應(yīng)用層設(shè)備性能測試方法

以IXIA公司4~7層工具IxLoad為例介紹了應(yīng)用層設(shè)備的通用測試方法，著重介紹了應(yīng)用層設(shè)備需要測試的HTTP協(xié)議相關(guān)的5個重要指標(biāo)：新建連接速率、并發(fā)連接數(shù)、事務(wù)交易速率、有效吞吐量以及有攻擊流量存在下的混合業(yè)務(wù)測試，并針對每種測試?yán)�可能遇到的問題提供了建議性的解決辦法。

1  引言

應(yīng)用層設(shè)備的性能測試是一個復(fù)雜的任務(wù)，需要采用專業(yè)的高性能工具構(gòu)造復(fù)雜和真實的有狀態(tài)應(yīng)用層流量驗證設(shè)備的深度數(shù)據(jù)包檢測（DPI）能力。特別是新一代應(yīng)用層設(shè)備可以處理上千萬級別的并發(fā)TCP 會話，超過百萬級別的TCP新建速度，超過100G的應(yīng)用層吞吐量和千萬級別的用戶數(shù)量。這些高性能設(shè)備需要專業(yè)的測試工具同時仿真多重播放流量（Mulitplay Traffic）全面驗證其性能以及分析管理流量的能力，并且可以得到各種應(yīng)用的用戶體驗質(zhì)量（Quality of Experience ，QoE）指標(biāo)，這些業(yè)務(wù)評定指標(biāo)包括：

（1）HTTP：系統(tǒng)能夠處理并發(fā)連接數(shù)的數(shù)量，系統(tǒng)能夠處理連接數(shù)的速率以及頁面訪問的反應(yīng)時間。
（2）FTP：系統(tǒng)上傳和/或下載文件的最大有效吞吐量（Goodput）。
（3）E-mail (POP3，SMTP，IMAP)：主要評估網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)能夠處理郵件的速率（每秒鐘發(fā)送或接收郵件的數(shù)量、發(fā)送或接收附件的數(shù)量等）。
（4）Voice：系統(tǒng)處理的IP電話呼叫的語音質(zhì)量（MOS）以及呼叫建立時間。
（5）Video：系統(tǒng)所支持的VoD視頻點播的視頻質(zhì)量（MDI，MOS_V）。
（6）P2P：Peer-to-Peer流量的吞吐量。
（7）DNS：系統(tǒng)所處理的DNS查詢速度和反應(yīng)時間。

還必須要考慮進(jìn)行攻擊流量（Attack Traffic）比如拒絕服務(wù)攻擊（DDoS）的測試，以保證這些異常流量對正常業(yè)務(wù)不會造成影響。

本文以業(yè)界最為流行、應(yīng)用最為廣泛的美國IXIA公司4~7層IxLoad測試工具為例，介紹最為常見的HTTP協(xié)議相關(guān)測試項目、測試方法和測試結(jié)果分析等，這些都是應(yīng)用層設(shè)備最為基本也最為常見的測試項目。需要說明的是，雖然是以IXIA IxLoad為例進(jìn)行介紹的，但是相應(yīng)的測試方法和結(jié)果分析是通用的。這些測試項目包括最大HTTP新建連接速率（Maximum Connection per Second），最大HTTP并發(fā)連接數(shù)量（Maximum Concurrent Connection），最大HTTP 事務(wù)交易速率（Maximum Transactions per Second），最大HTTP吞吐量（Maximum Throughput），在有DDoS攻擊流量下的性能（Application Forwarding Performance Under DoS Attacks）。

2  IXIA IxLoad支持協(xié)議以及特性介紹

美國IXIA公司IxLoad是目前業(yè)界最全面的測試應(yīng)用層業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展性、高集成度測試方案，最為顯著的技術(shù)特點包括：

（1）一個應(yīng)用程序仿真超過20種應(yīng)用層業(yè)務(wù)。包括：

●數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)：TCP協(xié)議性能，UDP協(xié)議性能，HTTP (1.0/1.1)，SSLv2，SSLv3，TLSv1，F(xiàn)TP，SMTP，POP3，IMAP，RTSP/RTP，Telnet，DNS，DHCP，LDAP，Tracefile Replay，SSH Client，Radius Client，Application Replay，CIFS，P2P。
●語音業(yè)務(wù)：SIP，MGCP，H.323，H.248，SGCP (Skinny)。
●DDoS和漏洞掃描（Vulnerability Attacks）。
●Web應(yīng)用測試。
●視頻業(yè)務(wù)：Channel Zapping，Broadcast TV and VOD，IGMPv1/v2/v3，MLDv1/v2，RTSP/RTP。
●高級網(wǎng)絡(luò)接入方式：PPPoE，L2TP，IPSec，DHCP (Including Option 82)，VLANs (802.1Q，QinQ，802.1p)，GTP。

（2）極高的性能：最新推出的Acceleron NP高性能模塊在匯聚模式下，一個物理端口可以產(chǎn)生超過80萬的真實完整HTTP新建連接速率，或者1000萬的HTTP并發(fā)連接數(shù)，并且可方便擴(kuò)展到幾百萬用戶的仿真，在相同的物理空間下，IXIA可提供遠(yuǎn)超過競爭對手的性能指標(biāo)。

（3）與現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)一樣的仿真真實用戶行為：可以基于每一個用戶進(jìn)行業(yè)務(wù)仿真和QoE質(zhì)量分析。

（4）對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的重要組成部分進(jìn)行性能評估：AAA/RADIUS services，DNS，DHCP，LDAP。

（5）可以產(chǎn)生異常或者非法流量對設(shè)備的安全性進(jìn)行評估。

3  主要測試項目

3.1  最大HTTP新建連接速率（Maximum Connection per Second）

由于TCP拆連接有多種方法，所以有多種途徑來測試最大HTTP新建連接速率。

（1）首先TCP連接建立（SYN，SYN-ACK，ACK），然后是一個完整的包括請求和回應(yīng)的7層交易過程，最后為TCP拆除連接（FIN,ACK）。

（2）首先TCP連接建立（SYN，SYN-ACK，ACK），然后是一個部分或者不完整的7層交易請求，最后為TCP拆除連接（FIN，ACK）。

（3）首先TCP連接建立（SYN，SYN-ACK，ACK），然后是一個部分或者不完整的7層交易請求，最后為TCP連接直接復(fù)位（Reset）。

最為理想的方式為第一種，因為其包含了完整的成功7層協(xié)議交互過程。但是對于僅關(guān)心4層TCP性能的設(shè)備來說，第二種方式比較合適。第三種方式常用于強(qiáng)制拆除TCP連接下被測設(shè)備的壓力測試。該測試至少需要客戶端和服務(wù)器端各一個端口，HTTP客戶端流量通過被測設(shè)備到達(dá)HTTP 服務(wù)器端，圖1是測試連接的示意。

圖1  應(yīng)用層設(shè)備測試示意圖

表1是進(jìn)行HTTP新建連接速率測試時通常設(shè)置的參數(shù)表，這些典型參數(shù)設(shè)置仿真了網(wǎng)絡(luò)中典型的HTTP應(yīng)用情況，可以在實驗室里面驗證被測設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中的HTTP新建連接速率性能表現(xiàn)。表2總結(jié)了一些典型的應(yīng)用場景，根據(jù)被測設(shè)備的類型以及不同的工作模式，用上述參數(shù)進(jìn)行設(shè)置并進(jìn)行測試。

表1  HTTP新建連接速率測試時建議IxLoad參數(shù)設(shè)置

表2  被測設(shè)備典型的工作模式與建議配置

具體采用IxLoad進(jìn)行測試設(shè)置的步驟，可以聯(lián)絡(luò)IXIA公司得到操作指導(dǎo)書，測試的目的是能夠得到預(yù)期的結(jié)果并能夠?qū)Τ霈F(xiàn)的各種異常或者問題提供分析和幫助，表3是HTTP新建連接數(shù)測試所關(guān)注的關(guān)鍵指標(biāo)。在測試過程中或者測試結(jié)束后，如果觀察到測試結(jié)果和預(yù)期的不一致，可能是參數(shù)配置的問題，需要通過一些途徑進(jìn)行分析，表4是該測試任務(wù)可能遇到的問題以及建議性的解決辦法。

表3  HTTP新建連接數(shù)測試所關(guān)注的關(guān)鍵指標(biāo)

表4  可能遇到的問題與建議的解決辦法

3.2  最大HTTP并發(fā)連接數(shù)量（Maximum Concurrent Connection）

該指標(biāo)主要用于測試被測設(shè)備能夠維持的最大激活的TCP Session的數(shù)量，該過程是首先通過SYN，SYN-ACK，ACK的TCP三次握手建立TCP連接，然后執(zhí)行7層的數(shù)據(jù)交互過程，最后拆除TCP連接。一般情況下，設(shè)備的最大并發(fā)連接數(shù)和設(shè)備的存儲空間有關(guān)，該值越大，能夠維持的連接數(shù)就越多。測試連接見圖1，表5是在進(jìn)行該項目測試時推薦的參數(shù)設(shè)置值。被測設(shè)備有多種工作模式，表2中列出來的參數(shù)同樣適用于該測試。同樣，表3中列出來的也是并發(fā)連接數(shù)測試所需要的關(guān)鍵指標(biāo)。

表5  最大HTTP并發(fā)連接數(shù)量建議IxLoad參數(shù)設(shè)置

為了驗證被測設(shè)備是否達(dá)到最大HTTP新建速率的限制，可以在IxLoad 時延的統(tǒng)計結(jié)果里面TTFB（Time to First Byte）參數(shù)，在圖2的例子中，TTFB在“Ramp Up”階段能夠處理大量的連接請求，隨后連接時間（Connection Time）和TTFB值的增大反應(yīng)了被測設(shè)備處理速度的減緩。表6是該測試任務(wù)可能遇到的問題以及建議解決辦法。

圖2  IxLoad測試結(jié)果中TTFB測試示意

表6  可能遇到的問題與建議的解決辦法