7/08/2024，光纖在線訊，01. 網(wǎng)絡(luò)時延概述：網(wǎng)絡(luò)時延（Network latency）是指一個報文或分組從一個網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一個端所需要的時間。它包括了發(fā)送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延。發(fā)送時延是主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時間，即從發(fā)送數(shù)據(jù)的第一個比特開始，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。傳播時延則是數(shù)據(jù)在物理媒介中傳輸所需要的時間，它與信號傳播速度和傳輸距離有關(guān)。

02. 網(wǎng)絡(luò)時延的降低成為科技發(fā)展上升的關(guān)鍵趨勢
    根據(jù)工業(yè)和信息化部關(guān)于印發(fā)《新型數(shù)據(jù)中心發(fā)展三年行動計劃（2021-2023年）》的文件，里面強(qiáng)調(diào)降低網(wǎng)絡(luò)時延作為關(guān)鍵任務(wù)，旨在提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和科技發(fā)展水平。計劃提出升級骨干網(wǎng)、優(yōu)化直聯(lián)點(diǎn)布局，并優(yōu)化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以降低時延、提升數(shù)據(jù)傳輸效率。同時，推動邊緣數(shù)據(jù)中心互聯(lián)組網(wǎng)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置，以提升用戶服務(wù)體驗。這些舉措將有效推動網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的整體提升。

低時延網(wǎng)絡(luò)傳輸研究進(jìn)展：中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所的李振宇研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊對低時延網(wǎng)絡(luò)傳輸進(jìn)行了深入研究，提出了多路徑協(xié)同傳輸協(xié)議和端-邊-云協(xié)同傳輸機(jī)制，顯著降低了傳輸時延，滿足了視頻直播等業(yè)務(wù)需求。

時間敏感網(wǎng)絡(luò)白皮書：詳細(xì)介紹了時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）技術(shù)的發(fā)展背景、關(guān)鍵技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，探討了TSN在智能制造、車聯(lián)網(wǎng)、音視頻等領(lǐng)域的應(yīng)用場景，并提供了技術(shù)和應(yīng)用趨勢的展望。

5G承載網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢-ZTE：5G三大業(yè)務(wù)場景對5G回傳承載在帶寬、時延、同步、IPv6和切片等方面提出剛性需求。

03. 時延測試需求
    在當(dāng)今快速發(fā)展的信息技術(shù)時代，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的性能直接影響到數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头�(wěn)定性。企業(yè)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時延測試的需求日益增長，這不僅涉及到對設(shè)備處理數(shù)據(jù)包的響應(yīng)速度進(jìn)行精確測量，還包括對網(wǎng)絡(luò)延遲的一致性和可預(yù)測性進(jìn)行評估。時延測試需求的核心在于驗證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在不同負(fù)載條件下的時延表現(xiàn)，確保在高峰時段也能保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)牡脱舆t和高吞吐量。此外，高精度的時延測試對于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置、提升服務(wù)質(zhì)量和滿足特定應(yīng)用場景的時延敏感性至關(guān)重要。

    網(wǎng)絡(luò)時延測試的對象廣泛，它不僅涵蓋了單一的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如交換機(jī)（Switch）、路由器（Router）和防火墻（Firewall）等，也包括了局域網(wǎng)絡(luò)（Local Area Network, LAN）的整體性能評估。對于政府機(jī)關(guān)（Government Agencies）、金融機(jī)構(gòu)（Financial Institutions）以及數(shù)據(jù)中心（Data Centers）等關(guān)鍵領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)時延的性能尤其受到重視，因為這些場所對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性（Real-Time Performance）和可靠性（Reliability）有著極高的要求。

04. 時延測試標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范
    RFC1242（[/b]網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備基準(zhǔn)術(shù)語）提供兩種不同的延遲定義，根據(jù)測試設(shè)備（DUT）或測試系統(tǒng)類型、存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備或直通設(shè)備（SUT）。

    RFC2544[/b]對RFC1242中的性能評測內(nèi)容，規(guī)定了具體測試方法和詳細(xì)的結(jié)果格式

    RFC4689（網(wǎng)絡(luò)層流量控制機(jī)制基準(zhǔn)測試術(shù)語）定義了最后到最后（LTL）度量，也稱為最后進(jìn)，最后出（LILO），稱為轉(zhuǎn)發(fā)延遲，而不是延遲。轉(zhuǎn)發(fā)延遲定義為從輸入IP包的最后一點(diǎn)提供給DUT/SUT的輸入端口時開始，到從DUT/SUT的輸出端口接收到輸出IP包的最后一點(diǎn)時結(jié)束的時間間隔；以下為4種測試時延的模式以及對應(yīng)場景：

    先進(jìn)先出(First -to- First)
    先進(jìn)后出(First -to- Last)
    后進(jìn)先出(Last -to- First)
    后進(jìn)后出(Last -to- Last)

      
05. 網(wǎng)絡(luò)時延的構(gòu)成
1、發(fā)送時延：
    串行化時延：數(shù)據(jù)從主機(jī)或應(yīng)用層到網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC）需要經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換和封裝，這個過程稱為串行化。串行化時延指的是將數(shù)據(jù)從并行傳輸轉(zhuǎn)換為串行傳輸所需的時間。

    接口隊列時延：[/b]數(shù)據(jù)被發(fā)送到NIC后，可能會在NIC的發(fā)送隊列中等待，直到NIC準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)。

2、節(jié)點(diǎn)處理時延：
    排隊時延：數(shù)據(jù)包到達(dá)路由器或交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備后，如果設(shè)備正在處理其他數(shù)據(jù)包或網(wǎng)絡(luò)擁塞，數(shù)據(jù)包可能需要在輸入隊列中等待一段時間。

    處理時延：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如路由器或交換機(jī)）在接收到數(shù)據(jù)包后，需要一定的時間來處理數(shù)據(jù)包的頭部信息，進(jìn)行路由選擇、轉(zhuǎn)發(fā)決策、差錯檢驗等操作。

3、傳播時延：
    物理介質(zhì)傳播時延：數(shù)據(jù)包在物理介質(zhì)（如光纖、電纜等）中傳輸時所需的時間。這個時間取決于物理介質(zhì)的長度和電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。

06. 如何進(jìn)行高精度時延測量
1、理論計算：
    通過(FILO)的時延測量方法去測量幀插入時間(FIT)來驗證測試儀器是否正確校準(zhǔn)。FIT(frame insertion time (FIT))是將幀放置在介質(zhì)上所需的時間，理論上以太網(wǎng)幀插入時間測量應(yīng)與以下公式相匹配。

計算公式：

      
    其中，T為幀插入時間（秒），L為幀長（位），R為發(fā)送速率（bps）。因此，計算出在1G以太網(wǎng)鏈路上為64字節(jié)的最小以太網(wǎng)幀的幀插入時間：

      
2、儀表自檢實操：
儀表預(yù)約兩個端口，分別命名為A端口與B端口，兩個端口用一根短距離的網(wǎng)線進(jìn)行互聯(lián)；

      
1）并且在A端口下創(chuàng)建不同的常規(guī)字節(jié)流（為了方便后續(xù)的統(tǒng)計，常規(guī)流包含了最常見的字節(jié)長度，同時盡量每條流之間間隔128byte），且修改流名稱與定長相同以便后續(xù)時延的觀察統(tǒng)計；

      
2）設(shè)定時延的模式為FILO，并關(guān)閉儀表的時延補(bǔ)償功能；

      
3）發(fā)送流量并觀察結(jié)果；

      
    通過觀察我們發(fā)現(xiàn)，測試出來的時延值，隨著字節(jié)的增大而增大，且每增加128字節(jié)的幀長，所增加的時延為1.024us、這里我們注意到儀表自環(huán)情況下會有一個時延抖動值。（由于本次使用的bigtao系列測試儀對應(yīng)板卡的時延精度為8ns，所以這里產(chǎn)生了0.008us的抖動值）

4）測量儀表自環(huán)值
    當(dāng)進(jìn)行測試時，由于儀表本身會引入一定的時延，并且這種時延會隨儀表的物理端口速率變化而有所不同，為確保測試的準(zhǔn)確性，我們可以按照以下步驟測試出儀表的自環(huán)時延：

· 儀表設(shè)置FIFO模式
· 關(guān)閉儀表的時延補(bǔ)償功能
· 進(jìn)行時延測試

    測試得到當(dāng)前儀表自環(huán)的時延值為1.263us，如下圖所示：

      
二、測試實戰(zhàn)
    本次測試使用了華為的S5720交換機(jī)，兩口互聯(lián)進(jìn)行時延測試，由于交換機(jī)的端口沒有配置其他的屬性，因此交換機(jī)為直通轉(zhuǎn)發(fā)模式。

測試條件：
· 配置模式為FIFO（測試直通設(shè)備）
· 關(guān)閉時延補(bǔ)償
· 設(shè)置發(fā)送的時延補(bǔ)償為：-1263ns（提前測的的儀表自環(huán)值）

      
根據(jù)結(jié)果分析：該交換機(jī)測試的平均時延值為：15.702us。

07. DarYu-X/BigTao-V系列網(wǎng)絡(luò)測試儀
    DarYu-X系列和BigTao-V系列網(wǎng)絡(luò)測試儀，均采用先進(jìn)的模塊化設(shè)計理念，由機(jī)箱、高性能板卡和用戶友好的軟件構(gòu)成。測試儀支持從1G到400G的多種以太網(wǎng)速率，提供靈活的擴(kuò)展選項，以滿足企業(yè)用戶在測試需求上的快速增長和未來業(yè)務(wù)的拓展。DarYu-X系列以其2.5納秒的幀時戳分辨率，而BigTao-V系列則以8納秒的分辨率，均能實現(xiàn)高精度的時延測試。這些技術(shù)突破為通信行業(yè)的時延測試提供了強(qiáng)有力的支持，推動了高精度測試技術(shù)的發(fā)展，確保企業(yè)在通信領(lǐng)域的競爭力和創(chuàng)新能力。

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