iPerf 网络吞吐测试

在 Mininet 中验证转发规则或调整链路参数后，可以用 iperf 生成 TCP、UDP 流量，观察端到端吞吐量、UDP 丢包和抖动。报告统计的是 socket 层的数据传输，不包含 IP、TCP、UDP 和链路层头部开销，不能直接当作物理链路利用率。

本文以 Linux 上的 iperf 2.1.9 为主，命令名为 iperf。版本对照和 JSON 示例采用 iperf 3.16，命令名为 iperf3。参数依据 iperf 2.1.9 官方发行源码中的 man/iperf.1、参数解析与报告实现，以及 iperf 3.16 手册。这两个版本用于说明本文的实验环境，安装其他版本时应重新核对两端的 --help 和版本号。

iperf 2 与 iperf 3

两者独立开发，测试协议不兼容。客户端和服务端需要使用同一系列工具，不能用 iperf 连接 iperf3 服务端。

项目	iperf 2.1.9（Linux）	iperf 3.16
默认端口	5001	5201
反向测试	-R 或 --reverse	-R
同时双向	--full-duplex，同一 socket 收发。-d 使用额外反向连接	--bidir，两个方向分别使用数据流
顺序双向	-r	分别运行普通测试和 -R 测试
-P n	客户端并行流数。服务端含义见后文	客户端并行流数
结构化输出	-y C 输出 CSV	-J 输出 JSON
TCP 拥塞算法	-Z algo	-C algo
IPv6	-V	-6，-V 表示详细输出
-Z	选择 TCP 拥塞算法	使用零拷贝发送
线程模型	本文使用的构建支持 POSIX 线程	从 3.16 起每条测试流使用独立线程

iperf 3.16 之前采用单线程处理测试流。这个变化记录在 3.16 发布说明中，不能再把“iperf 3 是单线程”作为各版本通用的结论。iperf 3 的 -d 是调试输出，也不是 iperf 2 的双向测试选项。

安装与实验环境

Debian、Ubuntu 可以通过包管理器安装：

sudo apt update
sudo apt install iperf iperf3
iperf --version
iperf3 --version

本文测试环境中的 iperf 2 输出如下：

iperf version 2.1.9 (14 March 2023) pthreads

pthreads 表示这个构建启用了 POSIX 线程。包管理器提供的版本随发行版而变化，记录实验结果时要保存客户端和服务端的实际版本。

下面的 iperf 2 示例使用 Mininet 2.3.0 的两主机拓扑。显式指定 IP 地址段，便于复现：

sudo mn --topo minimal --switch ovsbr --controller none --ipbase 10.0.1.0/24

进入 CLI 后检查地址和连通性：

mininet> h1 ip -brief address
mininet> h2 ip -brief address
mininet> pingall

h1、h2 的 IPv4 地址分别为 10.0.1.1、10.0.1.2。这里采用 OVS 独立桥，不依赖控制器。默认链路没有配置限速，因此测试值主要反映本机内核和 CPU 的处理能力。需要模拟链路带宽、时延或丢包时，可参考 Mininet 中的 TCLink 配置。

mininet> 是提示符，不属于命令。Mininet CLI 会把节点命令中的 h2 替换为对应 IP，但普通 shell 不会自动识别这个名字。下文使用完整 IP 地址。

最小 TCP 测试

在 h2 启动服务端，并保留进程对象和日志文件：

mininet> px import subprocess
mininet> px tcp_log = open('/tmp/h2-iperf-tcp.log', 'w')
mininet> px tcp_server = h2.popen(['iperf', '-s', '-p', '5001', '-i', '1'], stdout=tcp_log, stderr=subprocess.STDOUT)
mininet> h2 ss -ltn 'sport = :5001'

确认输出中出现监听记录后，在 h1 发起测试：

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -p 5001 -t 5 -i 1

默认方向为客户端 h1 向服务端 h2 发送数据。省略 -t 时，客户端默认发送 10 秒。后续 TCP 示例继续使用这个服务端，全部测试结束后再清理。

普通 TCP 报告包含三个主要字段：

字段	含义
Interval	本行统计的时间区间
Transfer	本端在该区间内写入或读出的数据量
Bandwidth	该数据量除以统计时长得到的平均速率

TCP 客户端通常报告写入 socket 的数据，服务端报告从 socket 读出的数据。两端的统计区间和结束时刻可能不同，短测试中数值也可能有差异。分析交付到接收端的吞吐量时，应同时保存服务端日志。

通用选项

-f 输出单位

-f 改变报告的显示单位，不改变发送速率：

取值	速率单位与换算
b、k、m、g	bit/s、Kbit/s、Mbit/s、Gbit/s，倍率为 1000
B、K、M、G	Byte/s、KByte/s、MByte/s、GByte/s，倍率为 1024
a、A	自动选择合适量级，分别显示 bit/s、Byte/s

默认使用 a。报告中的 Transfer 仍以字节计量，例如 MBytes 按 2²⁰ 字节换算，不能与十进制 Mbits/sec 混为一谈。

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -t 5 -f m
mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -t 5 -f K

数值参数的后缀是另一套规则。iperf 2.1.9 的 -b、-n、-l、-w 使用小写 k/m/g 表示 10³、10⁶、10⁹，大写 K/M/G 表示 2¹⁰、2²⁰、2³⁰。参数本身决定单位：-b 10M 是 10,485,760 bit/s，-n 100M 是 104,857,600 字节。

iperf 3.16 的速率参数 -b 使用十进制倍率，-b 10M 是 10,000,000 bit/s。跨工具比较时，可以直接写 -b 10000000，避免后缀差异。

-i 报告间隔

-i n 每隔 n 秒输出一次区间统计，结束时再输出汇总。iperf 2 默认不打印周期报告：

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -t 10 -i 2

区间平均值会掩盖区间内的短暂突发。调整 -i 也不会把吞吐测试变成逐包时延测量。

-l 应用缓冲区和 UDP 数据报长度

普通 TCP 测试默认使用 128K，即 131,072 字节的应用读写缓冲区。它不是 socket 缓冲区，也不表示每个 TCP 分段的长度。内核根据 MSS、拥塞控制和卸载设置处理 TCP 分段。

UDP 模式下，-l 指定 UDP 载荷长度，其中包含 iperf 自己的测量头。iperf 2.1.9 的 IPv4 默认值为 1470 字节，IPv6 客户端默认值为 1450 字节。

是否超出 MTU，要按路径上的 IP MTU 和实际头部计算。路径 MTU 为 1500，且没有 IP 选项、IPv6 扩展头或额外封装时，IPv4 UDP 载荷上限为 1472 字节，IPv6 为 1452 字节。默认值不是所有路径都能安全使用的保证，隧道等场景需要重新计算。

过大的数据报可能在发送时被拒绝。如果系统允许分片，也可能被拆成多个 IP 分片。IPv6 路由器不执行分片。若实验希望避免分片，应设置适合路径的长度，并通过抓包确认。

-m 查看 MSS

-m 打印 TCP MSS，-M n 则请求设置 TCP_MAXSEG，两者作用不同：

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -t 5 -m -e

计算 TCP MSS 选项值时，只扣除固定 IP 和 TCP 头部。IP MTU 为 1500 时，IPv4 为 1460 字节，IPv6 为 1440 字节。发送数据时还要为实际使用的 IP、TCP 选项留出空间，具体规则见 RFC 6691 §2。

iperf 2.1.9 的普通 TCP 客户端在 connect() 前生成设置报告，-m 此时读取的 MSS 可能尚未反映连接状态。本环境中，-m 打印 MSS size 536 bytes，连接行中的 icwnd/mss/irtt 却显示 MSS 为 1448。前者不能直接代表连接建立后的分段上限，排查时应结合连接报告、ss -ti 和抓包。

-p 端口

-p n 指定服务端监听端口或客户端目标端口，两端应一致。iperf 2 默认为 5001。相同地址、端口上的 TCP 和 UDP 是不同 socket，启动 TCP 服务端不会同时提供 UDP 接收服务。

-n 与 -t 结束条件

-n 指定传输字节数，-t 指定发送时长，通常选择其中一种：

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -n 100M
mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -t 60 -i 1

iperf 2.1.9 不会因同时出现 -n、-t 而一律报错，这两个选项按解析顺序切换结束模式。为避免歧义，不建议同时指定。连接建立、数据排空和结果交换还需要时间，进程总运行时间不一定等于 -t。

-w socket 缓冲区

-w n 请求设置内核 socket 缓冲区。iperf 2.1.9 的普通正向测试中，客户端设置发送缓冲区，服务端设置接收缓冲区。UDP 也使用相应的发送或接收缓冲区，并非只影响接收端。

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -t 5 -w 64K

TCP 接收窗口、拥塞窗口、RTT 和主机处理能力都会影响吞吐量。-w 的请求值不能直接当作 TCP 实际通告窗口。Linux 对这些缓冲区值的记账还包含额外空间，读回值可能是请求值的两倍，也可能受内核上限约束。本环境中请求 64K 后报告显示 128 KByte。需要检查两端实际设置和内核限制，而不能仅凭这行警告判断实验失败。

-N 关闭 Nagle

-N 设置 TCP_NODELAY，禁用 Nagle 算法。它主要影响小块 TCP 写入的合并行为，不能保证吞吐量或时延一定改善。对比实验应保持该选项一致。普通吞吐报告也不提供小报文 RTT，若要测往返时延，需要另选合适的测试方法。

-B 绑定本地地址或接口

服务端使用 -B 可限定监听地址，客户端使用它可指定源地址。例如：

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -B 10.0.1.1 -t 5

指定源地址不会替代路由选择。多网卡或多链路环境中，应先检查路由，必要时配置策略路由。Linux 上可使用 %dev 请求绑定设备，通常需要 root 或相应能力：

mininet> h1 ip route get 10.0.1.2 from 10.0.1.1
mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -B 10.0.1.1%h1-eth0 -t 5

UDP 组播服务端还可以通过 -B 指定加入的组地址。组播转发是否可用，需要另行检查接口、组成员关系和网络配置。

-V 使用 IPv6

iperf 2 使用 -V。两端需要已有可达的 IPv6 地址，单独增加这个选项不会自动配置网络。例如，在本拓扑中显式添加地址：

mininet> h1 ip -6 addr add fd00:1::1/64 dev h1-eth0 nodad
mininet> h2 ip -6 addr add fd00:1::2/64 dev h2-eth0 nodad
mininet> px ipv6_server = h2.popen(['iperf', '-s', '-u', '-V', '-p', '5004'], stdout=subprocess.DEVNULL, stderr=subprocess.STDOUT)
mininet> h2 ss -lun 'sport = :5004'
mininet> h1 iperf -c fd00:1::2 -V -u -p 5004 -b 1m -l 1400 -t 5
mininet> px ipv6_server.terminate()
mininet> py ipv6_server.wait(timeout=3)

nodad 用于这个地址已明确分配的隔离实验，省去等待重复地址检测。实际网络应正常执行地址检测。iperf 3 的对应选项是 -6。

UDP 测试与报告

在 h2 启动 UDP 服务端。这里使用 5002，与前面的 TCP 服务区分：

mininet> px udp_log = open('/tmp/h2-iperf-udp.log', 'w')
mininet> px udp_server = h2.popen(['iperf', '-s', '-u', '-p', '5002', '-i', '1'], stdout=udp_log, stderr=subprocess.STDOUT)
mininet> h2 ss -lun 'sport = :5002'
mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -u -p 5002 -b 10m -l 1400 -t 2 -i 1

确认监听就绪后再运行客户端。一次实测的汇总如下，实际结果取决于运行环境：

[  1] 0.0000-2.0016 sec  2.39 MBytes  10.0 Mbits/sec
[  1] Sent 1790 datagrams
[  1] Server Report:
[ ID] Interval       Transfer     Bandwidth        Jitter   Lost/Total Datagrams
[  1] 0.0000-2.0015 sec  2.39 MBytes  10.0 Mbits/sec   0.006 ms 0/1789 (0%)

发送端的速率说明它写出了多少数据，接收端报告则用于判断有多少数据到达应用。Server Report 依靠 UDP 结束交互返回，可能因丢包而缺失，禁用结束交互时也不会返回。收集结果时应保存服务端日志。

丢包计数

Lost/Total Datagrams 是接收端按数据报序号推算的丢失数和预期数据报数。括号中为丢失比例。它不等同于对链路逐包抓取后得到的精确发送计数，也不应直接把客户端 Sent 与服务端分母之差当作额外丢包。

上例中的 1790 和 1789 就存在结束报文计数口径差异。乱序、测试末尾数据报和结束交互也会影响统计。UDP 丢失既可能发生在网络中，也可能发生在接收主机的队列或 socket 缓冲区，需要结合接口计数、抓包和主机负载定位。

Jitter

iperf 的常规 UDP jitter 采用 RTP 到达间隔抖动的平滑估计，算法可对照 RFC 3550 §6.4.1。它比较相邻数据报的发送间隔与接收间隔，再平滑两者差值的绝对值，报告单位为 ms。iperf 2.1.9 回传的汇总 jitter 是测试期间这些平滑估计值的平均值，具体可查看报告实现。

这个值不是 RTT、平均单向时延或时延标准差。稳定的时钟偏移可在间隔差中抵消，但时钟速率差、主机调度和排队都会影响结果。不能凭一个固定的 jitter 阈值就断定链路拥塞。

-b 目标速率

普通正向客户端的 -b n 设置应用层目标发送速率，单位为 bit/s，可用于 TCP 或 UDP。目标值不保证接收端达到同样的吞吐量，也不包含协议头部开销。

iperf 2.1.9 的 UDP 默认目标为 1,048,576 bit/s，约 1.049 Mbit/s。TCP 默认不设置这个应用限速。为了便于比较，UDP 实验应显式指定速率：

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -u -p 5002 -b 10000000 -l 1400 -t 10

iperf 2.1.9 的 TCP 在低目标速率下还会检查 -l 是否过大，例如 -b 1m 与默认 -l 128K 会产生不兼容提示。可以减小应用写入长度：

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -b 1m -l 8K -t 5

对于 -R 的 TCP 测试，这个版本的 -b 限制的是客户端的读取速率，通过 TCP 流控间接影响反向发送。它与普通正向客户端限制写入速率的行为不同。

测试方向与并行流

-R 反向单向

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -R -t 5

连接仍由 h1 发起，数据改由 h2 发向 h1。iperf 2.1.9 使用已建立的 socket 完成角色反转，通常比需要额外回连的测试更容易用于 NAT 或防火墙路径。本文讨论 Linux，旧 Windows 构建中 -R 移除服务的含义不能套用到这里。

--full-duplex 与 -d 同时双向

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 --full-duplex -t 5
mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -d -L 5011 -t 5

--full-duplex 在同一 socket 上同时收发，-d 另外建立反向连接。-L 指定客户端接收回连的监听端口，需要保证 h2 能连到 h1 的这个端口。

两个方向的负载会同时竞争主机或路径资源。应分别记录各方向结果，双向速率之和不能直接代表某个方向的可用带宽，也不能据此判断底层设备是否支持物理全双工。

-r 顺序双向

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -r -L 5012 -t 5

先测 h1 到 h2，再通过额外连接测 h2 到 h1。每个方向各发送约 5 秒，总运行时间还包括连接和收尾。两个方向不同时打流，但测试时刻也不同，结果仍可能受到背景负载变化影响。

-P 并行流

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -P 4 -t 10 -i 1
mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -u -p 5002 -P 2 -b 1m -t 5

-P n 在客户端创建 n 条并行流，[SUM] 汇总其速率。iperf 2.1.9 和 iperf 3.16 的 -b 都按每条流设置，上面的两条 UDP 流总目标约为 2 Mbit/s。

并行流可能提高总吞吐量，也会改变 CPU 开销、拥塞控制竞争和多路径散列结果。做单流与多流比较时，需要记录流数，不能把多流汇总值当作单连接能力。

-Z 选择 TCP 拥塞算法

Linux 上可以先查看内核可用算法，再指定其中一种：

mininet> h1 cat /proc/sys/net/ipv4/tcp_available_congestion_control
mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -Z reno -t 5

-Z 设置本端 socket 的拥塞算法。测试反向或同时双向发送时，也要检查实际发送端的配置，不能假定客户端选项会自动修改另一端。iperf 3 的对应选项为 -C。

-T 与 -F

-T n 用于设置组播 TTL，默认组播 TTL 为 1。iperf 2.1.9 的 Linux 实现也可设置 IPv4 单播 TTL，但这不会让 iperf 具备 traceroute 的逐跳探测功能。

-F file 从文件读取发送数据。接收端只统计测试数据，不会按原文件名保存文件，也不提供文件校验和或完整性验证。报告可能包含 iperf 测试头部，不能用 Transfer 核验文件大小。需要复制文件时，应使用文件传输工具。

服务端与日志

-s 启动服务端。Linux 上的 -D 让服务端后台化，客户端不能使用这个选项。Mininet 实验中使用前面的 Popen 对象更便于保存进程身份和清理。

-o file 可以把 iperf 2 的报告写入文件，Linux 也支持，并非 Windows 专用：

mininet> h1 iperf -c 10.0.1.2 -t 5 -o /tmp/h1-iperf.log

iperf 2.1.9 的服务端实现仍处理 -P n，但它限制的是接受连接的累计次数，达到次数后停止继续监听，已经启动的测试线程可以完成。它不是最大同时连接数。若希望一次只处理一个客户端，可查看 -1 的串行处理选项。

不要把 iperf -s -c host 当作来源白名单。在本文版本的实测中，这种写法没有拒绝其他源地址的客户端。需要限制访问范围时，应配置监听地址或防火墙规则，监听地址本身也不是客户端身份认证。

iperf 3 的 JSON 输出

需要自动处理结果时，可以使用 iperf 3 的 -J，本文版本在测试结束后输出完整 JSON。下面仍在 h2 启动服务端，在 h1 执行普通正向 TCP 测试：

mininet> px server3 = h2.popen(['iperf3', '-s', '-1', '-p', '5201'], stdout=subprocess.DEVNULL, stderr=subprocess.STDOUT)
mininet> h2 ss -ltn 'sport = :5201'
mininet> h1 iperf3 -c 10.0.1.2 -p 5201 -t 5 -J --get-server-output > /tmp/iperf3-tcp.json
mininet> py server3.wait(timeout=3)

确认监听后再执行客户端。iperf 3 的 -1 表示完成一次测试后退出，与 iperf 2 的 -1 含义不同。要运行下一次测试，需要重新启动这个服务端。

普通 shell 中可这样读取接收端汇总速率：

import json
from pathlib import Path

report = json.loads(Path('/tmp/iperf3-tcp.json').read_text())
if 'error' in report:
    raise RuntimeError(report['error'])

rate = report['end']['sum_received']['bits_per_second']
print(f'{rate / 1_000_000:.3f} Mbit/s')

sum_sent 和 sum_received 分别汇总发送端与接收端统计。iperf 3.16 的 UDP 接收汇总中还有 jitter_ms、lost_packets、packets、lost_percent 等字段，同时双向测试则增加反向汇总字段。解析脚本应记录版本、协议和方向，不能把某一种模式的字段结构直接套用到所有测试。

iperf 3 即使测试 UDP，也需要 TCP 控制连接来协商参数并交换结果。防火墙规则应允许控制连接和相应的数据流。它与 iperf 2 的 UDP 结束报告交互不同。

速查与收尾

下表中的 iperf 2 客户端命令以对应服务端仍在运行为前提：

场景	客户端命令
普通 TCP	iperf -c 10.0.1.2 -t 10 -i 1
UDP，十进制 10 Mbit/s	iperf -c 10.0.1.2 -u -p 5002 -b 10m -l 1400 -t 10
反向单向	iperf -c 10.0.1.2 -R -t 10
同一 socket 同时双向	iperf -c 10.0.1.2 --full-duplex -t 10
顺序双向	iperf -c 10.0.1.2 -r -L 5012 -t 10
四条 TCP 流	iperf -c 10.0.1.2 -P 4 -t 10
固定传输量	iperf -c 10.0.1.2 -n 100M

在 Mininet 中执行时，客户端命令前加 h1。全部测试完成后，关闭前面创建的两个服务端并回收进程：

mininet> px tcp_server.terminate()
mininet> py tcp_server.wait(timeout=3)
mininet> px tcp_log.close()
mininet> px udp_server.terminate()
mininet> py udp_server.wait(timeout=3)
mininet> px udp_log.close()
mininet> exit

默认 Mininet Host 共享 PID 空间，按名称执行 killall iperf 或 pkill iperf 可能影响其他节点和宿主机进程。实验日志位于共享文件系统中，多个服务端也应使用不同文件名。