40/100G高速以太網(wǎng)測試解決方案

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)營商也開始評估高速網(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對于網(wǎng)絡(luò)的影響，需要有相應(yīng)的測試解決方案。

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25G通道或者10G通道。發(fā)送端通常把40/100G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)沒有對邏輯通道如何靜態(tài)映射到物理通道上做規(guī)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。 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子層的進(jìn)出通道數(shù)。PCS子層包括20個虛擬通道，在PMA和PMD子層，根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)通道數(shù)會發(fā)生變化，比如100GBASE-R4;在PCS子層，包含20個虛擬通道;在PMA子層為10個;在PMD子層為4個通道。

圖1 100G BASE-R實(shí)現(xiàn)

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(tǒng)以太網(wǎng)特性，對測試提出了挑戰(zhàn)。

(1)L2~L7層

對于高層應(yīng)用來說，40/100G接口要求設(shè)備中的組件要在更短的時間內(nèi)完成工作。比如，一臺路由器需要對進(jìn)來的數(shù)據(jù)包剝離低層協(xié)議頭，排隊，進(jìn)行路由表查詢，然后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的出口隊列。在這個過程中，還要完成分類、監(jiān)管、優(yōu)先級調(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，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(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、亂序等性能問題。

測試40/100G系統(tǒng)，首先要驗證線速情況下的的轉(zhuǎn)發(fā)性能， 其次需要驗證負(fù)載下的功能、性能、擴(kuò)展性、進(jìn)行數(shù)據(jù)和協(xié)議平面的集成測試。 另外，需要從用戶體驗角度對系統(tǒng)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(jī)碼序列(PRBS)，經(jīng)過系統(tǒng)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(nèi)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(tǒng)通過交換通道，來驗證被測設(shè)備能否檢測到通道交換并補(bǔ)償。在偏差測試中，測試系統(tǒng)在發(fā)送端口產(chǎn)生一定的偏差，在接收端口，統(tǒng)計經(jīng)過被測系統(tǒng)補(bǔ)償以后的偏差值。IEEE對能補(bǔ)償?shù)钠罘秶隽硕x。偏差測試就是驗證系統(tǒng)能否支持這個范圍內(nèi)的補(bǔ)償，或者測試系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)多大程度上的匹配。

(3)測試系統(tǒng)本身的挑戰(zhàn)

40/100G系統(tǒng)性能測試，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、時延、抖動、順序/亂序等指標(biāo)。現(xiàn)有的測試系統(tǒng)能否在40/100G性能下繼續(xù)提供準(zhǔn)確的統(tǒng)計值。在這里測試儀表的時鐘測量精度起了關(guān)鍵的作用。

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

傳統(tǒng)的測試儀表，以測試10G及以下的系統(tǒng)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(tǒng)來說是不夠的。傳輸一個64字節(jié)的以太網(wǎng)幀，線路上需要傳送672bits，計算公式：(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64字節(jié)的數(shù)據(jù)幀，需要67.2ns，20ns的測量精度足夠了，可以為發(fā)送的每一個幀標(biāo)識出惟一的發(fā)送時間戳。

對于40G線路來說，傳送一個64字節(jié)的以太網(wǎng)幀，需要16.8ns，有可能在一個Clock Tick中間出現(xiàn)兩個幀，在這種場景下，時延和抖動測量就出現(xiàn)不準(zhǔn)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(jié)的以太網(wǎng)幀，只需要6.72ns，每個時間戳Clock Tick包含3個幀，在這種情況下，測試儀表完全不能準(zhǔn)確的標(biāo)識出每個幀的發(fā)送時間。提供這些關(guān)鍵的統(tǒng)計量，要求測試儀表的測量精度要小于在線路上傳送一個64字節(jié)幀的時間。

在多機(jī)框測試，或者異地測試中，要求機(jī)框之間的時鐘必須準(zhǔn)確同步。

4　Sprient TestCenter 40/100G測試系統(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)廠商可利用納秒級精度的時延測量能力，對用于互聯(lián)服務(wù)器和存儲系統(tǒng)的新型40G以太網(wǎng)交換結(jié)構(gòu)進(jìn)行基準(zhǔn)測試。

(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，測量第2~3層性能和第1層PRBS和通道偏差。