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計算互連網路的網路總處理量

本教學課程說明如何計算網路傳輸量，包括在Google Cloud 內部，以及使用 Cloud Interconnect 連線的內部部署或第三方雲端位置。本文將說明如何分析結果、列出可能影響網路效能的變數，並提供一些疑難排解提示。

限制和注意事項

適用 Cloud Interconnect 限制。詳情請參閱 Cloud Interconnect 配額。
NIC 限制： Google Cloud 會計算每個虛擬機器 (VM) 執行個體的頻寬，而非每個網路介面 (NIC) 或 IP 位址。VM 的機器類型會定義其最大輸出率，但只有在特定情況下才能達到該率。請參閱這份表格，瞭解每個機器類型的 vCPU 數量。
路徑中的其他裝置 (防火牆、緩衝區較小的交換器和其他廠商的裝置) 和其限制也適用。請執行下列工作，以減輕這些限制。
- 收集路徑中防火牆和交換器的網路統計資料。
- 進行 Cloud Interconnect 測試時，請盡可能在內部部署主機和 Google Edge 裝置之間略過盡可能多的裝置。
- 找出並驗證內部網路和 Google Cloud VM 之間路徑中的所有裝置，看看是否為吞吐量問題的來源。

測量網路總處理量的工具總覽

本教學課程將示範如何使用下列工具計算網路傳輸量：

iPerf3：這是網路測試工具，能夠建立 TCP/UDP 資料串流 (單執行緒或多執行緒)，以及測量傳輸該資料串流的網路總處理量。

注意：建議僅在單 CPU 機器上使用 iPerf3。
Netperf：這項工具與 iPerf3 類似，但適合在多 CPU 執行個體上進行吞吐量測試，因為這些執行個體在單一 CPU 上受 CPU 限制。
tcpdump：這是指令列封包分析器，可擷取封包詳細資料和 TCP/IP 通訊，以便進行更進階的疑難排解作業。tcpdump 工具與 Wireshark 等其他工具相容。
Netstat：這是一項指令列網路公用程式，可顯示傳輸控制通訊協定 (傳入和傳出)、轉送表和多個網路介面 (網路介面控制器或軟體定義網路介面) 的網路連線，以及網路通訊協定統計資料。
mtr：網路診斷工具，可執行 traceroute 和 ping 函式。它會限制個別封包可能穿越的跳躍次數，並監聽其到期日的回應，以便在路徑上探測路由器。

使用 iPerf3 測量總處理量

請按照下列程序，測量單一 VM 執行個體的處理量。

選擇大型機型

如要執行吞吐量測試，請使用大型機器類型，例如 n1-standard-8。這個機器類型的輸出處理量上限為 16 Gbps，因此每個 VM 的輸出處理量不會干擾測試。

安裝工具

在 Linux VM 執行個體上安裝 iPerf3、mtr、netstat 和 tcpdump

如為以 Debian 為基礎的發行版，請執行下列指令：

    sudo apt-get update
    sudo apt-get install iperf3 tcpdump mtr netstat

如為 Redhat 架構的發行版本，請執行下列指令：

    yum update
    yum install iperf3 tcpdump mtr netstat

安裝 netperf

如為以 Debian 為基礎的發行版，請執行下列指令：

    sudo apt-get install git build-essential autoconf texinfo -y
    git clone https://github.com/HewlettPackard/netperf.git
    cd netperf
    ./autogen.sh
    ./configure --enable-histogram --enable-demo=yes
    make
    cp src/netserver ~/.local/bin
    cp src/netperf ~/.local/bin

如為 Redhat 架構的發行版本，請執行下列指令：

    sudo yum install git build-essential autoconf texinfo -y
    git clone https://github.com/HewlettPackard/netperf.git
    cd netperf
    ./autogen.sh
    ./configure --enable-histogram --enable-demo=yes
    make
    cp src/netserver ~/.local/bin
    cp src/netperf ~/.local/bin

執行先決條件測試

請確認 VLAN 連結大小設定正確無誤。詳情請參閱「修改 VLAN 連結」。
在連線的兩端 (每個終端機) 執行 top 或 htop 指令，監控 CPU 用量。
請先使用 netstat 指令收集網路統計資料，再執行任何測試。
```
netstat -s >> netstat.log
```
在另一個終端機中，執行 tcpdump 指令，然後再執行任何擷取動作，並使用 snaplen 參數值 128。

請在兩個端點上執行這項指令。
```
sudo /usr/sbin/tcpdump -s 128 -i [DEVICE_INTERFACE] host [IP_ADDRESS of remote side] -w mycap.pcap
```

取得來源和目的地主機的讀取和寫入記憶體大小。

$ sysctl net.ipv4.tcp_rmem
$ sysctl net.ipv4.tcp_wmem
$ sysctl net.core.rmem_max
$ sysctl net.core.rmem_default
$ net.core.wmem_max
$ net.core.wmem_default
$ uname -r
$ cat /etc/os-release

執行 iperf3 測試

由於每個資料流的限制為 3 Gbps，建議您執行多個並行 iperf3 測試串流。建議您至少執行四次測試 (最多十次)，以彌補頻寬限制並取得實用的結果。

在另一個終端機中，在連線一端 (VM 或內部機器) 上執行 iperf3 伺服器。多個串流需要多個 iperf3 伺服器。
使用 udp 標記執行 iPerf3 工具，以便進行 Cloud Interconnect 測試。如果透過 UDP 達成所需的傳輸量，您就需要執行進一步的疑難排解步驟。
如要透過指令列執行多個 iperf3 伺服器，請執行下列指令：
```
$ iperf3 -s -p 5101&; iperf3 -s -t 30 -p 5102&; iperf3 -s  -p 5103 &
```

使用下列 bash 指令碼執行多個 iperf3 伺服器：

#!/bin/bash
#start iperf3 server running in background

for i in `seq 0 9`;
do
        iperf3 -s  -B 10.0.100.35 -t 30 -u -p 521$i &
done

iperf3 client 預設會執行 10 秒，這可能不足以讓 TCP 達到最大處理量。將 DURATION 值設為至少 30 秒，以便取得更可靠的結果。

    iperf3 -c [server IP address] -P [THREADS] -t [DURATION]

執行多個 iperf3 UDP 串流的 Bash 指令碼

echo "UDP iperf test - 10 streams"
for i in `seq 0 9`;
do
       iperf3 -B 10.0.100.35 -c 192.168.50.3 --logfile ~/gcpvm_client-521$i.log -u -b 1G  -l 1390 -t10 -p 521$i    &

done

執行多個 iperf3 TCP 串流的 Bash 指令碼

echo "UDP iperf test - 10 streams"
for i in `seq 0 9`;
do
       iperf3 -B 10.0.100.35 -c 192.168.50.3 --logfile ~/gcpvm_client-521$i.log -b 1G  -l 1390 -t10 -p 521$i    &

done

在 iperf3 測試執行期間，請監控兩部裝置的 CPU 負載。如果 CPU 負載接近 100%，CPU 就是一個 iperf3 執行緒的瓶頸。在這種情況下，請使用 Netperf 工具，因為它支援多個 CPU。

如果無法執行 Netperf，您可以在不同的終端機和不同連接埠上同時啟動多個 iPerf3 伺服器和用戶端。

分析測試結果

請執行下列步驟。

檢查 iperf3 用戶端結果的頻寬和封包遺失情形。
檢查 iperf3 伺服器結果，找出任何無序封包。
執行封包擷取分析。執行下列指令，將 pcap 檔案轉換成文字檔。
```
tcpdump -A -[PCAP-FILENAME].pcap > [TXT-FILENAME].txt
```

執行下列指令，取得總封包數量和無序封包數量。

grep -e "Total" -A1 pcap [TXT-FILENAME]

輸出內容如下：

gcpvm-send-5210.txt:Total UDP packets: 874032
gcpvm-send-5210.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0
gcpvm-send-5211.txt:Total UDP packets: 791218
gcpvm-send-5211.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0
gcpvm-send-5212.txt:Total UDP packets: 961510
gcpvm-send-5212.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0
gcpvm-send-5213.txt:Total UDP packets: 961517
gcpvm-send-5213.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0
gcpvm-send-5214.txt:Total UDP packets: 961501
gcpvm-send-5214.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0
gcpvm-send-5215.txt:Total UDP packets: 961521
gcpvm-send-5215.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0
gcpvm-send-5216.txt:Total UDP packets: 889932
gcpvm-send-5216.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0
gcpvm-send-5217.txt:Total UDP packets: 961483
gcpvm-send-5217.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0
gcpvm-send-5218.txt:Total UDP packets: 961479
gcpvm-send-5218.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0
gcpvm-send-5219.txt:Total UDP packets: 961518
gcpvm-send-5219.txt:Total out-of-order packets: 0, missing packets: 0

以下分析顯示效能測試期間的封包遺失率：

$ grep -e "Total" -A1 onPrem-send-*.txt