网络测试课程总结

第一章

内容提要

1. 网络测试的必要性 2. 网络测试的基本概念

3. 网络测试方法学

网络测试的必要性

Internet是由大量的设备如路由器、交换机、HUB、防火墙以及主机等构成的。

随着Internet技术和网络规模的飞速发展，用户对网络资源的需求也空前增长，网络也变得越来越复杂。

尤其是网络传输速率的极大提高促进了很多新业务的发展。在IP电话、IPTV成为人们生活一部分的同时，移动IP、WLAN、3G等技术又将IP的承载平台从有线扩展到了无线。

Internet 网络测试的必要性

不断增加的网络用户和网络服务往往导致网络负担沉重，网络设备超负荷运行，从而引起网络性能下降，网络各种故障频繁发生，造成的直接或间接损失也日益增加。

这些就对网络建设者和管理者提出了许多新的挑战。如何保证不同业务在IP网络上服务质量？

网络安全系数多大？

网络管理者如何“未卜先知”网络存在故障？手段

精通网络理论和网络管理非常重要但往往不够

网络测试

网络测试的必要性

同时，广大的设备制造商及网络服务提供商需要向Internet保持兼容性。

设备制造商及网络服务提供商也需要某种测试工具，在网络规划的初期，到网络建成整个过程中对网络进行模拟、分析、排错、改进、及对网络运行的效果进行测试。

网络测试的必要性

网络测试工程师是20世纪80年代中期才出现的一个新兴职业，起源于美国硅谷，大约在20世纪90年代来到中国。今天，网络测试工程师已经成为IT界一门具有高技能要求、高回报的职业。网络测试

网络测试是指以科学的方法，如何通过测量手段/工具，取得网络产品或正在运行网络的性能参数和服务质量参数，这些参数包括可用性、差错率、吞吐量、时延、丢包率、连接建立时间、故障检测和改正时间等。

两种典型的网络测试方式

1. 使用测试设备单独对网络设备进行测试（单品测试）

这种测试多用于在网络设备的研发阶段对设备的质量进行保障，以提高设备的性能为目标，也可用于多厂家同一档次设备的对比测试。

2. 将网络设备放在具体的网络环境中进行测试

这种在真实环境下的测试常用于运营商、企业网中，用以评估该设备的互通性及互操作性。

网络测试贯穿网络产品生命周期与网络建设生命周期。网络测试的时间

通常包括产品立项、硬件开发、协议栈开发、系统联调、互通性验证、性能评估、入网测试、产品售后维护等阶段。

例如，系统联调阶段测试可以检验该产品是否能按正常的转发流程处理分组；性能评估阶段测试可以了解产品的极限转发性能；产品销售后的维护阶段测试可以帮助技术人员分析设备的故障。网络产品生命周期

网络建设生命周期，一般要经历规划设计、开发、部署、运行和升级五个阶段。网络测试应贯穿其中的每个阶段。网络建设生命周期

1. 在规划设计阶段

通过测试评价、选择网络设备来优化网络配置。

在最好的情况和模拟实际网络运行情况下进行性能、稳定性、互操作性测试。

测试的相关性（正确性）取决于模拟真实网络的程度，但是在这个阶段的测试是非常有好处的，如一个邮件系统计划支持1000个用户，通过使用网络测试模拟技术，不用建立足够大的网络就能完成较准确的测试。网络建设生命周期

2. 在开发阶段

在C/S应用系统开发过程中，软件工程师在他们的工作站或很小的局域网中进行功能和性能测试。一旦应用系统稳定且能正常工作了，用网络测试进行网络级的系统测试来进行系统验证。

例如，某运输公司开发的一个应用系统，开发几个月后发现该应用系统在100个用户使用的情况下达不到预想的传输率。测试发现采用的网络操作系统在稳定性和性能上都有问题，这些问题阻碍了应用系统的开发工作，如果应用系统已经进入运行网络系统，那将会带来更大的损失。网络建设生命周期

3. 在部署（组建）阶段

这阶段包括软件安装、硬件安装，通常由开发部门、集成部门来完成。引发网络故障产生的原因通常是系统改变带来的不确定性，这些不确定性诱发隐含问题。

例如，如果估计网络传输层上的负载以10%~15%的速度增长，这在服务器上相当于增加15个用户同时访问。在应用系统正式安装前，最好在网络实验室使用模拟负载运行网络测试，检测增加负载会给网络性能造成的影响。

4. 在运行阶段

在运行网络系统中，使用网络测试监视和管理运行系统的可用性和响应性。网络测试管理程序或其他测试程序就像一个“幽灵”进程一样，监视网络并不断报告网络的响应时间、网络服务系统和应用系统的可用性，这就是服务级的监视。

5. 在升级阶段

使用网络测试可以帮助网络进行衰减测试和容量规划。衰减测试用于比较网络升级前后的运行性能，容量规划用于测试网络在不降低性能的情况下还能承受的负载。

例如，通过加速等动作模拟将要增加的网络用户，这样就可以在网络用户还没有增加前就知道增加用户带来的负载会对网络的吞吐量、应用系统的响应时间、系统的稳定性造成什么样的影响，可以使用模拟方法来进行这项测试。不需要打扰网络每天的正常运行，更不需要将运行系统停下来。

网络测试=测试方法+测试工具+测试经验

核心：测试方法网络测试方法学概述

（1）主要目标是：根据设备、系统或服务的特定目标，定义或描述设备、系统或服务的类别，说明其相关的性能特征，提出有助于对特征可参考的一系列度量，并给出收集上述度量的方法学，同时说明为基准测试结果撰写通用明确的报告的要求等。网络测试方法的含义

（2）涉及内容

测试类型测试参数的定义测试包的大小测试协议测量时间测试点的分布测试点的数目抽样算法抽样频率统计分析方法网络测试方法的含义内容提要 1. 概述 2. 网络测试及其必要性 3. 网络测试方法学

网络测试的发展

网络管理和网络组件开发领域有很多标准，如SNMP（简单网络管理协议）是网络管理领域公认的标准，现在的网络设备几乎都支持SNMP，不支持的在事实上就不可能入网。网络测试标准

网络测试领域就没有这么幸运了，还没有一个处于支配地位的公司或机构成功地建立起测试的标准。

IETF（互联网工程任务组）成立了基准方法学工作组（BMWG，Benchmarking Methodology Working Group）

该工作组以RFC文档的形式提出了测量各种全局网络技术性能的相关建议，以规范对各类网络互连技术的性能测试。为了使所提出的建议独立于生产商，不受厂家的技术指标

影响，BMWG的建议尽力做到了限于实验环境中的技术描述。网络测试标准

常用到的正式RFC

Benchmarking Terminology for Network

Interconnection Devices (RFC 1242)

Benchmarking Terminology for LAN Switching

Devices (RFC 2285) Terminology for IP Multicast Benchmarking (RFC 2432)

Benchmarking Methodology for Network Interconnect

Devices (RFC 2544)

Benchmarking Terminology for Firewall Performance

(RFC 2647)

Benchmarking Methodology for LAN Switching

Devices (RFC 2889) 网络测试相关的RFC文档

RFC是request for comment的缩写，由IETF管理。 / / 网络测试相关的RFC文档

网络性能测试相关RFC的适用范围 IETF组织中和测试相关的草案 Terminology for Benchmarking Network-layer Traffic

Control Mechanisms

Benchmarking Terminology for Resource Reservation

Capable Routers

Terminology for Benchmarking IPsec Devices

Benchmarking Methodology for IGP Data Plane Route

Convergence

Terminology for Benchmarking IGP Data Plane Route

Convergence

Considerations for Benchmarking IGP Data Plane Route

Convergence

Terminology for Accelerated Stress Benchmarking

Methodology Guidelines for Accelerated Stress

Benchmarking

Hash and Stuffing: Overlooked Factors in Network Device 网络测试相关的草案我国的测试标准

我国的测试标准制定工作也有了一定的进步，尤其在IP网络测试方面。IP网络已成为重要的电信网络，有必要保证网络安全和一定程度的服务质量，所以IP网络设备标准以及测试标准便有了制定的必要性。原信息产业部的测试规范

YD/T 1260-2003 基于端口的虚拟局域网（VLAN）技术要求和测试方法

YD/T 1287-2003 具有路由功能的以太网交换机测试方法 YD/T 1141-2001 千兆比以太网交换机测试方法

YD/T 1251.1-2003 路由协议一致性测试方法——中间系统到中间系统路由交换协议（IS-IS）

YD/T 1251.2-2003 路由协议一致性测试方法——开放最短路径优先协议（OSPF）

YD/T 1251.3-2003 路由协议一致性测试方法——边界网关协议（BGP4）

YD/T 1156-2001 路由器测试规范—高端路由器

YD/T 1098-2001 路由器测试规范—低端路由器

YD/T 1240-2002 接入网设备测试方法--基于以太网技术的宽带接入网设备

YD/T 1075-2000 网络接入服务器（NAS）测试方法我国的测试标准内容提要 1. 网络测试的必要性 2. 网络测试的基本概念 3. 网络测试方法学

网络测试的分类

网络测试设备测试功能测试设备性能测试协议测试网络性能测试

（1）负载测试压力测试网络性能测试

（2）主动测试被动测试

1. 功能测试

功能测试主要是对设备的接口、通信协议、数据包转发、管理控制、安全等多方面的功能进行测试，以验证产品所标称支持的功能是否满足标准或能正常实施。

功能测试分为两种： ?积极测试：积极地发现网络设备或网络的问题，以帮助生产商或研发者发现问题，为设备或网络的改进提供证据。 ?消极测试：通过引入损伤的方式给一个稳定的设备或网络造成伤害，以测试一个设备或网络对于灾难的抵抗能力。设备测试

2. 设备性能测试

设备性能测试主要是对设备的基本性能的验证，如设备的基本转发性能、协议处理性能进行测试，为使用者提供测试依据。网络设备的基本转发性能测试，主要依据RFC2544来测试设备的吞吐量、时延、丢包率等指标。

协议处理性能测试主要是测试设备的路由表容量、路由协议收敛时间，以及路由震荡对设备转发能力的影响等指标。在此基础上，

还需要在加载了大量路由并有路由抖动的情况下对设备进行RFC2544性能测试。

3. 协议测试

协议测试主要包括一致性测试和互操作性测试。

一致性测试检验被测设备相关协议的实现是否遵循了协议规范。当今的Internet包含了大量来自不同厂商的路由或交换设备，为了确保各不同厂商设备间的互通性，必须要求这些设备支持相同的协议或通信规范，并保证在设备之间实施协议的准确性。

互操作性测试旨在检测同一种或同一类协议的不同版本之间的互通互操作能力。

1. 负载测试

用于确定在各种负载下系统的性能，目标是测试当负载逐渐增加时，系统各项性能指标的变化情况。

通常在部署网络后需要对网络运营时可能产生的负载进行验证，比如在骨干带宽的50%或70%时的负载进行验证，从而了解当前的网络在一定负载下的运行情况，并了解该网络何时出现“应用瓶颈”。

2. 压力测试

通过确定一个系统的瓶颈或者不能接受的性能点，来获得系统能提供的最大服务级别的测试。

主要是用来在“高压”负载下，检测设备或网络的运行情况。产生“高压”负载的原因很多，例如，一个出现问题的网卡

向网络发送广播包，此时这个源地址将生成数百万个包，并通过交换机转发到多个目的地址。

3 . 主动测试（1）

主动测试是在选定的测量点上利用测量工具有目的地主动向被测网络注入测试流量，并根据这些测试数据流的传送情况来分析网络的性能参数。

主动测试法能够明确地控制测试中所产生的流量的特征，如流量的大小、抽样方法、发包频率、包大小和类型(以仿真各种应用)等。网络性能测试

3. 主动测试（2）

主动测试的优点在于可以主动发送测试数据，对测试过程的可控制性比较高；其缺点是注入测试流量本身就改变了网络的运行情况，即改变了被测对象本身，使得测量的结果与实际情况存在一定的偏差，而且注入网络的测试流量还可能会增加网络的负担。

4. 被动测试

被动测试是指利用特定的测试工具收集网络中活动的元素（包括路由器、交换机、服务器等网络设备）的特定信息，以这些信息为参考，通过量化分析，实现对网络性能、功能的测试。

类似于协议分析，被动测试在真实的运行状态下观察协议运行的过程，特别是在有外界干扰和无外界干扰的情况下观察设备的工作状态。

测试时可以人为制造一些干扰，如错误的路由协议报文、关闭

路由协议的端口等。被动测试的优点在于理论上它不产生流量，不会增加网络的负担；其缺点在于被动测量基本上是基于对单个设备的监测，很难对网络端到端的性能进行分析。网络测试强调从网络的体系结构出发，按照网络分层的思想，参照OSI及TCP/IP分层模型，自下而上地进行。

首先从物理层开始，在测试数据链路层时，先要确保物理层是完好的，在检测网络层联通性时，先要确保下面两层的LAN和WAN是正常联通的。以此类推，只有作为基础的下层是完好的，测试上层才有意义。

网络测试的一般规则

除了分层思想的指导，还要认真分析4 个W、1 个C和1 个H ，制订测试计划。网络测试的一般规则（Why）为什么进行测试？即明确测试目的。（What）测试什么？即明确测试对象。（Who）谁来执行测试？测试执行者应具备怎样的技术条件？（When）完成该测试大约需要多长时间？（Cost）达到测试目的所需要付出的成本是多少？（How）如何制定详细的测试方法？参考已有测试方法？

5. 网络测试技术发展

第一阶段：19xx年以前，网络产品较少，并且网络架构比较简单，网络测试仅限于验证网络设备的基本功能，可以说20世纪90年代以前基本上是网络产品和数据测试仪表的“史前年代”。

第二阶段：19xx年以后，随着Hub等产品的运用，网络产品发展很快，先后出现了功能强大的性能测试仪表、解码分析仪表

和一致性测试软件/仪表等一系列重要的测试产品。19xx年至今，是网络测试技术发展的黄金时期。

这期间，关于网络设备、网络性能和网络应用的测试技术基本形成了比较完整的体系。

国内的网络测试

国内的网络测试真正得到重视始于19xx年，其中一批有远见的数据通信厂商和网络测试技术研究人员开始吸收和引进国际上先进的测试方法和测试设备，并培养出一批网络测试人员。但由于国内网络测试发展的时间并不长，技术水平距国际先进水平还有一定的差距。

第二篇：网络测度总结

一.复杂网络简介

结构决定功能是系统科学的基本观点，如果我们将系统内部的各个元素作为节点，元素之间的关系视为连接，那么系统就构成了一个网络。例如神经系统可以看作大量神经细胞通过神经纤维相互连接形成的网络，计算机网络可以看作是计算机通过通信介质如光缆、双绞线、同轴电缆等相互连接形成的网络，类似的还有电力网络、社会关系网络、交通网络等等.强调系统的结构并从结构角度分析系统的功能正是复杂网络的研究思路，所不同的是这些抽象出来的真实网络的拓扑结构性质不同于以前研究的网络，且节点众多/故称其为复杂网络。复杂网络的研究可以简单概括为三方面密切相关却又依次深入的内容，通过实证方法度量网络的统计性质，构建相应的网络模型来理解这些统计性质何以如此，在已知网络结构特征及其形成规则的基础上，预测网络系统的行为。

二.复杂网络的统计性质

用网络的观点描述客观世界起源于德国数学家Eular解决哥尼斯堡七桥问题。复杂网络研究的不同之处在于首先从统计角度考察网络中大规模节点及其连接之间的性质，这些性质的不同意味着不同的网络内部结构，而网络内部结构的不同导致系统功能有所差异。所以对这些统计性质的描述和理解是我们进行复杂网络相关研究的第一步。

一般来说，按照是否考虑节点中的相互作用的方向性，可以把网络分为无向网络和有向网络；按照是否考虑节点间的作用强度可以分为无权网络和加权网络。本文介绍的由脑电信号构造的复杂网络的基本概念主要是针对无向无权网路的。

1. 节点的度和度分布

一个节点的度就是与相连的边的条数，用邻接矩阵来表示即为

2. 对于有向网络。节点的度还细分为入读和出度，节点的总度为入读和出度之和。

3. 在网络中，刻画一个节点的特征的最简单同时也是最重要的概念就是度，一个节点的度定义为与它连接的边数目。在网络中，节点的度越大，表明它在网络中的重要性越高，反之亦然。数学上，网络节点的度分布可以用一个分布函数

来描述：

设节点总数为，边总数为，则由于每个节点的度最少为l、最多为，易知度分布存在下列关系

对于在全局耦合的网络中，所有节点都和其他节点连接，每个节点所连接的边数都相等，因此节点的度分布比较简单，就是一个Delta函数。随机网络和小世界网络的度分布满足泊松分布。而在无标度复杂网络如神经网络、组织代谢、好莱坞、蛋白质调控网络、万维网，是一个幂函数，即存在及，使得：

式中称为度分布指数（degree exponent）

4. 平均路径长度

5. 网络研究中，一般定义两节点间的距离为连接两者的最短路径的边的数目，网络的直径为任意两点间的最大距离，网络的平均路径长度L则是所有节点对之间距离的平均值，它描述了网络中节点间的分离程度，即网络有多小.

其中表示节点和之间的距离。

复杂网络研究中一个重要的发现是绝大多数大规模真实网络的平均路径长度比想象的小得多，称之为小世界效应，这一提法来源于著名的Milgrm‘小世界‘试验，试验要求参与者把一封信传给他们熟悉的人之一，使这封信最终传到指定的人/籍此来探明熟人网络中路径长度的分布，结果表明平均传过人数仅为六/这一试验也正是流行的“六度分离”概念的起源。

3. 聚类系数

聚类系数C用来描述网络中节点的聚集情况，即网络有多紧密，比如在社会网络中/你朋友的朋友可能也是

你的朋友或者你的两个朋友可能彼此也是朋友，其计算方法为：

假设节点与其他个节点相连，这与个节点之间最多可能存在条边，而它们之间实际存在条边，则节点的聚类系数为

整个网络的聚类系数

显然对于完全连接的规则网络有，而完全孤立的“网络”（即全部是孤立的节点，没有任何连接）聚类系数。研究发现对于具有个节点的完全随机网络的聚类系数；真实世界的网络具有小世界特性，。

4.介数

介数是网络里衡量节点中心性的一个指标量。介数分为边介数和节点介数。节点的介数为网络中所有的最短路径中经过该节点的数量比例；边的介数含义类似。介数反映了相应的节点或者边在整个网络中的作用和影响力，具有很强的现实意义。例如，在社会关系网络或技术网络中，介数的分布特征反映了不同人员、资源和技术在相应生产关系中的地位，这对于在网络中发现和保护关键资源和技术具有重要意义。

如:节点的介数定义为

其中表示节点和之间的最短路径的个数，表示节点和之间的最短路径经过节点的个数。在拓扑意义下，节点和之间的最短路径就是节点和之间经过的边数最少的路径；当网络为一个加权网络时，节点和之间的最短路径就是和之间经过边权之和最小的路径。

边的介数定义类似。

5.网络效率

网络效率是对网络信息传递速率的度量，即表征了网络的传输能力。全局效率定义为每对节点间最短路径的倒数的平均值：

子图的局部效率定义为：

其中，为节点的子图，即与节点直接相连的所有节点构成的图，不包括节点。因此，可以描述为当节点消除后，其子图交换信息的能力。

6.网络密度

网络密度S的公式描述为

其中为节点的度数。

7.正负匹配度（assortative coefficient）

很多网络中包含不只一种类型的节点，节点间有边相连的概率常常依赖于节点的类型。例如在食物网络中，顶点可以分为三种类型——植物、食草动物和食肉动物。显然，在植物和食草动物间，食草动物和食肉动物间以及食肉动物内部，都有很多边相连；但是在食草动物间，植物与食肉动物间却几乎没有边相连。Newman提出了一种用关联系数来定量描述混合弄湿的量化方法，及正负匹配度。用表示连接第类节点与第类节点的边数占网络所有边数的比例，记为，，如果网络是无向的，，。于是网络政府匹配度定义为

对于完全随机网，；对于完全同类图（只有同类节点才相连），。

当节点没有明显可以分类的标准时，一种最简单的考虑是根据节点的度进行分类——这就引出了度度相关性的概念。如果说度大的节点倾向于和度大的相连，度小的节点倾向于和度小的相连，我们就说这种网络是度度正相关的，或者简称正相关；反之，如果度大的节点倾向于和度小的节点相连，我们就说这个网络是负相关的。Pastor-Satorras等人给出了度度相关性的一个直观的刻画，他们在对Internet的研究中计算了一个顶点的邻接顶点的平均度，它是该顶点度数的函数。当网络正相关时，它给出了一条随递减的曲线；反之，则随递减。Newman指出只需要计算网络顶点度的Pearson系数即可定量衡量网络相关性：

其中和表示第条边的两个节点的度。表示总边数。当时网络是正相关的，当时网络是负相关的，时网络无相关性。

8.模块度

群落结构：

真实世界网络研究发现，无论是社会网络还是其他类型的网络都表现出一种群落结构。群落结构指网络由很多群落组成，群落内部连边密集，群落之间连边很少。在引文网络中，群落代表特定的研究领域；在万维网中，群落反应网络的主题分类；在神经网络中，群落可能代表功能单元，如此等等。传统的识别网络群落结构的方法是聚类分析。

Newman在20##年提出了模块度的定义用来评价群落结构的分类质量，其定义为

测量网络分离性的一个度量是它的模块性，通过在许多实际网络中的观察得来。模块化指数定义为