高速网络带宽测量方法研究

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第15期

ol 2010年8月

Au 高速网络带宽测量方法研究

王乐晓，张延园，赵晓楠

(西北工业大学计算机学院，西安 710129)

摘 要：针对单个低速节点的网卡吞吐量无法提供被测链路所需带宽的问题，基于TCP 协议，通过多节点并行生成网络流量方式向被测系统输出高带宽负载，从而对被测链路进行带宽测量。实验验证了该并行测量方法的可行性，并通过分析得到TCP 协议中影响被测链路带宽的主要因素为TCP 窗口大小与缓冲区大小。 关键词：TCP 协议；高速网络；带宽测量；集群系统

Research of High-speed Network Bandwidth Measurement Method

WANG Le-xiao, ZHANG Yan-yuan, ZHAO Xiao-nan

(School of Computer Science, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710129)

【Abstract 】Aiming at the problem that single node network card throughput can not satisfy the bandwidth of the tested link, based on TCP protocol, this paper outputs high bandwidth load for tested system by using multiple nodes to parallel generate network flow, and goes on bandwidth test for link. Experiment validates the feasibility of this parallel measurement method, and gets the main factors which are TCP window size and buffer size in TCP protocol by analyzing.

【Key words 】TCP protocol; high-speed network; bandwidth measurement; cluster system

计 算 机 工 程 Computer Engineering 第36卷V .36 No.15 gust 2010

网络与通信· 文章编号：1000—3428(2010)15—0103—02

文献标识码：A

中图分类号：TP311.5

·1 概述

随着网络技术的飞速发展，数据信息量已呈现出爆炸式增长趋势，普通的存储系统已经越来越难以满足数据存储的需求，支持高并发访问、高聚合带宽、高可用性、易管理、低能耗、PB 级的高性能海量存储系统已成为研究的热点，同时如何对海量存储系统进行有效地评测也很重要。

高性能海量存储系统向外提供的网络带宽通常达到 几十兆比特每秒，对该超高网络带宽进行测量最直接的方式是利用一个吞吐量更大的系统产生网络流量，从而发起带宽测量，但这种方法在以下2种情况中是不可行的：(1)测量方没有足够的资金购置更大吞吐量的系统；(2)该高性能海量存储系统处于研制阶段，其带宽超出市场上所有现有产品。

2 测量方法分析与实现

网络带宽测量技术可归为2类：单数据包技术和数据包

对技术。这2种测量技术都没有考虑网络环境中的软硬件资源对网络带宽测量带来的影响。这些影响特别是在高速网络环境中会对测量结果带来巨大偏差[1]。为了能更精确地测量网络带宽，可通过采用软件方法产生实际的网络流量实现网络带宽的测量，但该方法存在单节点网卡吞吐量的瓶颈问题。针对上述问题，本文通过构建集群系统[2]进行并行测量。 2.1 并行测量方法的设计

本文基于TCP 协议，通过实验论证网络带宽并行测量方法的可行性。实验步骤设计如下：

(1)进行2个百兆网卡节点间的互测，得到实际链路带宽达到其理论值的百分比r 1。由于测量双方节点网卡吞吐量的理论值相等，因此结果不能保证服务端数据接收的能力、客户端数据发送的能力达到最大。如果服务端选择千兆网卡节点，客户端选择百兆网卡节点，则可保证客户端数据发送的

能力达到最大。如果服务端选择百兆网卡节点，客户端选择千兆网卡节点，则能保证服务端数据接收的能力达到最大。

(2)进行百兆网卡与千兆网卡节点间的互测，从而得出TCP 协议下链路实际网络带宽达到其理论值的百分比r 2，比较r 1, r 2可得出(1)中所述问题对链路带宽测量结果的影响 程度。

(3)进行2个千兆网卡节点间的互测，得出TCP 协议下链路实际网络带宽达到其理论值的百分比r 3。如果r 3, r 2足够接近，那么认为r 3已经达到其在TCP 协议下的最大值。

(4)进行多个低速节点对高速节点的并行测量，得出目标链路实际网络带宽达到其理论值的百分比r 4。如果r 4, r 3足够接近，那么可证明网络带宽的并行测量方法是可行的。 2.2 并行测量方法的实现

采用如图1所示的网络环境，网络类型为千兆以太网。图1中各个节点主要配置参数如下：server01, server02, server03为SUN 服务器，它们的配置相同，具体为：双核AMD Opteron 850 CPU 2.4 GHz 、8 GB 内存、SCSI 73 GB 硬盘、千兆网卡；pc1, pc2为个人笔记本，pc3为个人台式机，pc1配置为双核Core Duo T2050 CPU 1.6 GHz 、1.25 GB 内存，SATA 60 GB 硬盘，千兆网卡，pc2配置为单核Intel 奔腾M CPU 1.6 GHz 、2 GB 内存、SATA 120 GB 硬盘、百兆网卡，pc3配置为双核AMD 5600 CPU 2.9 GHz 、2 GB 内存、IDE 320 GB 硬盘、百兆网卡；各节点均通过D-Link DGS-1024T 千兆交

基金项目：国家“863”计划基金资助重大项目“海量存储系统关键技术”(2009AA01A404)

作者简介：王乐晓(1987－)，男，硕士研究生，主研方向：网络存储，软件工程；张延园，教授；赵晓楠，讲师、博士

收稿日期：2010-02-13 E-mail ：wanglexiao@