性能報告之路由器性能 Benchmark 評估

前言：

本報告目的是測試企業內部用的TP-LINK TL-R478G+的性能，是標準的benchmark過程。

這個路由器市場價600塊錢左右，定位是中小企業內部使用。

如果是做骨干網級的高端網絡設備測試，還有高端的大型硬件網絡測試儀。

對于網絡設備的測試，在選型、驗收這樣的目標下，可以參考這篇文章

正文

3.2. 測試目標

測試路由器的如下性能能力：

WLAN->LAN包轉發性能。

WAN->LAN單工吞吐量。

LAN->LAN單工吞吐量。

LAN->LAN雙工平均吞吐量。

3.3. 術語和縮略語

術語/縮略詞

說明

包轉發率

單位是pps（包每秒），每秒鐘路由器能轉發的數據包的數量

吞吐量（帶寬）

待測對象所能達到的最大數據傳輸速率。單位：Mbps

3.4.3.網絡環境

網絡設備

帶寬

型號

路由器

1000M

TP-LINK TL-R478G+

交換機

100M

華為S3700-28TP-SI(AC)

3.5. 測試工具

名稱

說明

IxChariot 6.70

業界著名的多功能網絡業務測試軟件

Endpoint 7.10

充分利用運行主機的資源，執行Chariot控制臺發布的Script命令，從而完成需要的測試

4.測試執行與結果

4.1. WAN->LAN包轉發性能

1. 測試目的

獲取待測路由器Wan->Lan所能達到的最大包轉發率

2. 測試拓撲

3. 測試條件

性能指標

測試條件設置

包轉發率

多條規劃，不同數據包大小

數據包：64B、128B、256B、512B、1024B、1514B

多條規劃：100規則

協議：TCP

4. 測試方法

測試軟件使用IxChariot，測試腳本采用High_Performance_Throughput，Pair數量為100。IxChariot是一款被普遍使用的網絡負載測試工具，對High_Performance_Throughput腳本進行修改，我們可以設置不同大小并讓Endpoint1-> Endpoint2發送數據包，Pair數量被設定在100是因為我們在測試中發現一個現象，比如，我們在測試1514B大小的數據包吞吐量時，一個Pair可能只有20Mbps左右，但隨著Pair數量的增加，吞吐量也會隨之上升，并最終達到吞吐最大值，Pair繼續增加，吞吐量也不會出現大的變化。使用100Pairs還有另外一個效果，多Pair在Netstat中看到的效果就是多TCP連接數，在多連接數下，高強度的吞吐測試對路由器性能和穩定性都是一個考驗。

包轉發率公式如下：(Mbps + 6Mbps) / 8 / (64B、128B、256B…1514B +20B) = Mpps * 1000000 = pps

Mbps指的是路由器的設計帶寬，除以8是將bps轉化為Byteps，64B指的是以太網最小數據包的大小，20B是每個數據包在傳輸時的固定損耗，另外，要說明一下，這20B的損耗通過抓包工具是無法捕獲的。我們再來看一下pps這個計算公式的計數單位是“個”，因為在1000Mbps除以8之后，此時計數單位就是Byteps了，也就是Byte每秒。再用Byteps除以Byte，所得到的就是pps，第一個p也就是包(package)的意思。包轉發率的概念是一個“以數量為基礎的概念”，通俗的講，就是一個以“個”為單位的概念，10pps指的就是每秒轉發了10個數據包。

接下來我們反著看一下pps的計算方法，1000Mbps / 8 / (64B+20B)=1.488Mpps。如果我們使用的數據包大于64B會如何？假如是128B，那公式將會變成這樣。1760Mbps / 8 / (128B+20B)=1.488Mpps，但我們知道，千兆路由器的設計寬帶極限是1000Mbps，不可能超過這個數值，所以如果計算千兆路由器的128B數據包轉發率，結果應該是1000Mbps / 8 / (128B+20B)=0.8446Mpps。結果與1.488Mpps相差甚遠，這說明產生了傳輸瓶頸，瓶頸來自于千兆路由器的設計標準，而非來自于包轉發性能。

5. 測試步驟

a) 按網絡拓撲圖進行部署；

b) 配置Console測試IP；

c) 測試腳本采用High_Performance_Throughput，Pair數量為100，數據包大小分別設置為64B、128B、256B、512B、1024B、1514B；

d) 循環執行測試腳本；

e) 測試完畢，記錄每一次結果；

6. 測試結果

100Pairs吞吐量測試結果：

1> 這是在64B數據包下測試的結果：6.744Mbps

2> 這是在128B數據包下測試的結果：13.316Mbps

3> 這是在256B數據包下測試的結果：26.292Mbps

4> 這是在512B數據包下測試的結果：51.884Mbps

5> 這是在1024B數據包下測試的結果：84.536Mbps

6> 這是在1514B數據包下測試的結果：84.637Mbps

4.2. WAN->LAN單工吞吐量

1. 測試目的

獲取待測路由器Wan->Lan所能達到最大吞吐量

2. 測試拓撲

3. 測試條件

性能指標

測試條件設置

單工吞吐量

多條規劃，大數據包

數據包大小：1000KB

多條規劃：10規則

協議：TCP

4. 測試方法

測試軟件還是使用IxChariot，測試腳本采用Throughput，Pair數量為10。對Throughput腳本進行修改，我們設置讓Endpoint1-> Endpoint2發送大數據包，Pair數量被設定在10，這是因為對于網絡情況不穩定、經常出現速度波動的情況來說，在某一時刻測量速度存在一定的不確定因素，我們采用科學測量法來解決這個問題，即采用平均值的方法。將所有測量值匯總在一起可以得到更接近真實數值的結果。

雖然我們可以通過科學測量法減小誤差，但由于默認數據包僅為100KB，所以總的數據檢測量相對較小。對于帶寬比較大的情況，例如100Mbps以上的網絡或ISP提供的傳輸速度較快的時候，使用100KB數據包進行測量得出的結果不太準確。這時就需要通過修改默認數據包的大小以求測量結果更精確，這里我們加大了十倍，即1000KB。

5. 測試步驟

a) 按網絡拓撲圖進行部署；

b) 配置Console測試IP；

c) 測試腳本采用Throughput，Pair數量為10，數據包大小分別設置為1000KB；

d) 執行測試腳本；

e) 測試完畢，記錄結果；

6. 測試結果

下面是1000KB數據包，10Pairs下吞吐量測試結果：289.583 Mbps

4.3. LAN->LAN單工吞吐量

1. 測試目的

獲取待測路由器Lan->Lan數據交換所能達到單工最大吞吐量

2. 測試拓撲

3. 測試條件

性能指標

測試條件設置

單工吞吐量

多條規劃，大數據包

數據包大小：1000KB

多條規劃：10規則

協議：TCP

4. 測試方法

測試軟件使用IxChariot，測試腳本采用Throughput，Pair數量為10。對Throughput腳本進行修改，我們設置讓Endpoint1-> Endpoint2發送大數據包，Pair數量被設定在10。修改發送數據包的大小為1000KB。

5. 測試步驟

a) 按網絡拓撲圖進行部署；

b) 配置Console測試IP；

c) 測試腳本采用Throughput，Pair數量為10，數據包大小分別設置為1000KB；

d) 執行測試腳本；

e) 測試完畢，記錄結果；

6. 測試結果

下面是1000KB數據包，10Pairs下吞吐量測試結果：947.992Mbps

4.4. LAN->LAN雙工吞吐量

1. 測試目的

獲取待測路由器Lan->Lan數據交換所能達到雙工最大吞吐量

2. 測試拓撲

3. 測試條件

性能指標

測試條件設置

雙工吞吐量

多條規劃，大數據包

數據包大小：1000KB

多條規劃：10規則（雙向各5條）

協議：TCP

4. 測試方法

4.3節介紹單向測量的方法，也就是只檢測中控主機->圖形工作站的吞吐量。然而，實際工作中，網絡是單工或雙工工作也是影響網絡速度的主要因素，因此我們還要考慮測試雙向PAIR，測量結果會顯示出中控主機->圖形工作站的速度以及圖形工作站->中控主機的速度。

測試軟件還是使用IxChariot，測試腳本采用Throughput，Pair數量為10。對Throughput腳本進行修改，我們設置Endpoint1、Endpoint2互相發送大數據包，Pair數量被設定在10。修改發送數據包的大小為1000KB，單向各5Pair。

5. 測試步驟

a) 按網絡拓撲圖進行部署；

b) 配置Console測試IP；

c) 測試腳本采用Throughput，Pair總量為10，數據包大小設置為1000KB；

d) 執行測試腳本；

e) 測試完畢，記錄結果；

6. 測試結果

下面是1000KB數據包，總10Pairs下雙向吞吐量測試結果：

總吞吐量為1624.511 Mbps，中控主機->圖形工作站的吞吐量為920.337 Mbps，圖形工作站->中控主機的吞吐量為768.963 Mbps。

5. 測試分析

5.1. WAN->LAN包轉發性能

分析測試結果之前，還要說一下Ixchariot這個測試工具，Ixchariot本身是有損耗的，使用Ixchariot測得的Throughput結果是有效數據負載，不包括TCP協議損耗、包間隔、應答和Ixchariot本身系統損耗，此部分典型損耗根據理論計算約6M，就是說即使你測試的是一臺能線速轉發的路由器，測出來的Throughput也只可能是94M左右，這是理論極限值，不可能大于這個值，當然這是對百兆路由器而言。但這個損耗也是占用了路由器性能的，所以我們需要在測得的Throughput結果上加6Mbps。

我們分別測試64B、128B、256B、512B、1024B、1514B大小數據包的傳輸表現，對于測試結果，只要加上Ixchariot的傳輸損耗(6Mbps)沒有超過（路由器）1000Mbps這個極限值，我們便認為，傳輸瓶頸是來自于包轉發性能，而不是路由器的帶寬標準。我們需要的，也正是路由器在出現轉發瓶頸時的數值。

使用Ixchariot測得的是Mbps，需要將其轉換為pps，轉換的方法在上面已經說過，

公式：(Mbps + 6Mbps) / 8 / (64B、128B、256B…1514B +20B) = Mpps * 1000000 = pps

下面我們解讀上圖的測試結果。藍色的曲線描繪的是bps，可以看到，隨著數據包從64B至1514B,bps一路飆升。而pps曲線卻不太正常，從按照之前的理論，pps應該是一個波動不大的值，可是這里卻從18964跨到7385。而到1514B的時候bps是84.637Mbps，再加上6Mbps的損耗，并未達到路由器1000Mbps的極限值，顯然這說明并非來自于路由器的帶寬標準，而是包轉發性能。

從以前的測試結果來看，bps高的pps一定高嗎？其實不然，相反的pps是一個比較穩定的值，在傳輸大包時，反而會收到寬帶標準的制約。從上圖的測試結果來看，我們認為，這款路由器的Wan->Lan包轉發能力應該在13000-7000之間，在這個測試中，不存在帶寬瓶頸的問題。

我們總結一下路由器標稱帶寬（吞吐量）、實際吞吐量（bps）和包轉發率（pps）之間的關系。我們常說的百兆路由器、千兆路由器，這指的就是路由器的標稱吞吐量，對于百兆路由器來講，達到標稱吞吐量其實并不是什么難事，只要使用大數據包，我們在測試中使用的1Pair High_Performance_Throughput腳本測出的結果，成績是非常好看的。但僅憑此，就能說明路由器的性能很好嗎？顯然不能。

從測試結果中我們可以看出，包轉發率（pps）達到7000左右，輸大數據包，吞吐量就能達到極限了，但此時，小數據包的轉發性能其實也只有19000左右。試想一臺包轉發率為40000的設備，與包轉發率為19000的設備在轉發大數據包上，表現會有什么不同嗎？似乎不會有任何不同，因為帶寬（吞吐量）就是上限。但兩者的區別會反應在轉發小包時的效率上，在沒有到達標稱帶寬（吞吐量）之前，pps為40000的設備將比pps為19000的要設備快上一倍，當然，這樣的設備價錢也會更高。我們關注的核心應該是包轉發率（pps），而不應是吞吐量，因為包轉發率高了，吞吐量必然高，而吞吐量高，包轉發率卻不一定高。

在實際應用中，包轉發能力十分關鍵，比如icsBOX里經常控制各種設備，每操作一個動作指令，每轉動一下攝像頭，轉發的全部是小包，這種情況下，不存在標準帶寬（吞吐量）瓶頸的問題，考驗的僅是路由器的包轉發能力。如果路由器包轉發能力不強，就很難應付大量小包轉發的需求，對于一些時延敏感的應用，操作起來就會很不順暢。

千兆路由器的包轉發率達到了19000pps左右，雖然距理論最大值1488000pps相去甚遠，但這一表現到底有多強或有多弱，我們如何判斷。比較這兩個數字，單從數量級來看，千兆路由器的包轉發性能確實夠差的，僅為理論值的1.28%左右。包轉發率越高越好，但在實際應用中我們真的需要那么高的包轉發率嗎？對于這點，我們也沒有一個判斷的標準

5.2. WAN->LAN單工吞吐量

從測試的結果來看，在1000KB數據包、10Pairs下吞吐量測試結果為289.583 Mbps，也就是在1000KB數據包測試中的TH值達到了36.2MB/s。也就是說如果電腦硬盤讀寫速度夠快，那么它下載1G的高清晰電影需要28秒種。

相比千兆路由器理論值的1000 Mbps，實際測試的結果僅為289.583 Mbps，加上Ixchariot本身系統損耗6 Mbps也就295.583 Mbps還不到300 Mbps，這說明這款路由器WAN->LAN單工吞吐量還是比較差的。

下面我們來看看，當時測試過程中路由器CPU使用情況的截圖

我們可以看到此時的路由器CPU資源使用率已經是100%，達到了其處理的極限，這是說明這款路由器其在吞吐量上的制約的瓶頸為其CPU。

5.3. LAN->LAN單工吞吐量

從測試的結果來看，在1000KB數據包、10Pairs下LAN口間數據交換數據吞吐量測試結果為947.992Mbps，也就是在1000KB數據包測試中的TH值達到了118.499MB/s。也就是說如果兩臺局域網內的電腦硬盤讀寫速度夠快，那么他們之間互傳一個1G的高清晰電影僅需要8秒種。

千兆路由器LAN口間設計理論值是1000 Mbps，實際測試的結果為947.992 Mbps加上Ixchariot本身系統損耗6 Mbps一起已經很接近了，這表明其LAN口間數據交換能力還是不錯的。

5.4. LAN->LAN雙工吞吐量

從測試的結果來看，在1000KB數據包，總10Pairs下雙向吞吐量測總吞吐量之和為1624.511 Mbps，中控主機->圖形工作站的吞吐量為920.337 Mbps，圖形工作站->中控主機的吞吐量為768.963 Mbps。中控主機->圖形工作站的傳輸速率要高于圖形工作站->中控主機。雙工吞吐量的平均值為812.2555 Mbps，要低于中控主機->圖形工作站的單工吞吐量，可見路由器在單工狀態還是雙工狀態，在速度上還是有差距的。

6. 測試結論

總體上來說，目前這款全千兆企業級路由器算不上一款性能非常出色的設備，表現較為出色是LAN->LAN之間的數據交換能力，現將相關性能指標匯總如下：

WLAN->LAN包轉發性能：13000~7000 pps

WAN->LAN單工吞吐量: 295.583 Mbps

LAN->LAN單工吞吐量: 947.992Mbps

LAN->LAN雙工平均吞吐量: 812.2555 Mbps

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