40/100G高速以太網(wǎng)測試解決方案

標簽：以太網(wǎng) 并行通道

隨著(zhù)40/100G高速以太網(wǎng)標準IEEE 802.3ba的標準最終確定，網(wǎng)絡(luò )設備廠(chǎng)商在40/100G方面開(kāi)始推出產(chǎn)品，運營(yíng)商也開(kāi)始評估高速網(wǎng)絡(luò )的未來(lái)發(fā)展方向。40/100G和10G以太網(wǎng)相比較，主要是在光電接口和物理層方面有區別。大部分交換機設備廠(chǎng)商率先支持的是40G以太網(wǎng)，而大部分路由和核心設備廠(chǎng)商率先支持的是100G以太網(wǎng)。如何更好地理解40/100G對于網(wǎng)絡(luò )的影響，需要有相應的測試解決方案。

2 100G BASE-R實(shí)現

一條40/100G鏈路通過(guò)復用多條通道(Lane)來(lái)實(shí)現，通常分為若干個(gè)25G通道或者10G通道。發(fā)送端通常把40/100G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40/100G 流。 與傳統的以太網(wǎng)物理接口一樣，40/100G接口也分為PCS，PMA和PMD子層。PCS子層把編碼數據分發(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)。 標準沒(méi)有對邏輯通道如何靜態(tài)映射到物理通道上做規定，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，其中括號中的值表示一個(gè)子層的進(jìn)出通道數。PCS子層包括20個(gè)虛擬通道，在PMA和PMD子層，根據不同的實(shí)現通道數會(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子層為10個(gè);在PMD子層為4個(gè)通道。

圖1 100G BASE-R實(shí)現

3　40/100G測試

雖然40/100G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以太網(wǎng)特性，對測試提出了挑戰。

(1)L2~L7層

對于高層應用來(lái)說(shuō)，40/100G接口要求設備中的組件要在更短的時(shí)間內完成工作。比如，一臺路由器需要對進(jìn)來(lái)的數據包剝離低層協(xié)議頭，排隊，進(jìn)行路由表查詢(xún)，然后轉發(fā)到相應的出口隊列。在這個(gè)過(guò)程中，還要完成分類(lèi)、監管、優(yōu)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(shù)的創(chuàng )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(guò)大的抖動(dòng)、亂序等性能問(wèn)題。

測試40/100G系統，首先要驗證線(xiàn)速情況下的的轉發(fā)性能， 其次需要驗證負載下的功能、性能、擴展性、進(jìn)行數據和協(xié)議平面的集成測試。 另外，需要從用戶(hù)體驗角度對系統承載的真實(shí)業(yè)務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行評估。

(2)物理層

物理層的測試最關(guān)鍵的問(wèn)題是消除誤碼。在不同的子層，有不同的測試重點(diǎn)。

●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，需要測試儀表發(fā)送各種bit Pattern，如偽隨機碼序列(PRBS)，經(jīng)過(guò)系統后檢測錯誤，如誤碼率，Pattern 同步問(wèn)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 Swap)和通道偏差(Lane Skew)測試。測試系統通過(guò)交換通道，來(lái)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(fā)送端口產(chǎn)生一定的偏差，在接收端口，統計經(jīng)過(guò)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(gè)范圍內的補償，或者測試系統和標準多大程度上的匹配。

(3)測試系統本身的挑戰

40/100G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(méi)有太大的變化，如丟包率、時(shí)延、抖動(dòng)、順序/亂序等指標?，F有的測試系統能否在40/100G性能下繼續提供準確的統計值。在這里測試儀表的時(shí)鐘測量精度起了關(guān)鍵的作用。

為了測試時(shí)延、抖動(dòng)、幀的順序性等信息，測試儀表會(huì )在發(fā)送的每個(gè)數據幀中插入一個(gè)簽名字段(Signature)，包含發(fā)送時(shí)間戳、序號等信息。當測試儀表的接收端口收到數據幀時(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，就可以計算出時(shí)延、抖動(dòng)等指標。在40/100G測試中，能夠準確提供時(shí)延、抖動(dòng)等指標，測量精度至關(guān)重要。

傳統的測試儀表，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40/100G系統來(lái)說(shuō)是不夠的。傳輸一個(gè)64字節的以太網(wǎng)幀，線(xiàn)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(xiàn)路上傳輸一個(gè)64字節的數據幀，需要67.2ns，20ns的測量精度足夠了，可以為發(fā)送的每一個(gè)幀標識出惟一的發(fā)送時(shí)間戳。

對于40G線(xiàn)路來(lái)說(shuō)，傳送一個(gè)64字節的以太網(wǎng)幀，需要16.8ns，有可能在一個(gè)Clock Tick中間出現兩個(gè)幀，在這種場(chǎng)景下，時(shí)延和抖動(dòng)測量就出現不準確。

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，測試儀表完全不能準確的標識出每個(gè)幀的發(fā)送時(shí)間。提供這些關(guān)鍵的統計量，要求測試儀表的測量精度要小于在線(xiàn)路上傳送一個(gè)64字節幀的時(shí)間。

在多機框測試，或者異地測試中，要求機框之間的時(shí)鐘必須準確同步。

4　Sprient TestCenter 40/100G測試系統

Spirent TestCenterHyperMetrics 40/100G以太網(wǎng)模塊為網(wǎng)絡(luò )設備制造商和服務(wù)商提供了集成OSI L1~L7 的測試解決方案。HyperMetrics 40/100G以太網(wǎng)模塊可應用于以下目的：

(1)服務(wù)商和IP系統廠(chǎng)商可利用線(xiàn)速率轉發(fā)性能分析，驗證路由和MPLS服務(wù)是否能夠擴展到100G以太網(wǎng)核心和邊緣接口上。

(2)數據中心交換機廠(chǎng)商可利用納秒級精度的時(shí)延測量能力，對用于互聯(lián)服務(wù)器和存儲系統的新型40G以太網(wǎng)交換結構進(jìn)行基準測試。

(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，測量第2~3層性能和第1層PRBS和通道偏差。