基于wireshark的udp點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信性能分析

揚(yáng)州萬(wàn)方電子技術(shù)有限責(zé)任公司 陶 婭 孫晏清 夏小麗

1 引言

網(wǎng)絡(luò)通信由于其靈活、帶寬大、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)已在各行各業(yè)中廣泛使用，相較于串口、并口、CAN口通信，UDP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信具有自帶協(xié)議、帶寬大、使用簡(jiǎn)單的特點(diǎn)。但實(shí)際場(chǎng)景中是多個(gè)設(shè)備、多個(gè)端口、多種協(xié)議、多個(gè)子網(wǎng)之間的復(fù)雜環(huán)境，其無(wú)連接、不可靠特性會(huì)因?yàn)閻毫拥木W(wǎng)絡(luò)環(huán)境而大幅降低通信質(zhì)量。為此在實(shí)際使用UDP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信時(shí)應(yīng)在實(shí)際的使用環(huán)境中進(jìn)行大量的測(cè)試分析，從而修改、優(yōu)化整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌罱K達(dá)到在最劣情況下滿足應(yīng)用業(yè)務(wù)需求的目標(biāo)。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)是終端和終端之間的直接通信，而終端的形式和系統(tǒng)種類都比較豐富，為此一種跨平臺(tái)、兼容好的測(cè)試軟件是測(cè)試業(yè)務(wù)開展的重要手段。Wireshark是一款開源、跨平臺(tái)、穩(wěn)定的專業(yè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓包和分析工具，經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用的檢驗(yàn)，能抓取和分析多種網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，可滿足點(diǎn)對(duì)點(diǎn)間UDP傳輸通信性能的分析需求。

2 Wireshark功能及應(yīng)用場(chǎng)景分析

目前終端可能出現(xiàn)的形式有桌面式、服務(wù)器式、嵌入式，可能的連接方式為有線/無(wú)線直連、有線/無(wú)線中轉(zhuǎn)連接，可能運(yùn)行的操作系統(tǒng)可能為Windows、MAC OS、Linux和UNIX、安卓等，因此面對(duì)終端形式、連接方式、運(yùn)行系統(tǒng)多樣化的現(xiàn)狀，選取一種體驗(yàn)統(tǒng)一、性能優(yōu)良、功能豐富的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓取分析軟件就顯得尤為重要。

收集、分析了當(dāng)前市面上可查、通用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)抓取分析軟件，從跨平臺(tái)、費(fèi)用、分析能力三個(gè)角度進(jìn)行分析，為數(shù)據(jù)抓取分析軟件的選型提供支撐。收集到的軟件及其分析如表1所示。

表1 各網(wǎng)絡(luò)分析工具多維度分析

通過表1的維度分析，可知選取Wireshark作為數(shù)據(jù)抓取和分析軟件是。

Wireshark主要用于一般分析任務(wù)、故障任務(wù)、安全分析任務(wù)、應(yīng)用程序分析任務(wù)，其功能強(qiáng)大，滿足點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的UDP性能測(cè)試需求。

（1）一般分析任務(wù)可用于：

A.找出一個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)包最多的終端；

B.查看終端使用的程序；

C.抓取正常的網(wǎng)絡(luò)通信數(shù)據(jù)；

D.驗(yàn)證特有的網(wǎng)絡(luò)操作；

E.監(jiān)測(cè)嘗試連接無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的終端；

F.捕獲多個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)；

G.實(shí)施無(wú)人值守?cái)?shù)據(jù)捕獲。

（2）故障任務(wù)分析可用于：

A.創(chuàng)建自定義的故障分析環(huán)境；

B.確定路徑、客戶端和服務(wù)延遲；

C.檢查應(yīng)用程序錯(cuò)誤相應(yīng)；

D.可視化網(wǎng)絡(luò)問題；

E.確定重載緩沖區(qū)；

F.找出重復(fù)IP；

G.確定WLAN強(qiáng)度；

H.確定程序的網(wǎng)絡(luò)片段。

（3）安全分析的任務(wù)可用于：

A.創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)取證的自定義分析環(huán)境；

B.檢查使用非標(biāo)準(zhǔn)端口的應(yīng)用程序；

C.確定映射遠(yuǎn)程目標(biāo)地址；

D.檢查惡意畸形幀；

E.找出攻擊簽名的關(guān)鍵因素。

（4）應(yīng)用程序分析任務(wù)可用于：

A.分析應(yīng)用程序的協(xié)議工作狀態(tài)；

B.統(tǒng)計(jì)應(yīng)用程序的帶寬使用情況。

3 典型UDP通信場(chǎng)景及測(cè)試方法

典型的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景為直連、有交換無(wú)路由、有交換有路由，直連多用于對(duì)象始終確定的情況；有交換無(wú)路由多用于同一子網(wǎng)內(nèi)的通信；有交換有路由多用于跨子網(wǎng)間的通信。典型的直連場(chǎng)景如圖1所示，有交換無(wú)路由的場(chǎng)景如圖2所示，有交換有路由的場(chǎng)景如圖3所示。

圖1 典型直連網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景

圖2 典型有交換無(wú)路由網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景

圖3 典型有交換有路由網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景

圖4 基于wireshark的測(cè)試流程

從圖1、2、3可以看出可以在能安裝wireshark的終端上安裝，針對(duì)不能安裝的終端可以采取外接交換機(jī)的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在有外部交換機(jī)的基礎(chǔ)上可以采用ARP欺騙或者端口映射的方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，ARP欺騙利用MAC地址欺騙，能夠使交換機(jī)認(rèn)為存在兩個(gè)符合目標(biāo)的終端，從而達(dá)到復(fù)制數(shù)據(jù)流的目的；端口映射需要交換機(jī)的支持，通過對(duì)交換機(jī)的配置能夠使交換機(jī)將待監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)流進(jìn)行相同復(fù)制后傳給指定的能夠安裝wireshark的終端，從而達(dá)到進(jìn)行監(jiān)測(cè)的目的。

綜上，使用wireshark進(jìn)行數(shù)據(jù)捕捉及分析時(shí)，應(yīng)首先分析整個(gè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼敖K端系統(tǒng)，在能夠安裝wireshark的終端安裝軟件進(jìn)行捕捉及分析，若該終端不能安裝軟件，則利用交換機(jī)進(jìn)行終端數(shù)據(jù)流的鏡像捕獲，從而達(dá)到分析的目的。基于wireshark的測(cè)試流程如圖4所示。

4 通信性能測(cè)試關(guān)鍵過程

通信性能測(cè)試首要是通過網(wǎng)卡過濾確定需要捕獲的數(shù)據(jù)流，以便于分析，否則多個(gè)端口、多種協(xié)議會(huì)影響實(shí)際的判斷，然后根據(jù)需求進(jìn)行顯示過濾，凸顯需要分析的數(shù)據(jù)幀，然后根據(jù)需求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終完成通信性能分析。

（1）網(wǎng)卡過濾操作

網(wǎng)卡過濾也叫捕獲過濾，是網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)經(jīng)過的第一層過濾器。捕獲過濾首先應(yīng)確定捕獲的網(wǎng)卡，然后根據(jù)伯克利數(shù)據(jù)包過濾器語(yǔ)法進(jìn)行過濾語(yǔ)句編寫。假設(shè)需捕獲192.168.1.15中端口為50001端口的UDP數(shù)據(jù)，則捕獲語(yǔ)句為：host 192.168.1. 15 and udp port 5001。

（2）幀間時(shí)延顯示過濾操作

Udp數(shù)據(jù)的幀間時(shí)延是通信性能考核的重要指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行分析需要不僅需要進(jìn)行顯示過濾的編寫，還需要進(jìn)行幀顯示時(shí)間格式的設(shè)置，通過將時(shí)間顯示格式設(shè)置為自上一個(gè)顯示分組經(jīng)過的秒數(shù)，則會(huì)出現(xiàn)幀間間隔，如果此時(shí)需要測(cè)試時(shí)延指標(biāo)，則可以使用伯克利數(shù)據(jù)包過濾器語(yǔ)法進(jìn)行顯示過濾語(yǔ)句的編寫，如周期幀時(shí)延不得超過40ms，則過濾語(yǔ)句為frame.time_delta＞0.040。

綜上，對(duì)UDP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的測(cè)試主要依賴捕獲過濾及顯示過濾，通過編寫過濾語(yǔ)句進(jìn)行所需數(shù)據(jù)流的篩選，進(jìn)而完成通信性能測(cè)試。

5 總結(jié)

UDP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信性能因?yàn)閺?fù)雜的終端形式、連接方式、操作系統(tǒng)及復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境而波動(dòng)，為評(píng)估和優(yōu)化通信質(zhì)量，介紹了wireshark的功能和優(yōu)勢(shì)，通過分析典型UDP通信場(chǎng)景及通用測(cè)試方法為實(shí)際測(cè)試提供參考，分析了wireshark進(jìn)行測(cè)試的基本步驟即捕獲過濾和顯示過濾再配合其他功能完成性能測(cè)試。為UDP點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的測(cè)試提供支撐，為其他網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的捕獲及分析提供參考。