如何从trace文件分析网络性能

网络上有不少awk程序是讲如何分析网络性能的（主要是时延，吞吐量，丢包率和时延抖动），但是都没有详细的说明，我在此作一些示例，添加了一些必要的说明注释。

以下的内容是针对NS2仿真的结果trace文件进行网络性能分析，看本篇前需要先行了解的的内容有：awk语言的基础，包括语法和结构等；在Linux下如何使用xgraph和gnuplot。

因为只是想简单介绍如何用gwak和xgraph/gnuplot处理trace文件得出分析结果，所以并没有写专门的tcl脚本，分析用的tcl脚本和trace文件是一个三节点的无线网络的例子，随篇附后。

本篇主要想介绍如何得到网络的数据传输延迟（delay）、丢包率（drop）、延时抖动（Jitter）和网络的吞吐量（throughtput），下文的四个awk程序所使用的模型主要来自《網路模擬軟體NS2來做網路效能分析需看的文章》一文，除了第四个外程序没有做很大的改动，只是对封包的处理有所不同，同时第一个程序增加了比较详细的注释，方便初学者学习。

因为只是想抛砖引玉，所以分析用的数学模型没有刻意去研究，有待大家一起讨论。

一，延时分析。

包的延时就是指包的接收时间与包的发送时间差。

下面给出awk程序，相关的说明看程序里面的注释。

#BEGIN表明这是程序开头执行的一段语句，且只执行一次。

BEGIN {#程序初始化，设定一变量以记录目前处理的封包的最大ID号码。

在awk环境下变量的使用不需要声明，直接赋值。

highest_uid = 0;}#下面大括号里面的内容会针对要进行处理的记录（也就是我们的trace文件）的每一行都重复执行一次{event = $1; #$1表示一行的第一栏，是事件的动作。

每一栏默认是以空格分隔的。

下同。

time = $2; #事件发生的时间node_nb = $3; #发生事件的节点号（但是两边夹着“_”，下面一句代码将“_”处理掉）node_nb=substr(node_nb,2,1); #第三栏的内容是形如_0_的节点号码，我只要得出中间的节点号码0，所以要对字符串_0_进行处理。

trace_type = $4; #trace文件跟踪事件的层次（指在路由层或mac层等等）flag = $5; #uid = $6; #包的uid号码（普通包头的uid）pkt_type = $7; #包的类型（是信令或是数据）pkt_size = $8; #包的大小（byte）#下面的代码记录目前最高的CBR流的packet ID，本来的延迟分析是针对所有的包的（包括信令），这里作了简化，只针对CBR封包，以后大家做延时分析可以做相应的改动即可。

if ( event=="s" && node_nb==0 && pkt_type=="cbr" && uid > highest_uid ){#if判断句的前三个判断条件就不说了，第四个是说每个包的记录次数不超过1 highest_uid = uid;}#记录封包的传送时间if ( event=="s" && node_nb==0 && pkt_type=="cbr" && uid==highest_uid ) start_time[uid] = time; # start_time[]表明这是一个数组#记录封包的接收时间if ( event=="r" && node_nb ==2 && pkt_type=="cbr" && uid==highest_uid ) end_time[uid] = time;}#END表明这是程序结束前执行的语句，也只执行一次END {#当每行资料都读取完毕后，开始计算有效封包的端到端延迟时间。

for ( packet_id = 0; packet_id <= highest_uid; packet_id++ ){start = start_time[packet_id];end = end_time[packet_id];packet_duration = end - start;#只把接收时间大于传送时间的记录打印出来if ( start < end ) printf("%d %f\n", packet_id, packet_duration);}}要注意的是上面的awk程序只是在一个层上进行处理的（我是用的mac层），在生成trace文件时把其他层关闭，只留一个层，否则判断条件要多加一个层的判断。

下面的其他三个程序也是一样的。

程序写好以后用一个文档保存为pkt_delay和trace文件放于同一文件夹下，然后在终端进入该文件夹，执行：$：gwak –f delay trace > p然后在文件p中就保存了两列数据：封包的序号和该封包的传送时间。

二，丢包率分析。

BEGIN {#程序初始化，设定变量记录传输以及被丢弃的包的数目fsDrops = 0; #被丢弃的包的数目numfs0 = 0; #0节点发送的CBR封包的数目numfs2 = 0; #2节点接收的CBR封包的数目}{event = $1;time = $2;node_nb = $3;trace_type = $4;flag = $5;uid = $6pkt_type = $7;pkt_size = $8;node_nb=substr(node_nb,2,1);#统计节点0发送的CBR封包if (node_nb==0 && event== "s" && trace_type== "MAC" && pkt_type== "cbr") numfs0++;#统计节点2丢弃的CBR封包if (node_nb==2 && event== "r" && trace_type== "MAC" && pkt_type== "cbr") numfs2++;}END {average=0; #average用于记录丢包率fsDrops = numfs0-numfs2; #丢包数目average=fsDrops/numfs0; #丢包率printf("number of packets sent:%d lost_rate:%d\n", numfs0, average); #打印发送封包数目和丢包率}程序写好以后用一个文档保存为drop和trace文件放于同一文件夹下，然后在终端进入该文件夹，执行：$：gwak –f drop trace > d文件d中记录了两个数据：发送封包数目和丢包率。

三，延时抖动分析在这里特别提一下，所用的延时抖动分析的模型是：（封包n2的延时－封包n1的延时）/（n2的包序号－n1的包序号）。

BEGIN {#程序初始化，设定一变量以记录目前处理过的最高封包序号。

highest_uid = 0;}{event = $1;time = $2;node_nb = $3;node_nb=substr(node_nb,2,1);trace_type = $4;flag = $5;uid = $6pkt_type = $7;pkt_size = $8;#记录目前最高的CBR封包的IDif ( event=="s" && node_nb==0 && pkt_type=="cbr" && uid > highest_uid ){highest_uid = uid;}#记录CBR封包的发送时间if ( event=="s" && node_nb==0 && pkt_type=="cbr" && uid==highest_uid ) start_time[uid] = time;#记录CBR封包的接收时间if ( event=="r" && node_nb ==2 && pkt_type=="cbr" && uid==highest_uid ) end_time[uid] = time;}END {# 初始化抖动延时所需的变量last_seqno = 0;last_delay = 0;seqno_diff = 0;#当资料行全部读取后，开始计算有效封包的端到端延迟时间for ( packet_id = 0; packet_id <= highest_uid; packet_id++ ){start = start_time[packet_id];end = end_time[packet_id];packet_duration =end - start;#只把接收时间大于发送时间的记录列出来if ( start < end ){# 得到了delay值(packet_duration)后计算jitterseqno_diff = packet_id - last_seqno;delay_diff = packet_duration - last_delay;if (seqno_diff == 0){jitter =0;}else{jitter = delay_diff/seqno_diff;}#将有效封包序号以及延时抖动打印出来printf("%d %f\n", packet_id, jitter);last_seqno = packet_id;last_delay = packet_duration;}}}程序写好以后用一个文档保存为jitter和trace文件放于同一文件夹下，然后在终端进入该文件夹，执行：$：gwak –f jitter trace > j文件j中记录了有效封包序号以及延时抖动的情况。

四，网络吞吐量分析网络的吞吐量是网络性能的一个重要参数，是指在不丢包的情况下单位时间内通过的数据包数量，单位是字节每秒或比特每秒。

计算其吞吐量是一件复杂的事情，这里的模型是从第一个包发送后，每个包都叠加累算。