1、 引言
下一代網(wǎng)絡(luò)以IP為中心，同時(shí)支持包括數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻的融合網(wǎng)絡(luò)。隨著IPTV等視頻業(yè)務(wù)和P2P業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，帶寬要求越來(lái)越高。根據(jù)中國(guó)電信估計(jì)，未來(lái)5年我國(guó)干線(xiàn)流量年增長(zhǎng)率依然高達(dá)56%~80%。隨著40G和100G系統(tǒng)的部署，
如何進(jìn)行40G/100G測(cè)試成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。本文介紹了業(yè)界領(lǐng)先的Spirent TestCenter 40G/100G測(cè)試解決方案。
2、 40G/100G 概述
IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義了一系列40G和100G物理接口，表1是各種接口的介質(zhì)和距離極限。
表1 各種接口的介質(zhì)和距離極限
一條40G/100G鏈路通過(guò)復(fù)用多條通道(Lane)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常分為若干個(gè)25G通道或者10G通道。發(fā)送端通常把40G/100G的流分成4個(gè)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(tǒng)的以太網(wǎng)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(shù)據(jù)分發(fā)到多個(gè)邏輯的通道上，這些邏輯通道就稱(chēng)為虛通道(Virtual Lane)。 標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)邏輯通道如何靜態(tài)映射到物理通道上做規(guī)定，一個(gè)或者多個(gè)虛通道可以被承載到一個(gè)物理通道上，可能存在通道交換。 圖1 顯示了100G接口可能的通道映射關(guān)系，其中括號(hào)中的值表示一個(gè)子層的進(jìn)出通道數(shù)。PCS子層包括20個(gè)虛擬通道，在PMA和PMD子層，根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)通道數(shù)會(huì)發(fā)生變化，比如100GBASE-R4;在PCS子層，包含20個(gè)虛擬通道;在PMA子層則為10個(gè);在PMD子層為4個(gè)通道。
圖1 100G BASE-R實(shí)現(xiàn)
3、 40G/100G測(cè)試
雖然40G/100G以太網(wǎng)仍然是更“快”的以太網(wǎng)，但是在很多方面改變了傳統(tǒng)以太網(wǎng)特性，對(duì)測(cè)試提出了挑戰(zhàn)。
(1)L2~L7層
對(duì)于高層應(yīng)用來(lái)說(shuō)，40G/100G接口要求設(shè)備中的組件要在更短的時(shí)間內(nèi)完成工作。比如，一臺(tái)路由器需要對(duì)進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)包剝離低層協(xié)議頭，排隊(duì)，進(jìn)行路由表查詢(xún)，然后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的出口隊(duì)列。在這個(gè)過(guò)程中，還要完成分類(lèi)、監(jiān)管、優(yōu)先級(jí)調(diào)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(shù)的創(chuàng)建，MPLS標(biāo)簽信息交換，統(tǒng)計(jì)，告警，日志，防火墻和安全功能等。一臺(tái)具有100G接口的路由器，需要以10倍于當(dāng)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(xiàn)丟包、過(guò)大的抖動(dòng)、亂序等性能問(wèn)題。
測(cè)試40G/100G系統(tǒng)，首先要驗(yàn)證線(xiàn)速情況下的的轉(zhuǎn)發(fā)性能， 其次需要驗(yàn)證負(fù)載下的功能、性能、擴(kuò)展性、進(jìn)行數(shù)據(jù)和協(xié)議平面的集成測(cè)試。另外，需要從用戶(hù)體驗(yàn)角度對(duì)系統(tǒng)承載的真實(shí)業(yè)務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。
(2)物理層
物理層的測(cè)試最關(guān)鍵的問(wèn)題是消除誤碼。在不同的子層，有不同的測(cè)試重點(diǎn)。
●Physical Medium Dependent (PMD)
PMD層的測(cè)試需要一些硬件測(cè)試工具，如示波器。
●Physical Medium Attachment (PMA)
PMA層的測(cè)試，需要測(cè)試儀表發(fā)送各種bit Pattern，如偽隨機(jī)碼序列(PRBS)， 經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后檢測(cè)錯(cuò)誤，如誤碼率，Pattern 同步問(wèn)題等。Loopback測(cè)試也是PMA層測(cè)試的重要內(nèi)容。
●Physical Coding Sublayer (PCS)
PCS層的測(cè)試主要集中在通道交換(Lane Swapping)和通道偏差(Lane
Skew)測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)交換通道，來(lái)驗(yàn)證被測(cè)設(shè)備能否檢測(cè)到通道交換并補(bǔ)償。在偏差測(cè)試中，測(cè)試系統(tǒng)在發(fā)送端口產(chǎn)生一定的偏差，在接收端口，統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)被測(cè)系統(tǒng)補(bǔ)償以后的偏差值。IEEE對(duì)能補(bǔ)償?shù)钠罘秶隽硕x。偏差測(cè)試就是驗(yàn)證系統(tǒng)能否支持這個(gè)范圍內(nèi)的補(bǔ)償，或者測(cè)試系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)多大程度上的匹配。
(3)測(cè)試系統(tǒng)本身的挑戰(zhàn)
40G/100G系統(tǒng)性能測(cè)試，除了比特速率的變化以外，性能的衡量指標(biāo)并沒(méi)有太大的變化，如丟包率、時(shí)延、抖動(dòng)、順序/亂序等指標(biāo)?，F(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)能否在40G/100G性能下繼續(xù)提供準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)值。在這里測(cè)試儀表的時(shí)鐘測(cè)量精度起了關(guān)鍵的作用。
為了測(cè)試時(shí)延、抖動(dòng)、幀的順序性等信息，測(cè)試儀表會(huì)在發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)幀中插入一個(gè)簽名字段(Signature)，包含發(fā)送時(shí)間戳、序號(hào)等信息。當(dāng)測(cè)試儀表的接收端口收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，提取出簽名字段中的發(fā)送時(shí)間戳，然后和接收時(shí)間進(jìn)行比較，就可以計(jì)算出時(shí)延、抖動(dòng)等指標(biāo)。在40G/100G測(cè)試中，能夠準(zhǔn)確提供時(shí)延、抖動(dòng)等指標(biāo)，測(cè)量精度至關(guān)重要。
傳統(tǒng)的測(cè)試儀表，以測(cè)試10G及以下的系統(tǒng)為主，典型的測(cè)量精度為20ns。但是20ns的測(cè)量精度對(duì)于40G/100G系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是不夠的。傳輸一個(gè)64字節(jié)的以太網(wǎng)幀，線(xiàn)路上需要傳送672bits，計(jì)算公式：(64字節(jié)+8字節(jié)前導(dǎo)碼+12字節(jié)幀間隔)×8=672bits。在10G線(xiàn)路上傳輸一個(gè)64字節(jié)的數(shù)據(jù)幀，需要67.2ns，20ns的測(cè)量精度足夠了，可以為發(fā)送的每一個(gè)幀標(biāo)識(shí)出惟一的發(fā)送時(shí)間戳。
對(duì)于40G線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，傳送一個(gè)64字節(jié)的以太網(wǎng)幀，需要16.8ns，有可能在一個(gè)Clock Tick中間出現(xiàn)兩個(gè)幀，在這種場(chǎng)景下，時(shí)延和抖動(dòng)測(cè)量就出現(xiàn)不準(zhǔn)確。
而在100G線(xiàn)路上，這個(gè)問(wèn)題就更加突出。在100G線(xiàn)路上，傳送一個(gè)64字節(jié)的以太網(wǎng)幀，只需要6.72ns，每個(gè)時(shí)間戳Clock Tick包含3個(gè)幀，在這種情況下，測(cè)試儀表完全不能準(zhǔn)確的標(biāo)識(shí)出每個(gè)幀的發(fā)送時(shí)間。提供這些關(guān)鍵的統(tǒng)計(jì)量，要求測(cè)試儀表的測(cè)量精度要小于在線(xiàn)路上傳送一個(gè)64字節(jié)幀的時(shí)間。
在多機(jī)框測(cè)試，或者異地測(cè)試中，要求機(jī)框之間的時(shí)鐘必須準(zhǔn)確同步。
4、 Sprient Testcenter 40G/100G測(cè)試系統(tǒng)
Spirent TestCenterHyperMetrics 40/100G以太網(wǎng)模塊為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備制造商和服務(wù)商提供了集成OSI L1-L7 的測(cè)試解決方案。HyperMetrics 40/100G以太網(wǎng)模塊可應(yīng)用于以下目的：
(1)服務(wù)商和IP系統(tǒng)廠(chǎng)商可利用線(xiàn)速率轉(zhuǎn)發(fā)性能分析，驗(yàn)證路由和MPLS服務(wù)是否能夠擴(kuò)展到100G以太網(wǎng)核心和邊緣接口上。
(2)數(shù)據(jù)中心交換機(jī)廠(chǎng)商可利用納秒級(jí)精度的時(shí)延測(cè)量能力，對(duì)用于互連服務(wù)器和存儲(chǔ)系統(tǒng)的新型40G以太網(wǎng)交換結(jié)構(gòu)進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試。
(3)光傳輸廠(chǎng)商可以生成并分析OTN、OTU-3 40G和OTU-4 100G傳輸網(wǎng)絡(luò)中客戶(hù)端接口上的線(xiàn)速率流量，測(cè)量第2至3層性能和第1層PRBS和通道偏差。
(4)服務(wù)商可以測(cè)試所有上述對(duì)象并測(cè)量有狀態(tài)HTTP/FTP應(yīng)用、VoIP和具備Video MOS等質(zhì)量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的視頻的用戶(hù)體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)。
Spirent Testcenter 40G/100G測(cè)試模塊提供以下測(cè)試能力：
(1)第1層通道偏差(Layer 1 Lane Skew)和PRBS測(cè)試。
(2)線(xiàn)速率第2層、以太網(wǎng)和MPLS轉(zhuǎn)發(fā)性能基準(zhǔn)測(cè)試。
(3)最大規(guī)模路由和MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)仿真。
(4)線(xiàn)速率第3層IP流量生成和分析。
(5)高性能有狀態(tài)HTTP、FTP及VoIP流量生成和分析。
(6)利用思博倫拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)仿真(Spirent Topology
Emulation)在MPLS和IP路由上測(cè)量MPEG-2和H.264等實(shí)時(shí)視頻流的視頻體驗(yàn)質(zhì)量。
Spirent Testcenter 40G/100G測(cè)試模塊集成了Spirent Testcenter
優(yōu)秀的架構(gòu)，包括HyperMetrics多核處理、NoCodeTM Automation、Intelligent
ResultsTM和基于專(zhuān)利技術(shù)的Spirent Topology Emulation等。在次基礎(chǔ)上，提供了業(yè)界領(lǐng)先的40G/100G測(cè)試功能，包括：
●單端口40/100G以太網(wǎng)模塊(每個(gè)機(jī)箱最多支持6個(gè)端口，每個(gè)機(jī)架最多支持30個(gè)端口)，支持現(xiàn)有的9U機(jī)架式機(jī)框和2U 便攜式HS機(jī)框。
●CFP MSA光接口，支持可訪(fǎng)問(wèn)CFP光口的MDIO寄存器。
●高性能HyperMetrics多核處理，保證高性能的L2-L7測(cè)試。
●支持內(nèi)部或外部時(shí)鐘，可調(diào)節(jié)PPM 。
●PMA PRBS 測(cè)試模式生成和探測(cè)。
●每個(gè)通道的PCVS Skew注入和測(cè)量。
●PCS lane swapping和交換探測(cè)。
●PCS通道校準(zhǔn)驗(yàn)證。
●每端口多stream線(xiàn)速流量生成和分析，集成了Spirent Testcenter 所有的統(tǒng)計(jì)量。
●5ns測(cè)量時(shí)戳精度，保證40G和100G線(xiàn)速下的準(zhǔn)確測(cè)量。并通過(guò)特有的專(zhuān)利技術(shù)，保證不同Spirent Testcenter 機(jī)箱之間的精確同步，確保多機(jī)框級(jí)聯(lián)測(cè)試的穩(wěn)定性。
●支持的第2層協(xié)議包括802.3，Ethernet II，802.1Q，802.1ad，802.1ah，802.1Qay，F(xiàn)CoE，PPP。
●支持的交換，路由，MPLS和城域以太網(wǎng)協(xié)議包括所有主要的IPv4和IPv6單播和組播路由協(xié)議，RSVP-TE，LDP，VPLS-LDP，VPLS-BGP，BGP/MPLS-VPN，F(xiàn)ast Re-route，Mvpn，P2MP-TE，BFD，LACP，STP，RSTP和MSTP，802.1ag CFM，Y.1731，PBB，PBB-TE，Link OAM等。
●支持的接入?yún)f(xié)議包括AN CP，PPPoE，DH CP，L2TP，IGMPv1/v2/v3，MLDv1/v2等。
●支持的數(shù)據(jù)中心測(cè)試方案中包括DCE/CEE測(cè)試，F(xiàn)CoE，F(xiàn)IP。
●L4-L7真實(shí)應(yīng)用層協(xié)議包括 HTTP，SIP，F(xiàn)TP和視頻協(xié)議。
5 結(jié)束語(yǔ)
Spirent Testcenter
40G/100G測(cè)試解決方案，提供全面的測(cè)試功能和精確的測(cè)試結(jié)果，能夠幫助客戶(hù)縮短40G/100G系統(tǒng)的研發(fā)周期，降低成本，把產(chǎn)品快速推入市場(chǎng)。