衡量網(wǎng)絡(luò)性能的四大關(guān)鍵：帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包

今天給大家講講衡量網(wǎng)絡(luò)性能的四大指標(biāo)：帶寬、時(shí)延、抖動(dòng)、丟包。

如何客戶需要我們?nèi)?strong>評(píng)估一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，我們就可以從這四方面去進(jìn)行評(píng)估。

帶寬

1、帶寬概念：

帶寬在百度百科中定義：在單位時(shí)間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能通過(guò)的“最高數(shù)據(jù)率”。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的帶寬是指網(wǎng)絡(luò)可通過(guò)的最高數(shù)據(jù)率，即每秒多少比特（常用的單位是bps(bit per second)）。

簡(jiǎn)單的講：帶寬可以比喻是高速公路，表示單位時(shí)間內(nèi)的能通過(guò)的車輛數(shù)；

2、帶寬的表示：

帶寬通常用bps表示，表示每秒多少bit；

描述帶寬時(shí)常常把“比特/秒”省略。例如，帶寬是100M，實(shí)際上是100Mbps，這里的Mbps是指兆位/s。

但是我們平時(shí)下載軟件的速度的單位是Byte/s（字節(jié)/秒）。這里涉及到Byte和bit的換算，二進(jìn)制數(shù)系統(tǒng)中每個(gè)0或1就是一個(gè)位(bit)，位是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的最小單位，其中8bit就稱為一個(gè)字節(jié)（Byte）。因此我們?cè)谵k理寬帶的時(shí)候，100M的帶寬表示100Mbps，理論的的網(wǎng)絡(luò)下載速度只有12.5M Bps，實(shí)際可能還不足10MBps，這是因?yàn)槭苡脩粲?jì)算機(jī)性能、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備質(zhì)量、資源使用情況、網(wǎng)絡(luò)高峰期、網(wǎng)站服務(wù)能力、線路衰耗，信號(hào)衰減等多因素的影響，實(shí)際網(wǎng)速是無(wú)法到達(dá)理論網(wǎng)速的。 ?

時(shí)延

時(shí)延：簡(jiǎn)單的說(shuō)，時(shí)延就是指報(bào)文從網(wǎng)絡(luò)的一端到另一端所需要的的時(shí)間；

舉個(gè)例子：我在自己的電腦上ping 百度的地址；

從ping的結(jié)果中，可以看到時(shí)延為12ms，這個(gè)時(shí)延就是指ICMP報(bào)文從我的電腦到百度的服務(wù)器所需要得往返時(shí)延是12ms；

（Ping指一個(gè)數(shù)據(jù)包從用戶的設(shè)備發(fā)送到測(cè)速點(diǎn)，然后再立即從測(cè)速點(diǎn)返回用戶設(shè)備的來(lái)回時(shí)間。也就是俗稱的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，以毫秒ms計(jì)算。）

網(wǎng)絡(luò)時(shí)延包括了處理時(shí)延、排隊(duì)時(shí)延、發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延這四大部分。在實(shí)際中我們主要考慮發(fā)送時(shí)延與傳播時(shí)延。

下面我們具體看下每一個(gè)時(shí)延的含義；

1、處理時(shí)延：

交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在收到報(bào)文后要使用一定的時(shí)間進(jìn)行處理。比如解封裝分析首部，提取數(shù)據(jù)，差錯(cuò)檢驗(yàn)，路由選擇等。

一般高速路由器的處理時(shí)延通常是微秒或更低的數(shù)量級(jí)。

2、排隊(duì)時(shí)延

排隊(duì)時(shí)延簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是路由器或交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理數(shù)據(jù)包排隊(duì)所消耗的時(shí)間。

一個(gè)數(shù)據(jù)包的排隊(duì)時(shí)延取決于當(dāng)前隊(duì)列中是否有其它報(bào)文在傳輸。

如果該隊(duì)列是空的，并且當(dāng)前沒(méi)有其他報(bào)文在傳輸，則該報(bào)文的排隊(duì)時(shí)延為0；反之，如果流量很大，并且許多其他報(bào)文也在等待傳輸，該排隊(duì)時(shí)延將很大；

實(shí)際的排隊(duì)時(shí)延通常在毫秒到微秒級(jí)。

3、發(fā)送時(shí)延

發(fā)送時(shí)延簡(jiǎn)單講就是路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間，也就是路由器隊(duì)列遞交給網(wǎng)絡(luò)鏈路所需要的時(shí)間。

如果用L比特表示分組的長(zhǎng)度，用R bps表示從路由器A到路由器B的鏈路傳輸速率，發(fā)送時(shí)延則是L/R。

實(shí)際的發(fā)送時(shí)延通常在毫秒到微秒級(jí)。

4、傳播時(shí)延

傳播時(shí)延是指報(bào)文在實(shí)際的物理鏈路上傳播數(shù)據(jù)所需要的時(shí)間。

傳播時(shí)延等于兩臺(tái)路由器之間的距離除以傳播速率，即傳播時(shí)延是D/S，其中D是兩臺(tái)路由器之間的距離，S是該鏈路的傳播速率。

實(shí)際傳播時(shí)延在毫秒級(jí)。

抖動(dòng)

抖動(dòng)：網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)是指最大延遲與最小延遲的時(shí)間差，比如你訪問(wèn)一個(gè)網(wǎng)站的最大延遲是10ms，最小延遲為5ms，那么網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)就是5ms；

抖動(dòng)可以用來(lái)評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，抖動(dòng)越小，網(wǎng)絡(luò)越穩(wěn)定；

尤其是我們?cè)诖蛴螒虻臅r(shí)候，需要網(wǎng)絡(luò)具有較高的穩(wěn)定性，否則會(huì)影響游戲體驗(yàn)。

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)產(chǎn)生的原因：如果網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞后，排隊(duì)時(shí)延會(huì)影響端到端的延遲，可能造成從路由器A到路由器B的延遲忽大忽小，造成網(wǎng)絡(luò)的抖動(dòng)；

丟包

丟包：簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)丟包就是指一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)無(wú)法通過(guò)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)目的地，接收端如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，會(huì)根據(jù)隊(duì)列序號(hào)向發(fā)送端發(fā)出請(qǐng)求，進(jìn)行丟包重傳。

丟包的原因比較多，最常見(jiàn)的可能是網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞，數(shù)據(jù)流量太大，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理不過(guò)來(lái)自然而然就有些數(shù)據(jù)包會(huì)丟了。

丟包率是指測(cè)試中所丟失數(shù)據(jù)包數(shù)量占所發(fā)送數(shù)據(jù)包的比率。比如發(fā)送100個(gè)數(shù)據(jù)包，丟失一個(gè)數(shù)據(jù)包，那么丟包率就是1%。

堆疊是指將多臺(tái)支持堆疊特性的交換機(jī)通過(guò)堆疊線纜連接在一起，從邏輯上虛擬成一臺(tái)交換設(shè)備，作為一個(gè)整體參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。堆疊是目前廣泛應(yīng)用的一種橫向虛擬化技術(shù)，具有提高可靠性、擴(kuò)展端口數(shù)量、增大帶寬、簡(jiǎn)化組網(wǎng)等作用。

為什么需要堆疊？

傳統(tǒng)的園區(qū)網(wǎng)絡(luò)采用設(shè)備和鏈路冗余來(lái)保證高可靠性，但其鏈路利用率低、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本高，堆疊技術(shù)將多臺(tái)交換機(jī)虛擬成一臺(tái)交換機(jī)，達(dá)到簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)部署和降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)工作量的目的。堆疊具有諸多優(yōu)勢(shì)： ?

提高可靠性

堆疊系統(tǒng)多臺(tái)成員交換機(jī)之間形成冗余備份，如下圖所示，SwitchA和SwitchB組成堆疊系統(tǒng)，SwitchA和SwitchB相互備份，SwitchA故障時(shí)，SwitchB可以接替SwitchA保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。另外，堆疊系統(tǒng)支持跨設(shè)備的鏈路聚合功能，也可以實(shí)現(xiàn)鏈路的冗余備份。

堆疊示意圖

擴(kuò)展端口數(shù)量

如下圖所示，當(dāng)接入的用戶數(shù)增加到原交換機(jī)端口密度不能滿足接入需求時(shí)，可以增加新交換機(jī)與原交換機(jī)組成堆疊系統(tǒng)擴(kuò)展端口數(shù)量。

擴(kuò)展端口數(shù)量示意圖

增大帶寬

如下圖所示，當(dāng)需要增大交換機(jī)上行帶寬時(shí)，可以增加新交換機(jī)與原交換機(jī)組成堆疊系統(tǒng)，將成員交換機(jī)的多條物理鏈路配置成一個(gè)聚合組，提高交換機(jī)的上行帶寬。

增大帶寬示意圖

簡(jiǎn)化組網(wǎng)

如下圖所示，網(wǎng)絡(luò)中的多臺(tái)設(shè)備組成堆疊，虛擬成單一的邏輯設(shè)備。簡(jiǎn)化后的組網(wǎng)不再需要使用MSTP等破環(huán)協(xié)議，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)配置，同時(shí)依靠跨設(shè)備的鏈路聚合，實(shí)現(xiàn)單設(shè)備故障時(shí)的快速切換，提高可靠性。 ?

簡(jiǎn)化組網(wǎng)示意圖

長(zhǎng)距離堆疊

如下圖所示，每個(gè)樓層的用戶通過(guò)樓道交換機(jī)接入外部網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)將各相距較遠(yuǎn)的樓道交換機(jī)連接起來(lái)組成堆疊，這相當(dāng)于每棟樓只有一個(gè)接入設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變得更加簡(jiǎn)單。每棟樓有多條鏈路到達(dá)核心網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)變得更加健壯、可靠。對(duì)多臺(tái)樓道交換機(jī)的配置簡(jiǎn)化成對(duì)堆疊系統(tǒng)的配置，降低了管理和維護(hù)的成本。 ?

長(zhǎng)距離堆疊示意圖

有哪些設(shè)備可以堆疊？

主流交換機(jī)都支持堆疊，如華為S系列園區(qū)交換機(jī)、CloudEngine數(shù)據(jù)中心交換機(jī)都有款型支持堆疊。對(duì)于S系列園區(qū)交換機(jī)，僅盒式交換機(jī)有款型支持堆疊；兩臺(tái)框式交換機(jī)組建在一起叫集群。對(duì)于CloudEngine數(shù)據(jù)中心交換機(jī)，框式交換機(jī)和盒式交換機(jī)都有款型支持堆疊，兩者的差異在于框式交換機(jī)僅支持兩臺(tái)設(shè)備組建堆疊。

如何建立堆疊？

在介紹堆疊是如何建立之前，先介紹下堆疊建立過(guò)程中用到的相關(guān)概念。

主、被、從交換機(jī)

堆疊系統(tǒng)中所有的單臺(tái)交換機(jī)都稱為成員交換機(jī)，按照功能不同，可以分為三種角色：

主交換機(jī)（Master）：主交換機(jī)負(fù)責(zé)管理整個(gè)堆疊。堆疊系統(tǒng)中只有一臺(tái)主交換機(jī)。

備交換機(jī)（Standby）：備交換機(jī)是主交換機(jī)的備份交換機(jī)。堆疊系統(tǒng)中只有一臺(tái)備交換機(jī)。當(dāng)主交換機(jī)故障時(shí)，備交換機(jī)會(huì)接替原主交換機(jī)的所有業(yè)務(wù)。

從交換機(jī)（Slave）：從交換機(jī)用于業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)，堆疊系統(tǒng)中可以有多臺(tái)從交換機(jī)。從交換機(jī)數(shù)量越多，堆疊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)帶寬越大。

除主交換機(jī)和備交換機(jī)外，堆疊中其他所有的成員交換機(jī)都是從交換機(jī)。當(dāng)備交換機(jī)不可用時(shí)，從交換機(jī)承擔(dān)備交換機(jī)的角色。

主交換機(jī)、備交換機(jī)和從交換機(jī)都可以進(jìn)行業(yè)務(wù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)。添加、移除或替換堆疊成員交換機(jī)，都可能導(dǎo)致堆疊成員角色的變化。

堆疊ID

堆疊ID用來(lái)標(biāo)識(shí)堆疊成員交換機(jī)，是成員交換機(jī)的槽位號(hào)。每個(gè)堆疊成員交換機(jī)在堆疊系統(tǒng)中具有唯一的堆疊ID。

堆疊優(yōu)先級(jí)

堆疊優(yōu)先級(jí)是成員交換機(jī)的一個(gè)屬性，主要用于角色選舉過(guò)程中確定成員交換機(jī)的角色，優(yōu)先級(jí)值越大表示優(yōu)先級(jí)越高，優(yōu)先級(jí)越高當(dāng)選為主交換機(jī)的可能性越大。

堆疊的建立過(guò)程

堆疊建立的過(guò)程包括以下四個(gè)階段：

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求，選擇堆疊線纜、連接方式。不同產(chǎn)品支持的物理連接方式有差異。對(duì)于S系列園區(qū)盒式交換機(jī)和CloudEngine數(shù)據(jù)中心盒式交換機(jī)，支持鏈形和環(huán)形兩種連接拓?fù)洹?對(duì)于CloudEngine數(shù)據(jù)中心框式交換機(jī)，支持SIP口連接和業(yè)務(wù)口連接兩種方式。

選舉主交換機(jī)。所有成員交換機(jī)上電后，堆疊系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行主交換機(jī)的選舉。在堆疊系統(tǒng)中每臺(tái)成員交換機(jī)都具有一個(gè)確定的角色，其中，主交換機(jī)負(fù)責(zé)管理整個(gè)堆疊系統(tǒng)。 ?

分配堆疊ID和備交換機(jī)選舉。主交換機(jī)選舉完成后，主交換機(jī)會(huì)收集所有成員交換機(jī)的拓?fù)湫畔?，根?jù)拓?fù)湫畔⒂?jì)算出堆疊轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)下發(fā)給堆疊中的所有成員交換機(jī)，并向所有成員交換機(jī)分配堆疊ID。之后進(jìn)行備交換機(jī)的選舉，作為主交換機(jī)的備份交換機(jī)。除主交換機(jī)外最先完成設(shè)備啟動(dòng)的交換機(jī)優(yōu)先被選為備份交換機(jī)。 ?

同步軟件版本和配置文件。角色選舉、拓?fù)涫占瓿芍螅谐蓡T交換機(jī)會(huì)自動(dòng)同步主交換機(jī)的軟件版本和配置文件。 ?

堆疊系統(tǒng)具有自動(dòng)加載系統(tǒng)軟件的功能，待組成堆疊的成員交換機(jī)不需要具有相同軟件版本，只需要版本間兼容即可。當(dāng)備交換機(jī)或從交換機(jī)與主交換機(jī)的軟件版本不一致時(shí)，備交換機(jī)或從交換機(jī)會(huì)自動(dòng)從主交換機(jī)下載系統(tǒng)軟件，然后使用新系統(tǒng)軟件重啟，并重新加入堆疊。 ?

堆疊系統(tǒng)具有配置文件同步機(jī)制，主交換機(jī)保存整個(gè)堆疊系統(tǒng)的配置文件，并進(jìn)行整個(gè)堆疊系統(tǒng)的配置管理。備交換機(jī)或從交換機(jī)會(huì)將主交換機(jī)的配置文件同步到本交換機(jī)并執(zhí)行，以保證堆疊中的多臺(tái)設(shè)備能夠像一臺(tái)設(shè)備一樣在網(wǎng)絡(luò)中工作，并且在主交換機(jī)出現(xiàn)故障之后，其余交換機(jī)仍能夠正常執(zhí)行各項(xiàng)功能。

在常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目中，會(huì)用到光模塊，也簡(jiǎn)稱SFP模塊或者SFP+模塊。

關(guān)于SFP+光模塊如何使用？

在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)部署、數(shù)據(jù)中心建設(shè)都離不開(kāi)光模塊與交換機(jī)。光模塊主要是用來(lái)將電信號(hào)與光信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而交換機(jī)則是對(duì)光電信號(hào)起到轉(zhuǎn)發(fā)作用。在眾多光模塊中，SFP+光模塊是目前被應(yīng)用的最多的光模塊之一，在與交換機(jī)搭配使用時(shí)采用不同的連接方式可實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)需求。

一、SFP+光模塊是什么

SFP+光模塊是屬于SFP光模塊中的一種10G光纖模塊，它獨(dú)立于通信協(xié)議。一般與交換機(jī)、光纖路由器、光纖網(wǎng)卡等相連接，被應(yīng)用在10G bps以太網(wǎng)以及8.5G bps光纖通道系統(tǒng)中，能滿足數(shù)據(jù)中心更高的速率需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展與轉(zhuǎn)換。

SFP+光模塊線卡密度高、體積小，可與其他類型的10G模塊互通，為數(shù)據(jù)中心提供更高的安裝密度，節(jié)約成本。也因此而成為市場(chǎng)上主流的可插拔光模塊。

? ?

二、SFP+光模塊的種類

常規(guī)情況下，SFP+光模塊是按照實(shí)際應(yīng)用來(lái)進(jìn)行分類的，常見(jiàn)的有10G SFP+、BIDI SFP+、CWDM SFP+、DWDM SFP+這幾種類型。

10G SFP+光模塊? ??

該種類型的光模塊即為普通SFP+光模塊，也可視作10G SFP光模塊的升級(jí)版，是目前市場(chǎng)上的主流設(shè)計(jì)。

BIDI SFP+光模塊?

該種類型的光模塊采用波分復(fù)用技術(shù)，速率可達(dá)到11.1G bps，功耗低。擁有兩個(gè)光纖插孔，一般成對(duì)使用，在數(shù)據(jù)中心進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)，可減少光纖的使用量，降低建設(shè)成本。

CWDM SFP+光模塊

該種光模塊采用粗波分復(fù)用技術(shù)，常與單模光纖搭配使用，可節(jié)省光纖資源，在組網(wǎng)中更加靈活、可靠，且功耗小。

DWDM SFP+光模塊

該種光模塊采用密波分復(fù)用技術(shù)，多用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸中，傳輸距離最大可達(dá)80km，具有高速率、大容量、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。

? ?

三、SFP+光模塊與交換機(jī)如何搭配使用

不同類型的光模塊與交換機(jī)連接，可應(yīng)用于不同的組網(wǎng)方案中，下面為大家介紹幾種SFP+光模塊與交換機(jī)的實(shí)際搭配應(yīng)用方案。

方案一：10G SFP+萬(wàn)兆光模塊與交換機(jī)之間的連接

依次將4塊10G SFP+光模塊插入一臺(tái)交換機(jī)的10-Gbps SFP+端口中，再將一塊40G QSFP+光模塊插入另一臺(tái)交換機(jī)的40-Gbps QSFP+端口中，最后在中間以一根分支光纖跳線進(jìn)行連接。

該連接方式主要實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)從10G向40G的擴(kuò)展，可快速、簡(jiǎn)便的滿足數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)需求。

? ?

方案二：BIDI SFP+萬(wàn)兆單纖雙向光模塊與交換機(jī)之間的連接

將光模塊分別插入兩臺(tái)交換機(jī)的SFP+端口中，再用與光模塊連接口對(duì)應(yīng)的LC光纖跳線將兩臺(tái)交換機(jī)上的光模塊進(jìn)行連接。

該連接方式有效的實(shí)現(xiàn)了最簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)連接，可應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、企業(yè)布線以及電信運(yùn)營(yíng)傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)連接中。

? ?

方案三：CWDM SFP+萬(wàn)兆光模塊與交換機(jī)之間的連接

該連接方式用了中繼箱、光纖收發(fā)器、CWDM粗波分復(fù)用器等來(lái)將光模塊與交換機(jī)進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了將10G萬(wàn)兆以太網(wǎng)交換機(jī)上的RJ45電口轉(zhuǎn)換為CWDM粗波分復(fù)用器需要的CWDM波長(zhǎng)。