linux 網絡延時、丟包與傳輸帶寬關係測試

1、目的

在互聯網中，咱們會向網絡運營商申請指定額度的帶寬。實際傳輸時，因爲網絡QoS達不到要求，實際的傳輸帶寬可能達不到標稱值。本次測試在局域網環境中使用模擬工具模擬不一樣QoS下的網絡條件，得出不一樣QoS網絡下傳輸帶寬

2、網絡QoS指標

網絡的QoS一般用如下指標衡量：

丟包率：因爲網絡擁塞，傳輸錯誤等形成的數據包丟失機率
延時：數據包發送到對端再返回到發送端的時長
延時抖動：衡量延時變化的程度
本次測試值模擬丟包率和延時與傳輸帶寬的關係。

注:本文中的丟包率指的是在傳輸速率小於最大傳輸帶寬時的丟包率。

3、測試方案

本次測試分兩個階段進行：

在丟包率爲0的狀況下，測試不一樣延時下的傳輸速率；
調整丟包率與延時，測試不一樣延時與丟包率組合下的傳輸速率。

4、測試環境

測試使用兩位服務器：

Server A：10.10.168.151

Server B：10.10.168.153

兩臺Server之間經過千兆以太網鏈接（帶寬爲1000Mbps）；

兩臺服務器上部署iperf，用於向網絡加流量，並統計傳輸速率；其中Server A上運行iperf server端（iperf -s），Server B上運行iperf client端（iperf -c 10.10.168.151 -t 100000 -i2）。數據流量方向是：server B → server A。iperf client端啓動1分鐘，統計1分鐘內的平均傳輸速率做爲一次測試的結果。

在Server B上，使用tc 模擬不一樣QoS的網絡環境。tc 能夠在server的出口方向模擬延時和丟包的狀況：

添加延時：tc qdisc add dev enp0s25 root netem  delay 50ms

添加丟包：tc qdisc add dev enp0s25 root netem  loss 3%

添加延時與丟包：tc qdisc add dev enp0s25 root netem  delay 50ms loss 3%

清空規則：tc qdisc del dev enp0s25 root

查看規則：tc qdisc ls dev enp0s25

5、測試結果

5.1  延時與傳輸速率的關係

丟包設置爲0，延時從1ms 變化到 5000ms，測試每個延時下的傳輸速率。下表爲測試結果：

延時在4000ms之內時，傳輸速率能在1Mbps以上。當延時到達5000ms時，傳輸速率降低到200kbps。延時越大，達到穩定傳輸速率的時間越長。

注意：以上測試是在iperf採用默認的window size測試的結果；window size會影響到max cwnd和max rwnd，在延時比較大的時候，max wnd = MIN(max cwnd, max rwnd)決定了最終的傳輸速度；rate = max wnd/rtt；從測試的結果看，max cwnd比較小，這個值決定的傳輸速度；以300ms延時的測試點爲例，經過-w參數增長髮送端window size，傳輸速率能夠提高到83Mbps，此時max rwnd決定了傳輸速度，此時，再經過-w參數增長接收端window size，傳輸速率能夠到達450Mbps

5.二、延時、丟表率與傳輸速率的關係

丟表率從1%-10%變化，延時從10ms變化到1000ms，測試每個組合下的傳輸速率。當延時/丟包率增大時，傳輸速率會降低，當傳輸速率低於500kbps時，再也不繼續增大延時/丟包率。下表爲測試結果：

  　
經過上表能夠繪製丟包/延時與傳輸速率的曲面圖：

X軸：延時（ms）

Y軸：丟包率

Z軸：傳輸速率（kbps）

經過曲面圖，能夠找到傳輸速率要達到500kbps/1000kbps時，延時與丟包率須要知足的條件

 

以上測試是單個客戶端測試的結果。在Server B上啓動多個客戶端同時進行測試，只要總的傳輸速率不超過最大帶寬限制，每一個客戶端的速率與單個客戶端測試的結果相同。