这里就不做介绍。如有不足之处请指正，谢谢。