一、什么是弱網(wǎng)環(huán)境

對于弱網(wǎng)的定義，不同的應(yīng)用對弱網(wǎng)的定義是有一定的差別的，不僅要考慮各類型網(wǎng)絡(luò)最低速率，還要結(jié)合業(yè)務(wù)場景和應(yīng)用類型去劃分。按照移動的特性來說，一般應(yīng)用低于2G速率的都屬于弱網(wǎng)，也可以將3G劃分為弱網(wǎng)。除此之外，弱信號的Wifi通常也會被納入到弱網(wǎng)測試場景中。隨著國內(nèi)移動端迅猛發(fā)展，大大增加用戶碎片化使用移動端的概率，用戶可能會在地鐵上，高鐵上，巴士上，甚至是電梯，電梯間，樓梯間，隧道，車庫，大型活動現(xiàn)場等空間使用互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

二、音視頻受網(wǎng)絡(luò)限制的原理

Q1：當(dāng)請求從客戶端發(fā)出，最后服務(wù)器響應(yīng)請求并返回，看似簡單的流程，中間經(jīng)過了些什么呢，又是有哪些流程會受到弱網(wǎng)情況的影響呢？

首先，簡要介紹一下傳輸層協(xié)議，TCP/IP協(xié)議族是一個四層協(xié)議系統(tǒng)。

• 從下到上分別為 數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層，每一層都通過若干協(xié)議實現(xiàn)完成不同的功能。
• 其中數(shù)據(jù)鏈路層實現(xiàn)了網(wǎng)卡接口的網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序，處理數(shù)據(jù)在物理媒介上的傳輸，并隱藏了各個物理媒介之間的區(qū)別，為上層協(xié)議提供了統(tǒng)一的接口；網(wǎng)絡(luò)層 通常網(wǎng)絡(luò)上的兩臺主機(jī)之間不是直接相連接的，兩種之間存在多個中間節(jié)點（路由器）。它的的作用就是在眾多的節(jié)點中選擇中間節(jié)點，使兩臺主機(jī)能夠通信，確定兩臺主機(jī)的的地址管理和路由選擇；傳輸層為兩臺主機(jī)上的應(yīng)用提供端到端（end to end）的通信。與網(wǎng)絡(luò)層不同的是，傳輸層只關(guān)心通信的起始端和目的端的可靠數(shù)據(jù)傳輸，而不在乎數(shù)據(jù)包的中轉(zhuǎn)過程；應(yīng)用層負(fù)責(zé)處理應(yīng)用程序的邏輯（比如文件傳輸、名稱查詢和網(wǎng)絡(luò)管理等）作用于用戶層。而數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)通信細(xì)節(jié)，這部分必須穩(wěn)定而高效，因此它們都在內(nèi)核空間中實現(xiàn)。
• 而剛提到的數(shù)據(jù)通信，從應(yīng)用層發(fā)送一段數(shù)據(jù)時，需要將該數(shù)據(jù)通過協(xié)議棧從上往下依次傳遞，同時每一層協(xié)議都會在上一層數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加上自己的頭部信息 (比如我們常見的TCP/UDP協(xié)議，在接收到我們要發(fā)送的數(shù)據(jù)時，就會在我們要發(fā)送的數(shù)據(jù)前面加上自己的頭部信息)。完成所有數(shù)據(jù)封裝后，當(dāng)幀達(dá)到目的主機(jī)后，重新沿著協(xié)議棧自低而上依次傳遞，各層協(xié)議依次處理幀中本層負(fù)責(zé)的頭部，獲取到所需信息，并最終將處理后的數(shù)據(jù)分用交給應(yīng)用程序。由此底層經(jīng)過繁瑣的數(shù)據(jù)處理后，完成一次數(shù)據(jù)的直接通信，而不同階段客戶端和服務(wù)器處于不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，每一層協(xié)議均會受網(wǎng)絡(luò)狀況的影響。

Q2：已知數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)傳輸層、應(yīng)用層等都會受到網(wǎng)絡(luò)影響，那具體會存在哪些網(wǎng)絡(luò)問題呢？又是如何去對抗解決這些網(wǎng)絡(luò)問題呢？

1、影響網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量有很多原因，比如目標(biāo)網(wǎng)站所在的服務(wù)器帶寬不足或負(fù)載過大、網(wǎng)線問題導(dǎo)致網(wǎng)速變慢、防火墻的過多使用、系統(tǒng)資源不足等都會影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，其中最主要的是 網(wǎng)絡(luò)擁塞、網(wǎng)絡(luò)丟包、網(wǎng)絡(luò)抖動 等問題，這些問題會是造成音視頻卡頓、實時性不佳的主要原因。

2、解決這些核心網(wǎng)絡(luò)問題，主要由上層 網(wǎng)絡(luò)層（部分網(wǎng)絡(luò)層無法解決，也會由 應(yīng)用層 參與解決）。

其中，網(wǎng)絡(luò)傳輸層主要協(xié)議有 TCP 和 UDP ，傳輸層協(xié)議在 TCP/IP 分層協(xié)議中位于應(yīng)用層之下，一般在操作系統(tǒng)內(nèi)部提供實現(xiàn)。其中，TCP 是面向連接的可靠傳輸協(xié)議，為數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院陀行蛐蕴峁┝吮Ｕ?#xff1b;UDP 是無連接的不可靠傳輸協(xié)議，數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃酝耆挥蓱?yīng)用層處理。

實時音視頻應(yīng)用場景下，UDP 會作為優(yōu)先選擇已經(jīng)是廣泛共識。原因主要包括以下幾點：

1、TCP 協(xié)議并非為音視頻實時應(yīng)用場景設(shè)計，其內(nèi)部的擁塞控制和差錯控制等機(jī)制為了可靠性和高吞吐量而導(dǎo)致延時的增加，在弱網(wǎng)環(huán)境下延時的惡化更為明顯。ITU StandardG.114 對延時的定義是，端到端延時大于 400ms 時，用戶的交互體驗將受到明顯的影響。

2、TCP 的擁塞控制機(jī)制和差錯控制機(jī)制 位于操作系統(tǒng)內(nèi)部實現(xiàn)，應(yīng)用層無法優(yōu)化，無法應(yīng)對不同場景需求進(jìn)行調(diào)整，嚴(yán)重 缺乏靈活性。

3、UDP 協(xié)議本身開銷比 TCP 小，傳輸控制策略完全交由應(yīng)用層來實現(xiàn)，具有足夠的靈活性。

擁塞問題：
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量超過網(wǎng)絡(luò)瓶頸容量，就會產(chǎn)生擁塞問題。

擁塞的直接影響是突發(fā)丟包或者突發(fā)抖動，如果不及時預(yù)測擁塞的發(fā)生，及時降低發(fā)送數(shù)據(jù)量，接收端將會出現(xiàn)卡頓、延時大、畫質(zhì)差等等問題。

擁塞產(chǎn)生的原因有兩點：

接收方容量不夠
網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部有瓶頸
那作為測試，我們一是 需要快速準(zhǔn)確地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擁塞探測；二是 觀測是否可以 避免擁塞以及盡可能快地從擁塞狀態(tài)恢復(fù)。

擁塞探測 根據(jù)觀測數(shù)據(jù)的差異可用分為兩類：

基于丟包的算法（Loss-based）：通過丟包事件來檢測網(wǎng)絡(luò)擁塞。

基于延時的算法（Delay-based）：通過對延時的測量來判斷網(wǎng)絡(luò)擁塞。

丟包問題：
如上所述，實時交互式媒體傳輸基于 RTP/UDP 協(xié)議，丟包問題由應(yīng)用層處理。

網(wǎng)絡(luò)傳輸方面的對抗丟包技術(shù)手段主要包括 重傳（ARQ）、前向糾錯（FEC）。

信源編碼方面根據(jù)數(shù)據(jù)以及編碼方的不同也可以提供某些特定的抗丟包能力，比如視頻編碼中采用 B 幀降低丟包的影響。

抖動問題：
概括而言，抖動問題就是 網(wǎng)絡(luò)傳輸延時變化問題，抖動越大表示網(wǎng)絡(luò)傳輸延時變化越大。

抖動問題會造成接收端卡頓、播放快進(jìn)等嚴(yán)重影響音視頻溝通體驗的問題。造成抖動問題的原因是多方面的，比如新的流加入造成網(wǎng)絡(luò)資源競爭加劇、源端數(shù)據(jù)發(fā)送速率本身不平穩(wěn)以及其他網(wǎng)絡(luò)原因。

目前處理抖動的通用策略是 接收端建立抖動緩沖區(qū)(JitterBuffer)來消除抖動。接收端通過增加抖動延時來吸收不均勻的延時，達(dá)到均勻播放的目的。

三、弱網(wǎng)測試保障適用場景

1. 弱網(wǎng)測試對 直播應(yīng)用 和 音視頻應(yīng)用 都是剛需，他們所面對的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境具有較強(qiáng)的 復(fù)雜性、異構(gòu)型，用戶可能會在任何地方任何網(wǎng)絡(luò)條件下進(jìn)行直播或者視頻會議。特別是視頻直播，用戶可能會在地鐵里觀看直播，可能在高鐵上觀看直播，主播有可能在戶外信號弱的地方進(jìn)行推流，也有可能在大型活動的現(xiàn)場進(jìn)行推流。而視頻會議的員工可能在全球的任何地方，有可能當(dāng)?shù)氐木W(wǎng)絡(luò)條件較差。
2. 但是直播和視頻會議等實時音視頻應(yīng)用，對視頻的 連續(xù)性、圖像質(zhì)量、音頻質(zhì)量、連接的穩(wěn)定性 要求都是非常高的，在不同環(huán)境下的嚴(yán)重程度也存在很大差異，任何一方面做得不盡人意都可能影響到用戶對產(chǎn)品的使用感受，可能會導(dǎo)致用戶流失。因此非常有必要針對各種可能遇到的弱網(wǎng)環(huán)境，對應(yīng)用的各方面進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。這樣一來，如何檢測復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)下音視頻的體驗，是音視頻測試關(guān)注的重點問題。

四、弱網(wǎng)測試工具分享

• 通過對市面上8種測試工具進(jìn)行調(diào)研，考慮到平臺兼容性、最終選中Charles/Qnet兩種弱網(wǎng)檢測工具。
  其中包括 charles、Qnet 兩種弱網(wǎng)檢測工具的使用，測試工具弱網(wǎng)場景的模擬原理了話，就是通過實時將系統(tǒng)接受和發(fā)出的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包攔截下來，人工的造成延遲、掉包和篡改操作后再進(jìn)行發(fā)送。無論是要復(fù)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)異常造成的程序錯誤，還是評估應(yīng)用程序在不良網(wǎng)絡(luò)狀況下的表現(xiàn)，都可以在不需額外搭建環(huán)境的情況下，在系統(tǒng)層次達(dá)到想要的效果。

五、弱網(wǎng)參數(shù)設(shè)置參考值

1. 在各種各樣的弱網(wǎng)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)用的影響因素大致分為：可用帶寬、丟包、時延、時延抖動等。
2. 通過對實地網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行測速，如電梯、地鐵場景等，參照運營商輸出的14種弱網(wǎng)場景，給出大家對于不同弱網(wǎng)場景，參數(shù)設(shè)定的一個參考值，下面附件中也提供了可直接用于charles導(dǎo)入的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)文件。

ps：實地測速使用app端的網(wǎng)絡(luò)測速工具：appstore 測網(wǎng)速

名詞解釋：

上行速率：上行速率是指移動終端給基站發(fā)送信息時的數(shù)據(jù)傳輸速率，
下載速度：比如手機(jī)、筆記本等無線終端給基站傳輸數(shù)據(jù)速率；下行速率是指基站向移動終端發(fā)送信息時的傳輸速率，比如手機(jī)或筆記本等無線終端從基站或者網(wǎng)絡(luò)下載數(shù)據(jù)的速率。
丟包率：丟包率(Loss Tolerance或Packet Loss Rate)是指測試中所丟失數(shù)據(jù)包數(shù)量占所發(fā)送數(shù)據(jù)組的比率。
時延：是指一個報文或分組從一個網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一個端所需要的時間。它包括了發(fā)送時延，傳播時延，處理時延，排隊時延。（時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延）一般，發(fā)送時延與傳播時延是我們主要考慮的。
EDGE：由于EDGE是一種介于現(xiàn)有的第二代移動網(wǎng)絡(luò)與第三代移動網(wǎng)絡(luò)之間的過渡技術(shù),因此也有人稱它為"二代半"技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)時延參考自百度百科：
上述數(shù)據(jù)參考自：https://blog.csdn.net/mao834099514/article/details/79456881

六、音視頻的極限網(wǎng)絡(luò)

通過對線上音視頻的競品調(diào)研，探索應(yīng)用于不同場景下音視頻的極限網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)端。

快剪輯平臺【抖音，快手，秒剪】
編輯器功能平臺【剪映，快影，度咔，必剪（參考）】
智能成片【秒剪，抖音，快手，度咔，暢片】

1、常規(guī)UI展示：通過對 抖音，快手，秒剪 APP進(jìn)行弱網(wǎng)檢測，【2G弱網(wǎng)】是極端網(wǎng)段。

2、智能成片：通過對 秒剪，抖音，快手，度咔，暢片、粉APP 六種APP 進(jìn)行弱網(wǎng)檢測，【3G弱網(wǎng)】是智能成片功能的極限網(wǎng)段；低于該弱網(wǎng)限制，對應(yīng)功能的高、中、低端機(jī)型，業(yè)務(wù)功能無法正常應(yīng)用。

3、ASR 語音識別+導(dǎo)出等操作：通過對 剪映，快影，度咔，必剪（參考）、粉 六種APP 進(jìn)行弱網(wǎng)檢測，【3G弱網(wǎng)】是ASR功能/導(dǎo)出操作的極限網(wǎng)段，低于該弱網(wǎng)限制，對應(yīng)功能的高、中、低端機(jī)型，業(yè)務(wù)功能無法正常應(yīng)用。

七、弱網(wǎng)用例場景設(shè)計

實際需要進(jìn)行弱網(wǎng)場景覆蓋場景，需根據(jù)業(yè)務(wù) P0 核心場景劃分，以及 新增/產(chǎn)品關(guān)注 業(yè)務(wù)場景進(jìn)行弱網(wǎng)的覆蓋。

八、弱網(wǎng)經(jīng)典問題分享

針對直播、剪輯視頻場景，遇到的客戶端弱網(wǎng)問題、以及對應(yīng)的弱網(wǎng)解決方案進(jìn)行分享：

3、串行接口請求失敗，一個接口失敗導(dǎo)致全部失敗

1、根據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行排查 / 性能調(diào)優(yōu)

2、根據(jù)素材進(jìn)行素材瘦身

3、拆分減少串行處理的接口，數(shù)據(jù)異步返回后針對性刷新

持續(xù)更新…

九、單位換算分享

冷知識：bps kbps mbps 換算規(guī)則

Mbps 即 百萬位每秒，Kbps 即 千位每秒，bps 位每秒

速度單位，bit即比特，通常用b（小寫）表示，指一位二進(jìn)制位，1Mbps=1000Kbps=1000000bps；

所以1Mbps=1000 000bps；

這是通常用來衡量帶寬的單位，指每秒鐘傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)

MB即百萬字節(jié)也稱兆字節(jié)；

KB即千字節(jié)；

B即字節(jié)；

之間關(guān)系為1MB=1024KB=1024*1024B；

1B=8b

附：charles網(wǎng)絡(luò)設(shè)置xml文件（可直接導(dǎo)入）

十、Q & A