bc10-router/ネットワークパフォーマンス測定

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bc10-router

bc10-routerのネットワークパフォーマンス測定
更新記録

bc10-routerのネットワークパフォーマンス測定 †

bc10-router/arago-projectとPCを使用し各ネットワークパフォーマンスを測定しました。

本稿ではその際のネットワーク構成、測定機器、測定ツールや測定手順について記載をします。

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ネットワーク構成、機器接続構成 †

ネットワーク構成と測定機器、測定ツールについて記載をします。
ネットワーク構成は以下のとおりです。

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測定機器 †

スループットの測定では測定ツールを動作させるマシンの処理能力が影響するため、
テストに使用する機器のスペック、処理能力を以下に挙げます。

bc10-router

CPU : ARMv7 Processor rev 3 (v7l)　（OMAP3530 600MHz）
- BogoMIPS : 585.04
OS : arago-projectベースLinux
- kernel : 3.3.7
USBACパワードHUB
WAN側インタフェース : USB-Ethernetアダプターバッファロー LUA3-U2-ATX（ASIX AX88772）
LAN側インタフェース（アクセスポイント） : USB Wi-Fi アダプターバッファロー WLI-UG-G301N（Ralink 2870USB）

PC1

CPU : Intel(R) Atom(TM) CPU N280 @ 1.66GHz
- CPU MHz : 800.000 x2
- BogoMIPS : 3324.89
OS : Ubuntu 12.04(32bit)
- kernel : 3.2.0-34-generic-pae
ネットワークインタフェース : Atheros Communications Inc. AR8132 Fast Ethernet

PC2

CPU : Intel(R) Atom(TM) CPU N270 @ 1.60GHz
- CPU MHz : 800.000 x2
- BogoMIPS : 3191.84
OS : Ubuntu 12.10(32bit)
- kernel : 3.5.0-19-generic
ネットワークインタフェース : USB Wi-Fi アダプター LAN-W150N/U2IPH（Ralink 2870USB）

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測定ツール †

測定に使用したアプリケーションは以下のものです。

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iperf †

http://iperf.sourceforge.net/
The National Laboratory for Applied Network Research(NLANR).Distributed Applications Support Team(DAST).
（すでにこの組織/Projectは終了し現在は存在しません。）
で開発され、オープンソース・ソフトウェアとしてメンテナンスが続けられているネットワークスループット測定ツールです。
サーバ機能とクライアント機能を持ち、同じコマンドをネットワークの各終端でサーバとクライアントとして動作させ
２点間のスループットを測定することができます。

コマンド実行例

サーバ側

# iperf -s
------------------------------------------------------------
Server listening on TCP port 5001
TCP window size: 85.3 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  4] local 192.168.0.121 port 5001 connected with 192.168.0.138 port 57944
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  4]  0.0-10.1 sec   113 MBytes  93.9 Mbits/sec

実行するとクライアントからの通信を待ち受け、通信を受けると測定結果を表示します。
default では TCP port5001 を待ち受けます。

クライアント側

# iperf -c 192.168.0.121
------------------------------------------------------------
Client connecting to 192.168.0.121, TCP port 5001
TCP window size: 20.7 KByte (default)
------------------------------------------------------------
[  3] local 192.168.0.138 port 57944 connected with 192.168.0.121 port 5001
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth
[  3]  0.0-10.0 sec   113 MBytes  94.4 Mbits/sec

指定したサーバ側に向けて10秒間にどれだけのデータを送ることができたかでスループットを計測します。

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nuttcp †

http://www.nuttcp.net/nuttcp/Welcome%20Page.html
ttcpを改良したnttcpを元に開発されたネットワークパフォーマンス測定ツールです。
iperfと同様、同じnuttcpコマンドを一方のPCではサーバとして実行し、
もう一方のPCからサーバの待ち受けしているPCへ通信を行いベンチマークを測定します。

コマンド実行例

サーバ側
```
# nuttcp -S
```

クライアント側
以下の実行例では -i で1秒ごとに状況を表示させています。

# nuttcp -i1 192.168.30.1
   3.4375 MB /   1.00 sec =   28.8239 Mbps     0 retrans
   4.2500 MB /   1.00 sec =   35.6477 Mbps     0 retrans
   4.4375 MB /   1.00 sec =   37.2260 Mbps     0 retrans
   4.0000 MB /   1.00 sec =   33.5599 Mbps     0 retrans
   4.1875 MB /   1.00 sec =   35.1245 Mbps     0 retrans
   4.6250 MB /   1.00 sec =   38.7930 Mbps     0 retrans
   5.0625 MB /   1.00 sec =   42.4717 Mbps     0 retrans
   4.7500 MB /   1.00 sec =   39.8342 Mbps     0 retrans
   4.8750 MB /   1.00 sec =   40.8950 Mbps     0 retrans
   4.9375 MB /   1.00 sec =   41.4344 Mbps     0 retrans

  44.8750 MB /  10.07 sec =   37.3973 Mbps 3 %TX 18 %RX 0 retrans 2.07 msRTT

10.07秒で44.8750MBのデータを送信しているので37.3973Mbpsの速度が出ています。
TXはクライアント側のCPU使用率、
RXはサーバ側のCPU使用率、
retransはTCP再送パケット数
msRTTは往復遅延時間(RoundTripTime/micro second単位)
です。

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測定手順 †

ルーターとしてのパフォーマンスを測定するためには、上記ネットワーク構成図の
bc10-router を挟んだ WAN側 PC1 と LAN側 PC2 の間で測定ツールを動作させ、
スループットを測定する必要があります。

また、ルーターとしてのパフォーマンス上
ネットワークの経路のどの部分がボトルネックになっているかを調べるため、
・WAN側インタフェース間 PC1 --- bc10-router eth0
・LAN側インタフェース間 bc10-router wlan0 --- PC2
のスループットも測定します。

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測定結果 †

測定は
WAN側: サーバ動作
LAN側: クライアント動作
で行い、10回試行した平均求めています。
iperf はクライアント側で表示された計測値を使用しています。

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PC1---bc10-router eth0間 †

iperfによる測定
WAN側: PC1 iperf -s
LAN側: bc10-router iperf -c 192.168.0.121

回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Avg.
Mbps 94.3 94.4 94.3 94.4 94.5 94.5 94.5 94.4 94.5 94.5 94.4

nuttcpによる測定
WAN側: PC1 nuttcp -S
LAN側: bc10-router nuttcp 192.168.0.121

回	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Avg.
Mbps	93.8193	93.8823	93.8867	93.8905	93.8875	93.8842	93.8800	93.8964	93.8765	93.8819	93.8785
%TX	51	50	50	50	50	50	49	50	50	49	49.9
%RX	23	23	23	23	23	23	23	23	23	23	23
retrans	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
msRTT	0.73	0.85	1.17	0.92	0.89	0.89	0.89	1.04	0.85	1.37	0.96

有線接続のため変動はほとんどなく、100Mの性能上限までスループットが出ています。　

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bc10-router wlan0---PC2間 †

iperfによる測定
WAN側: bc10-router iperf -s
LAN側: PC2 iperf -c 192.168.30.1

回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Avg.
Mbps 25.9 23.9 18.5 18.8 20.1 18.2 20.0 19.2 18.4 21.3 20.4

nuttcpによる測定
WAN側: bc10-router nuttcp -S
LAN側: PC2 nuttcp 192.168.30.1

回	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	Avg.
Mbps	18.8347	17.9976	19.0259	19.7316	18.6814	19.8820	20.3099	20.0888	18.5085	21.3733	19.4434
%TX	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1
%RX	10	9	10	10	10	10	10	10	10	11	10
retrans	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
msRTT	2.62	1.48	1.65	1.83	1.73	1.75	1.64	5.18	1.68	1.47	2.10

bc10-routerのAPは11nで設定してあり、クライアントのPC2もワンストリームの11nで接続していますが
11gの最高実効性能を少し上回る程度のスループットしか出ていません。
無線ルーターとしてはこの通信区間が速度のボトルネックになっています。

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PC1---(bc10-router)---PC2間 †

iperfによる測定
WAN側: PC1 iperf -s
LAN側: PC2 iperf -c 192.168.0.121

回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Avg.
Mbps 25.1 23.1 25.6 22.8 22.2 22.7 19.5 19.0 17.8 20.7 21.85
nuttcpによる測定
WAN側: PC1 nuttcp -S
LAN側: PC2 nuttcp 192.168.0.121

回 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Avg.
Mbps 26.7209 21.7524 23.4219 23.3507 22.5851 21.9455 19.2291 20.6303 19.0659 19.6408 21.8342
%TX 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
%RX 8 7 7 7 7 7 6 6 6 6 6.7
retrans 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
msRTT 1.80 1.79 1.71 2.02 2.16 4.13 1.77 1.80 1.93 2.21 2.13

測定ツールのサーバ側、クライアント側ともCPU処理性能がbc10を上回るPCで動作させて測定しているため、
bc10-router wlan0--PC2間よりスループットが上回っています。
AP-PC2間が無線LANのため周囲の電波状況によりやや大きな変動がありますが、22Mbps前後のスループットが出ています。

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更新記録 †

2012/12/14 初稿公開
2012/12/18 文言追加修正
2013/01/08 文言修正
2013/01/10 構成図修正、ページ名修正