40/100GE和10G高速以太网测试技术

40/100G 2~3层流量的线速发送、接收和性能实时分析，包括时延、抖动、丢包；对错误数据包的处理能力包括错误检测和计算、数据包的完整性检查、数据包的顺序性检查等。

2.4  IXIA方案的特点和优势

IXIA自高速链路研究组和802.3ba建立以来一直参与其中的工作，并为实现业界标准而献计献策。2008年6月，在美国拉斯维加斯举行的NXTComm08展会上，IXIA演示了100G以太网线速数据流的生成和分析的首次实现。IXIA与合作伙伴Infinera公司一起联合演示了100Gbit以太网流量在长距离网络中的传送。合作伙伴们认为，此次100Gbit以太网流量的传送演示是一项重大进展，标志着在不久的将来100Gbit以太网产品和服务将投入实际运营。

图4是IXIA展示的线速100GE流量发生和分析示意。流量将被传送到Infinera DTN DWDM传输系统上的100GbE接口，接着被DTN系统交换，传输后通过长距离DWDM网络传送到洛杉矶；在洛杉矶，流量被环回，再传回到拉斯维加斯的Infinera展台。在IXIA的XM2机框上可以得出该业务的性能指标。

图4  IXIA 100G长距离网络传输概念验证方案演示

IXIA是目前业界第一个也是惟一支持40/100G测试方案的厂商，在近期发布的产品中，支持PCS层的测试以及2~3层的流量性能测试，并计划在随后的版本中推出4~7层的业务测试支持能力。图5是IXIA 的40/100G测试模块和2~7层便携式机框示意图。

图5  IXIA 40/100G 产品和通用2~7层机框

3  10G测试技术

3.1  10G接口介绍

根据IEEE 802.3标准，10G接口技术目前有多种封装方式，最常见的为LAN，WAN和POS三种封装方式，LAN方式就是通常所说的以太方式，应用也最为普遍。在WAN模式下，10GE采用SONET帧结构，速率控制在9.58464Gbit/s，因此能直接接入SONET传输环网上，在广域范围内实现端到端的信号传送。但与标准的SONET OC-192接口不同的是，WAN模式没有时钟同步机制，不能参与环网的线路控制，也不支持SONET信号的通道化；它仅仅是SONET传输环网的一种业务接入手段。为实现WAN模式，需要对标准的10GE信号进行帧格式的调整，速率的适配，这个工作就交由WIS（WAN Interface Sublayer）子层完成。POS方式就是标准的SONET方式。

从物理接口类型上来看，10G接口和其他低速率以太网不同，有多种接口类型，包括XAUI，XENPAK，XFP，铜缆（10G Base-T）等。其中，XFP的类型最为普遍。图6为IXIA XFP LAN/WAN适配器以及XFP收发器和IXIA 10G Base-T测试模块，图7为IXIA XENPAK适配器和CX4收发器和IXIA XENPAK适配器和XENPAK收发器。

图6  IXIA 10G XFP 和10G Base-T接口模块

图7  CX4收发器与XENPAK收发器

3.2  10G 产品测试要点

从前面的介绍可以看出，与10G相关的标准和接口种类比较多，所以从测试的角度看，首先要进行的是进行10G芯片及接口的测试；但在所有相关的测试内容中，对于XAUI接口的测试，是一个非常重要和基础的部分。原因在于，XAUI接口是物理层和数据链路层的一个分水岭，有大量的10GE收发模块包括XENPAK，XPAK，X2，CX4都是基于XAUI接口开发，在XAUI之下可直接测试收发模块PCS，WIS，PMA/PMD各子层的功能及处理性能；而在XAUI之上，可测试母板在MAC，RS子层的功能和转发性能。

（1）10G产品交换系统及测试

10G交换系统最典型的设备就是万兆以太网交换机，根据其设计结构和应用点，要考虑的测试点包括以下几点。

●数据包处理器（Packet Processor）的运算能力。因为包处理器需要作大量的读取包头信息、查表运算。查表运算是非常消耗CPU资源的，在10GE的速度下，包处理器每秒钟需要读取的包头数量可以高达14,880,952个，在复杂的分类规则约束下，包处理器不仅只检测MAC DA，SA等常规信息，经常情况是需要检测类似VLAN，VLAN Priority，MPLS，TOS，IP DA，SA等多层信息，而且还需要根据这些信息查询多个表项（路由表、转发表、标签转发表、过滤条件表），并找到以太网包的合法性和出口属性，数据包处理能力的好坏直接决定产品的性能。

●表单（Lookup Table）容量。在入口板卡上，会同时驻留类似MAC地址表，ARP学习表，路由表，转发表，标签转发表，过滤条件表等多种表项，这些表项的容量大小及存取速度直接决定了可以同时处理的以太网包的复杂程度，转发效率。如果容量太小或存取速度太慢，可能直接在本环节形成失效，无法转入下一处理环节。

●流量测量器（Meter）的处理能力。流量测量器需要在10GE线速情况下，根据单漏或双漏的定义规则，对连续经过的报文进行长度、包间隔、突发大小、平均速率、峰值速率快速运算，并进行相应的标记。需要注意的是，这种运算可能不仅仅是针对一条流，有可能是针对多条流，甚至是成百上千的流。这也是一个CPU资源消耗型的器件。在QoS管理中会造成性能的瓶颈，甚至是管理功能的失效。

●队列（Queue）的缓冲和调度能力。队列的数量是一个很重要的指标，他决定了队头阻塞（HOL）发生的可能大小；队列的容量是另外一个很重要的指标，当出口发生拥塞时，如果队列容量太小，会造成丢包的急剧增加，直接影响业务质量。在10GE端口上，由于带宽较GE要高出10倍，通常会处于核心节点，用于收敛和汇聚各个方向的用户，其承载的用户量也是非常惊人的，通常可以达到30万左右。因此，相应的队列要求也比一般的千兆系统要高出十几倍，甚至更多。另外，由于对队列的调度存在多种算法，如WRR，WFQ，Strict Priority等，各种不同的算法会同时作用到不同的队列上，因此能否按设定的规则同时对高达30万级的队列进行正确的调度，是衡量队列调度能力的关键。

●交换矩阵（Switch Fabric）的交换能力。一个10GE的交换系统，能否真正做到全网状无阻塞的线速交换，除了前面提到的一系列处理器件外，最核心的部分就是交换矩阵。首先，他是否是真正的全双工矩阵器件，还是部分总线型的器件。另外，在每一个方向上，是否真正能达到线速交换，交换的延迟有多大，是否有控制上的缺陷等，都是我们需要重点考察的问题。对于组播和广播报文，交换矩阵通常承担主要的复制工作，复制的数量和速率，会对交换矩阵的性能产生很大影响，因此需要重点考察交换矩阵的复制效率和正确性。

●控制平面（Control Plane）路由学习和收敛性能。在常规的交换系统内，路由的计算和运行都位于主控系统上，运算的结果需要反映到各线卡的转发表项中，因此主控平面的性能好坏，直接决定了转发表项的生成效率。与主控平面性能相关的测试指标，包括路由运算的速率和路由数据库的容量。同时，能够运行的协议种类，如LDP，OSPF，BGP，PIM等；当路由拓朴发生变化时，路由平面的收敛速度；路由计算结果转化为各转发表的速度。

根据上面的关注点，主要性能测试点包括：

●10GE线速情况下的二、三层吞吐量、时延、抖动等基准指标。
●10GE线速情况下对包的过滤能力，包括针对不同的MAC地址，IP地址，TCP/UDP端口地址或以上地址的组合。
●10GE线速情况下根据包内容QoS的设置，对包的优先级处理能力。
●10GE线速情况下根据业务约定条件（如速率大小、突发大小），对流量进行限制和标记处理能力。
●处理队头阻塞的能力。
●10GE线速组播和广播复制能力。

（2）10GE应用层测试

10GE应用层的测试是随着服务器市场的高端化逐渐展开的，一方面有越来越多的服务器开始支持10GE接口，另一方面网络中间设备已经大量地采用10GE互联，需要承载4~7层的应用层流量，这2个主要因素促使10GE上的应用层测试越来越频繁。

与常规的二、三层测试指标不同，在应用层，大量的测试是与TCP的并发连接，以及应用的服务质量相关。由于应用层通常都是有状态的流量，需要CPU的全面干预，因此CPU的能力是10GE应用层测试的一个关键因素，它对测试模块提出了很高的要求。

应用层的测试，通常也有一个循序渐进的过程：

首先，需要测试服务器或网络中间设备的TCP并发能力，因为绝大多数的应用都是承载于TCP层之上，TCP的并发能力直接影响到应用的性能。在这个环节，需要关注10GE上的TCP并发连接数、新建TCP连接的速度、TCP连接拆除的速度、完整的TCP会话数等测试指标；如果按理论值，在10GE上，TCP的并发连接数可以达到496万个/s，完整的TCP会话数可以达到297万个/s。（一个TCP连接需要3次握手，一个TCP会话需要5次握手）如果按每个用户平均5个TCP会话数来算，一个10GE端口每秒可以容纳的用户数将高达60万，这是一个非常惊人的数字。

其次，在TCP之上，是真实的4~7层业务流，最典型的是HTTP应用。与TCP一样，对于HTTP的应用层测试，也要考虑HTTP的并发连接数，新建HTTP连接的速度，HTTP的响应速度等指标，用以衡量HTTP的用户支撑能力。由于HTTP的会话或长或短，需要消耗大量的带宽，会导致在一段时间内TCP的并发连接数与理论值有很大的差异，但这是否意味着TCP的并发连接测试失去意义呢？答案当然是否定的。道理很简单，HTTP只是TCP之上的一种应用，而且存在大量的超短会话，TCP的并发连接支持能力会限制HTTP的最大并发数。除此以外，还要考虑HTTP的有效吞吐量，HTTP的返回代码值统计等应用层服务质量的测试指标。

第三，在TCP之上，还有大量的其他多种多样的应用，也就是通常所说的多重业务播放。以当前流行的IPTV业务为例，其包括RTSP点播和Multicast组播2种业务模式，重点考察点播用户数，MDI视频传输质量，视频的QoE质量指标MOS_V，组播频道切换，加入时延，离开时延等测试指标。

3.3  IXIA 特点和优势总结

IXIA公司通过强大和完整的10G测试平台的支持，提供了业界领先的10G测试解决方案。

（1）提供了业界最全面的10G接口类型，目前主流的接口类型包括XFP，SFP+，XENPAK，10G Base-T等。

（2）支持业界最高密度的10G以太网测试。图8是一个测试模块上有8个物理接口的IxYukon模块，该模块节省物理空间和电力消耗。IXIA与Miercom实验室合作，推出第一个"绿色测试"的环保概念。

图8  业界最高密度10G测试模块IxYukon

（3）对于10G Base-T物理接口，支持Category 6A和7类线缆上传输距离超过100m。

（4）领先独特的设计结构支持业界惟一的10G应用层线速测试。

4  结束语

根据美国著名咨询公司Frost & Sullivan的报告，IXIA 2007年在GE和10GE测试仪器份额上，全球排名第一。这得益于IXIA公司成立11年以来一直专注IP测试技术，并保持创新性，推出的一体化2~7层测试平台支持包括10/100/1000M，10G，40/100G等全面的以太网接口。特别是对10G，40/100G等高速率接口的技术投入和快速跟进，保证了技术的领先性。IXIA全面领先的高速率以太网解决方案为产品开发与设备部署提供了可靠保证。