word文檔可自由復(fù)制編輯淺談MSTP的工程測(cè)試

前言多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點(diǎn)設(shè)備（MSTP）的進(jìn)一步應(yīng)用對(duì)MSTP的以太網(wǎng)傳輸性能提出了更高的要求，例如，運(yùn)營商對(duì)于租用以太網(wǎng)鏈路的大客戶，有不同的服務(wù)水平協(xié)議（SLA）。在業(yè)務(wù)開通前，根據(jù)什么來確定SLA的性能指標(biāo)，如何證明向客戶提供的以太網(wǎng)鏈路符合對(duì)應(yīng)的SLA的規(guī)定，對(duì)于采用MSTP技術(shù)提供的IP實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)（如VoIP、實(shí)時(shí)圖像業(yè)務(wù)），如何保證其以太網(wǎng)鏈路的帶寬、時(shí)延、丟包率以及抖動(dòng)等均符合相關(guān)要求；當(dāng)業(yè)務(wù)發(fā)生故障時(shí)，如何迅速進(jìn)行故障定位，如何判斷故障是出在傳輸鏈路還是在上層業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。所有這些因素使得對(duì)MSTP的測(cè)試要求越來越全面，越來越嚴(yán)格。在以往對(duì)MSTP的工程驗(yàn)收測(cè)試中，由于受測(cè)試設(shè)備及環(huán)境限制，往往是很粗略的定性分析，采用的方法也很普通，主要測(cè)評(píng)以太網(wǎng)鏈路的通斷情況，延時(shí)是否過大等，但對(duì)一些傳輸性能有嚴(yán)格要求的應(yīng)用，就需要對(duì)以太網(wǎng)鏈路的性能進(jìn)行定量的測(cè)試。MSTP的測(cè)試內(nèi)容，一般包括基本功能測(cè)試、傳輸性能測(cè)試和帶寬分配及管理能力3個(gè)方面。基本功能驗(yàn)證主要包括以太網(wǎng)最大、最小幀長測(cè)試，異常包測(cè)試，流量控制功能驗(yàn)證，以太網(wǎng)幀格式驗(yàn)證，端口速率及工作模式自協(xié)商功能驗(yàn)證等；帶寬分配及管理能力主要包括帶寬可分配功能驗(yàn)證、帶寬分配粒度驗(yàn)證、多徑傳送能力、帶寬動(dòng)態(tài)分配能力（LACS）等；傳輸性能主要包括吞吐量、丟幀率、傳輸時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、背對(duì)背緩存能力等。1

MSTP以太網(wǎng)業(yè)務(wù)端到端的傳輸特性在ITU-T、IEEE的相關(guān)建議中，定義了一些以太網(wǎng)業(yè)務(wù)傳輸性能的參數(shù)。ITU-T草案Y.17ethoam中定義的以太網(wǎng)性能參數(shù)主要有幀丟失、幀時(shí)延、幀時(shí)延變化、幀吞吐量等；IEEE建議RFC1242、RFC2544中定義的以太網(wǎng)性能指標(biāo)主要有吞吐量、時(shí)延、丟幀率以及背靠背等。部標(biāo)YD/T1238-2002、YD/T1276-2003以及YD/T5119-2005中，規(guī)定的以太網(wǎng)傳輸性能主要有吞吐量、丟包率、時(shí)延、差分時(shí)延等。從上述幾個(gè)建議及規(guī)范可以看出，以太網(wǎng)的傳輸特性主要包括吞吐量、時(shí)延、時(shí)延抖動(dòng)、丟幀率等內(nèi)容，雖然這些參數(shù)還待進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，但已經(jīng)能基本反應(yīng)以太網(wǎng)的傳輸性能，在工程測(cè)試中也主要考慮這幾個(gè)方面的性能指標(biāo)。1.1吞吐量吞吐量是指從源到目的地的端到端無誤碼或無幀丟失情況下實(shí)際可傳輸數(shù)據(jù)的最大帶寬。由于MSTP設(shè)備可以配置帶寬，雖然端口速率為10M/100M或GE，但傳輸?shù)膸捀鶕?jù)配置情況，可能小于或等于端口速率，因此，測(cè)試吞吐量的前提就是在給定的速率下。測(cè)試的結(jié)果一般用成功傳送的最大幀數(shù)與理論上達(dá)到給定速率所需傳送幀數(shù)的百分比來表示，等于或超過100%為合格。如果超過100%，可以增加給定的速率，再進(jìn)行測(cè)試，一般分辨率可設(shè)置為0.1%。由于MSTP設(shè)備的以太網(wǎng)板卡的收發(fā)端口都有一定大小的緩存，當(dāng)測(cè)試時(shí)間較短時(shí)，雖然接收幀的速率已經(jīng)超過了發(fā)送幀的速率，但由于緩存作用，不會(huì)出現(xiàn)丟包的現(xiàn)象，因此，吞吐量測(cè)試的時(shí)間對(duì)測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性有一定的影響。測(cè)試時(shí)間越長，測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確度越高，但時(shí)間過長，往往影響整個(gè)測(cè)試的進(jìn)度，因此，必須找到一個(gè)較合適的時(shí)長。YD/T1276-2003中規(guī)定的測(cè)試時(shí)長為10s。采用不同的幀長測(cè)試，吞吐量的測(cè)試值也會(huì)不同。采用較短的幀測(cè)試，可以更有效地反應(yīng)系統(tǒng)的性能。收發(fā)處理單元需對(duì)幀進(jìn)行物理定位、串并轉(zhuǎn)換、MAC幀定位、FCS校驗(yàn)、隊(duì)列處理、策略處理等，幀長越小，單位時(shí)間收發(fā)處理單元處理幀數(shù)越多，所需隊(duì)列緩存越多，對(duì)收發(fā)處理單元的性能要求越高，對(duì)于較長的幀，主要和幀緩存大小有關(guān)。根據(jù)IEEE802.3的規(guī)定，以太網(wǎng)最小幀長為64Byte，最大幀長為1518Byte。一般采用7種典型的字節(jié)（64、128、256、512、1024、1280和1518Byte）來進(jìn)行測(cè)試。

1.2

丟幀率丟幀率（更準(zhǔn)確的說是過載丟幀率），就是在過載情況下，導(dǎo)致不能正確轉(zhuǎn)發(fā)的幀占所發(fā)送幀的百分比。有人認(rèn)為已測(cè)試過系統(tǒng)吞吐量就沒必要再測(cè)試丟幀率，這種觀點(diǎn)對(duì)也不對(duì)。當(dāng)吞吐量為端口線速時(shí)，因?yàn)闊o法再增加帶寬，故丟幀率為0，可以不進(jìn)行丟幀率測(cè)試，當(dāng)吞吐量小于端口速率時(shí)，測(cè)試流量可以大于吞吐量，這時(shí)可進(jìn)行丟幀率測(cè)試，用來反應(yīng)系統(tǒng)在超負(fù)荷情況下的轉(zhuǎn)發(fā)能力。通常系統(tǒng)超負(fù)荷的程度不同，其所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)能力也不同，有時(shí)過大的負(fù)荷可能使系統(tǒng)拒絕服務(wù)，出現(xiàn)“假死”的狀態(tài)。例如對(duì)于50Mbit/s的鏈路，在50Mbit/s時(shí)，丟幀率應(yīng)該為0，隨著測(cè)試速率從50Mbit/s逐步增加到端口線速（100Mbit/s），丟包率也逐步增加，通過速率在50Mbit/s以上，方能滿足性能。丟幀率越低，表明系統(tǒng)的抗沖擊性越好。丟幀率測(cè)試一般是在吞吐量測(cè)試后進(jìn)行。流量以吞吐量為起點(diǎn)，逐步增加到100%或端口線速，一般按吞吐量的10%遞增，同樣，也必須采用7個(gè)典型字節(jié)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為10s。在YD/T5119-2005中，規(guī)定了過載丟包率小于0.01%。從上述定義來看，規(guī)范中過載丟包率定義不明確，前提應(yīng)該是在某一過載速率下，另外，丟包率的取值還有待進(jìn)一步討論,比如50Mbit/s的帶寬，用100Mbit/s流量進(jìn)行測(cè)試，丟包率在50%也是符合要求的。1.3

時(shí)延時(shí)延是評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)，對(duì)于一些實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，如IP電話、會(huì)議電視等，過大的時(shí)延有時(shí)會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)無法正常開通。時(shí)延按幀轉(zhuǎn)發(fā)方式分為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（S&F）和比特轉(zhuǎn)發(fā)2種方式，目前MSTP上均采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。對(duì)于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，時(shí)延是指輸入幀最后一位到達(dá)輸入端口到該幀第一位出現(xiàn)在輸出端口的時(shí)間間隔。一個(gè)端到端的時(shí)延主要由串行時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延3個(gè)部分組成。在低帶寬時(shí)，串行時(shí)延對(duì)端到端時(shí)延的影響最大。a）串行時(shí)延是指一個(gè)幀或信元在它能被處理之前完全被一個(gè)收端節(jié)點(diǎn)接收所需要的時(shí)間。比如MAC幀必須等CRC全部接收后才能被處理。MAC幀最小為64Byte，采用100Mbit/s以太網(wǎng)鏈路傳輸時(shí)，串行時(shí)延為51.2?滋s；MAC幀最長為1518Byte，采用100Mbit/s以太網(wǎng)鏈路傳輸時(shí)，串行時(shí)延為1.2144ms?？梢姡袝r(shí)延和傳輸速率成反比，速率越高，接收一個(gè)完整幀的時(shí)間越短，同時(shí)，串行時(shí)延也和幀長有關(guān)，幀越長，時(shí)延越大。b）傳播時(shí)延是指信號(hào)在傳輸介質(zhì)中從發(fā)端到收端所需的時(shí)間，它和傳輸距離以及傳輸介質(zhì)有關(guān)。例如光在單模光纖中的傳播速度大約為200000km/s（即0.005ms/km），因此傳播時(shí)延等于光纜長度×0.005ms/km。光纖越長，傳播時(shí)延越長。c）處理時(shí)延是指信號(hào)經(jīng)過光-電-光設(shè)備時(shí)，從入設(shè)備到出設(shè)備所需時(shí)間，對(duì)于MSTP設(shè)備，處理時(shí)延包括SDH的處理時(shí)延以及以太網(wǎng)的處理時(shí)延。根據(jù)YD/T974-1998，SDH的處理時(shí)延對(duì)于VC12級(jí)別，應(yīng)小于125?滋s，對(duì)于VC4級(jí)別，應(yīng)小于50?滋s。以太網(wǎng)的處理時(shí)延根據(jù)以太網(wǎng)板CPU的處理能力不同而不同。因此，一個(gè)端到端的時(shí)延應(yīng)該是串行時(shí)延、傳播時(shí)延以及處理時(shí)延之和。隨著傳輸速度的提高，串行時(shí)延變得不那么重要了，時(shí)延主要表現(xiàn)在傳播時(shí)延以及處理時(shí)延上?？梢钥闯觯瑫r(shí)延和帶寬、距離都有關(guān)系，不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會(huì)有不同的時(shí)延。在YD/T5119-2005，規(guī)定了時(shí)延小于等于100?滋s，這個(gè)數(shù)值還需要進(jìn)一步討論修正。前面已經(jīng)說過，時(shí)延包括處理時(shí)延，因此，在進(jìn)行時(shí)延測(cè)試的時(shí)候，系統(tǒng)或設(shè)備的負(fù)荷情況也是一個(gè)值得考慮的問題，系統(tǒng)或設(shè)備的負(fù)荷不同，測(cè)得的時(shí)延也不同。一般情況下，只測(cè)試負(fù)荷為吞吐量90%情況下的時(shí)延，即在非擁塞情況下的時(shí)延。另外，由于MSTP封裝以太網(wǎng)可以采用虛級(jí)聯(lián)，VC通過不同的路徑，在收端重組，也需要一定的時(shí)延，因此，建議配置VC的時(shí)候，盡量安排在同一路徑，以減少時(shí)延。測(cè)試時(shí)需采用7種典型的字節(jié)長度來進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為10s。1.4

時(shí)延抖動(dòng)時(shí)延抖動(dòng)對(duì)語音質(zhì)量的影響非常大。一般在VoIP網(wǎng)關(guān)處采用緩存排隊(duì)的辦法平滑數(shù)據(jù)包抖動(dòng)。但如果網(wǎng)絡(luò)本身的抖動(dòng)較大，則網(wǎng)關(guān)必須采用大的緩存，這將直接造成更大的時(shí)延，從而使總的時(shí)延超過150ms的門限值。這意味著網(wǎng)絡(luò)本身的抖動(dòng)必須非常小。特別是在VoIP中RTP數(shù)據(jù)包太早或太晚到達(dá)緩存，都將會(huì)被丟棄。所以數(shù)據(jù)包抖動(dòng)本身對(duì)語音的影響與丟包率的影響是相同的。因此，掌握系統(tǒng)的時(shí)延抖動(dòng)指標(biāo)對(duì)于業(yè)務(wù)的開通、故障的定位是十分必要的。

時(shí)延抖動(dòng)被定義為最大時(shí)延與最小時(shí)延的差，可以根據(jù)時(shí)延的測(cè)試結(jié)果來算出時(shí)延抖動(dòng)。2

MSTP以太網(wǎng)傳輸性能的測(cè)試方法2.1

定性的測(cè)試方法在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中常用PING命令來測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。使用PING命令可以得到包的往返時(shí)間（RTT），以及時(shí)延、丟包數(shù)量，同時(shí)也可以用不同的包長進(jìn)行測(cè)試。但需要注意的是，PING是通過高層ICMP協(xié)議，通過對(duì)端設(shè)備的響應(yīng)來獲得時(shí)延，精度較差；更重要的是真正反映端到端的時(shí)延必須在一定的背景流量下，而PING只是產(chǎn)生單個(gè)數(shù)據(jù)包，無法產(chǎn)生背景業(yè)務(wù)量，因而必須用儀表測(cè)試各種背景流量（包括滿負(fù)荷帶寬）下的時(shí)延。同時(shí)，使用PING進(jìn)行測(cè)試還受到計(jì)算機(jī)處理能力的影響，所以采用PING只能是定性的測(cè)試，用來判斷鏈路是否通達(dá)，是否有異常的時(shí)延以及比較嚴(yán)重的丟包情況，不能對(duì)上層業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)。2.2

定量的測(cè)試方法要得到準(zhǔn)確的、可重復(fù)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)必須用專業(yè)儀表進(jìn)行測(cè)試。YD/T1276-2003中也規(guī)定了MSTP的測(cè)試內(nèi)容和測(cè)試方法，但這些規(guī)定主要是對(duì)實(shí)驗(yàn)室條件下設(shè)備的功能驗(yàn)證，側(cè)重于詳細(xì)驗(yàn)證設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)，特別是協(xié)議的實(shí)現(xiàn)方式。它規(guī)定的測(cè)試方法也并不是很適合MSTP設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、業(yè)務(wù)開通以及故障定位時(shí)的測(cè)試。對(duì)于MSTP的工程測(cè)試方法，按儀表數(shù)量以及測(cè)試地點(diǎn)可分為3種情況。2.2.1

端到端測(cè)試（兩臺(tái)儀表）由于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信（三層以上）信號(hào)的發(fā)送和返回通道不對(duì)稱，因此端到端的測(cè)試在數(shù)據(jù)通信中應(yīng)用非常多。測(cè)試時(shí)，需要兩臺(tái)獨(dú)立的測(cè)試儀表，并由不同的操作人員在兩端進(jìn)行測(cè)試。這兩臺(tái)測(cè)試儀表可設(shè)置成主從方式，分別位于兩端的以太網(wǎng)接口，近端測(cè)試儀的目標(biāo)地址為遠(yuǎn)端測(cè)試儀的端口地址，反之亦然。采用這種方法，可以不管被測(cè)網(wǎng)絡(luò)的功能，可以測(cè)試端到端的吞吐量、丟包率、時(shí)延等。測(cè)試時(shí)延時(shí)，需要兩臺(tái)儀表時(shí)間同步，一般是采用GPS同步或NTP同步，這在實(shí)際中很難達(dá)到，因?yàn)镚PS需要接收天線，而NTP準(zhǔn)確度又受時(shí)鐘源和下游設(shè)備之間帶寬以及傳輸介質(zhì)的影響。為了解決這一問題，同時(shí)也避免兩地測(cè)試帶來的不便，可采用端口環(huán)回方式。2.2.2

單端口環(huán)回測(cè)試（一臺(tái)儀表）對(duì)于MSTP以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的時(shí)延測(cè)試，由于發(fā)送和返回的傳輸路徑和處理設(shè)備完全是對(duì)稱的，只需在遠(yuǎn)端進(jìn)行環(huán)回即可測(cè)試。在單端口環(huán)回方式中，測(cè)試儀連接到被測(cè)設(shè)備的近端口，在遠(yuǎn)端口進(jìn)行收發(fā)環(huán)回。這種方式可用于不帶二層交換的MSTP以太網(wǎng)接口。單端口的環(huán)回一般通過物理自環(huán)（自制10/100M的短接網(wǎng)線或1000M光口收發(fā)自環(huán)）、波長環(huán)回（以太網(wǎng)直接承載在DWDM）和SDH設(shè)備內(nèi)環(huán)（部分廠家支持）來實(shí)現(xiàn)。2.2.3

雙端口環(huán)回測(cè)試（一臺(tái)儀表）在端口到端口環(huán)回方式中，測(cè)試儀表連接到兩個(gè)近端端口，在遠(yuǎn)端進(jìn)行端口到端口環(huán)回，用網(wǎng)線將兩個(gè)端口互聯(lián)。這種方式可以同時(shí)測(cè)試二路以太網(wǎng)傳輸通道，若測(cè)試帶二層交換的MSTP以太網(wǎng)接口，則可通過設(shè)置不同VLAN方式進(jìn)行測(cè)試。在工程驗(yàn)收測(cè)試中，常用雙端口環(huán)回測(cè)試方式，這時(shí)，鏈路的時(shí)延是測(cè)試值的一半。3

MSTP以太網(wǎng)傳輸性能的指標(biāo)MSTP以太網(wǎng)傳輸性能主要包括吞吐量、丟幀率、時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)。吞吐量的指標(biāo)很好規(guī)定，符合要求即可。在YD/T5119-2005中雖然規(guī)定了丟幀率、時(shí)延的指標(biāo)，但筆者認(rèn)為其在定義以及取值上存在不同的理解，應(yīng)該進(jìn)一步修正明確。ITU-TY.1541給出了IP公共網(wǎng)絡(luò)性能的相應(yīng)要求（如表1所示）。表1IP公共網(wǎng)絡(luò)性能要求網(wǎng)絡(luò)性能參數(shù)業(yè)務(wù)等級(jí)0級(jí)1級(jí)2級(jí)3級(jí)4級(jí)5級(jí)時(shí)延100ms400ms100ms400ms1s待定時(shí)