18张图帮你搞定网络性能的四大指标：带宽、时延、抖动、丢包

中午好，我的网工朋友。

今天给大家讲讲衡量网络性能的四大指标：带宽、时延、抖动、丢包。

对于网工而言，评测网络性能指标是常有的事。

如果客户需要我们去评估一个网络的性能，我们就可以从以上这四方面去进行评估。

但是要怎么评估呢？后文里给你具体说一说。

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带宽在百度百科中定义：在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。

计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率，即每秒多少比特（常用的单位是bps(bit per second)）。

简单的讲：带宽可以比喻是高速公路，表示单位时间内的能通过的车辆数；

带宽通常用bps表示，表示每秒多少bit；

描述带宽时常常把“比特/秒”省略。例如，带宽是100M，实际上是100Mbps，这里的Mbps是指兆位/s。

但是我们平时下载软件的速度的单位是Byte/s（字节/秒）。这里涉及到Byte和bit的换算，二进制数系统中每个0或1就是一个位(bit)，位是数据存储的最小单位，其中8bit就称为一个字节（Byte）。

因此我们在办理宽带的时候，100M的带宽表示100Mbps，理论的的网络下载速度只有12.5M Bps，实际可能还不足10MBps。

这是因为受用户计算机性能、网络设备质量、资源使用情况、网络高峰期、网站服务能力、线路衰耗，信号衰减等多因素的影响，实际网速是无法到达理论网速的。

时延：简单的说，时延就是指报文从网络的一端到另一端所需要的的时间；

举个例子：我在自己的电脑上ping 百度的地址；

从ping的结果中，可以看到时延为12ms，这个时延就是指ICMP报文从我的电脑到百度的服务器所需要得往返时延是12ms；

（Ping指一个数据包从用户的设备发送到测速点，然后再立即从测速点返回用户设备的来回时间。也就是俗称的网络延时，以毫秒ms计算。）

网络时延包括了处理时延、排队时延、发送时延、传播时延这四大部分。在实际中我们主要考虑发送时延与传播时延。

下面我们具体看下每一个时延的含义；

交换机、路由器等网络设备在收到报文后要使用一定的时间进行处理。比如解封装分析首部，提取数据，差错检验，路由选择等。

一般高速路由器的处理时延通常是微秒或更低的数量级。

排队时延简单来说就是路由器或交换机等网络设备处理数据包排队所消耗的时间。

一个数据包的排队时延取决于当前队列中是否有其它报文在传输。

如果该队列是空的，并且当前没有其他报文在传输，则该报文的排队时延为0；反之，如果流量很大，并且许多其他报文也在等待传输，该排队时延将很大；

实际的排队时延通常在毫秒到微秒级。

发送时延简单讲就是路由器、交换机等网络设备发送数据所需要的时间，也就是路由器队列递交给网络链路所需要的时间。

如果用L比特表示分组的长度，用R bps表示从路由器A到路由器B的链路传输速率，发送时延则是L/R。

实际的发送时延通常在毫秒到微秒级。

传播时延是指报文在实际的物理链路上传播数据所需要的时间。

传播时延等于两台路由器之间的距离除以传播速率，即传播时延是D/S，其中D是两台路由器之间的距离，S是该链路的传播速率。

实际传播时延在毫秒级。

抖动：网络抖动是指最大延迟与最小延迟的时间差，比如你访问一个网站的最大延迟是10ms，最小延迟为5ms，那么网络抖动就是5ms；

抖动可以用来评价网络的稳定性，抖动越小，网络越稳定；

尤其是我们在打游戏的时候，需要网络具有较高的稳定性，否则会影响游戏体验。

关于网络抖动产生的原因：如果网络发生拥塞后，排队时延会影响端到端的延迟，可能造成从路由器A到路由器B的延迟忽大忽小，造成网络的抖动；

丢包：简单来说丢包就是指一个或多个数据包的数据无法通过网络到达目的地，接收端如果发现数据丢失，会根据队列序号向发送端发出请求，进行丢包重传。

丢包的原因比较多，最常见的可能是网络发生拥塞，数据流量太大，网络设备处理不过来自然而然就有些数据包会丢了。

丢包率是指测试中所丢失数据包数量占所发送数据包的比率。比如发送100个数据包，丢失一个数据包，那么丢包率就是1%。

都讲到这了，顺便跟你聊聊堆叠。

堆叠是指将多台支持堆叠特性的交换机通过堆叠线缆连接在一起，从逻辑上虚拟成一台交换设备，作为一个整体参与数据转发。

堆叠是目前广泛应用的一种横向虚拟化技术，具有提高可靠性、扩展端口数量、增大带宽、简化组网等作用。

传统的园区网络采用设备和链路冗余来保证高可靠性，但其链路利用率低、网络维护成本高，堆叠技术将多台交换机虚拟成一台交换机，达到简化网络部署和降低网络维护工作量的目的。堆叠具有诸多优势：

1.提高可靠性

堆叠系统多台成员交换机之间形成冗余备份，如下图所示，SwitchA和SwitchB组成堆叠系统，SwitchA和SwitchB相互备份，SwitchA故障时，SwitchB可以接替SwitchA保证系统的正常运行。另外，堆叠系统支持跨设备的链路聚合功能，也可以实现链路的冗余备份。

2.扩展端口数量

如下图所示，当接入的用户数增加到原交换机端口密度不能满足接入需求时，可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统扩展端口数量。

3.增大带宽

如下图所示，当需要增大交换机上行带宽时，可以增加新交换机与原交换机组成堆叠系统，将成员交换机的多条物理链路配置成一个聚合组，提高交换机的上行带宽。

4.简化组网

如下图所示，网络中的多台设备组成堆叠，虚拟成单一的逻辑设备。简化后的组网不再需要使用MSTP等破环协议，简化了网络配置，同时依靠跨设备的链路聚合，实现单设备故障时的快速切换，提高可靠性。

5.长距离堆叠

如下图所示，每个楼层的用户通过楼道交换机接入外部网络，现将各相距较远的楼道交换机连接起来组成堆叠，这相当于每栋楼只有一个接入设备，网络结构变得更加简单。

每栋楼有多条链路到达核心网络，网络变得更加健壮、可靠。对多台楼道交换机的配置简化成对堆叠系统的配置，降低了管理和维护的成本。

主流交换机都支持堆叠，如华为S系列园区交换机、CloudEngine数据中心交换机都有款型支持堆叠。

对于S系列园区交换机，仅盒式交换机有款型支持堆叠；两台框式交换机组建在一起叫集群。

对于CloudEngine数据中心交换机，框式交换机和盒式交换机都有款型支持堆叠，两者的差异在于框式交换机仅支持两台设备组建堆叠。

在介绍堆叠是如何建立之前，先介绍下堆叠建立过程中用到的相关概念。

堆叠系统中所有的单台交换机都称为成员交换机，按照功能不同，可以分为三种角色：

1.主交换机（Master）：主交换机负责管理整个堆叠。堆叠系统中只有一台主交换机。

2.备交换机（Standby）：备交换机是主交换机的备份交换机。堆叠系统中只有一台备交换机。当主交换机故障时，备交换机会接替原主交换机的所有业务。

3.从交换机（Slave）：从交换机用于业务转发，堆叠系统中可以有多台从交换机。从交换机数量越多，堆叠系统的转发带宽越大。

除主交换机和备交换机外，堆叠中其他所有的成员交换机都是从交换机。当备交换机不可用时，从交换机承担备交换机的角色。

主交换机、备交换机和从交换机都可以进行业务流量的转发。添加、移除或替换堆叠成员交换机，都可能导致堆叠成员角色的变化。

堆叠ID用来标识堆叠成员交换机，是成员交换机的槽位号。每个堆叠成员交换机在堆叠系统中具有唯一的堆叠ID。

堆叠优先级是成员交换机的一个属性，主要用于角色选举过程中确定成员交换机的角色，优先级值越大表示优先级越高，优先级越高当选为主交换机的可能性越大。

堆叠建立的过程包括以下四个阶段：

1.根据网络需求，选择堆叠线缆、连接方式。不同产品支持的物理连接方式有差异。

对于S系列园区盒式交换机和CloudEngine数据中心盒式交换机，支持链形和环形两种连接拓扑。

对于CloudEngine数据中心框式交换机，支持SIP口连接和业务口连接两种方式。

2.选举主交换机。

所有成员交换机上电后，堆叠系统开始进行主交换机的选举。在堆叠系统中每台成员交换机都具有一个确定的角色，其中，主交换机负责管理整个堆叠系统。

3.分配堆叠ID和备交换机选举。

主交换机选举完成后，主交换机会收集所有成员交换机的拓扑信息，根据拓扑信息计算出堆叠转发表项下发给堆叠中的所有成员交换机，并向所有成员交换机分配堆叠ID。

之后进行备交换机的选举，作为主交换机的备份交换机。除主交换机外最先完成设备启动的交换机优先被选为备份交换机。

4.同步软件版本和配置文件。

角色选举、拓扑收集完成之后，所有成员交换机会自动同步主交换机的软件版本和配置文件。

5.堆叠系统具有自动加载系统软件的功能，待组成堆叠的成员交换机不需要具有相同软件版本，只需要版本间兼容即可。

当备交换机或从交换机与主交换机的软件版本不一致时，备交换机或从交换机会自动从主交换机下载系统软件，然后使用新系统软件重启，并重新加入堆叠。

6.堆叠系统具有配置文件同步机制，主交换机保存整个堆叠系统的配置文件，并进行整个堆叠系统的配置管理。

备交换机或从交换机会将主交换机的配置文件同步到本交换机并执行，以保证堆叠中的多台设备能够像一台设备一样在网络中工作，并且在主交换机出现故障之后，其余交换机仍能够正常执行各项功能。

整理：老杨丨10年资深网络工程师，更多网工提升干货，请关注公众号：网络工程师俱乐部