[发明专利]一种基于文件传输协议的网络吞吐量测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信网络性能测试领域，尤其涉及一种基于文件传输协议的网络吞吐量的测试方法。

背景技术

通常，为了定位网络故障，对网络进行优化，需要测试网络的性能，网络性能指标主要包括吞吐量、响应时间、延时、抖动、丢包等。其中吞吐量是指不丢包的情况下单位时间内通过网络的最大数据量，以每秒通过比特位或者字节数目作为衡量单位。吞吐量是网络性能的综合体现。

吞吐量与网络协议密切相关，因为不同的网络协议，其数据包的封装格式、校验和收发处理也不同。FTP(文件传输协议)，是网络中进行文件传输的标准，是一种广泛使用的重要应用层协议，同时由于采用了TCP(传输控制协议)来进行传输控制，能够直接反映网络的TCP性能，而TCP又是众多网络应用的基础，因此基于FTP的吞吐量测试是评估网络性能最重要的方法之一，包括上行吞吐量测试(客户机的文件传送至服务器，即上传)和下行吞吐量测试(服务器的文件传送至客户机，即下载)。

FTP采用两个提供可靠字节流传输的TCP连接来进行文件传输，其中一个连接是控制连接，该连接将命令从客户端传给服务器，并传回服务器的应答，另一个连接是数据连接，数据连接在客户端和服务器之间传输文件数据。图1是一个完整的FTP文件传输系统，其传输处理过程如下：用户通过界面请求连接和登录服务器，客户机将用户请求及验证信息转换为FTP命令发送到服务器从而建立控制连接。用户选择文件并请求上传或者下载，客户机通过控制连接与服务器协商建立相应的数据连接并启动文件传输，发送方从文件系统读取文件并通过数据连接发送数据，接收方从数据连接接收数据并由文件系统写入文件，数据连接在数据传输完成后关闭，而控制连接在不再需要交互时关闭。

因此，一个典型的文件传输系统可以划分为三个部分，分别是：交互控制、数据传输、文件读写。其中，交互控制部分控制流程，并决定着系统的易用性，而数据传输和文件读写部分则主要决定了文件传输的可靠性和性能。

TCP连接通过下列方式来提供可靠性：

1、数据被分割成一定大小适合发送的数据块(称为报文段或段)。

2、TCP发出一个段后启动一个相应的定时器，等待目的端确认收到这个报文段。如果不能及时收到确认，将重发这个报文段。

3、当TCP收到发自另一端的数据，将发送一个确认。这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒。

4、TCP报文段带有它首部和数据的检验和，如果收到段的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段且不确认收到此报文段(使得发端超时并重发)。

5、报文段的到达可能会乱序，这种情况下TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的顺序交给上层。

6、数据报文会发生重复，因此TCP的接收端必须丢弃重复的数据。

7、TCP连接的每一方都有一定大小的缓冲空间。TCP的接收端只允许另一端发送接收端缓冲区所能接纳的数据，从而进行流量控制，防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。

显然，TCP可靠性措施在一定程度上限制了吞吐量。对于专责传输成块数据的数据连接，主要通过滑动窗口协议来提高吞吐量，其原理是：接收方开辟一定大小的缓冲区来接收数据，这样发送方在停止并等待确认前可以连续发送多个分组，接收方在确认一个数据块后又将该数据段对应的缓冲区用于接收新的数据块。由于网络延时不可避免，主机的处理能力和缓冲区也不可能无限大，因此单一的连接往往不能充分利用网络的实际容量。为此，很多FTP文件传输系统采用多线程技术建立多个连接，同时传输文件，以提高吞吐量。

目前，基于FTP的网络吞吐量的测试，或者直接采用图1中的FTP文件传输系统，或者将其中一个部分作为一个模块安装在测试仪表或者特定的设备中，基本方法是：登录服务器，选择合适大小和类型的文件并启动传输，其后发送方读取文件数据通过网络传送至接收方，接收方收到数据后保存到本地文件中，计算单位时间传送的数据作为吞吐量。这样的测试方法存在以下几个方面的不足：

1、吞吐量是不丢包情况下网络的最大数据速率，而一般文件传输系统并不是以测量吞吐量为目的，即使支持多线程传输，也是一个线程传输一部份文件数据，指定的那部分数据传输完成线程也随之结束，因此不能在整个测试过程都反映最大速率，对于文件上传，更是因为系统不支持多线程传输同一个文件而使得准确的吞吐量测试比较困难。

2、文件读写不是网络传输的一部分，但是占用处理时间，特别是在网络速度快，而磁盘系统速度慢和测试设备内存有限的情况下，文件读写时间相对网络传输时间更为可观，测试结果没有排除这部分时间，使得测量值比真实值小。