使用iperf测试网络性能

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。iperf是开源的，源代码可以从http://sourceforge.net/projects/iperf/下载。

1.    iperf 能够做什么

提起iperf，想必大家都知道它是用了测试网络性能的。具体说来，Iperf是美国伊利诺斯大学（University of Illinois）开发的一种开源的网络性能测试工具。可以用来测试网络节点间（也包括回环）TCP或UDP连接的性能，包括带宽、抖动以及丢包率，其中抖动和丢包率适应于UDP测试，而带宽测试适应于TCP和UDP。

这里需要特别提出的是，iperf不能够用来测试时延，想一想这是为什么。

2.    网络性能参数

以上提到了网络的主要性能参数包括带宽，时延，抖动和丢包率，这些用一个名词代替，就是QOS（服务质量）。

对于时延和抖动，见如下图

图中D1，D2分别表示包A和包B的时延。

抖动＝|D2-D1|

对于时延，iperf无能为力。但是iperf能够计算抖动，想想这又是为什么。

我们知道，在iperf中，我们测试时需要发送大量的包，因此计算出来的抖动值就是连续发送时延差值的平均值。

3.    安装iperf

在Unix系统下，安装iperf最方便的方法是直接下载rpm包，使用rpm指定安装即可。

当然也可以直接去sourceforge上下载源代码，使用如下命令安装即可。

#./configure
#make
#make install

前提是该机器上已经有C++编译器和make等程序。安装完成之后，可以进行一个简单的回环测试iperf是否安装成功。

$ iperf -s

------------------------------------------------------------

Server listening on TCP port 5001

TCP window size: 85.3 KByte (default)

------------------------------------------------------------

[ 4] local 127.0.0.1 port 5001 connected with 127.0.0.1 port 35589

[ ID] Interval      Transfer    Bandwidth

[ 4] 0.0-10.0 sec 26.3 GBytes 22.6 Gbits/sec

$ iperf -c 127.0.0.1

------------------------------------------------------------

Client connecting to 127.0.0.1, TCP port 5001

TCP window size: 49.5 KByte (default)

------------------------------------------------------------

[ 3] local 127.0.0.1 port 35589 connected with 127.0.0.1 port 5001

[ ID] Interval      Transfer    Bandwidth

[ 3] 0.0-10.0 sec 26.3 GBytes 22.6 Gbits/sec

iperf测试案例介绍

4.    iperf 主要参数

iperf中的可选参数比较多，具体可以参见其用户手册。

http://webfolder.wirelessleiden.nl/iperf/

      一般来说，我们在做性能测试的时候需要指定包长，不同的包长会得到不同的吞吐量，通过-l指定，而使用-b指定带宽。

5.    测试吞吐量，抖动和丢包率

如何需要同时测试以上三个参数，那么只能通过UDP获得。使用-u参数进行UDP测试（iperf默认为TCP）。

在测试的最后server端会给出一个报告。

[ 3] local 192.168.1.1 port 2152 connected with 192.168.101.2 port 56768

[ ID] Interval      Transfer    Bandwidth       Jitter  Lost/Total Datagrams

[ 3] 0.0- 1.0 sec 1.40 MBytes 11.7 Mbits/sec  0.069 ms   0/14671 (0%)

[ 3] 1.0- 2.0 sec 1.40 MBytes 11.8 Mbits/sec  0.050 ms   0/14703 (0%)

[ 3] 2.0- 3.0 sec 1.40 MBytes 11.8 Mbits/sec  0.052 ms   0/14708 (0%)

[ 3] 3.0- 4.0 sec 1.40 MBytes 11.8 Mbits/sec  0.057 ms   0/14704 (0%)

[ 3] 4.0- 5.0 sec 1.40 MBytes 11.8 Mbits/sec  0.072 ms   0/14706 (0%)

[ 3] 5.0- 6.0 sec 1.40 MBytes 11.8 Mbits/sec  0.075 ms   0/14705 (0%)

[ 3] 6.0- 7.0 sec 1.40 MBytes 11.8 Mbits/sec  0.060 ms   0/14707 (0%)

[ 3] 7.0- 8.0 sec 1.40 MBytes 11.8 Mbits/sec  0.073 ms   0/14703 (0%)

[ 3] 8.0- 9.0 sec 1.40 MBytes 11.8 Mbits/sec  0.073 ms   0/14706 (0%)

[ 3] 0.0-10.0 sec 14.0 MBytes 11.8 Mbits/sec  0.064 ms   0/147020 (0%)

要获得带宽数据，需要不断在client端增加带宽值，直到server端出现轻微的丢包为止，此时server端显示的带宽就是被测系统的吞吐量。

6.    测试时延

那么有朋友会问，iperf不能用来测试时延，而时延又是比较重要的QOS参数，有什么办法吗？

其实最简单的办法就是使用Ping程序。我们经常用它来测试特定主机能否通过IP到达，

程序会按时间和反应成功的次数，估计丢包率和分组来回时间（即网络时延）。

当然，如果我们能成功构造一个回环测试路径，那么测试时延就轻而易举了，我们可以使用iperf发送数据，同时结合tcpdump抓包工具，经过wireshark分析.cap文件就可以得出包来回时间，也就是往返时延。

7.    使用TCP测试带宽应注意的问题

有时候，我们需要使用TCP来测试网络带宽。这里有一个参数需要特别注意，那就是TCP窗口大小，可以使用-w参数指定。

网络通道的容量capacity = bandwidth * round-trip time

而理论TCP窗口的大小就是网络通道的容量。

比如，网络带宽为40Mbit/s,回环路径消耗时间是2ms，那么TCP的窗口大小不小于40Mbit/s×2ms = 80kbit = 10Kbytes

此时我们可以查询iperf默认的TCP窗口大小来决定是否需要设置此参数，在此例中，窗口大小应设计大于10Kbytes，当然，这仅仅是理论值，在实际测试中可能需要作出调整。

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

测试实例：                                                                                  

使用：

此软件需要安装到两端需要互测的机器上，然后一段作为服务端监听，一端作为客户端连接。具体命令可以iperf -h 查看下。

服务端：
iperf -s -u
-s 标记此端为服务端
-u标记自己为UDP监听
-p 指定自己监听端口

客户端：
iperf -c 1.1.1.1 -i 1 -u -t 60 -F /root/a.zip -P 5
-c标记自己为客户端
-i 设定输出值间隔
-u使用传输协议为UDP
-t 设定测试时间为60秒
-F 指定传输文件(该项可有可无)
-P 指定进程数，如果设置为5，那么也就相当与对端建立五个连接

注意事项：
1.发包测试需要分为UDP测试与TCP测试，其中服务端需要用-u命令去区分监听协议。
2.TCP协议测试不能计算出时延与丢包率，而且还不能指定发送带宽。

案例：
[root@localhost ~]# iperf -c 192.168.1.100 -u -i 1 -t 10 -b 2M #指定2M带宽向对端发送数据
------------------------------------------------------------
Client connecting to 192.168.1.100, UDP port 5001
Sending 1470 byte datagrams
UDP buffer size: 108 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[ 3] local 192.200.40.112 port 32784 connected with 218.60.1.20 port 5001 #与对端连接上的信息
[ ID] Interval Transfer Bandwidth #输出行的解释
[ 3] 0.0- 1.0 sec 12.0 GBytes 103 Gbits/sec
[ 3] 1.0- 2.0 sec 244 KBytes 2.00 Mbits/sec
[ 3] 2.0- 3.0 sec 244 KBytes 2.00 Mbits/sec
[ 3] 3.0- 4.0 sec 244 KBytes 2.00 Mbits/sec
[ 3] 4.0- 5.0 sec 244 KBytes 2.00 Mbits/sec
[ 3] 5.0- 6.0 sec 245 KBytes 2.01 Mbits/sec
[ 3] 6.0- 7.0 sec 244 KBytes 2.00 Mbits/sec
[ 3] 7.0- 8.0 sec 244 KBytes 2.00 Mbits/sec
[ 3] 8.0- 9.0 sec 244 KBytes 2.00 Mbits/sec
[ 3] 9.0-10.0 sec 244 KBytes 2.00 Mbits/sec
[ 3] 0.0-10.0 sec 12.0 GBytes 10.3 Gbits/sec
[ 3] Sent 1702 datagrams
[ 3] Server Report:  #输出报告
[ 3] 0.0-10.6 sec 263 KBytes 204 Kbits/sec 36.313 ms 1518/ 1701 (89%) #间距 ，传输总字节，速率，时延，丢包率。
[ 3] 0.0-10.6 sec 1 datagrams received out-of-order  #乱序

服务端：
[root@localhost ~]# iperf -s -u #设定此端为服务端
------------------------------------------------------------ #本段设置信息
Server listening on UDP port 5001
Receiving 1470 byte datagrams
UDP buffer size: 108 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[ 3] local 218.60.1.20 port 5001 connected with 218.241.145.36 port 32784 #如果对端连接上了本端才会出现该信息
[ ID] Interval Transfer Bandwidth Jitter Lost/Total Datagrams
[ 3] 0.0-10.6 sec 263 KBytes 204 Kbits/sec 36.314 ms 1518/ 1701 (89%)
[ 3] 0.0-10.6 sec 1 datagrams received out-of-order

iPerf同样也可以用于测量UDP数据包吞吐量、丢包和延迟指标。与TCP测试不同的是，UDP测试不采取尽可能快地发送流量的方式。与之相对的是，iPerf尝试发送1 Mbps的流量，这个流量是打包在1470字节的UDP数据包中（成为以太网的一帧）。我们可以通过指定一个目标带宽参数来增加数据量，单位可以是Kbps 或Mbps（-b #K 或 --b #M）。举例如下：

 

然而，上面的例子只说明了iPerf客户端能够以多快的速度传输数据。为了得到更多关于UDP发送的数据，我们必须查看服务器上的结果：

 

这样，我们就可以看到吞吐量（间隔1秒测量的），以及丢包数（丢失的数据屯接收到的数据对比）和延迟（如jitter――在连续传输中的平滑平均值差）。延迟和丢失可以通过应用的改变而被兼容。比如，视频流媒体通过缓冲输入而能够容忍更多的延迟，而语音通讯则随着延迟增长性能下降明显。

UDP测试可以通过改变报文缓冲长度进行优化，长度单位为Kbytes 或 Mbytes（-l #K or #M）。与以太网帧的1500比特的MTU（最大转换单位）不同的是，802.11数据帧可以达到2304比特（在加密之前）。

但是，如果你正在测试的路径中包括Ethernet和802.11，那么要控制你的测试数据包长度，使它在一个Ethernet帧以内，以避免分片。

另一个有趣的iPerf UDP测试选项是服务类型（Type of Service， ToS），它的大小范围从0x10 (最小延迟) 到0x2 (最少费用)。在使用802.11e来控制服务质量的WLAN中，ToS是映射在Wi-Fi多媒体(WMM)存取范畴的。

对比两种方式

在802.11a/b/g网络中，无线电的传输性能变化在在两个方向上都很相似。比如，当距离导致数据传输率下降或干扰造成重要数据包丢失时，发送和接收的应用吞吐量都受到影响。
 
在802.11n网络中，MIMO天线和多维空间流使问题又有所不同。从笔记本发送到AP上的数据帧可能（有意地）使用一个完全与从AP发送到笔记本上帧时不同的空间路径。这样的结果是，现在对两个方向的测试都很重要的。幸运的是，iPerf本身就已经拥有这个功能，这是由两个选项所控制的：

 --d选项是用于告诉iPerf服务器马上连接回iPerf客户端的由--L 所指定端口，以支持同时测试两个方向的传输。

 --r选项虽然有些类似，但是它是告诉iPerf服务器等到客户端测试完成后再在相反的方向中重复之前的测试。

最后，如果你需要支持多点传送应用，那么可以使用-B选项指定多点传送组IP地址来启动多个iPerf服务器。然后再打开你的iPerf客户端，连接之前启动的多点传送组iPerf服务器。

使用测试工具iPerf监控无线网络性能：图形化测试结果

如本文介绍的，iPerf程序可以在命令行下运行，它或者也在一个名为JPerf的Java实现前端工具上运行。JPerf不仅能简化复杂命令行参数的构造，而且它还保存测试结果――同时实时图形化显示结果。

 

图1 使用JPerf运行iPerf

事实上，iPerf测试工具被嵌入到一些其它的网络流量分析工具中――包括底层LAN分析工具，如AirMagnet。比如，在下面的屏幕截图中显示了一个Wi-Fi笔记本上运行的AirMagnet作为iPerf客户端与安装在有线网络上的常规iPerf服务器进行交互的情况。

 

图2 使用AirMagnet运行iPerf

总结

正如我们所看到的，iPerf简化了对基于TCP数据流应用和UDP数据包应用的端对端性能测定。然而，iPerf仍然无法模拟所有类型的应用――比如，对于交互式上网的模拟就不是很好。同时，用于iPerf Wi-Fi测试的WLAN适配器也会影响你的测试――为了获得更好的测试结果，我们可以配置一个类似于“实际”用户的有代表性的适配器。

尽管如此，iPerf仍然是一个非常方便的工具，它可以帮助你生成和检测WLAN应用流量。同时，因为iPerf可以方便以开源软件方式获取，因此使用它来在其它位置重复创建测试环境是一个很好的方法――如分公司、供应商技术支持等等。想要了解更多关于iPerf的信息，可以阅读NLANR上的更老的文件或者浏览SourceForge上新的项目页面。