??? 摘? 要： 吞吐量是評價網(wǎng)絡平臺性能的重要指標，是網(wǎng)絡用戶關注的焦點，對于不同幀長的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，網(wǎng)絡平臺的處理能力存在較大差異，主要體現(xiàn)在處理64B和128B小包數(shù)據(jù)時，吞吐量有明顯的降低。針對這一問題，以研祥一款網(wǎng)絡平臺專用主板NET-1715VD4N為測試對象，采用SmartBits 600B測試儀配合SmartFlow、SmartWindow測試軟件，進行了網(wǎng)絡吞吐量測試，并分析了造成小包吞吐量降低的原因。?
??? 關鍵詞： 網(wǎng)絡小包； 吞吐量
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??? 隨著Internet的日益普及，企業(yè)內部網(wǎng)用戶訪問Internet的需求在不斷增加，企業(yè)需要對外提供諸如WWW頁面瀏覽、FTP文件傳輸、DNS域名解析等服務，這些因素會導致網(wǎng)絡流量的急劇增加。如果網(wǎng)絡平臺的吞吐量太小，就會成為網(wǎng)絡瓶頸，給整個網(wǎng)絡的傳輸效率帶來負面影響。因此，在對網(wǎng)絡平臺進行性能測試時，考察吞吐量是一項十分重要的技術指標，有助于更好地評價其性能表現(xiàn)。?
??? 根據(jù)RFC2544標準，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包的幀長采用64B、128B、256B、512B、1 024B、1 280B、1 518B字節(jié)。目前大多數(shù)X86架構網(wǎng)絡平臺在處理256B、512B、1 024B和1 518B這樣的中、大包時，吞吐量大都能近似線速，而處理64B和128B小包的時候，性能差異立即體現(xiàn)。但是，近年來普及的一些應用，包括MSN、QQ、視頻、線上游戲等，都是以小包的形式在工作。因此，人們對網(wǎng)絡平臺的小包數(shù)據(jù)處理能力的關注程度越來越高。?
??? 本文以網(wǎng)絡小包為研究對象，以研祥一款網(wǎng)絡平臺專用主板NET-1715VD4N為測試對象，采用SmartBits 600B測試儀配合SmartFlow、SmartWindow測試軟件，進行了網(wǎng)絡吞吐量測試，并著重分析了造成小包吞吐量降低的原因。?
1 吞吐量測試方法?
??? 吞吐量（Throughput）是用來測試網(wǎng)絡設備的包轉發(fā)能力的重要參數(shù)，通常指設備在不丟包條件下的最大傳輸速率。測試吞吐量的方法主要分為兩類：一類是基于PC軟件的測試，另一類是使用專門的測試儀器進行測試。由于PC軟件測試的誤差比較大，而且軟件本身就不成熟，不能真實反映出網(wǎng)絡設備的實際吞吐量大小，因此大多數(shù)用戶不會采用PC軟件的測試方法，而是采用專業(yè)測試儀表來進行測試。?
??? 目前業(yè)界普遍采用的測試儀表主要有Smartbits和ixia兩種，吞吐量的測試原理基本相同，都是采用二分法，即如果接收數(shù)據(jù)幀數(shù)等于發(fā)送數(shù)據(jù)幀數(shù)，則增加發(fā)送數(shù)據(jù)包的速率；如果接收數(shù)據(jù)幀數(shù)小于發(fā)送數(shù)據(jù)幀數(shù)，則降低發(fā)送數(shù)據(jù)包的速率。使用二分法來確定發(fā)送數(shù)據(jù)幀數(shù)等于接收數(shù)據(jù)幀數(shù)時的最大發(fā)送數(shù)據(jù)包的速率，即為網(wǎng)絡吞吐量。?
??? 本文采用Smartbits 600B測試儀配合SmartFlow、SmartWindow測試軟件進行吞吐量測試。Smartbits是全球最權威的網(wǎng)絡設備測試儀，它配合不同的軟件可以測試OSI的2～3層和4～7層。對于網(wǎng)絡安全產品的制造商來說，一般測試到OSI的2～3層即可。常用的軟件有SmartWindow、SmartApplications、SmartFlow。SmartWindow是虛擬控制面板，SmartApplications是基于RFC2544標準的自動化測試軟件，SmartFlow是QoS性能及MPLS路由測試軟件。SmartApplications和SmartFlow都可以測試吞吐量并自動生成一份測試報告。?
2 測試實例?
??? X86架構網(wǎng)絡平臺的網(wǎng)絡性能與軟件和硬件都有直接的聯(lián)系，其中CPU、網(wǎng)絡芯片是影響網(wǎng)絡性能的主要因素。此外，操作系統(tǒng)對于網(wǎng)絡性能也有很大的影響，Linux系統(tǒng)比Windows系統(tǒng)的網(wǎng)絡性能要好，而Linux系統(tǒng)的內核版本與網(wǎng)卡驅動版本不同，網(wǎng)絡性能也有比較大的差異，通過優(yōu)化驅動可以提高網(wǎng)絡性能。?
??? 針對研祥一款網(wǎng)絡安全平臺專用主板NET-1715VD4N，進行了數(shù)據(jù)包吞吐量的測試與分析。這款主板主要應用于終端防火墻網(wǎng)絡安全產品中，支持目前主流Intel LGA775處理器，Pentium4、Celeron D、Pentium D及Conroe處理器，前端系統(tǒng)總線最高支持1 066MHz，搭配Intel 945G芯片組，雙通道DDR2，最大支持4GB內存。有4個板載千兆網(wǎng)口，其中LAN1和LAN2采用1片Intel82571，可實現(xiàn)bypass功能，LAN3和LAN4采用2片Intel82573E。配有1個PCI插槽；1個PCI-E×4插槽，可擴展4個電口或者2個GBIC或者2個SFP。?
2.1 測試環(huán)境?
??? 測試使用的NET-1715VD4N平臺，搭配了Core 2 Duo E4500的CPU，主頻2.2GHz，二級緩存2MB，前端總線800MHz；內存采用兩根Kingston 1G的DDR2/667；硬盤采用Seagate SATA接口160G/7200rpm/8M。安裝Linux Fedora Core 6（kernel 2.6.18）操作系統(tǒng)，網(wǎng)口驅動采用FC6自帶的7.1.9版本，軟件、驅動不進行任何優(yōu)化來做測試，采用路由模式。?
??? 測試儀器采用思博倫通信的網(wǎng)絡性能分析儀SmartBits 600B。測試軟件采用SmartFlow。測試網(wǎng)絡拓撲結構如圖1所示。?
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??? Linux系統(tǒng)下的設置：?
??? (1) 關閉防火墻和SELinux服務?
??? # /etc/rc.d/init.d/iptables stop?
??? (2) 開啟Linux內核中的ip_forward功能?
??? #echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/ip_forward?
??? (3) 設置IP地址 ?
??? #ifconfig eth0 192.168.100.1 netmask 255.255.255.0 up?
??? #ifcofnig eth1 192.168.200.1 netmask 255.255.255.0 up?
??? #ifconfig eth2 192.168.300.1 netmask 255.255.255.0 up?
??? #ifcofnig eth3 192.168.400.1 netmask 255.255.255.0 up?
??? (4) 設置靜態(tài)ARP?
??? #echo‘192.168.100.2 00:00:00:00:00:01’ >> /etc/ethers?
??? #echo‘192.168.200.2 00:00:00:00:00:02’ >> /etc/ethers?
??? #echo‘192.168.300.2 00:00:00:00:00:03’ >> /etc/ethers?
??? #echo‘192.168.400.2 00:00:00:00:00:04’ >> /etc/ethers?
??? #arp -f?
??? 其中，192.168.100.2、00:00:00:00:00:01是SMB-600B流的源IP和源MAC。?
2.2 測試結果?
??? 本次測試，測試時間設置為60s，Acceptable Frame Loss設置為0，幀長分別為64B、128B、256B、512B、1 024B、1 280B、1 518B。?
??? 圖2是測試完成后，由測試軟件自動生成的NET-1715VD4N平臺Intel82571和Intel82573E雙向吞吐量的測試結果，為了能更清楚地看到測試數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)整理成表1。?
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??? 從圖2和表1中可以看出，吞吐量與幀長有關，幀長越長，其吞吐量越大。對于LAN1和LAN2兩個網(wǎng)口，處理512B、1 024B和1 518B的大包時，吞吐量都達到了線速，沒發(fā)生丟包情況；處理256B的中包，吞吐量也非常接近線速；而在處理64B、128B的小包時，吞吐量達不到線速，存在不同程度的丟包。?
2.3 測試結果分析?
??? NET-1715VD4N網(wǎng)絡平臺LAN1、LAN2網(wǎng)口64B小包的雙向吞吐量接近50%，此時的CPU占用率高達99%，而1 518B大包的吞吐量可以達到線速100%，此時的CPU占用率卻只有19%。每一個以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀都包含有6B的目的MAC地址、6B的源MAC地址、2B的數(shù)據(jù)類型、46B～1 500B的凈荷以及4個字節(jié)的FCS。對于64B幀長的數(shù)據(jù)包，1Gb/s的速率等于1 488 095包/s，而對于1 518B幀長的數(shù)據(jù)，1Gb/s的速率等于81 274包/s。也就是說，同樣1Gb/s的速率，CPU響應64字節(jié)幀長的數(shù)據(jù)包中斷要比響應1 518B幀長的數(shù)據(jù)包中斷多得多。CPU在響應64B數(shù)據(jù)包中斷時，由于無法及時處理全部中斷，就將部分數(shù)據(jù)包丟棄了。?
??? 在上述測試中，NET-1715VD4N平臺作為路由模式，進行三層協(xié)議轉發(fā)來進行測試。在三層協(xié)議棧轉發(fā)時，占用了CPU大部份資源。如果在Linux系統(tǒng)下通過修改e1000_main.c文件中的代碼來做Loopback，即把代碼中的netif_receive_skb(skb) 修改成e1000_xmit_frame(skb, adapter->netdev) 重新編譯，數(shù)據(jù)包不通過三層協(xié)議棧處理，采用SmartWindow軟件，測試64B小包，發(fā)送采用1Gb/s的速率，LAN1網(wǎng)口的吞吐量可以達到90%。這說明CPU在處理三層協(xié)議轉發(fā)時，消耗了大部分資源，CPU是整個網(wǎng)絡平臺小包吞吐量達不到線速的最大瓶頸。?
??? 吞吐量是評價網(wǎng)絡性能的一項重要指標。小包數(shù)據(jù)由于其自身的特性，使得許多網(wǎng)絡平臺在處理小包數(shù)據(jù)時，吞吐量都有比較明顯的降低。因此，研究小包數(shù)據(jù)的吞吐量，找到小包吞吐量偏低的原因，具有十分重要的意義。本文通過對研祥網(wǎng)絡平臺產品NET-1715VD4N吞吐量的測試與分析，得出了CPU是影響小包吞吐量的主要因素的結論。如果采用更高性能的CPU，并通過優(yōu)化系統(tǒng)和網(wǎng)絡驅動及中斷方式，可以使小包數(shù)據(jù)的吞吐量得到進一步提高。?
參考文獻?
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