衡量網絡性能的四大關鍵：帶寬、時延、抖動、丟包

今天給大家講講衡量網絡性能的四大指標：帶寬、時延、抖動、丟包。

如何客戶需要我們去評估一個網絡的性能，我們就可以從這四方面去進行評估。

帶寬

1、帶寬概念：

帶寬在百度百科中定義：在單位時間內從網絡中的某一點到另一點所能通過的“最高數據率”。

計算機網絡的帶寬是指網絡可通過的最高數據率，即每秒多少比特（常用的單位是bps(bit per second)）。

簡單的講：帶寬可以比喻是高速公路，表示單位時間內的能通過的車輛數；

2、帶寬的表示：

帶寬通常用bps表示，表示每秒多少bit；

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

但是我們平時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，二進制數系統中每個0或1就是一個位(bit)，位是數據存儲的最小單位，其中8bit就稱為一個字節(jié)（Byte）。因此我們在辦理寬帶的時候，100M的帶寬表示100Mbps，理論的的網絡下載速度只有12.5M Bps，實際可能還不足10MBps，這是因為受用戶計算機性能、網絡設備質量、資源使用情況、網絡高峰期、網站服務能力、線路衰耗，信號衰減等多因素的影響，實際網速是無法到達理論網速的。 ?

時延

時延：簡單的說，時延就是指報文從網絡的一端到另一端所需要的的時間；

舉個例子：我在自己的電腦上ping 百度的地址；

從ping的結果中，可以看到時延為12ms，這個時延就是指ICMP報文從我的電腦到百度的服務器所需要得往返時延是12ms；

（Ping指一個數據包從用戶的設備發(fā)送到測速點，然后再立即從測速點返回用戶設備的來回時間。也就是俗稱的網絡延時，以毫秒ms計算。）

網絡時延包括了處理時延、排隊時延、發(fā)送時延、傳播時延這四大部分。在實際中我們主要考慮發(fā)送時延與傳播時延。

下面我們具體看下每一個時延的含義；

1、處理時延：

交換機、路由器等網絡設備在收到報文后要使用一定的時間進行處理。比如解封裝分析首部，提取數據，差錯檢驗，路由選擇等。

一般高速路由器的處理時延通常是微秒或更低的數量級。

2、排隊時延

排隊時延簡單來說就是路由器或交換機等網絡設備處理數據包排隊所消耗的時間。

一個數據包的排隊時延取決于當前隊列中是否有其它報文在傳輸。

如果該隊列是空的，并且當前沒有其他報文在傳輸，則該報文的排隊時延為0；反之，如果流量很大，并且許多其他報文也在等待傳輸，該排隊時延將很大；

實際的排隊時延通常在毫秒到微秒級。

3、發(fā)送時延

發(fā)送時延簡單講就是路由器、交換機等網絡設備發(fā)送數據所需要的時間，也就是路由器隊列遞交給網絡鏈路所需要的時間。

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

實際的發(fā)送時延通常在毫秒到微秒級。

4、傳播時延

傳播時延是指報文在實際的物理鏈路上傳播數據所需要的時間。

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

實際傳播時延在毫秒級。

抖動

抖動：網絡抖動是指最大延遲與最小延遲的時間差，比如你訪問一個網站的最大延遲是10ms，最小延遲為5ms，那么網絡抖動就是5ms；

抖動可以用來評價網絡的穩(wěn)定性，抖動越小，網絡越穩(wěn)定；

尤其是我們在打游戲的時候，需要網絡具有較高的穩(wěn)定性，否則會影響游戲體驗。

關于網絡抖動產生的原因：如果網絡發(fā)生擁塞后，排隊時延會影響端到端的延遲，可能造成從路由器A到路由器B的延遲忽大忽小，造成網絡的抖動；

丟包

丟包：簡單來說丟包就是指一個或多個數據包的數據無法通過網絡到達目的地，接收端如果發(fā)現數據丟失，會根據隊列序號向發(fā)送端發(fā)出請求，進行丟包重傳。

丟包的原因比較多，最常見的可能是網絡發(fā)生擁塞，數據流量太大，網絡設備處理不過來自然而然就有些數據包會丟了。

丟包率是指測試中所丟失數據包數量占所發(fā)送數據包的比率。比如發(fā)送100個數據包，丟失一個數據包，那么丟包率就是1%。

堆疊是指將多臺支持堆疊特性的交換機通過堆疊線纜連接在一起，從邏輯上虛擬成一臺交換設備，作為一個整體參與數據轉發(fā)。堆疊是目前廣泛應用的一種橫向虛擬化技術，具有提高可靠性、擴展端口數量、增大帶寬、簡化組網等作用。

為什么需要堆疊？

傳統的園區(qū)網絡采用設備和鏈路冗余來保證高可靠性，但其鏈路利用率低、網絡維護成本高，堆疊技術將多臺交換機虛擬成一臺交換機，達到簡化網絡部署和降低網絡維護工作量的目的。堆疊具有諸多優(yōu)勢： ?

提高可靠性

堆疊系統多臺成員交換機之間形成冗余備份，如下圖所示，SwitchA和SwitchB組成堆疊系統，SwitchA和SwitchB相互備份，SwitchA故障時，SwitchB可以接替SwitchA保證系統的正常運行。另外，堆疊系統支持跨設備的鏈路聚合功能，也可以實現鏈路的冗余備份。

堆疊示意圖

擴展端口數量

如下圖所示，當接入的用戶數增加到原交換機端口密度不能滿足接入需求時，可以增加新交換機與原交換機組成堆疊系統擴展端口數量。

擴展端口數量示意圖

增大帶寬

如下圖所示，當需要增大交換機上行帶寬時，可以增加新交換機與原交換機組成堆疊系統，將成員交換機的多條物理鏈路配置成一個聚合組，提高交換機的上行帶寬。

增大帶寬示意圖

簡化組網

如下圖所示，網絡中的多臺設備組成堆疊，虛擬成單一的邏輯設備。簡化后的組網不再需要使用MSTP等破環(huán)協議，簡化了網絡配置，同時依靠跨設備的鏈路聚合，實現單設備故障時的快速切換，提高可靠性。 ?

簡化組網示意圖

長距離堆疊

如下圖所示，每個樓層的用戶通過樓道交換機接入外部網絡，現將各相距較遠的樓道交換機連接起來組成堆疊，這相當于每棟樓只有一個接入設備，網絡結構變得更加簡單。每棟樓有多條鏈路到達核心網絡，網絡變得更加健壯、可靠。對多臺樓道交換機的配置簡化成對堆疊系統的配置，降低了管理和維護的成本。 ?

長距離堆疊示意圖

有哪些設備可以堆疊？

主流交換機都支持堆疊，如華為S系列園區(qū)交換機、CloudEngine數據中心交換機都有款型支持堆疊。對于S系列園區(qū)交換機，僅盒式交換機有款型支持堆疊；兩臺框式交換機組建在一起叫集群。對于CloudEngine數據中心交換機，框式交換機和盒式交換機都有款型支持堆疊，兩者的差異在于框式交換機僅支持兩臺設備組建堆疊。

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程中用到的相關概念。

主、被、從交換機

堆疊系統中所有的單臺交換機都稱為成員交換機，按照功能不同，可以分為三種角色：

主交換機（Master）：主交換機負責管理整個堆疊。堆疊系統中只有一臺主交換機。

備交換機（Standby）：備交換機是主交換機的備份交換機。堆疊系統中只有一臺備交換機。當主交換機故障時，備交換機會接替原主交換機的所有業(yè)務。

從交換機（Slave）：從交換機用于業(yè)務轉發(fā)，堆疊系統中可以有多臺從交換機。從交換機數量越多，堆疊系統的轉發(fā)帶寬越大。

除主交換機和備交換機外，堆疊中其他所有的成員交換機都是從交換機。當備交換機不可用時，從交換機承擔備交換機的角色。

主交換機、備交換機和從交換機都可以進行業(yè)務流量的轉發(fā)。添加、移除或替換堆疊成員交換機，都可能導致堆疊成員角色的變化。

堆疊ID

堆疊ID用來標識堆疊成員交換機，是成員交換機的槽位號。每個堆疊成員交換機在堆疊系統中具有唯一的堆疊ID。

堆疊優(yōu)先級

堆疊優(yōu)先級是成員交換機的一個屬性，主要用于角色選舉過程中確定成員交換機的角色，優(yōu)先級值越大表示優(yōu)先級越高，優(yōu)先級越高當選為主交換機的可能性越大。

堆疊的建立過程

堆疊建立的過程包括以下四個階段：

根據網絡需求，選擇堆疊線纜、連接方式。不同產品支持的物理連接方式有差異。對于S系列園區(qū)盒式交換機和CloudEngine數據中心盒式交換機，支持鏈形和環(huán)形兩種連接拓撲。對于CloudEngine數據中心框式交換機，支持SIP口連接和業(yè)務口連接兩種方式。

選舉主交換機。所有成員交換機上電后，堆疊系統開始進行主交換機的選舉。在堆疊系統中每臺成員交換機都具有一個確定的角色，其中，主交換機負責管理整個堆疊系統。 ?

分配堆疊ID和備交換機選舉。主交換機選舉完成后，主交換機會收集所有成員交換機的拓撲信息，根據拓撲信息計算出堆疊轉發(fā)表項下發(fā)給堆疊中的所有成員交換機，并向所有成員交換機分配堆疊ID。之后進行備交換機的選舉，作為主交換機的備份交換機。除主交換機外最先完成設備啟動的交換機優(yōu)先被選為備份交換機。 ?

同步軟件版本和配置文件。角色選舉、拓撲收集完成之后，所有成員交換機會自動同步主交換機的軟件版本和配置文件。 ?

堆疊系統具有自動加載系統軟件的功能，待組成堆疊的成員交換機不需要具有相同軟件版本，只需要版本間兼容即可。當備交換機或從交換機與主交換機的軟件版本不一致時，備交換機或從交換機會自動從主交換機下載系統軟件，然后使用新系統軟件重啟，并重新加入堆疊。 ?

堆疊系統具有配置文件同步機制，主交換機保存整個堆疊系統的配置文件，并進行整個堆疊系統的配置管理。備交換機或從交換機會將主交換機的配置文件同步到本交換機并執(zhí)行，以保證堆疊中的多臺設備能夠像一臺設備一樣在網絡中工作，并且在主交換機出現故障之后，其余交換機仍能夠正常執(zhí)行各項功能。

在常見的網絡項目中，會用到光模塊，也簡稱SFP模塊或者SFP+模塊。

關于SFP+光模塊如何使用？

在企業(yè)網絡部署、數據中心建設都離不開光模塊與交換機。光模塊主要是用來將電信號與光信號進行轉換，而交換機則是對光電信號起到轉發(fā)作用。在眾多光模塊中，SFP+光模塊是目前被應用的最多的光模塊之一，在與交換機搭配使用時采用不同的連接方式可實現不同的網絡需求。

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，它獨立于通信協議。一般與交換機、光纖路由器、光纖網卡等相連接，被應用在10G bps以太網以及8.5G bps光纖通道系統中，能滿足數據中心更高的速率需求，實現數據中心的網絡擴展與轉換。

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