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    深圳市佳時通科技有限公司
    2020-12-10 09:44:26

    網絡測試解決方案

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    一.100G概述

    隨著CDN等視頻直播業務和P2P業務的快速發展,帶寬的要求越來越高。當前5G業務勢頭正盛,其基于400G的主干網絡通信業務也在積極部署之中。但當前在很多的業務場景中,100G系統的部署仍舊是主要選擇。本文介紹國內領先的100G測試解決方案。

    IEEE標準定義了一系列40G和100G物理接口,表1是各種接口的介質和距離極限。

    各種接口的介質和距離極限

    一條40G/100G鏈路通過復用多條通道(Lane)來實現,通常分為若干個25G通道或者10G通道。發送端通常把40G/100G的流分成4個或者10G 并行通道,在接收端把并行通道的碼流再重組成40G/100G 流。 與傳統的以太網物理接口一樣,40G/100G接口也分為PCS,PMA和PMD子層。PCS子層把編碼數據分發到多個邏輯的通道上,這些邏輯通道就稱為虛通道(Virtual Lane)。 標準沒有對邏輯通道如何靜態映射到物理通道上做規定,一個或者多個虛通道可以被承載到一個物理通道上,可能存在通道交換。

    雖然40G/100G以太網仍然是更“快”的以太網,但是在很多方面改變了傳統以太網特性,對測試提出了挑戰。

    1.1L2~L3層

    對于高層應用來說,40G/100G接口要求設備中的組件要在更短的時間內完成工作。比如,一臺路由器需要對進來的數據包剝離低層協議頭,排隊,進行路由表查詢,然后轉發到相應的出口隊列。在這個過程中,還要完成分類、監管、優先級調度、整形等工作。另外,路由器還要完成路由信息更新,組播路由樹的創建,MPLS 標簽信息交換,統計,告警,日志,防火墻和安全功能等。一臺具有100G接口的路由器,需要以10倍于當前速度的能力完成上述功能。而且在上述功能中,理想情況下不能出現丟包、過大的抖動、亂序等性能問題。

    測試40G/100G系統,首先要驗證線速情況下的的轉發性能, 其次需要驗證負載下的功能、性能、擴展性、進行數據和協議平面的集成測試。 另外,需要從用戶體驗角度對系統承載的真實業務的質量進行評估。

    1.2物理層

    物理層的測試最關鍵的問題是消除誤碼。在不同的子層,有不同的測試重點。

    · Physical Medium Dependent (PMD)

    PMD層的測試需要一些硬件測試工具,如示波器。

    · Physical Medium Attachment (PMA)

    PMA層的測試,需要測試儀器發送各種bit Pattern,如偽隨機碼序列(PRBS), 經過系統后檢測錯誤,如誤碼率,Pattern 同步問題等。Loopback測試也是PMA層測試的重要內容。

    · Physical Coding Sublayer (PCS)

    PCS層的測試主要集中在通道交換(Lane Swapping)和通道偏差(Lane Skew)測試。測試系統通過交換通道,來驗證被測設備能否檢測到通道交換并補償。在偏差測試中,測試系統在發送端口產生一定的偏差,在接收端口,統計經過被測系統補償以后的偏差值。IEEE對能補償的偏差范圍做了定義。偏差測試就是驗證系統能否支持這個范圍內的補償,或者測試系統和標準多大程度上的匹配。

    1.3 測試系統本身的挑戰

    40G/100G系統性能測試,除了比特速率的變化以外,性能的衡量指標并沒有太大的變化,如丟包率、時延、抖動、順序/亂序等指標?,F有的測試系統能否在40G/100G性能下繼續提供準確的統計值。在這里測試儀器的時鐘測量精度起了關鍵的作用。

    為了測試時延、抖動、幀的順序性等信息,測試儀器會在發送的每個數據幀中插入一個簽名字段(Signature),包含發送時間戳、序號等信息。當測試儀表的接收端口收到數據幀時,提取出簽名字段中的發送時間戳,然后和接收時間進行比較,就可以計算出時延、抖動等指標。在40G/100G測試中,能夠準確提供時延、抖動等指標,測量精度至關重要。

    傳統的測試儀器,以測試10G及以下的系統為主,典型的測量精度為20ns。但是20ns的測量精度對于40G/100G系統來說是不夠的。傳輸一個64字節的以太網幀,線路上需要傳送672bits,計算公式:(64字節+8字節前導碼+12字節幀間隔)×8=672bits。在10G線路上傳輸一個64字節的數據幀,需要67.2ns,20ns的測量精度足夠了,可以為發送的每一個幀標識出惟一的發送時間戳。

    對于40G線路來說,傳送一個64字節的以太網幀,需要16.8ns,有可能在一個Clock Tick中間出現兩個幀,在這種場景下,時延和抖動測量就出現不準確。

    而在100G線路上,這個問題就更加突出。在100G線路上,傳送一個64字節的以太網幀,只需要6.72ns,每個時間戳Clock Tick包含3個幀,在這種情況下,測試儀器完全不能準確的標識出每個幀的發送時間。提供這些關鍵的統計量,要求測試儀器的測量精度要小于在線路上傳送一個64字節幀的時間。


    2.1 方案概述

    100G以太網測試儀表配合基于PCT架構的新一代測試軟件RENIX,可實現針對網絡設備和網絡系統的Layer2-3流量測試及協議仿真,在功能、性能及安全性方面提供全面測試解決方案,滿足研發、實驗和質量控制等過程中的測試需求。

    BigTao系列定位于網絡2-3層需求場景的測試,比如:

    · 服務商和IP系統廠商可利用線速率轉發性能分析,驗證路由和MPLS服務是否能夠擴展到100G以太網核心和邊緣接口上。

    · 數據中心交換機廠商可利用納秒級精度的時延測量能力,對用于互連服務器和存儲系統的新型40G以太網交換結構進行基準測試。

    · 光傳輸廠商可以生成并分析OTN、OTU-3 40G和OTU-4 100G傳輸網絡中客戶端接口上的線速率流量,測量第2至3層性能和第1層PRBS和通道偏差。

    2.2 系統架構

    100G測試儀表是基于RENIX平臺提供的解決方案。RENIX軟件設計上采用C/S架構、模塊化結構、分層式設計和多線程管理方法。RENIX平臺式基于PCT架構的:Presentation Layer(PL展示層)、Core Layer(CL核心層)、Traffic Layer(TL流量層)。

    · 展示層(PL):是對GUI界面和自動化接口的抽象描述,該層運行在客戶主機上,負責接受用戶的配置并展示測試過程和測試結果;

    · 核心層(CL):該層運行在客戶主機上,負責用戶配置的匯總、保存、下發以及統計信息的收集,和測試儀機箱之間通過SOCKET接口通信;

    · 流量發生層(TL):該層運行在測試儀機箱上,負責與業務板卡的交互,是所有測試業務的執行引擎。

    RFC2889測試

    · 測試內容: MAC地址學習速率, 容量, 擁塞控制等7項測試內容

    · 被測設備: 網橋, 交換機

    · 特點: 配置簡單, 多個測試項目順序運行, 全自動執行

    · 測試報告: 提供詳細的, 標準的測試報告, 可存為PDF格式

    RFC3918測試

    · 測試內容: 組播組容量, 組播加入/離開時延, 組播吞吐量等5項內容

    · 被測設備: 網橋, 交換機, 路由器等具有組播功能的設備

    · 特點: 配置簡單, 多個測試項目順序運行, 全自動執行

    · 測試報告: 提供詳細的, 標準的測試報告, 可存為PDF格式

    2.2.2 RTSM解決方案

    RTSM就是遠程測試管理系統(Remote Test Session Manager)。

    傳統網絡測試架構通常是將測試儀(機箱)部署在實驗室網絡環境,客戶端部署在用戶的辦公網絡環境中,用戶在個人電腦上通過操作客戶端來向機箱下發測試命令,機箱將測試數據再傳送給客戶端,這樣用戶就能通過客戶端實時查看測試結果。但是傳統網絡測試架構有一個弊端:辦公網絡和實驗室網絡是兩個不同的網絡,當其中一個地方的網絡有變化的時候,機箱和客戶端的通信中止,無法將數據傳送到客戶端,導致測試無法繼續進行。

    為了解決傳統網絡測試架構的弊端,開發了新的網絡測試架構:通過在實驗室網絡增加一臺獨立的設備來承擔測試邏輯(這里,我們將這臺設備稱之為第三方設備)。用戶在個人電腦上通過操作客戶端來向第三方設備下發測試命令,第三方設備再向機箱下發測試命令,然后機箱將測試數據傳送給第三方設備,而不是直接傳給客戶端,這樣即使辦公網絡和實驗室網絡之間不穩定,測試進程和數據依然在第三方設備上運行著,只要重啟客戶端重新連接第三方設備依然可以查看并操作之前的測試。


    當進行遠程連接時啟用RTSM功能(如上圖所示),此時RENIX 客戶端部署在客戶的一臺電腦上,RENIX server(即RTSM 服務端)部署在實驗室一臺單獨的機器上(即將測試邏輯從用戶本地電腦轉移到其它設備上),服務端部署在測試儀上。這種架構不僅可以滿足多個用戶共享測試控制權,加快多人協作調試的進程,還可以滿足用戶暫時從實時測試中斷開,并在以后重新連接。另外,用戶也可以通過部署多個RTSM服務器來增加并行測試會話的數量。

    2.2.3 寬帶接入測試解決方案


    場景描述

    “寬帶”是指終端客戶通過無線、有線或數字用戶線(DSL)高速接入互聯網。寬帶需要大量協議和設備之間的無縫合作,從而提供可靠的客戶互聯網接入,在推出寬帶占用量越來越多的新服務時尤其如此。如果未對寬帶網絡協議、設備和網絡拓撲進行充分測試,企業將會遭到不可信客戶的訪問。

    寬帶接入測試解決方案向終端用戶(無論是企業、服務提供商,還是個人客戶)提供基于接入協議的測試設備和測試方法。此外,網絡需要同時為互聯網協議IPv4和IPv6提供無縫支持,以便緩解客戶轉移至IPv6時的風險。

    解決方案

    · 支持協議: PPPoE, DHCP, 802.1X;

    · 模擬角色: PPPoE/DHCP Client, PPPoE/DHCP Server;

    · 被測設備: BRAS, Router, Switch;

    · 測試內容: 對被測設備的接入速率, 容量, 穩定性進行評估;


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