應(yīng)用層設(shè)備性能測(cè)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(cè)試方法，著重介紹了應(yīng)用層設(shè)備需要測(cè)試的HTTP協(xié)議相關(guān)的5個(gè)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(cè)試，并針對(duì)每種測(cè)試?yán)�可能遇到的�?wèn)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(cè)試是一個(gè)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(shí)的有狀態(tài)應(yīng)用層流量驗(yàn)證設(shè)備的深度數(shù)據(jù)包檢測(cè)（DPI）能力。特別是新一代應(yīng)用層設(shè)備可以處理上千萬(wàn)級(jí)別的并發(fā)TCP 會(huì)話，超過(guò)百萬(wàn)級(jí)別的TCP新建速度，超過(guò)100G的應(yīng)用層吞吐量和千萬(wàn)級(jí)別的用戶數(shù)量。這些高性能設(shè)備需要專業(yè)的測(cè)試工具同時(shí)仿真多重播放流量（Mulitplay Traffic）全面驗(yàn)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(yàn)質(zhì)量（Quality of Experience ，QoE）指標(biāo)，這些業(yè)務(wù)評(píng)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(yè)面訪問(wèn)的反應(yīng)時(shí)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(píng)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(yǔ)音質(zhì)量（MOS）以及呼叫建立時(shí)間。
（5）Video：系統(tǒng)所支持的VoD視頻點(diǎn)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(shí)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(cè)試，以保證這些異常流量對(duì)正常業(yè)務(wù)不會(huì)造成影響。

本文以業(yè)界最為流行、應(yīng)用最為廣泛的美國(guó)IXIA公司4~7層IxLoad測(cè)試工具為例，介紹最為常見(jiàn)的HTTP協(xié)議相關(guān)測(cè)試項(xiàng)目、測(cè)試方法和測(cè)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(jiàn)的測(cè)試項(xiàng)目。需要說(shuō)明的是，雖然是以IXIA IxLoad為例進(jìn)行介紹的，但是相應(yīng)的測(cè)試方法和結(jié)果分析是通用的。這些測(cè)試項(xiàng)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(guó)IXIA公司IxLoad是目前業(yè)界最全面的測(cè)試應(yīng)用層業(yè)務(wù)的可擴(kuò)展性、高集成度測(cè)試方案，最為顯著的技術(shù)特點(diǎn)包括：

（1）一個(gè)應(yīng)用程序仿真超過(guò)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(yǔ)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(cè)試。
●視頻業(yè)務(wù)：Channel Zapping，Broadcast TV and VOD，IGMPv1/v2/v3，MLDv1/v2，RTSP/RTP。
●高級(jí)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(gè)物理端口可以產(chǎn)生超過(guò)80萬(wàn)的真實(shí)完整HTTP新建連接速率，或者1000萬(wàn)的HTTP并發(fā)連接數(shù)，并且可方便擴(kuò)展到幾百萬(wàn)用戶的仿真，在相同的物理空間下，IXIA可提供遠(yuǎn)超過(guò)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的性能指標(biāo)。

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

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

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

3  主要測(cè)試項(xiàng)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(lái)測(cè)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(gè)完整的包括請(qǐng)求和回應(yīng)的7層交易過(guò)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(gè)部分或者不完整的7層交易請(qǐng)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(gè)部分或者不完整的7層交易請(qǐng)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?yàn)槠浒�含了完整的成�?層協(xié)議交互過(guò)程。但是對(duì)于僅關(guān)心4層TCP性能的設(shè)備來(lái)說(shuō)，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(cè)設(shè)備的壓力測(cè)試。該測(cè)試至少需要客戶端和服務(wù)器端各一個(gè)端口，HTTP客戶端流量通過(guò)被測(cè)設(shè)備到達(dá)HTTP 服務(wù)器端，圖1是測(cè)試連接的示意。

圖1  應(yīng)用層設(shè)備測(cè)試示意圖

表1是進(jìn)行HTTP新建連接速率測(cè)試時(shí)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(shí)驗(yàn)室里面驗(yàn)證被測(cè)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(chǎng)景，根據(jù)被測(cè)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(cè)試。

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

表2  被測(cè)設(shè)備典型的工作模式與建議配置

具體采用IxLoad進(jìn)行測(cè)試設(shè)置的步驟，可以聯(lián)絡(luò)IXIA公司得到操作指導(dǎo)書(shū)，測(cè)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�；蛘邌�(wèn)題提供分析和幫助，表3是HTTP新建連接數(shù)測(cè)試所關(guān)注的關(guān)鍵指標(biāo)。在測(cè)試過(guò)程中或者測(cè)試結(jié)束后，如果觀察到測(cè)試結(jié)果和預(yù)期的不一致，可能是參數(shù)配置的問(wèn)題，需要通過(guò)一些途徑進(jìn)行分析，表4是該測(cè)試任務(wù)可能遇到的問(wèn)題以及建議性的解決辦法。

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

表4  可能遇到的問(wèn)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(cè)試被測(cè)設(shè)備能夠維持的最大激活的TCP Session的數(shù)量，該過(guò)程是首先通過(guò)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(guò)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(chǔ)空間有關(guān)，該值越大，能夠維持的連接數(shù)就越多。測(cè)試連接見(jiàn)圖1，表5是在進(jìn)行該項(xiàng)目測(cè)試時(shí)推薦的參數(shù)設(shè)置值。被測(cè)設(shè)備有多種工作模式，表2中列出來(lái)的參數(shù)同樣適用于該測(cè)試。同樣，表3中列出來(lái)的也是并發(fā)連接數(shù)測(cè)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(yàn)證被測(cè)設(shè)備是否達(dá)到最大HTTP新建速率的限制，可以在IxLoad 時(shí)延的統(tǒng)計(jì)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(qǐng)求，隨后連接時(shí)間（Connection Time）和TTFB值的增大反應(yīng)了被測(cè)設(shè)備處理速度的減緩。表6是該測(cè)試任務(wù)可能遇到的問(wèn)題以及建議解決辦法。

圖2  IxLoad測(cè)試結(jié)果中TTFB測(cè)試示意

表6  可能遇到的問(wèn)題與建議的解決辦法