iPerf 3 测试UDP和TCP方法详解_iperf3 被动模式

前言

工具安装、说明等详细信息可参考官方文档ipef user doc

一、What is iPerf / iPerf3 ?

Perf3 是一款用于主动测量 IP 网络最大带宽的工具。它支持调整与定时、缓冲区和协议（TCP、UDP、SCTP 与 IPv4 和 IPv6）相关的各种参数。每次测试都会报告带宽、损耗和其他参数。

二、功能

1. TCP and SCTP

• 测量带宽
• 报告 MSS/MTU 大小和观察到的读取大小
• 通过套接字缓冲区支持 TCP 窗口大小。

2. UDP

• 客户端可创建指定带宽的 UDP 数据流
• 测量数据包丢失
• 测量延迟抖动
• 支持组播

3. 其他

• 客户端和服务器可同时进行多个连接（-P 选项）。
• 服务器处理多个连接，而不是在一次测试后退出。
• 可在指定时间（-t 选项）内运行，而不是在设定的数据传输量（-n 或 -k 选项）内运行。
• 以指定时间间隔打印定期的中间带宽、抖动和损耗报告（-i 选项）。
• 将服务器作为守护进程运行（-D 选项）
• 使用代表性数据流测试链路层压缩对可实现带宽的影响（-F 选项）。
• 服务器同时接受单个客户端（iPerf3）或多个客户端（iPerf2）
• 新功能：忽略 TCP 慢启动（-O 选项）。
• 新功能：为 UDP 和（新）TCP 设置目标带宽（-b 选项）。
• 新功能：设置 IPv6 流量标签（-L 选项）
• 新功能：设置拥塞控制算法（-C 选项）
• 新功能： 使用 SCTP 而非 TCP（–sctp 选项）
• 新功能： 以 JSON 格式输出（-J 选项）。
• 新功能： 磁盘读取测试（服务器：iperf3 -s / 客户端：iperf3 -c testhost -i1 -F 文件名）
• 新功能： 磁盘写入测试（服务器：iperf3 -s -F 文件名/客户端：iperf3 -c testhost -i1）

三、 Iperf的使用

1.Iperf的工作模式

Iperf可以运行在任何IP网络上，包括本地以太网、接入因特网、Wi-Fi网络等。在工作模式上，iperf运行于服务器、客户端模式下，其服务器端主要用于监听到达的测试请求，而客户端主要用于发起测试连接会话，因此要使用iperf至少需要两台服务器，一台运行在服务器模式下，另一台运行在客户端模式下。

2. 通用指令

3. 服务端特有选项

4. 客户端特有选项

5. -t -n参数联系

-t 参数说明如下：

-n 参数说明如下：

-n会重写-t参数，-n参数会使-t参数失效。
-n 30M 意思表明，传输完30M便停止，-t失效。

四、Iperf使用实例

1. 调整 TCP 连接

1. 1TCP 窗口大小调节

iPerf 的主要目标是帮助调整特定路径上的 TCP 连接。TCP 最基本的调整问题是 TCP 窗口大小，它控制着网络中任何一点的数据量。如果窗口大小太小，发送方有时就会处于空闲状态，从而导致性能低下。
窗口大小的理论值为：
                   ~~~~~~~~~~~~~~~~~~                   瓶颈带宽*往返时间
若瓶颈链路是 45 Mbit/sec 链路，用 ping 测量的往返时间是 42 ms。带宽延迟乘积为:
45 Mbit/sec * 42 ms
= (45e6) * (42e-3)
= 1890000 bits
= 230 KByte
这是计算最佳窗口大小的一个起点；将其设置得更高或更低可能会产生更好的结果。
请注意，许多操作系统和主机都有 TCP 窗口大小的上限。iPerf 会尝试检测这些限制，并在实际窗口大小与请求的窗口大小不相等时发出警告。
另一个测试方法是运行并行 TCP 流。如果总带宽大于单个数据流的带宽，就说明出了问题。要么是 TCP 窗口大小太小，要么是操作系统的 TCP 实现有问题，要么是网络本身有缺陷。

测试示例：

• 启动服务端
  
• 启动客户端

1. 单线程测试，TCP窗口大小1000字节。(非常小，所以性能不能达到网卡瓶颈1Gbit)
   

2. 单线程测试，TCP窗口大小16K。速度有所提升
   

3. 单线程测试，窗口调整为420K时，基本达到了1Gbit的极限。
   

4. 最后测试一下多线程，使用190k的窗口，同样可以把网卡极限跑满：
   
   所以如果我们使用单线程传输，tcp窗口的大小很关键。

1. 2 最大传输单元 (MTU)调整

为了达到最佳效果，两台主机都应支持路径 MTU 发现。不支持路径 MTU 发现的主机通常使用 536 作为 MSS，这会浪费带宽和处理时间。使用 -m 选项可显示正在使用的 MSS，并查看是否与预期相符。以太网的 MSS 通常在 1460 字节左右。

2. 调整 UDP 连接

iPerf 创建了一个恒定比特率的 UDP 数据流。没有其他功能。
需要将数据报大小 (-l) 调整为您的应用程序所使用的大小。
服务器通过数据报中的 ID 号来检测 UDP 数据段是否丢失。通常，一个 UDP 数据段会变成多个 IP 数据包。丢失一个 IP 数据包就会丢失整个数据段。要测量数据包丢失而不是数据段丢失，可使用 -l 选项使数据段小到足以容纳进一个数据包。默认的 1470 字节大小适用于以太网。还能检测出乱序数据包。由于 TCP 不会向用户报告数据包丢失情况，UDP 测试有助于查看路径上的数据包丢失情况。

根据 RFC 1889 中 RTP 的规定，抖动计算由服务器持续计算。客户端在数据包中记录 64 位秒/微秒时间戳。服务器计算的相对传输时间为（服务器接收时间-客户端发送时间）。客户端和服务器的时钟无需同步；抖动计算中会减去任何差异。抖动是连续传输时间差的平滑平均值。

测试示例：

• 服务端启动
  
• 启动客户端
  
  请注意，在使用较大的 50 KB 数据报（每个数据报分成 23 个 1500 字节的数据包）时，数据报重组导致的抖动较高。这里看到的数据报丢包率较高，可能是由于流量的突发性，即 23 个背靠背的数据包，然后是长时间的停顿，而不是均匀分布的单个数据包。
  

3. 测试TCP吞吐量

• Server端开启iperf的服务器模式：
  
• Client端启动iperf的客户端模式
  
• Server端监听结果
  
  ① Interval表示时间间隔。
  ② Transfer表示时间间隔里面转输的数据量。
  ③ Bandwidth是时间间隔里的传输速率 （千兆以太网 104Mb/s对的）。

4. 测试UDP吞吐量

带宽测试通常采用UDP模式，因为能测出极限带宽、时延抖动、丢包率。在进行测试时，首先以链路理论带宽作为数据发送速率进行测试，例如，从客户端到服务器之间的链路的理论带宽为100Mbps，先用-b 100M进行测试，然后根据测试结果（包括实际带宽，时延抖动和丢包率），再以实际带宽作为数据发送速率进行测试，会发现时延抖动和丢包率比第一次好很多，重复测试几次，就能得出稳定的实际带宽。

• Server端开启iperf的服务器模式
  
• Client端启动iperf的客户端模式，连接服务端
  
• Server端监听结果
  
  ① Jitter为抖动，在连续传输中的平滑平均值差。
  ② Lost为丢包数量。
  ③ Total Datagrams为包数量。