性能测试网络篇总结

Posted 2021-04-28 字节匠人

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了性能测试网络篇总结相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

网络模型

开放式系统互联通信参考模型（Open System Interconnection Reference Model），简称为 OSI 网络模型。

为了解决网络互联中异构设备的兼容性问题，并解耦复杂的网络包处理流程，OSI 模型把网络互联的框架分为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层等七层，每个层负责不同的功能。

应用层，负责为应用程序提供统一的接口。
表示层，负责把数据转换成兼容接收系统的格式。
会话层，负责维护计算机之间的通信连接。
传输层，负责为数据加上传输表头，形成数据包。
网络层，负责数据的路由和转发。
数据链路层，负责MAC寻址、错误侦测和改错。
物理层，负责在物理网络中传输数据帧。

TCP/IP 网络模型

TCP/IP 模型，把网络互联的框架分为应用层、传输层、网络层、网络接口层等四层

应用层，负责向用户提供一组应用程序，比如 HTTP、FTP、DNS 等。
传输层，负责端到端的通信，比如 TCP、UDP 等。
网络层，负责网络包的封装、寻址和路由，比如 IP、ICMP 等。
网络接口层，负责网络包在物理网络中的传输，比如 MAC 寻址、错误侦测以及通过网卡传输网络帧等。

过 TCP 协议通信的网络包，应用程序数据在每个层的封装格式

性能测试网络篇总结

传输层在应用程序数据前面增加了 TCP 头；
网络层在 TCP 数据包前增加了 IP 头；
而网络接口层，又在 IP 数据包前后分别增加了帧头和帧尾。

Linux 通用 IP 网络栈

最上层的应用程序，需要通过系统调用，来跟套接字接口进行交互；
套接字的下面，就是我们前面提到的传输层、网络层和网络接口层；
最底层，则是网卡驱动程序以及物理网卡设备。

网络包的收发流程

性能指标

我们通常用带宽、吞吐量、延时、PPS（Packet Per Second）等指标衡量网络的性能。

带宽，表示链路的最大传输速率，单位通常为 b/s （比特/秒）。
吞吐量，表示没丢包时的最大数据传输速率，单位通常为 b/s（比特/秒）或者 B/s（字节/秒）。吞吐量受带宽限制，而吞吐量/带宽，也就是该网络的使用率。
延时，表示从网络请求发出后，一直到收到远端响应，所需要的时间延迟。在不同场景中，这一指标可能会有不同含义。比如，它可以表示，建立连接需要的时间（比如 TCP 握手延时），或一个数据包往返所需的时间（比如 RTT）。
PPS，是 Packet Per Second（包/秒）的缩写，表示以网络包为单位的传输速率。PPS 通常用来评估网络的转发能力，比如硬件交换机，通常可以达到线性转发（即 PPS 可以达到或者接近理论最大值）。而基于 Linux 服务器的转发，则容易受网络包大小的影响。

除了这些指标，网络的可用性（网络能否正常通信）、并发连接数（TCP连接数量）、丢包率（丢包百分比）、重传率（重新传输的网络包比例）等也是常用的性能指标。

套接字信息

可以用 netstat 或者 ss ，来查看套接字、网络栈、网络接口以及路由表的信息

# head -n 3 表示只显示前面3行# -l 表示只显示监听套接字# -n 表示显示数字地址和端口(而不是名字)# -p 表示显示进程信息$ netstat -nlp | head -n 3Active Internet connections (only servers)Proto Recv-Q Send-Q Local Address Foreign Address State PID/Program nametcp 0 0 127.0.0.53:53 0.0.0.0:* LISTEN 840/systemd-resolve
# -l 表示只显示监听套接字# -t 表示只显示 TCP 套接字# -n 表示显示数字地址和端口(而不是名字)# -p 表示显示进程信息$ ss -ltnp | head -n 3State Recv-Q Send-Q Local Address:Port Peer Address:PortLISTEN 0 128 127.0.0.53%lo:53 0.0.0.0:* users:(("systemd-resolve",pid=840,fd=13))LISTEN 0 128 0.0.0.0:22 0.0.0.0:* users:(("sshd",pid=1459,fd=3))

其中，接收队列（Recv-Q）和发送队列（Send-Q）需要你特别关注，它们通常应该是 0。当你发现它们不是 0 时，说明有网络包的堆积发生。当然还要注意，在不同套接字状态下，它们的含义不同。

当套接字处于连接状态（Established）时，

Recv-Q 表示套接字缓冲还没有被应用程序取走的字节数（即接收队列长度）。
而 Send-Q 表示还没有被远端主机确认的字节数（即发送队列长度）。
当套接字处于监听状态（Listening）时，
Recv-Q 表示 syn backlog 的当前值。
而 Send-Q 表示最大的 syn backlog 值。

而 syn backlog 是 TCP 协议栈中的半连接队列长度，相应的也有一个全连接队列（accept queue），它们都是维护 TCP 状态的重要机制。

顾名思义，所谓半连接，就是还没有完成 TCP 三次握手的连接，连接只进行了一半，而服务器收到了客户端的 SYN 包后，就会把这个连接放到半连接队列中，然后再向客户端发送 SYN+ACK 包。

而全连接，则是指服务器收到了客户端的 ACK，完成了 TCP 三次握手，然后就会把这个连接挪到全连接队列中。这些全连接中的套接字，还需要再被 accept() 系统调用取走，这样，服务器就可以开始真正处理客户端的请求了。

网络吞吐和 PPS

推荐使用 sar

# 数字1表示每隔1秒输出一组数据$ sar -n DEV 1Linux 4.15.0-1035-azure (ubuntu) 01/06/19 _x86_64_ (2 CPU)
13:21:40 IFACE rxpck/s txpck/s rxkB/s txkB/s rxcmp/s txcmp/s rxmcst/s %ifutil13:21:41 eth0 18.00 20.00 5.79 4.25 0.00 0.00 0.00 0.0013:21:41 docker0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0013:21:41 lo 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

rxpck/s 和 txpck/s 分别是接收和发送的 PPS，单位为包/秒。
rxkB/s 和 txkB/s 分别是接收和发送的吞吐量，单位是KB/秒。
rxcmp/s 和 txcmp/s 分别是接收和发送的压缩数据包数，单位是包/秒。
%ifutil 是网络接口的使用率，即半双工模式下为 (rxkB/s+txkB/s)/Bandwidth，而全双工模式下为 max(rxkB/s, txkB/s)/Bandwidth。

网络性能的评估方法

性能评估是优化网络性能的前提，只有在你发现网络性能瓶颈时，才需要进行网络性能优化。根据 TCP/IP 协议栈的原理，不同协议层关注的性能重点不完全一样，也就对应不同的性能测试方法。比如，

在应用层，你可以使用 wrk、Jmeter 等模拟用户的负载，测试应用程序的每秒请求数、处理延迟、错误数等；
而在传输层，则可以使用 iperf 等工具，测试 TCP 的吞吐情况；
再向下，你还可以用 Linux 内核自带的 pktgen ，测试服务器的 PPS。

由于低层协议是高层协议的基础。所以，一般情况下，我们需要从上到下，对每个协议层进行性能测试，然后根据性能测试的结果，结合 Linux 网络协议栈的原理，找出导致性能瓶颈的根源，进而优化网络性能。

以上是关于性能测试网络篇总结的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章

性能测试总结--工具选型篇

性能测试总结---基础理论篇

测试面试题集锦| 自动化测试与性能测试篇（附答案）

性能测试总结---基础理论篇