CN115865760A - 一种网卡时延测试方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网卡测试领域，具体公开一种网卡时延测试方法及装置，客户端向服务端发送测试报文，服务端向客户端反馈响应报文，客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4；服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3；根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。本发明由网卡驱动记录相应时间，不包含应用层、协议栈等的处理时延，提高网卡时延测试的准确性。

Description

一种网卡时延测试方法及装置

技术领域

本发明涉及网卡测试领域，具体涉及一种网卡时延测试方法及装置。

背景技术

随着网络应用的发展，上层服务对网络质量要求也越来越高。尤其是伴随着视频、语音、游戏等应用的大幅增加，网络时延成为一个重要衡量标准。网络时延（延迟）是一个重要的网络性能指标，会受到多种因素影响，这些因素会极大地影响用户的网络使用体验。

时延是指数据从网络源传输到目的到另一端所需的时间，通常时延包含处理时延和传播时延。处理时延：网卡和系统在收到报文后要使用一定的时间进行处理。比如解封装分析首部，提取数据，差错检验等。通常网卡的处理时延是微秒或更低的数量级，图1所示为报文流转示意图，这个过程产生处理时延。传播时延：报文在实际的物理链路上传播数据所需要的时间。实际传播时延在毫秒级。传播时延等于两台设备之间的距离除以传播速率，即传播时延是D/S，其中D是两台设备之间的距离，S是该链路的传播速率。在测试环境中，通常测试线路都在5米之内。图2所示为报文物理链路传播示意图，这个过程产生传播时延。

当前对网卡时延的测试均采用C/S结构，由客户端应用层工具生成测试的Request报文，发送给对端，也就是服务端。对端确认收到消息后响应一个Response报文。通过计算往返的时间（RTT）来生成最终的时延数据。RTT=T4-R1，使用RTT/2来计算出单向时延。图3是测试报文传输时间点记录示意图，T1是客户端测试报文发送时间，T2是服务端测试报文接收时间，T3是服务端响应报文发送时间，T4是客户端响应报文接收时间。

在当前网卡测试中，客户端和服务端的记录时间均是应用层加入的时间标签，这就导致对网卡时延的计算包含了应用层>内核协议栈>驱动>物理网卡，中间传输链路到返回。实际计算的网络时延并不准确，本身协议栈等处理的时延导致了误差变大，并且不同的系统内核也会导致测试结果的差异，影响了网卡时延测试的准确性。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种网卡时延测试方法及装置，由网卡驱动记录相应时间，提高网卡时延测试的准确性。

第一方面，本发明的技术方案提供一种网卡时延测试方法，客户端向服务端发送测试报文，服务端向客户端反馈响应报文，该方法包括以下步骤：

客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4；

服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3；

根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

进一步地，该方法具体包括以下步骤：

客户端应用创建套接字，生成测试报文交给协议栈处理；

协议栈将测试报文传输至网卡驱动进程处理，驱动程序在测试报文的原始数据中加入时间戳T1，并记录时间戳T1作为测试报文发送时间T1；

客户端的网卡驱动将测试报文传输至硬件队列发送到网络；

服务端的网卡驱动接收测试报文，在测试报文中加入时间戳T2，并记录时间戳T2作为测试报文接收时间T2，同时剥离包头传输至上层业务处理；

上层业务返回响应报文，并传输给服务端的网卡驱动，由服务端的网卡驱动在响应报文中加入时间戳T3，并记录时间戳T3作为响应报文发送时间T3；

客户端的网卡驱动接收响应报文，在响应报文中加入时间戳T4，并记录时间戳T4作为响应报文接收时间T4，同时剥离包头传输至上层业务处理。

进一步地，该方法还包括以下步骤：

服务端将记录的测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3发送至客户端；

客户端根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

进一步地，该方法具体包括：

客户端预存客户端与服务端的时间系统偏差；

客户端基于客户端与服务端的时间系统偏差，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

进一步地，基于客户端与服务端的时间系统偏差，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延，具体包括：

记客户端与服务端的时间系统偏差为θ，网络的单程传播时延为δ，则θ、δ、T1、T2、T3、T4满足以下关系：

T1+θ+δ=T2；

T3-θ+δ=T4；

相应的，网络的单程传播时延δ=(T2-T1+T4-T3)/2。

进一步地，该方法具体还包括：根据以下公式计算网卡的处理时延，

网卡的接收处理时延=发送处理时延=(T3-T2)/2。

第二方面，本发明的技术方案提供一种网卡时延测试装置，客户端向服务端发送测试报文，服务端向客户端反馈响应报文，该装置包括第一时间记录模块、第二时间记录模块和网卡时延计算模块；其中第一时间记录模块和网卡时延计算模块配置在客户端，第二时间记录模块配置在服务端；

第一时间记录模块：触发客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4；

第二时间记录模块：触发服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3；

网卡时延计算模块：根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

进一步地，客户端应用创建套接字，生成测试报文交给协议栈处理；

协议栈将测试报文传输至网卡驱动进程处理，第一时间记录模块驱动程序在测试报文的原始数据中加入时间戳T1，并记录时间戳T1作为测试报文发送时间T1；

客户端的网卡驱动将测试报文传输至硬件队列发送到网络；

服务端的网卡驱动接收测试报文，第二时间记录模块触发网卡驱动在测试报文中加入时间戳T2，并记录时间戳T2作为测试报文接收时间T2，同时剥离包头传输至上层业务处理；

上层业务返回响应报文，并传输给服务端的网卡驱动，第二时间记录模块触发服务端的网卡驱动在响应报文中加入时间戳T3，并记录时间戳T3作为响应报文发送时间T3；

客户端的网卡驱动接收响应报文，第一时间记录模块触发网卡驱动在响应报文中加入时间戳T4，并记录时间戳T4作为响应报文接收时间T4，同时剥离包头传输至上层业务处理。

进一步地，该装置还包括：配置在服务端的时间发送模块和配置在客户端的时间接收模块；

时间发送模块：将服务端记录的测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3发送至客户端；

时间接收模块：接收服务端发送的测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3。

进一步地，该装置还包括配置在客户端的时间偏差预存模块；

时间偏差预存模块：预存客户端与服务端的时间系统偏差；

网卡时延计算模块具体用于基于客户端与服务端的时间系统偏差，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延，具体包括：

记客户端与服务端的时间系统偏差为θ，网络的单程传播时延为δ，则θ、δ、T1、T2、T3、T4满足以下关系：

T1+θ+δ=T2；

T3-θ+δ=T4；

相应的，网络的单程传播时延δ=(T2-T1+T4-T3)/2；

网卡的接收处理时延=发送处理时延=(T3-T2)/2。

本发明提供的一种网卡时延测试方法及装置，相对于现有技术，具有以下有益效果：客户端向服务端发送测试报文和从服务端接收响应报文时，由客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4，服务端从客户端接收测试报文和向客户端发送响应报文时，由服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3，之后根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。由于由网卡驱动记录相应时间，不包含应用层、协议栈等的处理时延，提高网卡时延测试的准确性。优选的，在计算网卡时延时，考虑客户端与服务端的时间系统偏差，进一步提高网卡时延测试的准确性。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是报文流转示意图。

图2是报文物理链路传播示意图。

图3是测试报文传输时间点记录示意图。

图4是本发明实施例提供的一种网卡时延测试方法流程示意图。

图5是本发明实施例提供的一种网卡时延测试方法的一具体实施例的流程示意图。

图6是本发明实施例提供的一种网卡时延测试装置结构示意框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

当前对网卡时延的测试通常在应用层加入事件标签，应用层软件从时钟获取当前时间，然后依次交给传输层、网络层等内核模块处理，经过多次的内存拷贝、报文头封装等操作后，导致延迟数据的大幅增加。本发明实施例提供一种网卡时延测试方法，从网卡驱动加入时间标签，从而提高时间测试的准确性。

图4是本发明实施例提供的一种网卡时延测试方法流程示意图，在网卡测试时，客户端向服务端发送测试报文，服务端向客户端反馈响应报文，在这个过程中，本实施例通过以下步骤记录和计算网卡时延。

S1，客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4。

S2，服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3。

S3，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

在本实施例中，客户端向服务端发送测试报文和从服务端接收响应报文时，由客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4，服务端从客户端接收测试报文和向客户端发送响应报文时，由服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3，之后根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。由于由网卡驱动记录相应时间，不包含应用层、协议栈等的处理时延，提高网卡时延测试的准确性。

客户端和服务端在统计精确时间的时候，往往会受限于客户端与服务端时间不同步，所以会把两端时间偏差θ计算出来。如图3所示，客户端与服务端各有一个时间轴，分别代表着各自系统的时间，客户端会构造一个UDP Request包发送到服务端。客户端记录发送的时间T1，该时间由客户端的网卡驱动记录。经过网络延时传输后，服务端在T2收到数据包，交给系统内核及软件应用层处理后在T3时刻向客户端返回Response数据包，客户端在T4时刻收到该响应数据包。由于客户端与服务端本身存在时间差，所以无法直接进行比较。

本实施例在根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延，还考虑客户端与服务端的时间系统偏差。

记客户端与服务端的时间系统偏差为θ，网络的单程传播时延为δ，则θ、δ、T1、T2、T3、T4满足以下关系：

T1+θ+δ=T2；

T3-θ+δ=T4。

可以推导出：θ=(T2-T1+T3-T4)/2，δ=(T2-T1+T4-T3)/2。

即网络的单程传播时延δ=(T2-T1+T4-T3)/2。

另外，还可计算网卡的处理时延：网卡的接收处理时延=发送处理时延=(T3-T2)/2。

以下提供一具体实施例对本发明进一步相似说明，图5是该具体实施例的流程示意图，如图5所示，该具体实施例包括以下步骤。

SS1，客户端预存客户端与服务端的时间系统偏差。

SS2，客户端应用创建套接字，生成测试报文交给协议栈处理。

SS3，协议栈将测试报文传输至网卡驱动进程处理，驱动程序在测试报文的原始数据中加入时间戳T1，并记录时间戳T1作为测试报文发送时间T1。

SS4，客户端的网卡驱动将测试报文传输至硬件队列发送到网络。

SS5，服务端的网卡驱动接收测试报文，在测试报文中加入时间戳T2，并记录时间戳T2作为测试报文接收时间T2，同时剥离包头传输至上层业务处理。

SS6，上层业务返回响应报文，并传输给服务端的网卡驱动，由服务端的网卡驱动在响应报文中加入时间戳T3，并记录时间戳T3作为响应报文发送时间T3。

SS7，客户端的网卡驱动接收响应报文，在响应报文中加入时间戳T4，并记录时间戳T4作为响应报文接收时间T4，同时剥离包头传输至上层业务处理。

SS8，服务端将记录的测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3发送至客户端。

SS9，客户端基于客户端与服务端的时间系统偏差，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延，具体包括：网络的单程传播时延δ=(T2-T1+T4-T3)/2，网卡的接收处理时延=发送处理时延=(T3-T2)/2。

该具体实施例中，由客户端和服务端各自记录相应时间，然后服务端将其记录的时间发送至客户端，由客户端根据自身记录的时间以及服务端发送的实际进行网卡时延计算。

上文中对于一种网卡时延测试方法的实施例进行了详细描述，基于上述实施例描述的网卡时延测试方法，本发明实施例还提供了一种与该方法对应的网卡时延测试装置。

图6是本发明实施例提供的一种网卡时延测试装置结构示意框图，如图6所示，该装置包括：第一时间记录模块、第二时间记录模块、网卡时延计算模块、时间发送模块、时间接收模块和时间偏差预存模块。

其中，第一时间记录模块、网卡时延计算模块、时间接收模块和时间偏差预存模块配置在客户端，第二时间记录模块和时间发送模块配置在服务端。

第一时间记录模块：触发客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4。

第二时间记录模块：触发服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3。

网卡时延计算模块：根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

本实施例由客户端对网卡时间进行计算，因此服务端的时间发送模块：将服务端记录的测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3发送至客户端。相应的，客户端的时间接收模块：接收服务端发送的测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3。

由于客户端与服务端本身存在时间差，为进一步提高测试准确性，客户端的时间偏差预存模块：预存客户端与服务端的时间系统偏差。相应的，客户端的网卡时延计算模块基于客户端与服务端的时间系统偏差，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

本实施例网卡时延计算模块基于客户端与服务端的时间系统偏差，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延，具体包括：

记客户端与服务端的时间系统偏差为θ，网络的单程传播时延为δ，则θ、δ、T1、T2、T3、T4满足以下关系：

T1+θ+δ=T2；

T3-θ+δ=T4；

相应的，网络的单程传播时延δ=(T2-T1+T4-T3)/2；

网卡的接收处理时延=发送处理时延=(T3-T2)/2。

另外，在报文收发和时间记录过程中，第一时间记录模块和第二时间记录模块触发相应的网卡驱动进行时间记录，具体包括：

客户端应用创建套接字，生成测试报文交给协议栈处理；

协议栈将测试报文传输至网卡驱动进程处理，第一时间记录模块驱动程序在测试报文的原始数据中加入时间戳T1，并记录时间戳T1作为测试报文发送时间T1；

客户端的网卡驱动将测试报文传输至硬件队列发送到网络；

服务端的网卡驱动接收测试报文，第二时间记录模块触发网卡驱动在测试报文中加入时间戳T2，并记录时间戳T2作为测试报文接收时间T2，同时剥离包头传输至上层业务处理；

上层业务返回响应报文，并传输给服务端的网卡驱动，第二时间记录模块触发服务端的网卡驱动在响应报文中加入时间戳T3，并记录时间戳T3作为响应报文发送时间T3；

客户端的网卡驱动接收响应报文，第一时间记录模块触发网卡驱动在响应报文中加入时间戳T4，并记录时间戳T4作为响应报文接收时间T4，同时剥离包头传输至上层业务处理。

本实施例的网卡时延测试装置用于实现前述的网卡时延测试方法，因此该装置中的具体实施方式可见前文中的网卡时延测试方法的实施例部分，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再展开介绍。

本实施例客户端向服务端发送测试报文和从服务端接收响应报文时，由客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4，服务端从客户端接收测试报文和向客户端发送响应报文时，由服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3，之后根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。由于由网卡驱动记录相应时间，不包含应用层、协议栈等的处理时延，提高网卡时延测试的准确性。优选的，在计算网卡时延时，考虑客户端与服务端的时间系统偏差，进一步提高网卡时延测试的准确性。

以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种网卡时延测试方法，客户端向服务端发送测试报文，服务端向客户端反馈响应报文，其特征在于，该方法包括以下步骤：

客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4；

服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3；

根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

2.根据权利要求1所述的网卡时延测试方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

客户端应用创建套接字，生成测试报文交给协议栈处理；

协议栈将测试报文传输至网卡驱动进程处理，驱动程序在测试报文的原始数据中加入时间戳T1，并记录时间戳T1作为测试报文发送时间T1；

客户端的网卡驱动将测试报文传输至硬件队列发送到网络；

服务端的网卡驱动接收测试报文，在测试报文中加入时间戳T2，并记录时间戳T2作为测试报文接收时间T2，同时剥离包头传输至上层业务处理；

上层业务返回响应报文，并传输给服务端的网卡驱动，由服务端的网卡驱动在响应报文中加入时间戳T3，并记录时间戳T3作为响应报文发送时间T3；

客户端的网卡驱动接收响应报文，在响应报文中加入时间戳T4，并记录时间戳T4作为响应报文接收时间T4，同时剥离包头传输至上层业务处理。

3.根据权利要求2所述的网卡时延测试方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

服务端将记录的测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3发送至客户端；

客户端根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

4.根据权利要求3所述的网卡时延测试方法，其特征在于，该方法具体包括：

客户端预存客户端与服务端的时间系统偏差；

客户端基于客户端与服务端的时间系统偏差，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

5.根据权利要求4所述的网卡时延测试方法，其特征在于，基于客户端与服务端的时间系统偏差，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延，具体包括：

记客户端与服务端的时间系统偏差为θ，网络的单程传播时延为δ，则θ、δ、T1、T2、T3、T4满足以下关系：

T1+θ+δ=T2；

T3-θ+δ=T4；

相应的，网络的单程传播时延δ=(T2-T1+T4-T3)/2。

6.根据权利要求5所述的网卡时延测试方法，其特征在于，该方法具体还包括：根据以下公式计算网卡的处理时延，

网卡的接收处理时延=发送处理时延=(T3-T2)/2。

7.一种网卡时延测试装置，客户端向服务端发送测试报文，服务端向客户端反馈响应报文，其特征在于，该装置包括第一时间记录模块、第二时间记录模块和网卡时延计算模块；其中第一时间记录模块和网卡时延计算模块配置在客户端，第二时间记录模块配置在服务端；

第一时间记录模块：触发客户端的网卡驱动记录测试报文发送时间T1和响应报文接收时间T4；

第二时间记录模块：触发服务端的网卡驱动记录测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3；

网卡时延计算模块：根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延。

8.根据权利要求7所述的网卡时延测试装置，其特征在于，客户端应用创建套接字，生成测试报文交给协议栈处理；

协议栈将测试报文传输至网卡驱动进程处理，第一时间记录模块驱动程序在测试报文的原始数据中加入时间戳T1，并记录时间戳T1作为测试报文发送时间T1；

客户端的网卡驱动将测试报文传输至硬件队列发送到网络；

服务端的网卡驱动接收测试报文，第二时间记录模块触发网卡驱动在测试报文中加入时间戳T2，并记录时间戳T2作为测试报文接收时间T2，同时剥离包头传输至上层业务处理；

上层业务返回响应报文，并传输给服务端的网卡驱动，第二时间记录模块触发服务端的网卡驱动在响应报文中加入时间戳T3，并记录时间戳T3作为响应报文发送时间T3；

客户端的网卡驱动接收响应报文，第一时间记录模块触发网卡驱动在响应报文中加入时间戳T4，并记录时间戳T4作为响应报文接收时间T4，同时剥离包头传输至上层业务处理。

9.根据权利要求8所述的网卡时延测试装置，其特征在于，该装置还包括：配置在服务端的时间发送模块和配置在客户端的时间接收模块；

时间发送模块：将服务端记录的测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3发送至客户端；

时间接收模块：接收服务端发送的测试报文接收时间T2和响应报文发送时间T3。

10.根据权利要求9所述的网卡时延测试装置，其特征在于，该装置还包括配置在客户端的时间偏差预存模块；

时间偏差预存模块：预存客户端与服务端的时间系统偏差；

网卡时延计算模块具体用于基于客户端与服务端的时间系统偏差，根据T1、T2、T3、T4计算网卡时延，具体包括：

记客户端与服务端的时间系统偏差为θ，网络的单程传播时延为δ，则θ、δ、T1、T2、T3、T4满足以下关系：

T1+θ+δ=T2；

T3-θ+δ=T4；

相应的，网络的单程传播时延δ=(T2-T1+T4-T3)/2；

网卡的接收处理时延=发送处理时延=(T3-T2)/2。

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