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0 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)鏈路符合對應(yīng)的SLA的規(guī)定，對于采用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MSTP的測試要求越來越全面，越來越嚴(yán)格。在以往對MSTP的工程驗(yàn)收測試中，由于受測試設(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，主要測評以太網(wǎng)鏈路的通斷情況，延時(shí)是否過大等，但對一些傳輸性能有嚴(yán)格要求的應(yīng)用，就需要對以太網(wǎng)鏈路的性能進(jìn)行定量的測試。
MSTP的測試內(nèi)容，一般包括基本功能測試、傳輸性能測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、最小幀長測試，異常包測試，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/T 1238-2002、YD/T 1276-2003以及YD/T 5119-2005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，測試吞吐量的前提就是在給定的速率下。測試的結(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，吞吐量測試的時(shí)間對測試結(jié)果的準(zhǔn)確性有一定的影響。測試時(shí)間越長，測試結(jié)果的準(zhǔn)確度越高，但時(shí)間過長，往往影響整個(gè)測試的進(jìn)度，因此，必須找到一個(gè)較合適的時(shí)長。YD/T 1276-2003中規(guī)定的測試時(shí)長為10 s。
采用不同的幀長測試，吞吐量的測試值也會(huì)不同。采用較短的幀測試，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，對收發(fā)處理單元的性能要求越高，對于較長的幀，主要和幀緩存大小有關(guān)。根據(jù)IEEE 802.3 的規(guī)定，以太網(wǎng)最小幀長為64 Byte，最大幀長為1 518 Byte。一般采用7種典型的字節(jié)（64、128、256、512、1 024、1 280和1 518 Byte）來進(jìn)行測試。
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)為已測試過系統(tǒng)吞吐量就沒必要再測試丟幀率，這種觀點(diǎn)對也不對。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)行丟幀率測試，當(dāng)吞吐量小于端口速率時(shí)，測試流量可以大于吞吐量，這時(shí)可進(jìn)行丟幀率測試，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)。例如對于50 Mbit/s的鏈路，在50 Mbit/s時(shí)，丟幀率應(yīng)該為0，隨著測試速率從50 Mbit/s逐步增加到端口線速（100 Mbit/s），丟包率也逐步增加，通過速率在50 Mbit/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。
丟幀率測試一般是在吞吐量測試后進(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)行測試，測試時(shí)間為10 s。
在YD/T 5119-2005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50 Mbit/s的帶寬，用100 Mbit/s流量進(jìn)行測試，丟包率在50%也是符合要求的。
1.3 時(shí)延
時(shí)延是評價(jià)網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)，對于一些實(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64 Byte，采用100 Mbit/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1 518 Byte，采用100 Mbit/s以太網(wǎng)鏈路傳輸時(shí)，串行時(shí)延為1.214 4 ms�？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200 000 km/s（即0.005 ms/km），因此傳播時(shí)延等于光纜長度×0.005 ms/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/T 974-1998，SDH的處理時(shí)延對于VC12級(jí)別，應(yīng)小于125 ?滋s，對于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�，時(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/T 5119-2005，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，測得的時(shí)延也不同。一般情況下，只測試負(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。測試時(shí)需采用7種典型的字節(jié)長度來進(jìn)行測試，測試時(shí)間為10 s。
1.4 時(shí)延抖動(dòng)
時(shí)延抖動(dòng)對語音質(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150 ms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)傳輸性能的測試方法
2.1 定性的測試方法
在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中常用PING命令來測試網(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)行測試。但需要注意的是，PING 是通過高層ICMP協(xié)議，通過對端設(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，不能對上層業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)性能數(shù)據(jù)。
2.2 定量的測試方法
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)行測試。YD/T 1276-2003中也規(guī)定了MSTP的測試內(nèi)容和測試方法，但這些規(guī)定主要是對實(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)定的測試方法也并不是很適合MSTP設(shè)備在現(xiàn)場測試、業(yè)務(wù)開通以及故障定位時(shí)的測試。對于MSTP的工程測試方法，按儀表數(shù)量以及測試地點(diǎn)可分為3種情況。
2.2.1 端到端測試（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)送和返回通道不對稱，因此端到端的測試在數(shù)據(jù)通信中應(yīng)用非常多。測試時(shí)，需要兩臺(tái)獨(dú)立的測試儀表，并由不同的操作人員在兩端進(jìn)行測試。這兩臺(tái)測試儀表可設(shè)置成主從方式，分別位于兩端的以太網(wǎng)接口，近端測試儀的目標(biāo)地址為遠(yuǎn)端測試儀的端口地址，反之亦然。采用這種方法，可以不管被測網(wǎng)絡(luò)的功能，可以測試端到端的吞吐量、丟包率、時(shí)延等。測試時(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)回測試（一臺(tái)儀表）
對于MSTP以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的時(shí)延測試，由于發(fā)送和返回的傳輸路徑和處理設(shè)備完全是對稱的，只需在遠(yuǎn)端進(jìn)行環(huán)回即可測試。在單端口環(huán)回方式中，測試儀連接到被測設(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)回測試（一臺(tái)儀表）
在端口到端口環(huán)回方式中，測試儀表連接到兩個(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)測試二路以太網(wǎng)傳輸通道，若測試帶二層交換的MSTP以太網(wǎng)接口，則可通過設(shè)置不同VLAN方式進(jìn)行測試。
在工程驗(yàn)收測試中，常用雙端口環(huán)回測試方式，這時(shí)，鏈路的時(shí)延是測試值的一半。
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/T 5119-2005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-T Y.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1 IP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 | 100ms | 400ms | 100ms | 400ms | 1s | 待定 |
| 時(shí)延抖動(dòng) | 50ms | 50ms | 待定 | 待定 | 待定 | 待定 |
| 丟包率 | 1×10-3 | 1×10-3 | 1×10-3 | 1×10-3 | 1×10-3 | 待定 |
| 錯(cuò)包率 | 1×10-4 | 待定 | ||||
該參數(shù)定義對于基于MSTP的端到端以太網(wǎng)電路，可以有所參考，但MSTP上的以太網(wǎng)電路由于涉及范圍較小，其要求應(yīng)該嚴(yán)格得多。
4 總結(jié)
MSTP這一多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)正得到愈來愈多通信運(yùn)營商的青睞，隨著通信網(wǎng)絡(luò)向分組化發(fā)展，對底層傳輸質(zhì)量的要求也越來越多。隨著一些國際標(biāo)準(zhǔn)組織（如ITU-T、MEF等）對以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的進(jìn)一步研究，一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的出臺(tái)，將會(huì)更加完善有關(guān)以太網(wǎng)鏈路的性能參數(shù)及指標(biāo)。
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