40/100G高速以太網(wǎng)測(cè)試解決方案

標(biāo)簽：以太網(wǎng) 并行通道

隨著40/100G高速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE 802.3ba的標(biāo)準(zhǔn)最終確定，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商在40/100G方面開始推出產(chǎn)品，運(yùn)營(yíng)商也開始評(píng)估高速網(wǎng)絡(luò)的未來發(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(qū)別。大部分交換機(jī)設(shè)備廠商率先支持的是40G以太網(wǎng)，而大部分路由和核心設(shè)備廠商率先支持的是100G以太網(wǎng)。如何更好地理解40/100G對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的影響，需要有相應(yīng)的測(cè)試解決方案。

2 100G BASE-R實(shí)現(xiàn)

一條40/100G鏈路通過復(fù)用多條通道(Lane)來實(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(tǒng)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(shù)據(jù)分發(fā)到多個(gè)邏輯的通道上，這些邏輯通道就稱為虛通道(Virtual Lane)。 標(biāo)準(zhǔn)沒有對(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子層為10個(gè);在PMD子層為4個(gè)通道。

圖1 100G BASE-R實(shí)現(xiàn)

3　40/100G測(cè)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(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)用來說，40/100G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，然后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的出口隊(duì)列。在這個(gè)過程中，還要完成分類、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、過大的抖動(dòng)、亂序等性能問題。

測(cè)試40/100G系統(tǒng)，首先要驗(yàn)證線速情況下的的轉(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)過系統(tǒng)后檢測(cè)錯(cuò)誤，如誤碼率，Pattern 同步問題等。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 Swap)和通道偏差(Lane Skew)測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)通過交換通道，來驗(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)

40/100G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)并沒有太大的變化，如丟包率、時(shí)延、抖動(dòng)、順序/亂序等指標(biāo)。現(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)能否在40/100G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40/100G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40/100G系統(tǒng)來說是不夠的。傳輸一個(gè)64字節(jié)的以太網(wǎng)幀，線路上需要傳送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線路來說，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線路上，這個(gè)問題就更加突出。在100G線路上，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 40/100G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)廠商可利用線速率轉(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)廠商可利用納秒級(jí)精度的時(shí)延測(cè)量能力，對(duì)用于互聯(lián)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)中客戶端接口上的線速率流量，測(cè)量第2~3層性能和第1層PRBS和通道偏差。