IPv4、IPv6转换网关性能测试方法研究

包大小的增大 丢包率逐渐减小 当采用 512B 测试包时
可以支持到 950Mbps 时不丢包
丢包率
３０
２５
６４Ｂ
１２８Ｂ
２０
２５６Ｂ
１５
５１２Ｂ
１０
１０２４Ｂ
１２８０Ｂ
５
１４９８Ｂ
０
１００％ ９５％ ９０％ ８５％ ８０％ ７５％ ７０％ 测试速率
图 5 丢包率测试结果
连连续续帧帧数(数万个万)个
１２０ １００
一些旧版本的测试仪表通常不提供对 IPv6 协议的支持
基金项目 国家自然科学基金资助项目(60273021) 作者简介 孙红兵(1973 ) 女 博士生 主研方向 下一代互联网 络 嵌入式操作系统 陈 沫 蔡一兵 博士生 李忠诚 研究员 博导 收稿日期 2006-01-17 E-mail shb@ict.ac.cn
93
在测试中可以采用图 2 的两台设备联测法进行设置 测试仪 表的发送端口接到 DUT1 的 v4 接收端口 DUT1 的 v6 端口 连到 DUT2 的接收端口(v6) DUT2 的发送端口(v4)接到测试 仪表的接收端口(v4) 这种方法可用在 SmartBits 2000 测试两 台转换设备的吞吐量和延迟等指标 但是这种方法测得的结 果是两台 DUT 在某种性能方面的混合值 因此需要测试人员 根据具体情况具体分析
第 32 卷 第 24 期 Vol.32 No.24
网络与通信
计算机工程 Computer Engineering
文章编号 1000 3428(2006)24 0093 03
文献标识码 A
2006 年 12 月 December 2006
中图分类号 TP393.09
IPv4／ＩＰｖ６ 转换网关性能测试方法研究
Key words IPv4/IPv6; Transition gateway; Benchmarking methods
IPv6 不仅可以解决 IPv4 地址短缺问题 IPv6 128 位层次 化的地址结构 即插即用的连网方式 网络层的认证与加密 对服务质量的支持和对移动 IP 的支持等必将成为下一代互 联网协议的核心 从 IPv4 到 IPv6 的过渡已势在必行 然而 一种网络协议 从诞生到实际用于 Internet 是有很大距离的 尤其是对于很好支撑着的基于 IPv4 的 Internet 而言 不可能 要求所有节点立即演进到新的 IPv6 协议 所以 在一定的时 间内 IPv6 将和 IPv4 共同存在 共同运行
45 00 00 2E 0C 08 00 00 80 11 A0 C5 C0 A8 06 32 C0 A8 06 6F
UDP Header
05 DC 05 DC 00 1A 66 10
表 2 IP 包 V6 端报头格式
DLC Header IP Header
UDP Header
00 90 D7 00 17 52 00 01 02 93 8A 78 86 DD 65 11 11 11 00 14 11 FF 20 01 02 50 F0 07 00 01 00 00 00 00 00 00 00 12 20 01 02 50 F0 07 00 06 00 00 00 00 C0 A8 06 32 02 30 01 23 00 14 01 61
在指定的帧大小下 以被测设备的吞吐率发送一组帧
这组帧持续 120s 左右 发送 60s 以后 一个显著 tag 被标记
在帧中 此时记录为 timestamp A 测试仪表的接收端能够识
别 这 个 带 有 tag 标 记 的 帧 然 后 记 录 它 的 到 达 时 间 为
timestamp B 被测设备的延迟就是 B 减去 A 帧长从最小帧
1 性能测试指标
IPv4/IPv6 转换网关的性能测试是指在一定的软硬件环 境下 按照统一的度量标准 测试转换网关的包延迟 吞吐 量 丢包率等性能指标 给出公正 可靠的性能评价 根据 国际上通用网络设备性能指标的规定和 IPv4/IPv6 转换网关 的特性 定义如下针对转换网关的性能测试指标
(1)吞吐量(Throughput) 测试网络设备的包转发能力 通常指被测设备在不丢包条件下转发数据的能力 一般以所 能达到的线速的百分比(或称通过速率)来表示
Abstract This paper discusses and defines a number of tests that may be used to describe the performance characteristics of an IPv4/IPv6 transition gateway. A commix network setup is proposed for TCP concurrent connections test. This paper proposes test method which can used in different conditions.
3.2 吞吐量测试 吞吐量是指不丢失任何一个包时的最大转发速率 是设
备的最重要指标 由于 NATPT-GE2418 设备的 4 个端口模块
相同 因此任选一对端口做测试 按指定速率发送不同长度
包发送给 DUT 然后统计测试仪表接收到的包 如果发送和
接收数据包数量相等 增加发包速率 如果不等则减少发包
速率 然后测试重新开始 每次测试时长为 10s 分别从 v4->v6
3.1 测试用例和软件的选取 本文中测试的数据包为普通 IP 包 传输层采用 UDP 协
议 数据包报头格式分别为表 1 和表 2 其中每个包通过 0 比特填充来实现负载长度的变化 由于任何一个包经过转换 以后 包长会发生变化 因此在测试中 v4 端的最大测试包选 择为 1 498B(转成 v6 变成 1 518B) v6 端的最小测试包选择 为 84B(转成 v4 变成 64B)
孙红兵 陈 沫 蔡一兵 李忠诚 (中国科学院计算技术研究所信息网络室 北京 100080)
摘 要 参照现有的路由器 防火墙等网络设备测试标准并结合转换网关自身的特点 提出了系列转换网关性能测试方法 文中提出的单 台设备测试方法和两台设备联测方法可用于不同的测试条件下的转换网关性能测试 在两台设备联测方法的基础上 提出了 TCP 并发连接 数的混合网络测试方法 关键词 IPv4/IPv6 转换网关 性能测试方法
Research on Benchmarking Methods of IPv4/IPv6 Transition Gateway
SUN Hongbing, CHEN Mo, CAI Yibing, LI Zhongcheng (Network Testing Lab, Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100080)
端口收到的包数量 记为 output_count 丢包率的计算公式为
(input_count-output_count)*100/input_count 由于 v6 到 v4 方向的吞吐量一直是线速 丢包率只需要
测试 v4 到 v6 方向 如图 5 所示 在采用 64B 包测试时 最
大丢包率为 25 到 750Mbps 时 丢包率降为 0 随着测试
测试软件可以选择 smart application 也可以选择 smart window 但是由于配置方面的问题 最终还是选择了 smart window 版本号 7.10
表 1 IP 包 V4 端报头格式
DLC Header IP Header
00 90 D7 00 17 53 00 01 02 93 8A 7808 00
(2)延迟(Latency) 测试网络设备在吞吐量范围内从收到 包到转发出该包的时间间隔
(3)丢包率(Packet loss rate) 测试网络设备在不同负荷下 丢弃包占收到包的比例
(4)背对背帧数(Back-to-back frame) 测试网络设备在接
收到以最小包间隔传输时不丢包条件下所能处理的最大 包数
3.4 丢包率测试 丢包率测试分从 v6 到 v4 和 v4 到 v6 两个方向进行 首
先从最大传输速率下测量丢包率 然后依次在最大传输速率
的 95 90 85 80 等速率直到最大吞吐率之间 分
别测试丢包率 可以选择更小的步长 给定速率下 向 DUT
发送一定数量的包 记录包数量为 input_count 统计接收到
８０ ６０ ４０ ２０
Ｖ４－＞Ｖ６ ０
６４ １２８ ２５６ ５１２ 1１０0２2４4 １1２８2０80１４1９８498 数数据据帧帧大大(B小) 数字据节 帧大(B)
图 6 背对背测试结果
3.5 背对背帧数测试 以最小帧间隔向 DUT 发送连续的突发帧 统计被转发的
帧数 如有丢帧 则减小突发长度 重测 若没有丢帧 则 增加突发长度 重测 直到得到 DUT 在不丢帧的情况下可处 理的最长的突发帧数量 测试过程至少重复 10 次 时长至少 为 2s 取平均值 背对背帧测试只需要测试 v4 到 v6 方向 图 6 是 v4 到 v6 方向在吞吐量流量下的测试结果
目前 IPv4/Ipv6 互通的主要技术包括 SIIT NATPT BIA BIS TRT DSTM 等 其中以 NAT-PT 实现居多 由于转换 网关通常位于 IPv4 IPv6 两种网络的接口处 其单点失效的 特性 使得其性能的好坏直接影响到网络规模 网络稳定性 以及网络可扩展性 目前国际上还没有形成专门针对 IPv4/IPv6 转换网关的测试标准 针对不同测试指标和测试条 件 本文提出了几种转换网关性能指标测试方法
Tester DUT (a)单测试仪设置
sender
DUT
receiver
(b)收/发测试仪设置
图 1 单台 DUT 设备测试法
DUT1
Tester
DUT2
图 2 两台设备联测法
3 单台设备测试法
本节的单台设备测试是采用图 1 中(a)的连接方案进行 的 被测设备为一台基于网络处理器平台实现的千兆 NAT-PT 转换器 编号为 NATPT2418GE 由于采用这种方法要求测 试仪表提供对 IPv4/IPv6 两种协议的支持 这里作者选用思博 伦公司的 SmartBits 6000C
(9)最大并发连接数 指穿过转换网关的主机之间或主机 与转换网关之间能同时建立的最大连接数(RFC2647)
2 测试设置
理想的测试环境是用测试仪表的两个端口进行收发包进 行 一 系 列 测 试 参 见 图 1(a) 测 试 仪 的 发 送 端 口 连 接 到 DUT(Device under test)的接收端口 然后由 DUT 的发送端口 连接到测试仪的接收端口 由于测试仪表同时发送和接收数 据 它很容易判断是否所有的数据包都正确收到 对于 IPv4/IPv6 转换网关的测试 图 1(a)要求测试仪表同时提供对 IPv4 IPv6 两种数据包的发送和接收 即提供对这两种协议 的支持 例如 SmartBits 6 000C 同样的测试也可以通过将发 送和接收数据包分开来实现 参见图 1(b) 但是图 1(b)这种 设置必须要解决两个测试仪之间的同步问题
(5)系统恢复时间(System recovery) 测试网络设备在过 载后恢复正常工作的时间
(6)系统复位(Reset) 测试网络设备从软件复位或关电重 启到正常工作的时间间隔 正常工作指能以吞吐量转发数据
(7)MAC 表容量 测试转换网关用于记录 MAC 地址的表 大小
(8)NAPT 表容量 测试转换网关用于记录 IPv4 IPv6 带 端口扩展的地址映射表的大小
和 v6->v4 进行上述测试 结果见图 3
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吞吞吐吐量量(（线线速速百百分分比)比）
１２０％
１００％
８０％
６０％
４０％
Ｖ４－＞Ｖ６
２０％
Ｖ６－＞Ｖ４
０％
８４ １２８ ２５６ ５１２ 1１０0２2４4 １２1８2０80１５１1８498
数数据据帧包大大(B小) (B字) 节
图 3 吞吐量测试结果
3.3 延迟测试
长到最大帧长 在每种帧大小下 重复测试 20 次 取得平均
值 延迟测试结果见图 4
７０
６０
延延迟(迟（ sｕ)ｓ）
５０
４０
３０
wenku.baidu.com２０
Ｖ４－＞ｖ６
１０
Ｖ６－＞ｖ４
０
８４ １２８ ２５６ ５１２ 1１0０2２4４ １1２2８8０0 １1４９49８8
数据数帧据大包(大B)小 (B字) 节
图 4 延迟测试结果