網(wǎng)絡(luò)延時測試實驗及分析

俞海

摘 要：網(wǎng)絡(luò)延時是網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)延時的測試實驗與分析，有助于提高學(xué)生計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)芰?，對計算機網(wǎng)絡(luò)性能有更加深入細(xì)致的理解。但網(wǎng)絡(luò)性能實驗涉及到的硬件平臺與定量分析方法較為復(fù)雜。因此，利用NMAP時間模板命令設(shè)計了FTP文件下載延時實驗。通過網(wǎng)絡(luò)分析軟件Wireshark捕獲相關(guān)數(shù)據(jù)包，分析網(wǎng)絡(luò)延時，簡化了實驗過程及分析方法。實驗結(jié)果表明：NMAP掃描的FTP文件下載速率降低，網(wǎng)絡(luò)延時顯著增加。

關(guān)鍵詞：NMAP；網(wǎng)絡(luò)延時；VMware；Wireshark

DOIDOI：10.11907/rjdk.172258

中圖分類號：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2018）002-0192-03

0 引言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為計算機專業(yè)學(xué)生必備素質(zhì)。計算機網(wǎng)絡(luò)理論抽象，實驗教學(xué)與實踐環(huán)節(jié)成為理論教學(xué)的必要深化，對培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識解決實際問題能力起著非常重要的作用[1-2]。計算機網(wǎng)絡(luò)實驗分為基礎(chǔ)驗證型實驗和綜合設(shè)計型實驗?；A(chǔ)驗證型實驗主要包括網(wǎng)絡(luò)基本概念、Web、DHCP、DNS、FTP、活動目錄AD服務(wù)器的配置以及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、局域網(wǎng)連接等內(nèi)容；綜合設(shè)計型實驗主要包括交換機和路由器的配置、子網(wǎng)劃分、廣域網(wǎng)接入設(shè)計等[3-4]。

計算機網(wǎng)絡(luò)性能方面的實驗非常欠缺，主要原因在于網(wǎng)絡(luò)性能實驗涉及到的硬件平臺較為復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)性能實驗涉及到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式多樣、網(wǎng)絡(luò)性能實驗技術(shù)整合度要求較高、網(wǎng)絡(luò)性能的實驗分析特別是定量分析較為繁雜[5-8]。本文以網(wǎng)絡(luò)性能中的網(wǎng)絡(luò)延時測試實驗為例，利用虛擬機VMware[9-10]+網(wǎng)絡(luò)分析軟件Wireshark進(jìn)行計算機網(wǎng)絡(luò)延時測試實驗，通過捕獲相關(guān)數(shù)據(jù)包給出計算機網(wǎng)絡(luò)延時的定量分析，以此增強對計算機網(wǎng)絡(luò)性能的理解。

1 計算機網(wǎng)絡(luò)性能主要指標(biāo)

1.1 吞吐量

吞吐量（throughput）表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量受到網(wǎng)絡(luò)帶寬或網(wǎng)絡(luò)額定速率的限制。

1.2 延時

延時（delay）指數(shù)據(jù)（一個報文或分組）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。延時是一個非常重要的性能指標(biāo)，也稱為延遲或者遲延。網(wǎng)絡(luò)中的延時由以下幾部分組成：

1.2.1 發(fā)送延時

發(fā)送延時是主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需時間。發(fā)送延時也稱為傳輸延時。發(fā)送延時=數(shù)據(jù)幀長度（b）/發(fā)送速率（b/s）。對于一定的網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送延時并非固定不變，而是與發(fā)送的幀長成正比，與發(fā)送速率成反比。

1.2.2 傳播延時

傳播延時是電磁波在信道中傳播一定距離所花費的時間。

傳播延時=信道長度（m）/電磁波在信道上的傳播數(shù)率（m/s）

1.2.3 處理延時

主機或路由器在收到分組時需要花費一定的時間處理，對分組首部分析、從分組中提取數(shù)據(jù)、進(jìn)行差錯檢驗、查到適當(dāng)路由等。

1.2.4 排隊延時

分組進(jìn)入路由器要在輸入隊列中排隊等待處理。在路由器確定了轉(zhuǎn)發(fā)接口后，還要在輸出隊列中排隊等待轉(zhuǎn)發(fā)，于是產(chǎn)生排隊延時。排隊延時通常取決于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時的通信量。

總延時=發(fā)送延時+傳播延時+處理延時+排隊延時

對于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。信息在通信線路上的傳播速率與數(shù)據(jù)的發(fā)送速率并無關(guān)系，提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速率只是減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送延時。

1.3 延時抖動

延時抖動（delay variation）指網(wǎng)絡(luò)中分組延遲的變化程度。

2 NMAP的網(wǎng)絡(luò)延時技術(shù)參數(shù)

NMAP調(diào)整掃描時間的命令參數(shù)[8]有：

--scan-delay。調(diào)整探測報文的時間間隔。這個選項用于NMAP控制，針對一個主機發(fā)送探測報文的等待時間（ms），--scan-delay設(shè)為1 000，使NMAP低速運行并相應(yīng)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)掃描的延遲。

-T（設(shè)置時間模板）。NMAP設(shè)有6個時間模板，使用時采用-T選項及數(shù)字（0-5）?？筛鶕?jù)需要選擇不同的模板，由NMAP負(fù)責(zé)選擇實際的時間值。模板也會針對其它的優(yōu)化控制選項進(jìn)行速度微調(diào)。例如，-T4針對TCP端口掃描延遲超過10ms，-T5對應(yīng)的值為5ms。

3 實驗設(shè)計及分析

基于NMAP的網(wǎng)絡(luò)延時測試實驗設(shè)計主要內(nèi)容：利用虛擬機VMware作為網(wǎng)絡(luò)延時測試實驗環(huán)境，選用NMAP的時間模板選項-T獲得網(wǎng)絡(luò)延時效果，利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析軟件Wireshark捕獲NMAP掃描FTP服務(wù)器的數(shù)據(jù)包比對延時大小。實驗步驟如下：

（1）實驗拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。實驗環(huán)境以Windows 7為宿主機（設(shè)為計算機C），IP地址設(shè)為：192.168.100.4，子網(wǎng)掩碼設(shè)為：255.255.255.0。在宿主機上安裝虛擬機軟件VMware并分別啟動2臺虛擬計算機。虛擬計算機A：Windows Server 2003，IP地址為：192.168.100.2，子網(wǎng)掩碼設(shè)為：255.255.255.0，將虛擬機A配置為FTP服務(wù)器。虛擬計算機B：Windows XP，IP地址設(shè)為：192.168.100.3，子網(wǎng)掩碼設(shè)為：255.255.255.0。

（2）在計算機B上安裝協(xié)議分析軟件Wireshark，捕獲流經(jīng)計算機B的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包捕獲條件設(shè)置為：host 192.168.100.3，并使Wireshark處于監(jiān)聽狀態(tài)，如圖1所示。

（3）在宿主計算機C上對虛擬計算機A進(jìn)行NMAP掃描，NMAP命令為：NMAP-T2 192.168.100.2，如圖2所示，其中NMAP命令選項-T及數(shù)字（0-5）是可供選擇的掃描速度，這里選擇“-T2”選項。endprint

（4）虛擬計算機B從虛擬計算機A（FTP服務(wù)器）下載文件，如圖3所示。

這時計算機B上的協(xié)議分析軟件Wireshark捕獲了FTP下載文件的數(shù)據(jù)包，如圖4所示。

（5）對Wireshark捕獲的FTP數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析。任選一個“FTP-DATA”數(shù)據(jù)包，依次點擊Wireshark的菜單項：“statistics”→“IO Graphs”，可以生成FTP文件下載速率統(tǒng)計圖。對于同一個FTP文件，正常下載與NMAP掃描時下載所生成的速率統(tǒng)計圖分別如圖5、圖6所示，圖中的橫軸表示FTP文件下載時間（單位：s），縱軸表示FTP文件下載過程中的數(shù)據(jù)包（單位：packets/s），曲線表示每秒傳輸數(shù)據(jù)包的數(shù)量。從圖5、圖6可以看出，對于同一個FTP文件下載，NMAP掃描時下載文件所需時間從30s左右增加到100s以上，傳輸速率降低，網(wǎng)絡(luò)延時顯著增加。

兩種情況下的平均傳輸速率如表1所示，NMAP掃描時的FTP文件下載平均速率只有正常FTP文件下載速率的53.85%（449 204.980/834 209.329）～55.83%（400.063/716.539）。

4 結(jié)語

本文利用虛擬機VMware作為網(wǎng)絡(luò)延時測試實驗環(huán)境，選用NMAP的時間模板選項-T來獲得網(wǎng)絡(luò)延時效果。實驗利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析軟件Wireshark捕獲NMAP掃描FTP服務(wù)器的數(shù)據(jù)包來比對延時大小。通過對計算機網(wǎng)絡(luò)延時的定量分析，使學(xué)生對計算機網(wǎng)絡(luò)性能有了更加細(xì)致的理解，提升了學(xué)生的計算機網(wǎng)絡(luò)綜合實驗?zāi)芰Α?/p>

參考文獻(xiàn)：

[1] 邊勝琴，王建萍，崔曉龍.計算機網(wǎng)絡(luò)實驗室建設(shè)與實驗教學(xué)改革[J].實驗室研究與探索，2017，36（2）：259-262.

[2] 朱立才，耿珍，黃津津.網(wǎng)絡(luò)工程專業(yè)計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)的設(shè)計與實施[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（5）：161-164.

[3] 張?zhí)m芳，年梅，李芳.向應(yīng)用型轉(zhuǎn)型的新疆高校計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)研究[J].計算機教育，2016（12）：149-154.

[4] 張倩.應(yīng)用技術(shù)型計算機網(wǎng)絡(luò)實驗教學(xué)研究[J].福建電腦，2017（5）：163-164.

[5] 胡治國，田春岐，杜亮，等.IP網(wǎng)絡(luò)性能測量研究現(xiàn)狀和進(jìn)展[J].軟件學(xué)報，2017，28（1）：105-134.

[6] 尹浩，李峰.互聯(lián)網(wǎng)性能測量技術(shù)發(fā)展研究[J].計算機研究與發(fā)展，2016，53（1）：3-14.

[7] 呂承民，謝永強，黃琦，等.網(wǎng)絡(luò)性能測量關(guān)鍵技術(shù)[J].計算機與數(shù)字工程，2015，43（7）：1311-1314.

[8] FYODOR.Nmap Reference Guide[EB/OL].http：//www.insecure.org/Nmap.

[9] 陳小勇，張麗.基于虛擬機技術(shù)的實驗平臺研究[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（2）：124-126.

[10] 何凱，劉偉.基于虛擬機的網(wǎng)絡(luò)管理與維護(hù)實驗教學(xué)探索[J].實驗技術(shù)與管理，2016，33（1）：201-204.endprint