CN107508726A - 一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试方法和系统，测试服务器端按照大于或等于签约带宽的发包速率对客户端发送UDP包或IP包；测试客户端接收到测试服务器端发送的测试包后，直接通过系统层API读取网络接口模块的吞吐量，并通过计算公式得出测试速率，计算公式为：测试速率=网络接口吞吐量/消耗时间。其可以应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的大带宽测试，且具有较好的准确性和稳定性，以及可以满足很多测速场景。

Description

一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽 测试方法和系统

技术领域

本发明涉及网络测速技术领域，特别涉及一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试方法和系统。

背景技术

近年来，随着我国宽带战略的大力推动，各大运营商都在大规模推广高带宽业务，超过100M的带宽用户逐步增多，甚至千兆宽带也已经开始商用。随着高带宽的逐步普及，原有HTTP测速方式，以及主流客户端测速类的测速工具，均暴露出不能准确测量高带宽实际性能的问题，导致用户的很多误解，严重影响用户感知。具体有以下缺点：

1.屏蔽软件防火墙和杀毒软件一类的应用对测试包接受速度的干扰，而对测试结果有影响；

2.由于测速客户端硬件性能相对较差，其在处理接收包和计算速度的时候，达不到百兆(含)以上的吞吐要求，因而对测试结果有影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术对应的不足，提供一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试方法和系统，其可以应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的大带宽测试，且具有较好的准确性和稳定性，以及可以满足很多测速场景。

本发明的目的是采用下述方案实现的：一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试系统，包括测试服务器端和测试客户端，所述测试服务器端用于按照设定的发包速率对客户端发送测试包(这里对包的大小没有要求)，所述测试客户端用于接收测试服务器端发送的测试包，并直接通过系统层API读取网络接口模块的吞吐量，并通过计算公式得出测试速率，计算公式为：测试速率＝网络接口吞吐量/消耗时间。

所述测试包为UDP包或IP包。

测试服务器端为能满足测试最大带宽所需发包的设备。

测试客户端为一切需要进行网络测速的测试设备，包括但不限于服务器、 PC机、智能手机、智能电视、机顶盒、路由器、家庭网关以及网络探针等设备。

网络接口模块为测试设备上进行网络通讯的接口模块。

测试服务器端发包的速率大于或等于签约带宽。

一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试方法，包括如下步骤：

001)测试服务器端按照设定的发包速率对客户端发送测试包；所述测试包为UDP包或IP包。测试服务器端发包的速率大于或等于签约带宽。

002)测试客户端接收到测试服务器端发送的测试包后，直接通过系统层API 读取网络接口模块的吞吐量，并通过计算公式得出测试速率，计算公式为：测试速率＝网络接口吞吐量/消耗时间。消耗时间指的是：从测试开始后收到的第一个数据包和最后一个数据包消耗的时长。

本发明具有的优点是：本发明采用传输层UDP包或者网络层IP包测速，具体为测速服务器发送UDP包或者IP包，测速客户端读取网络硬件设备接口吞吐量数据进行高精度测速，该系统或方法有以下优点：

1.在普通配置的Windows终端上，现有HTTP测速方法无论是单节点(从一台服务器下载)还是多节点(从多台服务器下载)，测量千兆带宽大都会出现结果偏低的情况。而在服务器、PC机、智能手机、智能电视、机顶盒、路由器、家庭网关以及网络探针等设备上，由于设备性能不佳，测试千兆带宽大都会出现偏低或者不稳定的情况。而采取本系统及方法进行测试，测速结果不仅能够准确命中中、低带宽，在高带宽测速方面也体现出了较好的准确性和稳定性。

2.本系统及方法可以屏蔽windows系统下防火墙与杀毒软件引起的不准确：某些防火墙与杀毒软件会在系统层接收到数据包后，消耗CPU过滤每一个包，如果通过应用层获取，那么测试时间务必会受到干扰，但如果在系统层获取网络吞吐量(即在防火墙接入前获取消耗时间)可减少防火墙与杀毒软件带来的影响。

3.本系统及方法可以绕过测速客户端性能不足引起的测速不稳定和不准确：在某些特殊的嵌入式设备上，例如网关等，CPU性能往往较低但网络模块性能达标，此时如果测试过程有CPU参与，会带来测速不稳定、不准确，但如果直接获取网络模块的吞吐量，可以绕过CPU性能不足的缺点。

专业术语解释

签约带宽：指宽带使用者在运营商订购宽带时候，签约的带宽大小。

物理带宽：指端到端网络能够提供的最大传输速率，物理带宽由网络路径中最窄链路的带宽决定，因此也称为链路带宽。

网络接口模块：这里的网络接口模块指的是测试设备上所有进行网络通讯的接口模块。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为本发明的局域网测试环境组网的示意图；

图3为本发明的广域网测试环境组网的示意图；

图4为千兆局域网测速比对图；

图5为千兆局域网测速极差值比对图(注：极差值是指每个测速软件10次测试中的最大值减去最小值)；

图6为千兆宽带测速比对图；

图7为千兆宽带测速极差值比对图(极差值是指每个测速软件10次测试中的最大值减去最小值)；

图8为千兆局域网与千兆广域网测速差值比对图；

图9为本发明应用于Windows版测速的结果图；

图10为本发明应用于光猫版测试的结果图。

具体实施方式

参见图1，一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试方法，包括如下步骤：

001)测试服务器端按照大于或等于用户签约带宽速率对客户端发送UDP 包或IP包。

002)测试客户端接收到测试服务器端发送的测试包后，直接通过系统层API 读取网络接口模块的吞吐量，并通过计算公式得出测试速率，计算公式为：测试速率＝网络接口吞吐量/消耗时间。

参见图2和图3，一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试系统，包括测试服务器端和测试客户端，所述测试服务器端用于按照设定的发包速率对客户端发送UDP包或IP包，测试服务器端发包的速率大于或等于签约带宽。所述测试客户端用于接收测试服务器端发送的测试包(UDP包或 IP包)，并直接通过系统层API读取网络接口模块的吞吐量(而不是使用应用层API计算UDP或IP收包速度)，并通过计算公式得出测试速率，计算公式为：测试速率＝网络接口吞吐量/消耗时间。测试服务器端为能满足测试最大带宽所需发包的设备。测试客户端为需要进行网络测速的测试设备，包括但不限于服务器、PC机、智能手机、智能电视、机顶盒、路由器、家庭网关以及网络探针等设备。网络接口模块为测试设备上进行网络通讯的接口模块。

申请人一直致力于高带宽测速技术的研究，通过采用新的UDP或IP测速方法，在高带宽用户的普通Windows终端上实现了固网宽带接入速率的准确测量。

为了充分验证UDP或IP测速方法的性能，申请人对包括UDP、HTTP在内的多种测速方法进行了比对测试工作。

本测试工作的目的如下：

1.在高带宽环境下，验证UDP或IP测速方法的准确性优于HTTP测速方法；

2.分析影响HTTP测速准确性的主要因素；

3.对UDP或IP测速测量高、中、低带宽的准确性均进行验证。

术语定义

测试工具

基本测试步骤

申请人公司的研究表明，在普通配置的Windows终端上，现有HTTP测速方法无论是单节点(从一台服务器下载)还是多节点(从多台服务器下载)，测量千兆带宽经常会出现结果偏低的情况。

为了充分比对各种测速方法测量高带宽的性能，分析高带宽环境下影响测速准确性的主要因素，我们采取如下测试步骤：

1.先在千兆局域网环境进行比对测试，包括UDP测速、HTTP单节点(4线程HTTP 下载，下同)、HTTP多节点(2台服务器，每个服务器4个HTTP下载线程，下同)和iPerf的测试。在理想的局域网环境下，可排除服务端和网络的干扰，通过观察各测速工具的测量值，可评估终端对测速准确性的影响程度。

2.再在现网千兆线路上进行比对测试，包括UDP测速、SpeedTest、HTTP单节点/多节点和iPerf的测试。观察现网情况下各测速工具的准确性，并与局域网上的测试结果结合起来分析，得出结论。

3.对于UDP测速，除了千兆带宽，还需验证其在高、中、低带宽测速的准确性。

比对策略

为确保比对测试的客观性和公平性，采取如下策略：

1.采用国际上流行的iPerf测速软件(推荐iPerf v3.1.3)作为首选比对工具，经实测该工具的测速结果较准确、稳定，可作为各测速工具的参照值。本次测试挑选一台测速性能稳定的PC机运行iPerf测速软件，作为标准机用于各终端运行各种测速软件的结果比对。

2.随机抽取10台以上正常使用的笔记本电脑作为测速客户端测量千兆宽带，覆盖Win7、Win8和Win10等主流操作系统，以确保测速客户端样本的客观性和数量足够。

3.UDP测速服务端、HTTP测速服务端与iPerf服务端软件部署在同一台千兆测速服务器上，HTTP多节点服务器均选取负荷空闲的千兆服务器，以避免服务端的差异性影响比对测试。

4.每个客户端对同一网络线路上进行10轮测试，在测试之前，先用标准机进行10次iPerf测试，在确定网络性能稳定后，再在测试客户端上用各测试工具测速依次紧挨进行。

5.各测试工具均按照工信部标准，以5～15秒测速的平均速率作为测速结果(SpeedTest除外)。

测速客户端配置

随机选取10台在用笔记本电脑作为测速客户端，覆盖win7/win8/win10主流windows系统。挑选一台测速性能稳定的笔记本电脑运行iPerf测速软件，作为测速客户端标准机。

测速客户端无耗费CPU、内存、带宽的后台程序运行，关闭所有流量下载工具、杀毒软件和电脑管家软件。

具体配置如下表：

局域网配置

广域网配置

局域网测试环境部署

局域网测试环境组网如图2所示。

软件部署如下：

1.测速客户端安装UDP测速、HTTP测速和iPerf v3.1.3测速工具。

2.在两台测速服务器上部署HTTP测速服务端软件，用于HTTP单节点和HTTP 多节点测速服务。

3.在测速服务器A上部署UDP测速服务端软件，iPerf V3.1.3服务端软件，用于UDP测速和iPerf测速。

广域网测试环境部署

广域网测试环境组网如图3所示。测速客户端通过光猫接入千兆线路，通过 50～1000M带宽限速可测试不同速率的宽带业务。千兆测速服务器直连城域网CR 路由器。整个网络路径路由跳数不超过3跳，无性能瓶颈和其他流量干扰，能够达到端到端千兆性能。为保证测试效果不受干扰，千兆速率测试安排在夜间进行。

软件部署如下：

1.测速客户端安装UDP测速、HTTP测速和iPerf v3.1.3测速工具。

2.在两台测速服务器上部署HTTP测速服务端软件，用于HTTP单节点和HTTP 多节点测速服务。

3.在测速服务器A上部署UDP测速服务端软件，iPerf V3.1.3服务端软件，用于UDP测速和iPerf测速。

千兆局域网测试结果

分别用10台测试客户端在千兆局域网环境下进行各种测速软件的比对测速，每台终端依次运行各测速软件，测试10轮取平均值。结果如下表和图4和图5 所示：

千兆局域网测速结果比对表

注1：表中数值为每种测速软件10次测量的平均值。

注2：表中“标准机iPerf测速值”一列记录的是每台终端测试前用标准机运行iPerf的测速结果，用来验证网络状态是否能达到测试要求。

从上面表格和图4、5可以分析出：

1.标准机运行iPerf测速均能达到900M以上，说明千兆局域网状态良好。在这种情况下，UDP测速在所有Windows终端上都能达到910M以上，体现了很好的千兆测速性能。而HTTP测速方式即便在理想的局域网环境下，仍然有 70％的终端测速达不到900M。

2.从每个终端测速的极差值统计图可以看出，UDP测速的抖动很小，体现了稳定的测速特性，明显优于其他测速方式。

3.HTTP千兆测速，多节点较单节点没有明显改善。

千兆宽带测试结果

分别用10台测试客户端在千兆广域网环境下进行各种测速软件的比对测速，每台终端依次运行各测速软件，测试10轮取平均值。测速结果如下表和图6、图7所示：

千兆宽带测速结果比对表

注1：表中数值为每种测速软件10次测量的平均值。

注2：表中“标准机iPerf测速值”一列记录的是每台终端测试前用标准机运行iPerf的测速结果，用来验证网络状态是否能达到测试要求。

从上面表格和图6、7可以分析出：

1.标准机运行iPerf测速均能达到890M以上，说明千兆网络状态良好。在这种情况下，UDP测速在80％的Windows终端上都能达到890M以上，体现了良好的千兆测速性能，明显优于其他测速方式。HTTP测速方式仅有10％的终端能够达到890M以上，并且出现了200M以下的测试结果。

2.从每个终端测速的极差值统计图可以看出，UDP测速的抖动最小，体现了较稳定的测速特性，明显优于其他测速方式。

3.HTTP千兆测速，多节点较单节点没有明显改善。

图8显示了每台测速终端千兆局域网与千兆广域网的测速值之差的分布图。从图8中可以看出从千兆局域网到千兆广域网，UDP测速方式测速值下降较小，说明UDP测速方式能够适应不同的网络环境，测试性能不会随着网络距离的增加明显下降；而HTTP测速方式下，终端A、终端D和终端K从千兆局域网到千兆广域网测试性能下降明显，说明在Window终端上，HTTP测速性能会随着网络距离的增加而下降。

500M宽带测试结果

选取一台Windows客户端(终端D)，在500M带宽环境下，运行各种测速工具进行比对测试，测试结果如下：

从上表中可以看出UDP测速值100％达标(达到标称带宽值的90％以上)，测速结果与iPerf保持一致，并且稳定性很好。

200M宽带测试

选取一台Windows客户端(终端D)，在200M带宽环境下，运行各种测速工具进行比对测试，测试结果如下：

从上表中可以看出UDP测速值100％达标(达到标称带宽值的90％以上)，测速结果与iPerf保持一致，并且稳定性很好。

100M宽带测试

选取一台Windows客户端(终端D)，在100M带宽环境下，运行各种测速工具进行比对测试，测试结果如下：

从上表中可以看出UDP测速值100％达标(达到标称带宽值的90％以上)，测速结果与iPerf保持一致，并且稳定性很好。

50M宽带测试

选取一台Windows客户端(终端D)，在50M带宽环境下，运行各种测速工具进行比对测试，测试结果如下：

从上表中可以看出UDP测速值100％达标(达到标称带宽值的90％以上)，测速结果与iPerf保持一致，并且稳定性很好。

通过上述测试，可以得出如下结论：

1.在Windows平台上HTTP测速方式不能准确测量高带宽特别是千兆带宽，造成测速不准确的主要原因有两个：一是Windows终端本身对HTTP测速的干扰；二是随着网络距离的增加，HTTP的测速性能会下降。

2.UDP或者IP测速方式不仅能够准确测量中、低带宽，在高带宽测速方面也体现出了较好的准确性和稳定性，明显优于HTTP测速方式，可以在200M以上的带宽测速场景中替换HTTP测速方式。

下面再验证本方法在光猫上测试的实际效果。

基本测试步骤：

1.使用本发明的Windows版测速工具测试链路速率，检测链路速率是否达标。

2.在光猫上使用本发明的光猫版测速工具测速，查看实际效果。

测试结果分析：本发明Windows版测速结果如图9所示，从图9可以看出：该链路达标，下行速率基本稳定在910Mbps，可以进行光猫测速。

本发明光猫版测试结果如图10所示，从图10可以看出：光猫版测速时，测速结果均达标，稳定在910Mbps左右，没出现任何性能瓶颈。

本次测试证明本测速方法可以满足华为光猫的高带宽测速。本测速方法可以直接在光猫上运行，可以满足更多测速场景。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试系统，其特征在于：包括测试服务器端和测试客户端，所述测试服务器端用于按照设定的发包速率对客户端发送测试包，所述测试客户端用于接收测试服务器端发送的测试包，并直接通过系统层API读取网络接口模块的吞吐量，并通过计算公式得出测试速率，计算公式为：测试速率=网络接口吞吐量/消耗时间。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述测试包为UDP包或IP包。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：测试服务器端发包的速率大于或等于签约带宽。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：测试服务器端为能满足测试最大带宽所需发包的设备。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：测试客户端为需要进行网络测速的测试设备，包括但不限于服务器、PC机、智能手机、智能电视、机顶盒、路由器、家庭网关以及网络探针等设备。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：网络接口模块为测试设备上进行网络通讯的接口模块。

7.一种应用在有其他软件干扰或测试设备硬件性能较差的带宽测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

001）测试服务器端按照设定的发包速率对客户端发送测试包；

002）测试客户端接收到测试服务器端发送的测试包后，直接通过系统层API读取网络接口模块的吞吐量，并通过计算公式得出测试速率，计算公式为：测试速率=网络接口吞吐量/消耗时间。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：测试服务器端发包的速率大于或等于签约带宽。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述测试包为UDP包或IP包。