第6章傳輸層測試和故障診斷6.1傳輸層測試相關知識1．傳輸層端口傳輸層為上層應用提供了透明的傳輸通道，應用層工作于客戶端的設備，準確地說，是應用程序或進程，每個客戶端的應用程序或進程可以同時存在多個，為了使數據在通信中能夠被正確識別，引入了端口號。端口號的范圍為1～65535，分為知名端口、注冊端口和動態私有端口三類。①知名端口：范圍為0～1023，系統預留。②注冊端口：范圍為1024～49151，用戶分配。③動態私有端口：范圍為49152～65535，動態和私有。2．TCP報文在連接管理時，分為建立連接、數據傳輸和釋放連接三個過程。在數據傳輸過程中，需要發送確認報文并且啟用定時，若逾期未收到確認報文，則釋放連接。①源端口號：16bit，發送TCP報文進程使用的端口號。②目標端口號：16bit，記錄接收TCP報文進程使用的端口號。③順序號：32bit，表示第一個數據字節序號。④確認號：32bit，表示期望對方下次發送數據的第一個字節序號。⑤數據偏移：4bit，TCP報文首部的長度。⑥保留：6bit，全0。⑦標志位：6bit，TCP的6種連接控制位。標志位字段值為1時有效，其定義如下。⑧窗口大小：16bit，雙方需要維持的窗口數量。⑨檢驗和：16bit，CRC值。⑩緊急指針：16bit，當標志位URG=1時，有效。選項：雙方協商的最大報文長度。數據：TCP報文傳送到數據。

3．UDP用戶數據報文UDP是面向無連接的傳輸方式，適用于實時性要求較高的應用場合。4．TCP傳輸連接的建立、拆除和管理工作過程TCP狀態轉換狀

態說

明CLOSED無活動的連接，或正在進行連接LISTEN一個應用層協議發布了一個被動打開（passiveopen），并且可以接收TCP連接SYN_SENT一個應用層協議發送了一個主動打開（activeopen），并且發送了一個SYN字段SYN_RCVD一個SYN字段被接收，并且發送一個SYN-ACKESTABLISHED針對TCP連接建立進程的ACK被發送并被接收，現在可以進行數據雙向傳輸FIN_WAIT1初始關閉的連接端FIN-ACK被發送FIN_WAIT2接收到響應初始FIN-ACK的ACKCLOSING接收到一個FIN-ACK，但ACK不是針對已發送FIN-ACK的。這是兩個TCP對等端在相同時刻發送的FIN-ACKTIME_WAITFIN-ACK被發送且得到兩個TCP對等端確認，并且TCP連接終止進程完成。一旦到TIME_WAIT狀態，在連接的TCP端口數能被重新使用之前，TCP必須等待的時間是最大段生存時間（MSL）的兩倍。MSL的推薦值是240s，以防止一個使用相同端口號的新連接的TCP段與舊連接的TCP段的副本相混淆CLOSE_WAIT一個FIN-ACK被接收，且發送一個FIN-ACKLAST_ACK響應FIN-ACK的ACK已被接收5．滑動窗口和擁塞控制TCP報文首部的窗口大小字段的值就是當前給對方設置的發送窗口大小的上限。發送窗口大小在連接建立時由雙方商定，但在通信的過程中，接收端可根據自己的情況，隨時動態地調整對方的發送窗口大小上限，因此稱為滑動窗口。擁塞控制是TCP服務中用于控制TCP連接單次發送量的機制，也稱擁塞窗口（CongestionWindow，CWND）。擁塞窗口的大小根據網絡的擁塞程度動態調整。它通過增減單次發送量逐步進行調整，可以最大限度地使用網絡實際帶寬6.2傳輸層故障分類6.2.1端口服務沒有應答在端到端業務中，如果遇到端口不能訪問的情況，需要對途經節點進行測試，排除策略配置問題導致的傳輸層故障。在實際網絡中，ICMP很可能被禁用。所以TCP端口測試更有優勢，借助SYN-ACK分組的發送和確認，可以獲得主機的連通情況。6.2.2傳輸層的錯誤此類傳輸層故障包在網絡層上可以傳送，但由于傳輸層存在錯誤，在接收端進行檢驗時，會檢測出CRC錯誤，并將其丟棄。6.2.3延遲問題網絡測試時，很容易將網絡訪問緩慢與帶寬不夠聯想到一起。但有時在監測端口帶寬時，會發現此時帶寬并非處于滿負荷狀態。TCP延遲理論上，最大吞吐量和延時可以有以下的對應關系：最小窗口大小=速率

往返延時最大吞吐量=窗口大小

延時UDP延遲在測試單向延時時，首先要對收發兩端進行時間同步（如GPS時間同步），然后在測試報頭加入時間戳信息，在發送端計為時間戳T1，而接收端接收到該報文后計為時間戳T2，兩者的差值為單向延時值。測試往返延時時，在發送端加入時間戳T1，接收端接收到該報文后，不做處理，返回一個回應報文，發送端接收到該回應報文后，加入時間戳T3，T3與T1的差值為往返延時值。6.2.4丟包問題TCP傳輸時的序列號用于為應用層提供可靠的傳輸服務，所以當發生丟包時，TCP服務將檢測到這種錯誤并進行重傳。TCP服務并不能立即檢測到丟包，而是在定時器超時后進行重傳。丟包率對應用服務的影響非常大，在測試上對丟包率有嚴格的要求。一般，鏈路利用率不大于70%時，要求丟包率小于0.1%。6.2.5并發連接數并發連接數是指能夠同時處理的點對點連接的最大數目。它反映了網絡設備對多個連接的訪問控制能力和連接狀態跟蹤能力，這個值的大小和設備的處理能力相關。并發連接數又分為TCP并發連接數和UDP并發連接數。基于TCP的應用在數據交互前必須先建立TCP連接，完成連接后，具備網絡4層以上處理能力的設備將記錄連接，而網絡設備對其業務信息流的處理能力是有上限的。UDP是基于無連接的，采用隊列方式，將要發送的報文放到發送隊列的末尾，設備或系統按照隊列的順序發送報文。由于隊列有長度限制，超過會溢出丟包，所以也會設置并發連接數。6.3傳輸層的測試和故障診斷6.3.1故障分析和排除環境中的測試1．端口連通性測試（1）端口連通性測試部署方式（2）端口連通性測試方法1）TCP掃描方式2）UDP掃描方式2．網絡延時測試（1）網絡延時測試部署方式網絡延時是傳輸層測試的重點。網絡延時的測量比較復雜，其通常作為網絡性能測試評估的重要參數。延時包括固定延時和可變延時，固定延時是指傳輸系統固有的延時，如電纜和光纜傳輸所用的延時；可變延時是指由傳輸系統路徑上的節點（如網絡設備）處理包引起的延時，如交換機的延時（通常取決于轉發性能和交換機的繁忙狀態）和路由器的延時（通常取決于路由效率和端口的繁忙狀態）。測試分為單向延時和往返延時兩種方式。單向延時測試原理簡單，但需要源設備和目標設備的時間同步采用多點部署方式，可以獲得不同采集點的時間信息，從而比對出數據包經過不同網絡節點的延時情況。（2）單向延時多點部署測試方法（3）單向延時單點部署測試方法必須強調的是，測試工具獲得的值始終是近似的。例如，STD和CTD的精確值還需要考慮SYN的處理延時，盡管這個值非常小；

1不僅與數據報大小有關，還與計算機的處理能力及當時計算機的負載有關，所以

1始終有誤差。理論上，由客戶端來計算RTT和Total_Delay，由服務器來計算Server_Delay，這樣會更精確，但需要專用的通信協議來讓測試工具獲得這些值，這樣所有客戶端和服務器都必須重新進行配置。TAP接入測試工具獲得延時的方法雖然麻煩，但仍然比較精確，而且無須對當前網絡提出太多的要求。6.3.2性能評估場景中的測試1．部署方式傳輸層的性能測試可分為以下兩種。一種為雙側測試，即測試工具位于被測網絡的兩側，采用端到端方式設置測試工具，可模擬并發情形，對IP網絡承載業務的能力進行監控。這是一種主動測試方式，測試結果包括吞吐量、最大并發連接數、最大事務處理速率和最大帶寬等。另一