01網(wǎng)絡(luò)時(shí)延概述
網(wǎng)絡(luò)時(shí)延（Network latency）是指一個(gè)報(bào)文或分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一個(gè)端所需要的時(shí)間。它包括了發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延、處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延。發(fā)送時(shí)延是主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間，即從發(fā)送數(shù)據(jù)的第一個(gè)比特開(kāi)始，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。傳播時(shí)延則是數(shù)據(jù)在物理媒介中傳輸所需要的時(shí)間，它與信號(hào)傳播速度和傳輸距離有關(guān)。
02網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的降低成為科技發(fā)展上升的關(guān)鍵趨勢(shì)
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(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》的文件，里面強(qiáng)調(diào)降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)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(jì)劃提出升級(jí)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(shí)延、提升數(shù)據(jù)傳輸效率。同時(shí)，推動(dòng)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(hù)服務(wù)體驗(yàn)。這些舉措將有效推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的整體提升。
低時(shí)延網(wǎng)絡(luò)傳輸研究進(jìn)展：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所的李振宇研究員帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)對(duì)低時(shí)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(shí)延，滿(mǎn)足了視頻直播等業(yè)務(wù)需求。
時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)白皮書(shū)：詳細(xì)介紹了時(shí)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(chē)聯(lián)網(wǎng)、音視頻等領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，并提供了技術(shù)和應(yīng)用趨勢(shì)的展望。
5G承載網(wǎng)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)-ZTE：5G三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景對(duì)5G回傳承載在帶寬、時(shí)延、同步、IPv6和切片等方面提出剛性需求。
03時(shí)延測(cè)試需求
在當(dāng)今快速發(fā)展的信息技術(shù)時(shí)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(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)延測(cè)試的需求日益增長(zhǎng)，這不僅涉及到對(duì)設(shè)備處理數(shù)據(jù)包的響應(yīng)速度進(jìn)行精確測(cè)量，還包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲的一致性和可預(yù)測(cè)性進(jìn)行評(píng)估。時(shí)延測(cè)試需求的核心在于驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在不同負(fù)載條件下的時(shí)延表現(xiàn)，確保在高峰時(shí)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(shí)延測(cè)試對(duì)于優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置、提升服務(wù)質(zhì)量和滿(mǎn)足特定應(yīng)用場(chǎng)景的時(shí)延敏感性至關(guān)重要。
網(wǎng)絡(luò)時(shí)延測(cè)試的對(duì)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(píng)估。對(duì)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(shí)延的性能尤其受到重視，因?yàn)檫@些場(chǎng)所對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性（Real-Time Performance）和可靠性（Reliability）有著極高的要求。
04時(shí)延測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范
RFC1242（網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備基準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)）提供兩種不同的延遲定義，根據(jù)測(cè)試設(shè)備（DUT）或測(cè)試系統(tǒng)類(lèi)型、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備或直通設(shè)備（SUT）。
RFC2544對(duì)RFC1242中的性能評(píng)測(cè)內(nèi)容，規(guī)定了具體測(cè)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(cè)試術(shù)語(yǔ)）定義了最后到最后（LTL）度量，也稱(chēng)為最后進(jìn)，最后出（LILO），稱(chēng)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(shí)開(kāi)始，到從DUT/SUT的輸出端口接收到輸出IP包的最后一點(diǎn)時(shí)結(jié)束的時(shí)間間隔；以下為4種測(cè)試時(shí)延的模式以及對(duì)應(yīng)場(chǎng)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)
縮寫(xiě) 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 適用場(chǎng)景
LIFO RFC 1242 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備 (store-and-forward）
FIFO RFC 1242 直通轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備 (cut-through)
LILO RFC 4689 多臺(tái)設(shè)備互聯(lián) (interconnection)
FILO - 測(cè)試儀表自檢 ( Self inspection)
05網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的構(gòu)成
1、發(fā)送時(shí)延：
串行化時(shí)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(guò)一系列的轉(zhuǎn)換和封裝，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為串行化。串行化時(shí)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(shí)間。
接口隊(duì)列時(shí)延：數(shù)據(jù)被發(fā)送到NIC后，可能會(huì)在NIC的發(fā)送隊(duì)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(shí)延：
排隊(duì)時(shí)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(duì)列中等待一段時(shí)間。
處理時(shí)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(shí)間來(lái)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(cuò)檢驗(yàn)等操作。
3、傳播時(shí)延：
物理介質(zhì)傳播時(shí)延：數(shù)據(jù)包在物理介質(zhì)（如光纖、電纜等）中傳輸時(shí)所需的時(shí)間。這個(gè)時(shí)間取決于物理介質(zhì)的長(zhǎng)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(shí)延測(cè)量
一、測(cè)試前測(cè)試儀表的自檢
1、理論計(jì)算：
通過(guò)(FILO)的時(shí)延測(cè)量方法去測(cè)量幀插入時(shí)間(FIT)來(lái)驗(yàn)證測(cè)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(shí)間，理論上以太網(wǎng)幀插入時(shí)間測(cè)量應(yīng)與以下公式相匹配。
計(jì)算公式：
其中，T為幀插入時(shí)間（秒），L為幀長(zhǎng)（位），R為發(fā)送速率（bps）。因此，計(jì)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(shí)間：
2、儀表自檢實(shí)操：
儀表預(yù)約兩個(gè)端口，分別命名為A端口與B端口，兩個(gè)端口用一根短距離的網(wǎng)線(xiàn)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(jì)，常規(guī)流包含了最常見(jiàn)的字節(jié)長(zhǎng)度，同時(shí)盡量每條流之間間隔128byte），且修改流名稱(chēng)與定長(zhǎng)相同以便后續(xù)時(shí)延的觀察統(tǒng)計(jì)；
2）設(shè)定時(shí)延的模式為FILO，并關(guān)閉儀表的時(shí)延補(bǔ)償功能；
3）發(fā)送流量并觀察結(jié)果；
通過(guò)觀察我們發(fā)現(xiàn)，測(cè)試出來(lái)的時(shí)延值，隨著字節(jié)的增大而增大，且每增加128字節(jié)的幀長(zhǎng)，所增加的時(shí)延為1.024us、這里我們注意到儀表自環(huán)情況下會(huì)有一個(gè)時(shí)延抖動(dòng)值。（由于本次使用的bigtao系列測(cè)試儀對(duì)應(yīng)板卡的時(shí)延精度為8ns，所以這里產(chǎn)生了0.008us的抖動(dòng)值）
4）測(cè)量?jī)x表自環(huán)值
當(dāng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，由于儀表本身會(huì)引入一定的時(shí)延，并且這種時(shí)延會(huì)隨儀表的物理端口速率變化而有所不同，為確保測(cè)試的準(zhǔn)確性，我們可以按照以下步驟測(cè)試出儀表的自環(huán)時(shí)延：
儀表設(shè)置FIFO模式
關(guān)閉儀表的時(shí)延補(bǔ)償功能
進(jìn)行時(shí)延測(cè)試
測(cè)試得到當(dāng)前儀表自環(huán)的時(shí)延值為1.263us，如下圖所示：
二、測(cè)試實(shí)戰(zhàn)
本次測(cè)試使用了華為的S5720交換機(jī)，兩口互聯(lián)進(jìn)行時(shí)延測(cè)試，由于交換機(jī)的端口沒(méi)有配置其他的屬性，因此交換機(jī)為直通轉(zhuǎn)發(fā)模式。
測(cè)試條件：
配置模式為FIFO（測(cè)試直通設(shè)備）
關(guān)閉時(shí)延補(bǔ)償
設(shè)置發(fā)送的時(shí)延補(bǔ)償為：-1263ns（提前測(cè)的的儀表自環(huán)值）
根據(jù)結(jié)果分析：
該交換機(jī)測(cè)試的平均時(shí)延值為：15.702us。
07DarYu-X/BigTao-V系列網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀
DarYu-X系列和BigTao-V系列網(wǎng)絡(luò)測(cè)試儀，均采用先進(jìn)的模塊化設(shè)計(jì)理念，由機(jī)箱、高性能板卡和用戶(hù)友好的軟件構(gòu)成。測(cè)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(xiàng)，以滿(mǎn)足企業(yè)用戶(hù)在測(cè)試需求上的快速增長(zhǎng)和未來(lái)業(yè)務(wù)的拓展。DarYu-X系列以其2.5納秒的幀時(shí)戳分辨率，而B(niǎo)igTao-V系列則以8納秒的分辨率，均能實(shí)現(xiàn)高精度的時(shí)延測(cè)試。這些技術(shù)突破為通信行業(yè)的時(shí)延測(cè)試提供了強(qiáng)有力的支持，推動(dòng)了高精度測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，確保企業(yè)在通信領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力和創(chuàng)新能力。 
