路由与交换机实验-带宽统计功能实现

实验004带宽统计功能实现

一、实验目的

1、学会硬件实现网络硬件设备的带宽统计功能；

2、了解网络设备硬件内部的定时机制；

3、掌握基于时钟频率和计数器的定时器实现机制；

4、掌握基于定时器和计数器的接口速率估算；

5、掌握iPerf等网络性能评测工具的使用。

二、实验内容

1.实验原理：

网络带宽是指在一个固定的时间内(1秒)，能通过的最大位数据。就好象高速公路的车道一样，带宽越大，好比车道越多。网络带宽作为衡量网络使用情况的一个重要指标，日益受到人们的普遍关注。它不仅是政府或单位制订网络通信发展策略的重要依据，也是互联网用户和单位选择互联网接入服务商的主要因素之一。

2.实验内容：

硬件实现部分—— 原有工程内编写计时器和留下计时探针标志，本硬件设备的硬件工作频率为125MHz。

探测部分——在Signaltap上设置两个硬件探针实例，分别使用报文计数器的值、定时器的值作为触发条件。

外部对比和测试部分——在主机A上通过iPerf工具，分别测试与主机B进行TCP和UDP的单流通信带宽；在主机A上通过iPerf工具，分别测试与主机B进行TCP和UDP的多流通信带宽；在各种条件下，iPerf测试的A和B之间的通信带宽；根据每次signaltap触发的定时器和计数器的数值，估算网络接口的通信带宽；比较iPerf测试的带宽与根据硬件定时器与计数器估算的带宽的差异。

三、实验环境

1、 一台管理节点主机，一台主机A，主机B；2根网线；

2、 NetMagic08开发平台；

3、 软件Quartus 16

4、 iPerf

两端主机必须使用相同版本号的iPerf。

主机及网络详细配置参照附带的实验环境拓扑及软件配置文档。

四、实验步骤

Step1．使用Quartus 打开 上次实验完成好的in2out3目录下的硬件工程项目netFPGAmini-2-3.qar。

Step2．在工程项目中，打开文件列表对UM.v文件进行编写。

Step3． 在UM.v文件中增加计数和计时功能。每秒钟输出一次有效通过的数据位数（字节数8）。

zijie_num：当NetMagic08接收到数据，记录每秒的有效字节数。

daikuan_num：计数功能，用于记录带宽；

temp：计时功能，用于间隔1s记录带宽，本硬件设备的硬件工作频率为125MHz。

Step4．新建信号量完成数据统计 ，设计信号拉出观测

Step5．点击编译命令，对代码进行编译，软件会完成硬件电路的设计和优化，生成和工程名同名的sof文件

Step6．将sof文件下载到NetMagic08中进行硬件调试

测试步骤：

1.按照实验环境中的拓扑图连接好设备；

2.硬件下载，开启监控；

3.使用iperf软件从主机A分别发送单线程和多线程的TCP/UDP流；

4.当软件那边进行的是TCP的单线程发包模式时，观察其带宽统计的结果；

主机A打开命令提示符，输入命令“iperf –c 192.168.1.2 –p 1234 ”，按下回车执行命令，如图所示，即成功的发送了单线程TCP流

主机B打开命令提示符，输入命令“iperf –s –p 1234”，准备接收数据。

获取报文数据，对数据进行分析：

带宽计数显示正常，并实时更新。

5.当软件那边进行的是UDP的单线程发包模式时，观察其带宽统计的结果。

主机A打开命令提示符，输入命令“iperf –c 192.168.1.2 –p 1234 –u –b 1000m”，按下回车执行命令，如图所示，即成功的发送了单线程UDP流：

主机B打开命令提示符，输入命令“iperf –s –p 1234”，准备接收数据：

获取报文数据，对数据进行分析，如图所示：

带宽计数显示正常，并实时更新。

五、实验验收

观察到正确的计数信息：

六、实验思考

1.为什么传输层获得的通信带宽小于接口标称的带宽？

答：传输层只能测带宽的一部分，不是全部，而且是去掉所有下层协议的开销。层的媒介接入机制竞争共享的无线信道会产生冲突、再考虑无线信道的信号衰落、噪声和信道之间干扰等，因此传输层获得的通信带宽小于接口标称的带宽。

2.为什么iPerf测试的带宽与硬件推算的带宽有差异？

答：Iperf 是一个网络性能测试工具，Iperf可以测试最大TCP和UDP带宽性能。而 TCP协议测试不能计算出时延与丢包率，而且还不能指定发送带宽。Iperf可以用来测试网络节点间(也包括回环)TCP或UDP连接的性能，包括测试带宽、抖动以及丢包率，其中抖动和丢包率适应于UDP测试，而硬件推算的带宽适应于TCP和UDP。