2.3 网络性能评估工具 iperf

网络性能评估主要是监测网络带宽的使用率，将网络带宽利用最大化是保证网络性能的基础，但是由于网络设计不合理、网络存在安全漏洞等原因，都会导致网络带宽利用率低。要找到网络带宽利用率低的原因，可以对网络传输进行监控，此时就需要用到一些网络性能评估工具，而 iperf 就是这样一个网络带宽测试工具，本节将详细介绍 iperf 的使用方式。

2.3.1 iperf 能做什么

iperf 是一个基于 TCP/IP 和 UDP/IP 的网络性能测试工具，它可以用来测量网络带宽和网络质量，还可以提供网络延迟抖动、数据包丢失率、最大传输单元等统计信息。网络管理员可以根据这些信息了解并判断网络性能问题，从而定位网络瓶颈，解决网络故障。

下面介绍 iperf 的主要功能。

（1）TCP 方面

- 测试网络带宽。

- 支持多线程，在客户端与服务器端支持多重连接。

- 报告 MSS/MTU 值的大小。

- 支持 TCP 窗口值自定义并可通过套接字缓冲。

（2）UDP 方面

- 可以设置指定带宽的 UDP 数据流。

- 可以测试网络抖动值、丢包数。

- 支持多播测试。

- 支持多线程，在客户端与服务器端支持多重连接。

2.3.2 iperf 的安装与使用

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 运行于服务器端、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连接会话，因此要使用 iperf，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。

1.安装 iperf

iperf 支持 Win32、Linux、FreeBSD、Mac OS X、OpenBSD 和 Solaris 等多种操作系统平台。读者可以从 iperf 官方网站：http://iperf.fr/下载各种版本，目前最新的版本是 iperf3.0，这里下载的软件包为 iperf-3.0.tar.gz，安装过程如下：

[root@ networkserver ~]# tar zxvf iperf-3.0.tar.gz
[root@ networkserver ~]# cd iperf
[root@ networkserver iperf]# make
[root@ networkserver iperf]# make install

这样，iperf 就安装完成了。

2.iperf 参数介绍

在完成 iperf 安装后，执行“iperf3-h”即可显示 iperf 的详细用法。iperf 的命令行选项共分为三类，分别是客户端与服务器端公用选项、服务器端专用选项和客户端专用选项，下面对常用的选项进行介绍。

服务器端专用选项的含义如表 2-4 所示。

表 2-4 服务器端专用选项的含义

客户端专用选项的含义如表 2-5 所示。

表 2-5 客户端专用选项的含义

客户端与服务器端公用选项的含义如表 2-6 所示。

表 2-6 客户端与服务器端公用选项的含义

2.3.3 iperf 应用实例

要使用 iperf，首先启动一个服务器端，这里假定服务器端的 IP 地址为 192.168.12.168，在此服务器上运行“iperf3-s”即可开启 iperf 的服务器端模式。在默认情况下，iperf3 将在服务器端打开一个 5201 监听端口，此时就可以将另一台服务器作为客户端执行 iperf 功能测试。

1.测试 TCP 吞吐量

为了确定网卡的最大吞吐量，可以在任意客户端运行 iperf 命令，iperf 将尝试从客户端尽可能快地向服务器端发送数据请求，并且会输出发送的数据量和网卡平均带宽值。图 2-14 展示了通过一个最简单的带宽测试命令的输出结果。

图 2-14 通过 iperf 测试网络带宽利用率

从图 2-14 可以看出，iperf 默认的运行时间是 10s，每隔 1s 输出一次传输状态，同时还可以看到每秒传输的数据量在 112MB 左右，刚好与“Bandwidth”列的值对应起来，网卡的带宽速率维持在 941Mbits/sec 左右，而测试的服务器是千兆网卡，这个测试值也基本合理。在输出的最后，iperf 还给出了总的数据发送、接收量，以及带宽速率平均值，通过这些值，基本可以判断网络带宽是否正常，网络传输状态是否稳定。

iperf 提供很多参数，可以多角度、全方位地测试网络带宽利用率，例如，要改变 iperf 运行的时间和输出频率，可以通过“-t”和“-i”参数来实现，如图 2-15 所示。

图 2-15 添加“-t”和“-i”参数后的 iperf 输出

从图 2-15 可以看出，输出状态的间隔变为每 5s 一次，总共执行测试时间为 20s，测试的带宽速率仍然保持在 941Mbits/sec 左右，唯一变化的是失败重传次数增加了。

为了模拟大量的数据传输，也可以指定要发送的数据量，这可以通过“-n”参数来实现。在指定“-n”参数后，“-t”参数失效，iperf 在传输完毕指定大小的数据包后，自动结束，如图 2-16 所示。

图 2-16 iperf 客户端通过“-n”参数指定要传输的数据量

图 2-16 的例子是指定发送一个 5GB 左右的数据包，并且每隔 10s 输出一次传输状态，从这个输出可以看出，当失败重传次数较多时，传输速率急速下降。

有时候，为了模拟更真实的 TCP 应用，iperf 客户端允许从一个特定的文件发送数据，这可以通过“-F”参数实现，如图 2-17 所示。

图 2-17 iperf 客户端通过“-F”参数指定文件来发送数据

在图 2-17 的例子中，通过“-F”参数指定了一个 webdata.tar.gz 文件作为 iperf 要传输的数据。在使用此参数时，需要同时指定一个“-t”参数来设置要测试传输的时间，这个时间尽量设置长一些，因为在默认传输时间 10s 内，这个文件可能还没有传完。

在使用 iperf 进行网络带宽测试时，如果没有指定发送方式，iperf 客户端只会使用单一的线程，而 iperf 是支持多线程的，可以使用 iperf 提供的“-P”参数来设置多线程的数目，通过使用多线程，可以在一定程度上增加网络的吞吐量。

下面通过两个例子进行简单对比，图 2-18 是 iperf 使用单线程传输 1.86GB 数据所消耗的时间和带宽使用情况。为了速率单位统一，这里使用“-f”参数将输出结果都通过 MBytes/sec 来显示。

图 2-18 iperf 在单线程模式下的传输时间和传输速率

从图 2-18 中可以看出，传输 1.86GB 的数据消耗了 17s 的时间，平均带宽速率为 112MBytes/sec（注意单位）。下面再看看使用多线程后，iperf 传输同样大小数据量所消耗的时间和平均带宽速率，如图 2-19 所示。

图 2-19 iperf 使用多线程后的数据传输状态

这里通过“-P”参数开启了 2 个多线程，从传输时间上看，传输 1.86GB 的数据，消耗时间为 10.79s，比之前单线程的传输时间少了近 7s，在平均带宽速率上，从之前单线程的 112MBytes/sec 提高到 177MBytes/sec，从这个结果可以看出，多线程对网络传输性能的提高不小。

2.测试 UDP 丢包和延迟

iperf 也可以用于 UDP 数据包吞吐量、丢包率和延迟指标，但是由于 UDP 协议是一个非面向连接的轻量级传输协议，并且不提供可靠的数据传输服务，因此对 UDP 应用的关注点不是传输数据有多快，而是它的丢包率和延时指标。通过 iperf 的“-u”参数即可测试 UDP 应用的传输性能，图 2-20 测试的是在 iperf 客户端传输 100MB 的 UDP 数据包的输出结果。

图 2-20 iperf 传输 100MB 的 UDP 数据包的输出结果

在图 2-20 中，重点关注虚线下的一段内容，在这段输出中，“Jitter”列表示抖动时间，或者称为传输延迟，“Lost/Total”列表示丢失的数据包和总的数据包数量，后面的 0.33%是平均丢包的比率，“Datagrams”列显示的是总共传输数据包的数量。

这个输出结果过于简单，要了解更详细的 UDP 丢包和延时信息，可以在 iperf 服务端查看，因为在客户端执行传输测试的同时，服务器端也会同时显示传输状态，如图 2-21 所示。

图 2-21 iperf 服务器端显示的 UDP 传输状态

在这个输出中，详细记录了在传输过程中，每个阶段的传输延时和丢包率，在 UDP 应用中随着传输数据的增大，丢包率和延时也随之增加。对于延时和丢包可以通过改变应用程序来缓解或修复，例如视频流应用，通过缓存数据的方式可以容忍更大的延时。