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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輸送量，包括Google Cloud 內部，以及連線至地端或第三方雲端位置 (使用 Cloud Interconnect 連線)。本文說明如何分析結果、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

須遵守 Cloud Interconnect 限制。詳情請參閱「Cloud Interconnect 配額」。
網路介面卡限制： Google Cloud 考量每個虛擬機器 (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高輸出速率，但只有在特定情況下才能達到該速率。如要瞭解各機器類型的 vCPU 數量，請參閱這份表格。
路徑中的其他裝置 (防火牆、緩衝區較小的交換器，以及其他供應商的裝置) 和相關限制也適用。請執行下列工作，以減輕這些限制的影響。
- 收集路徑中防火牆和交換器的網路統計資料。
- 如要測試 Cloud Interconnect，請盡可能略過地端主機和 Google Edge 裝置之間的裝置。
- 找出並驗證本地網路與 Google Cloud VM 之間路徑中的所有裝置，確認是否可能導致輸送量問題。

網路總處理量評估工具總覽

本教學課程將示範如何使用下列工具計算網路輸送量：

iPerf3：網路測試工具，可建立 TCP/UDP 資料串流 (單一或多個執行緒)，並測量傳輸該資料串流的網路總處理量。

注意：iPerf3 僅適用於單一 CPU 的電腦。
Netperf：類似 iPerf3 的工具，但適用於多 CPU 執行個體的輸送量測試，這些執行個體在單一 CPU 上受 CPU 限制。
tcpdump：指令列封包分析器，可擷取封包詳細資料和 TCP/IP 通訊，以進行更進階的疑難排解。tcpdump 工具可與其他工具 (例如 Wireshark) 搭配使用。
Netstat：指令列網路公用程式，可顯示傳輸控制通訊協定的網路連線 (包括傳入和傳出)、轉送表，以及多個網路介面 (網路介面控制器或軟體定義的網路介面) 和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。這項工具會限制個別封包可經過的躍點數量，藉此探查路徑上的路由器，並監聽逾時回應。

使用 iPerf3 測量總處理量

請按照這個程序，測量單一 VM 執行個體的處理量。

選擇大型機型

如要執行輸送量測試，請使用大型機器類型，例如 n1-standard-8。這個機器類型的輸出總處理量上限為 16 Gbps，因此每個 VM 的輸出總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 為基礎的發行版本，請執行下列指令：

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

如為 Redhat 型發行版本，請執行下列指令：

    yum update
    yum install iperf3 tcpdump mtr netstat

安裝 netperf

如為以 Debian 為基礎的發行版本，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 型發行版本，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

執行必要條件測試

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 使用率。
執行任何測試前，請先使用 netstat 指令收集網路統計資料。
```
netstat -s >> netstat.log
```
在另一個終端機中，先執行 tcpdump 指令，然後再使用 snaplen 參數值 128 擷取任何內容。

在兩個端點上執行這個指令。
```
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

建議您執行多個並行 iperf3 測試串流。建議您至少執行四項測試，最多執行十項測試，以取得實用結果。

在另一個終端機中，於連線的一端 (VM 或地端部署機器) 執行 iperf3 伺服器。如要使用多個串流，需要多個 iperf3 伺服器。
執行 iPerf3 工具，並加上 udp 標記，測試 Cloud Interconnect。如果已達到所選的 UDP 輸送量，請執行進一步的疑難排解步驟。
如要從指令列執行多個 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，爭取更可靠的結果。

    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%，表示 CPU 是 iperf3 執行緒的效能瓶頸。在這種情況下，請使用 Netperf 工具，因為該工具支援多個 CPU。

如果無法執行 Netperf，可以同時在不同終端機和不同連接埠上啟動多個 iPerf3 伺服器和用戶端。

分析測試結果

請按照下列步驟操作。

檢查 iperf3 用戶端結果，瞭解頻寬和封包遺失情形。
檢查 iperf3 伺服器結果，確認是否有任何封包順序錯誤。
執行封包擷取分析。執行下列指令，將 pcap 檔案轉換為文字檔。
```
tcpdump -A -[PCAP-FILENAME].pcap > [TXT-FILENAME].txt
```

執行下列指令，取得封包總數和亂序封包。

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

以下分析結果顯示效能測試期間的封包遺失情形：

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