CN105207954A - 发送数据包和吞吐量测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发送数据包和吞吐量测试的方法及装置，本发明所述的方法根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速获得每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数；根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻。将1秒均分成所述CPU的主频个单位时间，确定所述网卡每秒内发送数据包的时刻以及每个发送队列发送数据包的次数和个数，基于软件实现在1秒内均匀发送万兆的数据流量。从而可以基于软件实现的吞吐量测试所需的测试设备，与采用FPGA等硬件设备相比，成本低，易修改和功能扩展。

Description

发送数据包和吞吐量测试方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别是涉及一种发送数据包和吞吐量测试方法及装置。

背景技术

网络性能测试是指测试网络系统和网络设备的性能，并对网络系统和网络设备的性能进行评价。网络性能测试主要采用RFC2544标准，包括吞吐量测试、延迟测试以及丢失率测试等。网络测试系统主要包括待测设备(DUT,DeviceUnderTest)和测试设备。

网络性能测试中的吞吐量测试是网络测试系统中待测设备的一个重要性能指标。所述RFC2544标准规定，测试设备向待测设备发送指定个数的数据包，所述待测设备将所接收的数据包转发至所述测试设备，所述测试设备统计接收到数据包的个数，所述测试设备接收到数据包的个数与所述待测设备转发数据包的个数相等。若所述测试设备接收到数据包的个数小于所述测试设备发送的数据包的个数，则所述测试设备发送的数据包的个数超过所述待测设备能够转发的数据包的个数，则减小所述测试设备发送数据包的个数重复测试过程，直至所述测试设备接收到数据包的个数与所述测试设备发送的数据包的个数相等，此时，所述待测设备能够将所接收到的数据包全部转发。所述待测设备所能转发的最大的数据流量即为所述待测设备的吞吐量。一般情况下，所述待测设备的吞吐量用每秒钟所能转发的最大数据包的个数或者最大数据流量的字节数来衡量。

目前，在测试吞吐量为万兆的待测设备时，主要采用现场可编程门阵列(Field－ProgrammableGateArray，FPGA)作为实现均匀发送数据包，但是，以FPGA硬件作为实现均匀发送数据包的设备导致成本高。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种发送数据包和吞吐量测试方法及装置，从而提供了一种基于软件实现的每秒均匀发送数据包的方法，解决了采用硬件实现均匀发送数据包所导致的成本高的问题。

为此，本发明解决技术问题的技术方案是：

一种发送数据包的方法，所述方法包括：

获取预先配置的网卡中发送队列的个数，突发包个数，预设的初始线速，CPU的时钟主频，所述突发包个数为所述网卡中每个发送队列除最后一次外每次发送数据包的个数，所述初始线速为所述网卡每秒内发送数据包的总数；

根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数；

根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻；

根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列不是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡每次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以所述突发包个数发送数据包；

根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡最后一次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以该发送队列的最后一次发送数据包的个数发送数据包。

可选的，所述根据所述CPU的时钟主频确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻包括：

根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间；

提取所述理论计时时间的整数部分作为每秒内所述网卡每次发送数据包的实际计时时间；

计算预设的初始时刻与n-1个实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第n次发送数据包的时刻；

其中，0<n≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且n为整数。

可选的，所述方法还包括：

计算所述理论计时时间与所述实际计时时间的差作为时间误差；

计算每秒内所述网卡第m-1次发送数据包后的累计误差，所述累计误差为m-1个时间误差的和；

当累计误差小于单位时间时，计算预设的初始时刻与m-1个所述实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻，所述单位时间为1个所述CPU的时钟周期；

当所述累计误差不小于所述单位时间时，计算预设的初始时刻与所述m-1个实际计时时间的和再加1个单位时间作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻；

其中，0<m≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且m为整数。

可选的，所述根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间包括：

计算所述CPU的时钟主频与所述初始线速的商获得每秒内发送每个数据包所需的第一时间；

计算所述第一时间与所述突发包个数的积获得每秒内每个发送队列每次发送数据包所需的第二时间；

计算所述第二时间与所述网卡中发送队列的个数的积获得每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间。

可选的，所述根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数包括：

计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的商获得所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率；

计算所述每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的商再加1获得每秒内所述网卡中每个发送队列发送数据包的次数；

计算所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的余数作为每秒内所述网卡中每个发送队列最后一次发送数据包的第一个数；

计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的余数作为第二个数；

给所述网卡中排列在前k位的每个发送队列分别各分配一个数据包，所述k的值与所述第二个数的值相等，则所述网卡中排列在前k位的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数加1，所述网卡中排列在k位以后的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数；

其中，k为大于0且小于所述网卡中发送队列的个数的整数。

一种吞吐量测试的方法，所述方法包括：

测试设备按照权利要求1-5任意一项所述的方法向待测设备发送数据包；

所述测试设备接收所述待测设备转发的数据包；

所述测试设备统计向所述待测设备发送数据包的发送速率，以及接收所述待测设备转发的数据包的接收速率；

所述测试设备根据所述发送速率和接收速率采用二分差分法测得所述待测设备的吞吐量。

一种发送数据包的装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取预先配置的网卡中发送队列的个数，突发包个数，预设的初始线速，CPU的时钟主频，所述突发包个数为所述网卡中每个发送队列除最后一次外每次发送数据包的个数，所述初始线速为所述网卡每秒内发送数据包的总数；

计算模块，用于根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数；

确定模块，用于根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻；

第一调用模块，用于根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列不是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡每次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以所述突发包个数发送数据包；

第二调用模块，用于根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡最后一次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以该发送队列的最后一次发送数据包的个数发送数据包。

可选的，所述确定模块包括：

第一计算单元，用于根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间；

提取单元，用于提取所述理论计时时间的整数部分作为每秒内所述网卡每次发送数据包的实际计时时间；

第二计算单元，用于计算预设的初始时刻与n-1个实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第n次发送数据包的时刻；

其中，0<n≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且n为整数。

可选的，所述确定模块还包括：

第三计算单元，用于计算所述理论计时时间与所述实际计时时间的差作为时间误差；

第四计算单元，用于计算每秒内所述网卡第m-1次发送数据包后的累计误差，所述累计误差为m-1个时间误差的和；

第五计算单元，用于当累计误差小于单位时间时，计算预设的初始时刻与m-1个所述实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻，所述单位时间为1个所述CPU的时钟周期；

第六计算单元，用于当所述累计误差不小于所述单位时间时，计算预设的初始时刻与所述m-1个实际计时时间的和再加1个单位时间作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻；

其中，0<m≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且m为整数。

可选的，所述第一计算单元包括：

第一计算子单元，用于计算所述CPU的时钟主频与所述初始线速的商获得每秒内发送每个数据包所需的第一时间；

第二计算子单元，用于计算所述第一时间与所述突发包个数的积获得每秒内每个发送队列每次发送数据包所需的第二时间；

第三计算子单元，用于计算所述第二时间与所述网卡中发送队列的个数的积获得每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间。

可选的，所述计算模块包括：

第七计算单元，用于计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的商获得所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率；

第八计算单元，用于计算所述每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的商再加1获得每秒内所述网卡中每个发送队列发送数据包的次数；

第九计算单元，用于计算所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的余数作为每秒内所述网卡中每个发送队列最后一次发送数据包的第一个数；

第十计算单元，用于计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的余数作为第二个数；

分配单元，用于给所述网卡中排列在前k位的每个发送队列分别各分配一个数据包，所述k的值与所述第二个数的值相等，则所述网卡中排列在前k位的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数加1，所述网卡中排列在k位以后的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数；

其中，0<k<所述网卡中发送队列的个数，且k为整数。

一种吞吐量测试的测试设备，所述测试设备包括：

本发明所述的发送数据包的装置，用于向待测设备发送数据包；

接收装置，用于接收所述待测设备转发的数据包；

处理装置，用于统计向所述待测设备发送数据包的发送速率，以及接收所述待测设备转发的数据包的接收速率；根据所述发送速率和接收速率采用二分差分法测得所述待测设备的吞吐量。

通过上述技术方案可知，本发明有如下有益效果：

本发明公开了一种发送数据包和吞吐量测试的方法及装置，所述方法包括获取预先配置的网卡中发送队列的个数，突发包个数，预设的初始线速，CPU的时钟主频，所述突发包个数为每个发送队列除最后一次外每次发送数据包的个数，所述初始线速为所述网卡每秒内发送数据包的总数；根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速获得每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数；根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻；根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列不是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡每次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以所述突发包个数发送数据包；根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡最后一次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以该发送队列的最后一次发送数据包的个数发送数据包。上述方法将1秒均分成所述CPU的主频个单位时间，1个单位时间为所述CPU的时钟周期，确定所述网卡每秒内发送数据包的时刻以及每个发送队列发送数据包的次数和个数，基于软件实现在1秒内均匀发送万兆的数据流量。从而可以基于软件实现的吞吐量测试所需的测试设备，与采用FPGA等硬件设备相比，成本低，易修改和功能扩展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种发送数据包的方法流程图；

图2为本发明提供的以实际计时时间为时间间隔发送数据包示意图；

图3为本发明提供的一种吞吐量测试的方法流程图；

图4为本发明提供的一种发送数据包的装置结构示意图；

图5为本发明提供的一种吞吐量测试的测试设备结构示意图。

具体实施方式

为了给出基于软件实现在1秒内均匀发送万兆数据包的方案，本发明实施例提供了一种发送数据包的方法及装置，基于软件实现的吞吐量测试方法，降低了测试成本和设备维护成本，方便测试功能扩展。

首先，对本发明下述实施例用到的基本概念进行具体说明。

RFC2544标准规定吞吐量测试的数据包的长度有64字节，128字节，256字节，512字节，1024字节，1280字节以及1518字节。由于数据包中包括8字节的前导码以及每个数据包之间存在12字节的最小间隔，每个数据包实际传输负荷需要额外增加20字节。例如：64字节的数据包实际有效传输负荷为84字节，每个字节等于8bit，一共包含672bit。

表1为不同的数据包的长度，在千兆线速和万兆线速下，每秒分别需要发送的数据包的个数。

表1、千兆和万兆每秒最多发送数据包的个数

其中，每秒最多发送数据包的个数按照公式(1)计算：

本发明所提供的一种发送数据包的方法，需要基于软件实现在1秒内发送数据包的均匀性和及时性。具体实现时，可以基于数据平台开发工具(DataPlanDevelopKit，DPDK)，采用突发模式发送数据包。所述突发模式发送数据包，即将多个数据包同时发送出去，根据实际需求中，接收数据包的设备的网卡的接收缓存能力，设置每次以突发模式发送数据包的个数。例如：进行待测设备的吞吐量测试，可以根据待测设备的万兆网卡的接收缓存能力，设置每次以突发模式发送32个数据包。

下面结合附图对本发明具体实施例进行详细说明。

图1为本发明提供的一种发送数据包的方法流程图，所述方法包括：

101：获取预先配置的网卡中发送队列的个数，突发包个数，预设的初始线速，CPU的时钟主频，所述突发包个数为每个发送队列除最后一次外每次发送数据包的个数，所述初始线速为所述网卡每秒内发送数据包的总数。

在发送数据包前，先要对软件运行的环境进行初始化，即初始化DPDK运行环境，读取预设的配置文件中的参数信息，包括网卡的个数，网卡的类型，使用的是前兆网卡还是万兆网卡；每个网卡中发送队列的个数，接收队列的个数；每个网卡的MAC地址，从该网卡发送的数据包会携带有该网卡的MAC地址；还包括不可用的CPU，可用的CPU等信息。

本实施例中，以一个网卡基于软件实现1秒内均匀发送数据包为例进行说明，其他网卡的实现类似，这里不再赘述。

从预设的配置文件中获取网卡中发送队列的个数，获取预设的突发包个数以及初始线速，还获取CPU的主频。

其中，突发包个数根据接收数据包的网卡的缓存能力以及每个数据包的长度具体设置，所述突发包个数表示除最后一次发送数据包以外，所述网卡中每个发送队列每次发送数据包的个数。举例说明：若所述网卡中的每个发送队列都发送10次数据包，则所述网卡中的每个发送队列前9次发送数据包的个数为突发包个数，第10次发送数据包的个数根据实际情况而定。

其中，初始线速表示所述网卡每秒内发送数据包的总数，初始线速可以根据实际情况具体设定，比如，万兆网卡每秒最多发送的数据包个数为S，初始线速可以设置为S，也可以设置为S的任意百分比。

其中，一个设备中所有CPU的主频都相同，CPU的主频即CPU工作的时钟频率(CPUClockSpeed)。CPU最小的单位时间是1个所述CPU的时钟周期，CPU的主频代表1秒内包含的最小的单位时间的个数，即把1秒钟划分为该CPU时钟主频个单位时间。举例说明：假设所述CPU的时钟主频为2.6GHZ，则将1秒均分成2.6*10⁹个单位时间。

102：根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速获得每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数。

所述根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速获得每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数包括：

计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的商获得所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率；

计算所述每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的商再加1获得每秒内所述网卡中每个发送队列发送数据包的次数；

计算所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的余数作为每秒内所述网卡中每个发送队列最后一次发送数据包的第一个数；

计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的余数作为第二个数；

给所述网卡中排列在前k位的每个发送队列分别各分配一个数据包，所述k的值与所述第二个数的值相等，则所述网卡中排列在前k位的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数加1，所述网卡中排列在k位以后的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数；

其中，k为大于0且小于所述网卡中发送队列的个数的整数。

其中，根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速获得每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数包括：

利用公式(2)计算所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率queue_rate：

$queue\_rate=\frac{rate}{TXQ}---\left(2\right);$

其中，rate为初始线速，TXQ为所述网卡中发送队列的个数。

利用公式(3)计算每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数space_count：

$space\_count=\frac{queue\_rate}{burst}+1---\left(3\right);$

其中，burst为突发包个数。

一般情况下，所述网卡每个发送队列发送数据包的速率和发送数据包的次数相等。

其中，所述根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速获得每个发送队列最后一次发送数据包的个数包括：

利用公式(4)计算每个发送队列最后一次发送数据包的第一个数queue_left，第一个数为在1秒内，每个发送队列以突发包个数发送数据包以后，剩余的数据包的个数，所述剩余的数据包的个数小于突发包个数，每个发送队列的第一个数都相同：

queue_left＝queue_rate％burst(4)；

利用公式(5)计算1秒内所述网卡需要发送数据包的总数平均分配到每个发送队列后剩余的数据包个数，即第二个数left：

left＝rate％TXQ(5)。

所述网卡中的发送队列按照1～TXQ进行排序，给排列在前k位的发送队列分别添加1个数据包，其中，k＝left，即给排列在前left的发送队列分别添加一个数据包，将第二个数的数据包发送出去，即排列在前left的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数加1。其他发送队列(排序在(left+1)～TXQ的发送队列)最后一次发送数据包的个数为第一个数。

按照上述方法，可以获知1秒内所述网卡中每个队列发送数据包的个数，以及每个队列每次发送数据包的个数。

103：根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻。

在具体实施例中，第一种实现方式，包括：

根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间；

提取所述理论计时时间的整数部分作为每秒内所述网卡每次发送数据包的实际计时时间；

计算预设的初始时刻与n-1个实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第n次发送数据包的时刻；

其中，0<n≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且n为整数。

第一种方式中，根据公式(6)计算每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间reqtime:

其中，为1秒内每个数据包发送的时间，为1秒内每个发送队列发送数据包所需的时间。

由于本发明中，以一个所述CPU的时钟周期为一个最小的单位时间，即将1秒划分为所述CPU的主频个单位时间，小于所述单位时间的部分，系统无法计入。

第一种实现方式中，提取所述理论计时时间的整数部分作为每秒内所述网卡每次发送数据包的实际计时时间。预设的初始时刻为所述网卡的每个发送队列第一次发送数据包的时刻，以后所述网卡的每个发送队列每次发送数据包的时刻，都在所述网卡的每个发送队列前一次发送数据包的时刻上加上一个所述实际计时时间。每次到达发送数据包的时刻时，调用所述网卡中的每个发送队列按照发送队列的排序依次发送数据包。所述网卡的每个发送队列发送数据包的时刻如图2所示。

举例说明：所述网卡的每个发送队列第一次发送数据包的时刻为预设的初始时刻，所述网卡的每个发送队列第二次发送数据包的时刻为预设的初始时刻与1个所述实际计时时间的和，所述网卡的每个发送队列第三次发送数据包的时刻为预设的初始时刻与2个所述实际计时时间的和，所述网卡的每个发送队列第四次发送数据包的时刻为预设的初始时刻与3个所述实际计时时间的和，以此类推。

每秒内所述网卡每两次相邻的发送数据包的时刻之间的时间间隔都为一个所述实际计时时间，即在1秒内每隔一个所述实际计时时间发送一次数据包，可以看作在1秒内实现均匀发送数据包。

在具体实现时，第二种实现方式，还包括：

计算所述理论计时时间与所述实际计时时间的差作为时间误差；

计算每秒内所述网卡第m-1次发送数据包后的累计误差，所述累计误差为m-1个时间误差的和；

当累计误差小于单位时间时，计算预设的初始时刻与m-1个所述实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻，所述单位时间为1个所述CPU的时钟周期；

当所述累计误差不小于所述单位时间时，计算预设的初始时刻与所述m-1个实际计时时间的和再加1个单位时间作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻；

其中，0<m≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且m为整数。

在第一种实现方式中，计算所得的所述网卡每次发送数据包的理论计时时间reqtime包含有小于所述单位时间的小数部分，在计算所述网卡的发送队列每次发送数据包的实际计时时间时，小数部分无法计入。即1秒内所述网卡的发送队列发送数据包的实际计时时间小于所述网卡的发送队列每次发送数据包的理论计时时间reqtime。因此，按照所述实际计时时间累加计算所述网卡每次发送数据包的时刻时，经过多次累加后，所述理论计时时间reqtime与所述实际计时时间之间的误差累积会大于一个所述单位时间。因此，需要对采用所述实际计时时间累加计算所得的所述网卡每次发送数据包的时刻进行校准。

计算所述理论计时时间与所述实际计时时间的差作为时间误差，所述网卡的每个发送队列第一发送数据包后即累积一个时间误差，第二次发送数据包后累积两个时间误差，以此类推。当所述网卡的每个发送队列第m-1次发送数据包后累积了m-1个时间误差。

若m-1个时间误差的和累积误差小于所述单位时间时，采用公式(7)计算每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻Tm：

T_m＝starttime+(m-1)实际计时时间(7)；

若m-1个时间误差的和累积误差不小于所述单位时间时，采用公式(8)计算每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻Tm：

T_m＝starttime+(m-1)实际计时时间+单位时间(8)。

其中，stattime为预设的初始时刻。

第二种实现方式中，在1秒内，所述网卡的每个发送队列也按照均匀的时间间隔发送数据包，实现发送数据包的均匀性。第二种计算1秒内所述网卡每次发送数据包的时刻的实现方式，与第一种实现方式相比，计算所得所述网卡中每个发送队列发送数据包的时刻更精确。

这里需要说明的是，步骤102和步骤103在实际应用中，执行的顺序不进行具体限定，也可以先执行步骤103，再执行步骤102。

104：根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列不是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡每次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以所述突发包个数发送数据包。

在1秒内，所述网卡的每个发送队列不是最后一次发送数据包时，每次到达所述网卡的每个发送队列发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列发送数据包的个数为所述突发包个数。

105：根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡最后一次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以该发送队列的最后一次发送数据包的个数发送数据包。

在1秒内，所述网卡的每个发送队列最后一次发送数据包时，到达所述网卡的每个发送队列最后一次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列发送数据包，每个发射队列发送数据包的个数为步骤102计算所得的该发送队列的最后一次发送数据包的个数。

由上述内容可知，本发明有如下有益效果：

将1秒均分成所述CPU的频率个单位时间，确定所述网卡每秒内发送数据包的时刻以及每个发送队列发送数据包的次数和个数，基于软件实现在1秒内均匀发送万兆的数据流量。从而可以基于软件实现的吞吐量测试所需的测试设备，与采用FPGA等硬件设备相比，成本低，易修改和功能扩展。

图3为本发明一种吞吐量测试的方法流程图，所述方法应用于吞吐量测试的所述测试设备，所述方法包括：

301：测试设备按照图1所述的方法向待测设备发送数据包。

302：所述测试设备接收所述待测设备转发的数据包。

303：所述测试设备统计向所述待测设备发送数据包的发送速率，以及接收所述待测设备转发的数据包的接收速率。

304：所述测试设备根据所述发送速率和接收速率采用二分差分法测得所述待测设备的吞吐量。

测试设备向待测设备均匀发送数据包，每1秒内，所述测试设备中的每个网卡发送数据包的方法都采用图1所述的方法。所述测试设备向待测设备发送数据包时，下一秒发送数据包的初始时刻是上一秒发送数据包的初始时刻与所述CPU的主频的和。

所述测试设备统计向所述待测设备发送数据包的发送速率txrate，在实际应用中，可以采用公式(9)统计所述待测设备发送数据包的发送速率txrate：

$txrate=\frac{{\mathrm{txrate}}_1+{\mathrm{txrate}}_2+...+{\mathrm{txrate}}_i}{i}---\left(9\right);$

其中，txrate1，txrate2，…，txratei分别代表第1,2，…，i秒的所述网卡发送数据包的速率。

所述测试设备统计从所述待测设备接收数据包的接收速率rxrate，在实际应用中，可以采用公式(10)统计所述待测设备接收数据包的接收速率rxrate：

$rxrate=\frac{{\mathrm{rxrate}}_1+{\mathrm{rxrate}}_2+...+{\mathrm{rxrate}}_j}{j}---\left(10\right);$

其中，txrate1，txrate2，…，txratej分别代表第1,2，…，j秒的所述网卡发送数据包的速率，i＝j。

当所述发送速率txrate与所述接收速率rxrate相等时，所述测试设备能给所述待测设备发送数据包的最大发送速率txrate即为所述待测设备的最大吞吐量。

当所述发送速率txrate与所述接收速率rxrate不相等时，采用二分差分法测得所述待测设备的吞吐量。举例说明：假设第一次进行吞吐量测试时，所述测试设备的发送速率为S，当所述发送速率大于所述接收速率时，则设置所述测试设的发送速率为0.5S，再第二次进行吞吐量测试；假设所述发送速率为0.5S小于所述接收速率，则设置所述测试设的发送速率为0.75S，再第三次进行吞吐量测试；假设所述发送速率为0.75S大于所述接收速率，则设置所述测试设的发送速率为0.625S，再第四次进行吞吐量测试；按照上述方式采用二分差分法经过无数次迭代后，找到所述发送速率等于所述接收速率。

本发明所提供的吞吐量测试的方法，在具体实现时，需考虑如下几点说明：

(1)将吞吐量测试的程序绑定中断到无用的CPU上，避免中断抢占有用的CPU的资源；

(2)提高吞吐量测试程序的优先级，避免其他程序对执行吞吐量测试的CPU抢占造成影响；

(3)关掉CPU的特性，睿频和多线程，避免这些特性对吞吐量测试造成的影响。

图4为本发明提供的一种发送数据包的装置结构示意图，所述装置包括：

获取模块401，用于获取预先配置的网卡中发送队列的个数，突发包个数，预设的初始线速，CPU的时钟主频，所述突发包个数为所述网卡中每个发送队列除最后一次外每次发送数据包的个数，所述初始线速为所述网卡每秒内发送数据包的总数。

计算模块402，用于根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数。

确定模块403，用于根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻。

第一调用模块404，用于根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列不是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡每次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以所述突发包个数发送数据包。

第二调用模块405，用于根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡最后一次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以该发送队列的最后一次发送数据包的个数发送数据包。

可选的，所述确定模块403包括：

第一计算单元，用于根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间；

提取单元，用于提取所述理论计时时间的整数部分作为每秒内所述网卡每次发送数据包的实际计时时间；

第二计算单元，用于计算预设的初始时刻与n-1个实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第n次发送数据包的时刻；

其中，0<n≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且n为整数。

可选的，所述确定模块403还包括：

第三计算单元，用于计算所述理论计时时间与所述实际计时时间的差作为时间误差；

第四计算单元，用于计算每秒内所述网卡第m-1次发送数据包后的累计误差，所述累计误差为m-1个时间误差的和；

第五计算单元，用于当累计误差小于单位时间时，计算预设的初始时刻与m-1个所述实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻，所述单位时间为1个所述CPU的时钟周期；

第六计算单元，用于当所述累计误差不小于所述单位时间时，计算预设的初始时刻与所述m-1个实际计时时间的和再加1个单位时间作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻；

其中，0<m≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且m为整数。

可选的，所述第一计算单元包括：

第一计算子单元，用于计算所述CPU的时钟主频与所述初始线速的商获得每秒内发送每个数据包所需的第一时间；

第二计算子单元，用于计算所述第一时间与所述突发包个数的积获得每秒内每个发送队列每次发送数据包所需的第二时间；

第三计算子单元，用于计算所述第二时间与所述网卡中发送队列的个数的积获得每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间。

可选的，所述计算模块402包括：

第七计算单元，用于计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的商获得所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率；

第八计算单元，用于计算所述每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的商再加1获得每秒内所述网卡中每个发送队列发送数据包的次数；

第九计算单元，用于计算所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的余数作为每秒内所述网卡中每个发送队列最后一次发送数据包的第一个数；

第十计算单元，用于计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的余数作为第二个数；

分配单元，用于给所述网卡中排列在前k位的每个发送队列分别各分配一个数据包，所述k的值与所述第二个数的值相等，则所述网卡中排列在前k位的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数加1，所述网卡中排列在k位以后的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数；

其中，0<k<所述网卡中发送队列的个数，且k为整数。

图4所示的发送数据包的装置是与图1所示的发送数据包的方法所对应的装置，具体实现方式与图1所示的方法类似，参考图1所示的方法中的描述，这里不再赘述。

图5为本发明提供的一种吞吐量测试的测试设备结构示意图，所述测试设备包括：

发送数据包的装置501，接收装置502以及处理装置503，所述处理装置503分别与所述发送数据包的装置501和所述接收装置502相连。

图4所示的发送数据包的装置501，用于向待测设备发送数据包。

接收装置502，用于接收所述待测设备转发的数据包。

处理装置503，用于统计向所述待测设备发送数据包的发送速率，以及接收所述待测设备转发的数据包的接收速率；根据所述发送速率和接收速率采用二分差分法测得所述待测设备的吞吐量。

图5所示的吞吐量测试的测试设备是与图3所示的吞吐量测试的方法所对应的设备，具体实现方式与图3所示的方法类似，参考图3所示的方法中的描述，这里不再赘述。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种发送数据包的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取预先配置的网卡中发送队列的个数，突发包个数，预设的初始线速，CPU的时钟主频，所述突发包个数为所述网卡中每个发送队列除最后一次外每次发送数据包的个数，所述初始线速为所述网卡每秒内发送数据包的总数；

根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数；

根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻；

根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列不是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡每次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以所述突发包个数发送数据包；

根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡最后一次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以该发送队列的最后一次发送数据包的个数发送数据包。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述CPU的时钟主频确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻包括：

根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间；

提取所述理论计时时间的整数部分作为每秒内所述网卡每次发送数据包的实际计时时间；

计算预设的初始时刻与n-1个实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第n次发送数据包的时刻；

其中，0<n≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且n为整数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

计算所述理论计时时间与所述实际计时时间的差作为时间误差；

计算每秒内所述网卡第m-1次发送数据包后的累计误差，所述累计误差为m-1个时间误差的和；

当累计误差小于单位时间时，计算预设的初始时刻与m-1个所述实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻，所述单位时间为1个所述CPU的时钟周期；

当所述累计误差不小于所述单位时间时，计算预设的初始时刻与所述m-1个实际计时时间的和再加1个单位时间作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻；

其中，0<m≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且m为整数。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间包括：

计算所述CPU的时钟主频与所述初始线速的商获得每秒内发送每个数据包所需的第一时间；

计算所述第一时间与所述突发包个数的积获得每秒内每个发送队列每次发送数据包所需的第二时间；

计算所述第二时间与所述网卡中发送队列的个数的积获得每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数包括：

计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的商获得所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率；

计算所述每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的商再加1获得每秒内所述网卡中每个发送队列发送数据包的次数；

计算所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的余数作为每秒内所述网卡中每个发送队列最后一次发送数据包的第一个数；

计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的余数作为第二个数；

给所述网卡中排列在前k位的每个发送队列分别各分配一个数据包，所述k的值与所述第二个数的值相等，则所述网卡中排列在前k位的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数加1，所述网卡中排列在k位以后的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数；

其中，k为大于0且小于所述网卡中发送队列的个数的整数。

6.一种吞吐量测试的方法，其特征在于，所述方法包括：

测试设备按照权利要求1-5任意一项所述的方法向待测设备发送数据包；

所述测试设备接收所述待测设备转发的数据包；

所述测试设备统计向所述待测设备发送数据包的发送速率，以及接收所述待测设备转发的数据包的接收速率；

所述测试设备根据所述发送速率和接收速率采用二分差分法测得所述待测设备的吞吐量。

7.一种发送数据包的装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取预先配置的网卡中发送队列的个数，突发包个数，预设的初始线速，CPU的时钟主频，所述突发包个数为所述网卡中每个发送队列除最后一次外每次发送数据包的个数，所述初始线速为所述网卡每秒内发送数据包的总数；

计算模块，用于根据所述网卡中发送队列的个数，突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数以及该发送队列最后一次发送数据包的个数；

确定模块，用于根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速确定所述网卡每秒内每次发送数据包的时刻；

第一调用模块，用于根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列不是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡每次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以所述突发包个数发送数据包；

第二调用模块，用于根据每秒内所述网卡的每个发送队列发送数据包的次数确定该秒内所述网卡的每个发送队列是最后一次发送数据包时，在每秒内所述网卡最后一次发送数据包的时刻，调用所述网卡的每个发送队列以该发送队列的最后一次发送数据包的个数发送数据包。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

第一计算单元，用于根据所述CPU的时钟主频，所述网卡中发送队列的个数，所述突发包个数以及所述初始线速计算每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间；

提取单元，用于提取所述理论计时时间的整数部分作为每秒内所述网卡每次发送数据包的实际计时时间；

第二计算单元，用于计算预设的初始时刻与n-1个实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第n次发送数据包的时刻；

其中，0<n≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且n为整数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述确定模块还包括：

第三计算单元，用于计算所述理论计时时间与所述实际计时时间的差作为时间误差；

第四计算单元，用于计算每秒内所述网卡第m-1次发送数据包后的累计误差，所述累计误差为m-1个时间误差的和；

第五计算单元，用于当累计误差小于单位时间时，计算预设的初始时刻与m-1个所述实际计时时间的和作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻，所述单位时间为1个所述CPU的时钟周期；

第六计算单元，用于当所述累计误差不小于所述单位时间时，计算预设的初始时刻与所述m-1个实际计时时间的和再加1个单位时间作为每秒内所述网卡第m次发送数据包的时刻；

其中，0<m≤每秒内所述网卡发送数据包的最大次数，且m为整数。

10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一计算单元包括：

第一计算子单元，用于计算所述CPU的时钟主频与所述初始线速的商获得每秒内发送每个数据包所需的第一时间；

第二计算子单元，用于计算所述第一时间与所述突发包个数的积获得每秒内每个发送队列每次发送数据包所需的第二时间；

第三计算子单元，用于计算所述第二时间与所述网卡中发送队列的个数的积获得每秒内所述网卡每次发送数据包所需的理论计时时间。

11.根据权利要求7-10任意一项所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：

第七计算单元，用于计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的商获得所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率；

第八计算单元，用于计算所述每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的商再加1获得每秒内所述网卡中每个发送队列发送数据包的次数；

第九计算单元，用于计算所述网卡中每个发送队列发送数据包的速率与所述突发包个数的余数作为每秒内所述网卡中每个发送队列最后一次发送数据包的第一个数；

第十计算单元，用于计算所述初始线速与所述网卡中发送队列的个数的余数作为第二个数；

分配单元，用于给所述网卡中排列在前k位的每个发送队列分别各分配一个数据包，所述k的值与所述第二个数的值相等，则所述网卡中排列在前k位的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数加1，所述网卡中排列在k位以后的发送队列最后一次发送数据包的个数为第一个数；

其中，0<k<所述网卡中发送队列的个数，且k为整数。

12.一种吞吐量测试的测试设备，其特征在于，所述测试设备包括：

权利要求7-11任意一项所述的发送数据包的装置，用于向待测设备发送数据包；

接收装置，用于接收所述待测设备转发的数据包；

处理装置，用于统计向所述待测设备发送数据包的发送速率，以及接收所述待测设备转发的数据包的接收速率；根据所述发送速率和接收速率采用二分差分法测得所述待测设备的吞吐量。