衡量網(wǎng)絡性能的四大關(guān)鍵：帶寬、時延、抖動、丟包

今天給大家講講衡量網(wǎng)絡性能的四大指標：帶寬、時延、抖動、丟包。

如何客戶需要我們?nèi)?strong>評估一個網(wǎng)絡的性能，我們就可以從這四方面去進行評估。

帶寬

1、帶寬概念：

帶寬在百度百科中定義：在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”。

計算機網(wǎng)絡的帶寬是指網(wǎng)絡可通過的最高數(shù)據(jù)率，即每秒多少比特（常用的單位是bps(bit per second)）。

簡單的講：帶寬可以比喻是高速公路，表示單位時間內(nèi)的能通過的車輛數(shù)；

2、帶寬的表示：

帶寬通常用bps表示，表示每秒多少bit；

描述帶寬時常常把“比特/秒”省略。例如，帶寬是100M，實際上是100Mbps，這里的Mbps是指兆位/s。

但是我們平時下載軟件的速度的單位是Byte/s（字節(jié)/秒）。這里涉及到Byte和bit的換算，二進制數(shù)系統(tǒng)中每個0或1就是一個位(bit)，位是數(shù)據(jù)存儲的最小單位，其中8bit就稱為一個字節(jié)（Byte）。 因此我們在辦理寬帶的時候，100M的帶寬表示100Mbps，理論的的網(wǎng)絡下載速度只有12.5M Bps，實際可能還不足10MBps，這是因為受用戶計算機性能、網(wǎng)絡設備質(zhì)量、資源使用情況、網(wǎng)絡高峰期、網(wǎng)站服務能力、線路衰耗，信號衰減等多因素的影響，實際網(wǎng)速是無法到達理論網(wǎng)速的。 ?

時延

時延：簡單的說，時延就是指報文從網(wǎng)絡的一端到另一端所需要的的時間；

舉個例子：我在自己的電腦上ping 百度的地址；

從ping的結(jié)果中，可以看到時延為12ms，這個時延就是指ICMP報文從我的電腦到百度的服務器所需要得往返時延是12ms；

（Ping指一個數(shù)據(jù)包從用戶的設備發(fā)送到測速點，然后再立即從測速點返回用戶設備的來回時間。也就是俗稱的網(wǎng)絡延時，以毫秒ms計算。）

網(wǎng)絡時延包括了處理時延、排隊時延、發(fā)送時延、傳播時延這四大部分。在實際中我們主要考慮發(fā)送時延與傳播時延。

下面我們具體看下每一個時延的含義；

1、處理時延：

交換機、路由器等網(wǎng)絡設備在收到報文后要使用一定的時間進行處理。比如解封裝分析首部，提取數(shù)據(jù)，差錯檢驗，路由選擇等。

一般高速路由器的處理時延通常是微秒或更低的數(shù)量級。

2、排隊時延

排隊時延簡單來說就是路由器或交換機等網(wǎng)絡設備處理數(shù)據(jù)包排隊所消耗的時間。

一個數(shù)據(jù)包的排隊時延取決于當前隊列中是否有其它報文在傳輸。

如果該隊列是空的，并且當前沒有其他報文在傳輸，則該報文的排隊時延為0；反之，如果流量很大，并且許多其他報文也在等待傳輸，該排隊時延將很大；

實際的排隊時延通常在毫秒到微秒級。

3、發(fā)送時延

發(fā)送時延簡單講就是路由器、交換機等網(wǎng)絡設備發(fā)送數(shù)據(jù)所需要的時間，也就是路由器隊列遞交給網(wǎng)絡鏈路所需要的時間。

如果用L比特表示分組的長度，用R bps表示從路由器A到路由器B的鏈路傳輸速率，發(fā)送時延則是L/R。

實際的發(fā)送時延通常在毫秒到微秒級。

4、傳播時延

傳播時延是指報文在實際的物理鏈路上傳播數(shù)據(jù)所需要的時間。

傳播時延等于兩臺路由器之間的距離除以傳播速率，即傳播時延是D/S，其中D是兩臺路由器之間的距離，S是該鏈路的傳播速率。

實際傳播時延在毫秒級。

抖動

抖動：網(wǎng)絡抖動是指最大延遲與最小延遲的時間差，比如你訪問一個網(wǎng)站的最大延遲是10ms，最小延遲為5ms，那么網(wǎng)絡抖動就是5ms；

抖動可以用來評價網(wǎng)絡的穩(wěn)定性，抖動越小，網(wǎng)絡越穩(wěn)定；

尤其是我們在打游戲的時候，需要網(wǎng)絡具有較高的穩(wěn)定性，否則會影響游戲體驗。

關(guān)于網(wǎng)絡抖動產(chǎn)生的原因：如果網(wǎng)絡發(fā)生擁塞后，排隊時延會影響端到端的延遲，可能造成從路由器A到路由器B的延遲忽大忽小，造成網(wǎng)絡的抖動；

丟包

丟包：簡單來說丟包就是指一個或多個數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)無法通過網(wǎng)絡到達目的地，接收端如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失，會根據(jù)隊列序號向發(fā)送端發(fā)出請求，進行丟包重傳。

丟包的原因比較多，最常見的可能是網(wǎng)絡發(fā)生擁塞，數(shù)據(jù)流量太大，網(wǎng)絡設備處理不過來自然而然就有些數(shù)據(jù)包會丟了。

丟包率是指測試中所丟失數(shù)據(jù)包數(shù)量占所發(fā)送數(shù)據(jù)包的比率。比如發(fā)送100個數(shù)據(jù)包，丟失一個數(shù)據(jù)包，那么丟包率就是1%。

堆疊是指將多臺支持堆疊特性的交換機通過堆疊線纜連接在一起，從邏輯上虛擬成一臺交換設備，作為一個整體參與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。堆疊是目前廣泛應用的一種橫向虛擬化技術(shù)，具有提高可靠性、擴展端口數(shù)量、增大帶寬、簡化組網(wǎng)等作用。

為什么需要堆疊？

傳統(tǒng)的園區(qū)網(wǎng)絡采用設備和鏈路冗余來保證高可靠性，但其鏈路利用率低、網(wǎng)絡維護成本高，堆疊技術(shù)將多臺交換機虛擬成一臺交換機，達到簡化網(wǎng)絡部署和降低網(wǎng)絡維護工作量的目的。堆疊具有諸多優(yōu)勢： ?

提高可靠性

堆疊系統(tǒng)多臺成員交換機之間形成冗余備份，如下圖所示，SwitchA和SwitchB組成堆疊系統(tǒng)，SwitchA和SwitchB相互備份，SwitchA故障時，SwitchB可以接替SwitchA保證系統(tǒng)的正常運行。另外，堆疊系統(tǒng)支持跨設備的鏈路聚合功能，也可以實現(xiàn)鏈路的冗余備份。

堆疊示意圖

擴展端口數(shù)量

如下圖所示，當接入的用戶數(shù)增加到原交換機端口密度不能滿足接入需求時，可以增加新交換機與原交換機組成堆疊系統(tǒng)擴展端口數(shù)量。

擴展端口數(shù)量示意圖

增大帶寬

如下圖所示，當需要增大交換機上行帶寬時，可以增加新交換機與原交換機組成堆疊系統(tǒng)，將成員交換機的多條物理鏈路配置成一個聚合組，提高交換機的上行帶寬。

增大帶寬示意圖

簡化組網(wǎng)

如下圖所示，網(wǎng)絡中的多臺設備組成堆疊，虛擬成單一的邏輯設備。簡化后的組網(wǎng)不再需要使用MSTP等破環(huán)協(xié)議，簡化了網(wǎng)絡配置，同時依靠跨設備的鏈路聚合，實現(xiàn)單設備故障時的快速切換，提高可靠性。 ?

簡化組網(wǎng)示意圖

長距離堆疊

如下圖所示，每個樓層的用戶通過樓道交換機接入外部網(wǎng)絡，現(xiàn)將各相距較遠的樓道交換機連接起來組成堆疊，這相當于每棟樓只有一個接入設備，網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)變得更加簡單。每棟樓有多條鏈路到達核心網(wǎng)絡，網(wǎng)絡變得更加健壯、可靠。對多臺樓道交換機的配置簡化成對堆疊系統(tǒng)的配置，降低了管理和維護的成本。 ?

長距離堆疊示意圖

有哪些設備可以堆疊？

主流交換機都支持堆疊，如華為S系列園區(qū)交換機、CloudEngine數(shù)據(jù)中心交換機都有款型支持堆疊。對于S系列園區(qū)交換機，僅盒式交換機有款型支持堆疊；兩臺框式交換機組建在一起叫集群。對于CloudEngine數(shù)據(jù)中心交換機，框式交換機和盒式交換機都有款型支持堆疊，兩者的差異在于框式交換機僅支持兩臺設備組建堆疊。

如何建立堆疊？

在介紹堆疊是如何建立之前，先介紹下堆疊建立過程中用到的相關(guān)概念。

主、被、從交換機

堆疊系統(tǒng)中所有的單臺交換機都稱為成員交換機，按照功能不同，可以分為三種角色：

主交換機（Master）：主交換機負責管理整個堆疊。堆疊系統(tǒng)中只有一臺主交換機。

備交換機（Standby）：備交換機是主交換機的備份交換機。堆疊系統(tǒng)中只有一臺備交換機。當主交換機故障時，備交換機會接替原主交換機的所有業(yè)務。

從交換機（Slave）：從交換機用于業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)，堆疊系統(tǒng)中可以有多臺從交換機。從交換機數(shù)量越多，堆疊系統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)帶寬越大。

除主交換機和備交換機外，堆疊中其他所有的成員交換機都是從交換機。當備交換機不可用時，從交換機承擔備交換機的角色。

主交換機、備交換機和從交換機都可以進行業(yè)務流量的轉(zhuǎn)發(fā)。添加、移除或替換堆疊成員交換機，都可能導致堆疊成員角色的變化。

堆疊ID

堆疊ID用來標識堆疊成員交換機，是成員交換機的槽位號。每個堆疊成員交換機在堆疊系統(tǒng)中具有唯一的堆疊ID。

堆疊優(yōu)先級

堆疊優(yōu)先級是成員交換機的一個屬性，主要用于角色選舉過程中確定成員交換機的角色，優(yōu)先級值越大表示優(yōu)先級越高，優(yōu)先級越高當選為主交換機的可能性越大。

堆疊的建立過程

堆疊建立的過程包括以下四個階段：

根據(jù)網(wǎng)絡需求，選擇堆疊線纜、連接方式。不同產(chǎn)品支持的物理連接方式有差異。 對于S系列園區(qū)盒式交換機和CloudEngine數(shù)據(jù)中心盒式交換機，支持鏈形和環(huán)形兩種連接拓撲。 對于CloudEngine數(shù)據(jù)中心框式交換機，支持SIP口連接和業(yè)務口連接兩種方式。

選舉主交換機。 所有成員交換機上電后，堆疊系統(tǒng)開始進行主交換機的選舉。在堆疊系統(tǒng)中每臺成員交換機都具有一個確定的角色，其中，主交換機負責管理整個堆疊系統(tǒng)。 ?

分配堆疊ID和備交換機選舉。 主交換機選舉完成后，主交換機會收集所有成員交換機的拓撲信息，根據(jù)拓撲信息計算出堆疊轉(zhuǎn)發(fā)表項下發(fā)給堆疊中的所有成員交換機，并向所有成員交換機分配堆疊ID。之后進行備交換機的選舉，作為主交換機的備份交換機。除主交換機外最先完成設備啟動的交換機優(yōu)先被選為備份交換機。 ?

同步軟件版本和配置文件。 角色選舉、拓撲收集完成之后，所有成員交換機會自動同步主交換機的軟件版本和配置文件。 ?

堆疊系統(tǒng)具有自動加載系統(tǒng)軟件的功能，待組成堆疊的成員交換機不需要具有相同軟件版本，只需要版本間兼容即可。當備交換機或從交換機與主交換機的軟件版本不一致時，備交換機或從交換機會自動從主交換機下載系統(tǒng)軟件，然后使用新系統(tǒng)軟件重啟，并重新加入堆疊。 ?

堆疊系統(tǒng)具有配置文件同步機制，主交換機保存整個堆疊系統(tǒng)的配置文件，并進行整個堆疊系統(tǒng)的配置管理。備交換機或從交換機會將主交換機的配置文件同步到本交換機并執(zhí)行，以保證堆疊中的多臺設備能夠像一臺設備一樣在網(wǎng)絡中工作，并且在主交換機出現(xiàn)故障之后，其余交換機仍能夠正常執(zhí)行各項功能。

在常見的網(wǎng)絡項目中，會用到光模塊，也簡稱SFP模塊或者SFP+模塊。

關(guān)于SFP+光模塊如何使用？

在企業(yè)網(wǎng)絡部署、數(shù)據(jù)中心建設都離不開光模塊與交換機。光模塊主要是用來將電信號與光信號進行轉(zhuǎn)換，而交換機則是對光電信號起到轉(zhuǎn)發(fā)作用。在眾多光模塊中，SFP+光模塊是目前被應用的最多的光模塊之一，在與交換機搭配使用時采用不同的連接方式可實現(xiàn)不同的網(wǎng)絡需求。

一、SFP+光模塊是什么

SFP+光模塊是屬于SFP光模塊中的一種10G光纖模塊，它獨立于通信協(xié)議。一般與交換機、光纖路由器、光纖網(wǎng)卡等相連接，被應用在10G bps以太網(wǎng)以及8.5G bps光纖通道系統(tǒng)中，能滿足數(shù)據(jù)中心更高的速率需求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡擴展與轉(zhuǎn)換。

SFP+光模塊線卡密度高、體積小，可與其他類型的10G模塊互通，為數(shù)據(jù)中心提供更高的安裝密度，節(jié)約成本。也因此而成為市場上主流的可插拔光模塊。

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二、SFP+光模塊的種類

常規(guī)情況下，SFP+光模塊是按照實際應用來進行分類的，常見的有10G SFP+、BIDI SFP+、CWDM SFP+、DWDM SFP+這幾種類型。

10G SFP+光模塊? ??

該種類型的光模塊即為普通SFP+光模塊，也可視作10G SFP光模塊的升級版，是目前市場上的主流設計。

BIDI SFP+光模塊?

該種類型的光模塊采用波分復用技術(shù)，速率可達到11.1G bps，功耗低。擁有兩個光纖插孔，一般成對使用，在數(shù)據(jù)中心進行網(wǎng)絡建設時，可減少光纖的使用量，降低建設成本。

CWDM SFP+光模塊

該種光模塊采用粗波分復用技術(shù)，常與單模光纖搭配使用，可節(jié)省光纖資源，在組網(wǎng)中更加靈活、可靠，且功耗小。

DWDM SFP+光模塊

該種光模塊采用密波分復用技術(shù)，多用于長距離的數(shù)據(jù)傳輸中，傳輸距離最大可達80km，具有高速率、大容量、擴展性強等特點。

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三、SFP+光模塊與交換機如何搭配使用

不同類型的光模塊與交換機連接，可應用于不同的組網(wǎng)方案中，下面為大家介紹幾種SFP+光模塊與交換機的實際搭配應用方案。

方案一：10G SFP+萬兆光模塊與交換機之間的連接

依次將4塊10G SFP+光模塊插入一臺交換機的10-Gbps SFP+端口中，再將一塊40G QSFP+光模塊插入另一臺交換機的40-Gbps QSFP+端口中，最后在中間以一根分支光纖跳線進行連接。

該連接方式主要實現(xiàn)了網(wǎng)絡從10G向40G的擴展，可快速、簡便的滿足數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡升級需求。

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方案二：BIDI SFP+萬兆單纖雙向光模塊與交換機之間的連接

將光模塊分別插入兩臺交換機的SFP+端口中，再用與光模塊連接口對應的LC光纖跳線將兩臺交換機上的光模塊進行連接。

該連接方式有效的實現(xiàn)了最簡單經(jīng)濟的數(shù)據(jù)連接，可應用于數(shù)據(jù)中心、企業(yè)布線以及電信運營傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)連接中。

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方案三：CWDM SFP+萬兆光模塊與交換機之間的連接

該連接方式用了中繼箱、光纖收發(fā)器、CWDM粗波分復用器等來將光模塊與交換機進行連接，實現(xiàn)了將10G萬兆以太網(wǎng)交換機上的RJ45電口轉(zhuǎn)換為CWDM粗波分復用器需要的CWDM波長。

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方案四：DWDM SFP+萬兆光模塊與交換機之間的連接

將光模塊插入交換機SFP+端口中，再用鎧裝光纖跳線將其與DWDM密波分復用器進行連接。

該連接方式實現(xiàn)了長途傳輸中對光信號的保護，能最大程度的降低光波損耗，適用于長距離的光信號傳輸

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四、SFP+光模塊與交換機連接注意事項

1、注意兩端交換機所使用的光模塊的波長、傳輸距離是否相同，以及單纖雙纖、單模多模問題，若出現(xiàn)兩端不對等的情況時，應使用相對應的轉(zhuǎn)換器；

2、光模塊在使用時要盡量避免靜電與磕碰，若出現(xiàn)磕碰，則不建議繼續(xù)使用該光模塊；

3、注意光模塊插入的正反，拉環(huán)與標簽應朝上；

4、在將光模塊插入交換機時，盡量用力將其推到底部，一般會有輕微的震動感，插入之后可輕拔光模塊，檢查是否安裝到位；

5、在進行光模塊拆卸時，應先將手環(huán)拉到與光口呈90°的位置，再將光模塊拔出。

五、光模塊的使用與安裝

這里面為了更加直觀，這里面弱電君引用一個視頻來詳細了解光模塊的使用與安裝，對這塊不熟的朋友可以看下。

最后我們可以思考一個問題，我們在使用光模塊時，經(jīng)常會想到光纖收發(fā)器，關(guān)于光模塊與光纖收發(fā)器的區(qū)別在哪里？我們在使用到兩種設備時，就會有答案。

編輯：黃飛

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