设备整机吞吐率、应用层协议吞吐率、三层吞吐率、七层吞吐率分别是如何计算的？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2018-08-30 03:15 标签： 应用层

谈及到网络设备的性能指标，大家总是习惯性的联想到吞吐量、丢包率等网络层性能指标。诚然，以吞吐量为代表的网络层指标概念清晰，易于测量，对于用户选型传统防火墙等典型网络层设备起到了很好的指导作用。但随着近年来应用需求和网络技术的发展，用户不再满足于基本的数据通信能力，而是更多关注业务本身的运营效率与安全，希望看到网络流量中用户、应用、内容等可理解的信息，随之而来的是应用层网络设备的不断涌现。如何客观公正的评估这些新一代安全设备的性能，成为摆在用户面前亟待解决的问题。

网络设备性能评估需要费厄泼赖

与传统网络设备相比，应用层网络设备不再简单的关注数据报文的转发，而是关注和应用协议相关的内容，如协议识别、应用特征识别、应用威胁识别等，并基于此开发功能特性。针对这些特性，通常应用层网络设备都有各种各样的识别引擎，无论何种算法，最基本的一个要求就是：必须把数据包解封到OSI模型第七层，即应用层。而网络层设备以数据包转发为主要目的，只关心数据包转发能力，只需要解封到第三层，找到对应的IP地址和端口信息即可。

数据包封装和解封，层次越多，CPU的计算负载就越高，这会直接体现在性能上的衰减。同样处理能力的CPU，处理网络层数据转发和应用层识别，所呈现的性能参数是完全不同的，不能放在一起横向比较。使用传统网络层性能指标来评价应用层设备的性能，显然有悖于现代社会所倡导的费厄泼赖（Fair Play）精神。

应用层性能测试的本地化实践

应用层设备的性能测试指标，并不是什么新生事物。全球知名的独立安全研究和评测机构NSS Labs已经提出过比较详细的评估指标，包括网络层吞吐量、网络层新建连接速率、应用层吞吐量和应用层新建连接速率四个指标。之所以将一些网络层的评估指标也引入到了对应用层设备的评估，是为了衡量被测设备的基础数据转发能力，确保工作引擎在攻击流量下仍有足够的应用层处理能力。

NSS Labs的测试指标与方法具有普遍性，适用于品类多、覆盖广的通用性测试，但没有充分考虑产品实测的流量模型，尤其是没有考虑到中国本土网络环境下的热点应用、网络条件和使用方法等地域性特征。就此缺点，国内有安全厂商提出了更贴近中国市场“真实世界”的本地化性能测试指标和方法建议，具体包括以下几个指标：

测试方法：在开启应用识别引擎的前提下，通过发送平均21K大小HTTP页面来测试设备应用层最大吞吐量，且只能计算成功获得HTTP响应的连接。

（说明：选取大小为21K的页面，是基于该厂商对多家高校、运营商等典型网络环境的长期流量统计，总结得出对于每Gbps的流量，包速率采用185Kpps、平均包长670字节、新建连接速率5000个/秒，能够比较准确地描述实际流量，可以作为实际性能测试的流量模型。将流量换算为HTTP页面，恰好为21K。）

2. 开启IPS的应用层吞吐量

测试方法：在开启应用识别引擎、IPS引擎的前提下，通过发送平均21K大小HTTP页面来测试设备应用层最大吞吐量，且只能计算成功获得HTTP响应的连接。

（说明：本项测试主要针对下一代防火墙（NGFW）设备。由于IPS开启会较大影响整体性能，因此有必要考察开启IPS功能后设备的性能表现。）

测试方法：发送64字节大小的HTTP页面，且必须获得正常的HTTP响应，计算每秒可以建立的最大HTTP连接数。

测试方法：发送1518字节UDP数据包来测试设备网络层最大吞吐量，与传统方法相同。

测试方法：正常建立和销毁1字节负荷的TCP连接，来计算最大TCP新建连接数。

由于网络层设备与应用层设备的特点与差异，传统的网络层性能标准无法有效衡量应用层网络设备的能力。基于业界权威的标准和测试方法，并结合对中国本土化应用层流量模型特征，建议使用四项通用指标来评估应用层网络设备性能：应用层吞吐量，应用层新建速率，网络层吞吐量，网络层新建速率。其中应用层指标可以作为主要指标，网络层指标可作为参考指标。此外，对于下一代防火墙设备，还需要考察开启IPS功能后的应用层吞吐能力。

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PS：每一层都有纠错，物理层有纠错电平，属于信道FEC编码

基于以上这些缺点，使用这几种差错控制技术并不能保证IPTV业务的视频传输质量，但如果在IP网络上采用端到端的应用层可靠性解决方案，则能很好的提供IPTV业务[5]。事实上应用层前向纠错(AL-FEC)技术就提供了这样一种简单而强有力的方法来解决网络丢包问题，从而保证了端到端的可靠性。与链路层和物理层FEC(主要是实现纠错功能)相比，AL-FEC透明地工作在IP层之上的应用层，它应用在诸如IPTV流之类的特殊的端到端应用流。一种典型的应用情况是，AL-FEC发送端在IPTV服务器处对所有或选择的一组IPTV流进行处理，然后相应的AL-FEC接收端在终端设备处进行处理。AL-FEC的价值在于IPTV流在即使有丢包的情况下，终端用户的观看质量可以和原始视频流一样高。IPTV中的AL-FEC大致可分为3种[6]：Raptor编码、Pro-MPEG CoP3编码以及FEC与重传相结合。


    AL-FEC的基本思想在于纠删码的使用。在AL-FEC发送端，对IPTV流进行分割，分成大小相同的数据包，通过纠删码编码器对这些数据包编码产生修复数据包，将修复数据包和原始数据包一同发往接收端。在AL-FEC接收端，纠删码译码器通过修复数据包和原始数据包来恢复所有的原始IPTV流。理想的情况是：接收端只要接收到N 个编码数据包中的任意K 个数据包就能完全恢复所有数据，整个过程如图1所示。

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