俞海

摘 要：網(wǎng)絡(luò)延時(shí)是網(wǎng)絡(luò)性能的重要指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)與分析，有助于提高學(xué)生計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，?duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能有更加深入細(xì)致的理解。但網(wǎng)絡(luò)性能實(shí)驗(yàn)涉及到的硬件平臺(tái)與定量分析方法較為復(fù)雜。因此，利用NMAP時(shí)間模板命令設(shè)計(jì)了FTP文件下載延時(shí)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分析軟件Wireshark捕獲相關(guān)數(shù)據(jù)包，分析網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)過(guò)程及分析方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：NMAP掃描的FTP文件下載速率降低，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)顯著增加。

關(guān)鍵詞：NMAP；網(wǎng)絡(luò)延時(shí)；VMware；Wireshark

DOIDOI：10.11907/rjdk.172258

中圖分類(lèi)號(hào)：TP393

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2018）002-0192-03

0 引言

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)學(xué)生必備素質(zhì)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)理論抽象，實(shí)驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)成為理論教學(xué)的必要深化，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題能力起著非常重要的作用[1-2]。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)和綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)?；A(chǔ)驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)主要包括網(wǎng)絡(luò)基本概念、Web、DHCP、DNS、FTP、活動(dòng)目錄AD服務(wù)器的配置以及網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、局域網(wǎng)連接等內(nèi)容；綜合設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)主要包括交換機(jī)和路由器的配置、子網(wǎng)劃分、廣域網(wǎng)接入設(shè)計(jì)等[3-4]。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能方面的實(shí)驗(yàn)非常欠缺，主要原因在于網(wǎng)絡(luò)性能實(shí)驗(yàn)涉及到的硬件平臺(tái)較為復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)性能實(shí)驗(yàn)涉及到的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式多樣、網(wǎng)絡(luò)性能實(shí)驗(yàn)技術(shù)整合度要求較高、網(wǎng)絡(luò)性能的實(shí)驗(yàn)分析特別是定量分析較為繁雜[5-8]。本文以網(wǎng)絡(luò)性能中的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)為例，利用虛擬機(jī)VMware[9-10]+網(wǎng)絡(luò)分析軟件Wireshark進(jìn)行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)，通過(guò)捕獲相關(guān)數(shù)據(jù)包給出計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的定量分析，以此增強(qiáng)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能的理解。

1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能主要指標(biāo)

1.1 吞吐量

吞吐量（throughput）表示在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量受到網(wǎng)絡(luò)帶寬或網(wǎng)絡(luò)額定速率的限制。

1.2 延時(shí)

延時(shí)（delay）指數(shù)據(jù)（一個(gè)報(bào)文或分組）從網(wǎng)絡(luò)（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。延時(shí)是一個(gè)非常重要的性能指標(biāo)，也稱(chēng)為延遲或者遲延。網(wǎng)絡(luò)中的延時(shí)由以下幾部分組成：

1.2.1 發(fā)送延時(shí)

發(fā)送延時(shí)是主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需時(shí)間。發(fā)送延時(shí)也稱(chēng)為傳輸延時(shí)。發(fā)送延時(shí)=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度（b）/發(fā)送速率（b/s）。對(duì)于一定的網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送延時(shí)并非固定不變，而是與發(fā)送的幀長(zhǎng)成正比，與發(fā)送速率成反比。

1.2.2 傳播延時(shí)

傳播延時(shí)是電磁波在信道中傳播一定距離所花費(fèi)的時(shí)間。

傳播延時(shí)=信道長(zhǎng)度（m）/電磁波在信道上的傳播數(shù)率（m/s）

1.2.3 處理延時(shí)

主機(jī)或路由器在收到分組時(shí)需要花費(fèi)一定的時(shí)間處理，對(duì)分組首部分析、從分組中提取數(shù)據(jù)、進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)、查到適當(dāng)路由等。

1.2.4 排隊(duì)延時(shí)

分組進(jìn)入路由器要在輸入隊(duì)列中排隊(duì)等待處理。在路由器確定了轉(zhuǎn)發(fā)接口后，還要在輸出隊(duì)列中排隊(duì)等待轉(zhuǎn)發(fā)，于是產(chǎn)生排隊(duì)延時(shí)。排隊(duì)延時(shí)通常取決于網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)的通信量。

總延時(shí)=發(fā)送延時(shí)+傳播延時(shí)+處理延時(shí)+排隊(duì)延時(shí)

對(duì)于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。信息在通信線路上的傳播速率與數(shù)據(jù)的發(fā)送速率并無(wú)關(guān)系，提高數(shù)據(jù)的發(fā)送速率只是減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送延時(shí)。

1.3 延時(shí)抖動(dòng)

延時(shí)抖動(dòng)（delay variation）指網(wǎng)絡(luò)中分組延遲的變化程度。

2 NMAP的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)技術(shù)參數(shù)

NMAP調(diào)整掃描時(shí)間的命令參數(shù)[8]有：

--scan-delay。調(diào)整探測(cè)報(bào)文的時(shí)間間隔。這個(gè)選項(xiàng)用于NMAP控制，針對(duì)一個(gè)主機(jī)發(fā)送探測(cè)報(bào)文的等待時(shí)間（ms），--scan-delay設(shè)為1 000，使NMAP低速運(yùn)行并相應(yīng)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)掃描的延遲。

-T（設(shè)置時(shí)間模板）。NMAP設(shè)有6個(gè)時(shí)間模板，使用時(shí)采用-T選項(xiàng)及數(shù)字（0-5）。可根據(jù)需要選擇不同的模板，由NMAP負(fù)責(zé)選擇實(shí)際的時(shí)間值。模板也會(huì)針對(duì)其它的優(yōu)化控制選項(xiàng)進(jìn)行速度微調(diào)。例如，-T4針對(duì)TCP端口掃描延遲超過(guò)10ms，-T5對(duì)應(yīng)的值為5ms。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析

基于NMAP的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：利用虛擬機(jī)VMware作為網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)環(huán)境，選用NMAP的時(shí)間模板選項(xiàng)-T獲得網(wǎng)絡(luò)延時(shí)效果，利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析軟件Wireshark捕獲NMAP掃描FTP服務(wù)器的數(shù)據(jù)包比對(duì)延時(shí)大小。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）實(shí)驗(yàn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)環(huán)境以Windows 7為宿主機(jī)（設(shè)為計(jì)算機(jī)C），IP地址設(shè)為：192.168.100.4，子網(wǎng)掩碼設(shè)為：255.255.255.0。在宿主機(jī)上安裝虛擬機(jī)軟件VMware并分別啟動(dòng)2臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)。虛擬計(jì)算機(jī)A：Windows Server 2003，IP地址為：192.168.100.2，子網(wǎng)掩碼設(shè)為：255.255.255.0，將虛擬機(jī)A配置為FTP服務(wù)器。虛擬計(jì)算機(jī)B：Windows XP，IP地址設(shè)為：192.168.100.3，子網(wǎng)掩碼設(shè)為：255.255.255.0。

（2）在計(jì)算機(jī)B上安裝協(xié)議分析軟件Wireshark，捕獲流經(jīng)計(jì)算機(jī)B的數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)包捕獲條件設(shè)置為：host 192.168.100.3，并使Wireshark處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，如圖1所示。

（3）在宿主計(jì)算機(jī)C上對(duì)虛擬計(jì)算機(jī)A進(jìn)行NMAP掃描，NMAP命令為：NMAP-T2 192.168.100.2，如圖2所示，其中NMAP命令選項(xiàng)-T及數(shù)字（0-5）是可供選擇的掃描速度，這里選擇“-T2”選項(xiàng)。endprint

（4）虛擬計(jì)算機(jī)B從虛擬計(jì)算機(jī)A（FTP服務(wù)器）下載文件，如圖3所示。

這時(shí)計(jì)算機(jī)B上的協(xié)議分析軟件Wireshark捕獲了FTP下載文件的數(shù)據(jù)包，如圖4所示。

（5）對(duì)Wireshark捕獲的FTP數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析。任選一個(gè)“FTP-DATA”數(shù)據(jù)包，依次點(diǎn)擊Wireshark的菜單項(xiàng)：“statistics”→“IO Graphs”，可以生成FTP文件下載速率統(tǒng)計(jì)圖。對(duì)于同一個(gè)FTP文件，正常下載與NMAP掃描時(shí)下載所生成的速率統(tǒng)計(jì)圖分別如圖5、圖6所示，圖中的橫軸表示FTP文件下載時(shí)間（單位：s），縱軸表示FTP文件下載過(guò)程中的數(shù)據(jù)包（單位：packets/s），曲線表示每秒傳輸數(shù)據(jù)包的數(shù)量。從圖5、圖6可以看出，對(duì)于同一個(gè)FTP文件下載，NMAP掃描時(shí)下載文件所需時(shí)間從30s左右增加到100s以上，傳輸速率降低，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)顯著增加。

兩種情況下的平均傳輸速率如表1所示，NMAP掃描時(shí)的FTP文件下載平均速率只有正常FTP文件下載速率的53.85%（449 204.980/834 209.329）～55.83%（400.063/716.539）。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用虛擬機(jī)VMware作為網(wǎng)絡(luò)延時(shí)測(cè)試實(shí)驗(yàn)環(huán)境，選用NMAP的時(shí)間模板選項(xiàng)-T來(lái)獲得網(wǎng)絡(luò)延時(shí)效果。實(shí)驗(yàn)利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議分析軟件Wireshark捕獲NMAP掃描FTP服務(wù)器的數(shù)據(jù)包來(lái)比對(duì)延時(shí)大小。通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)延時(shí)的定量分析，使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)性能有了更加細(xì)致的理解，提升了學(xué)生的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α?/p>

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