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0 前言
多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點設(shè)備（MSTP）的進一步應(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實時業(yè)務(wù)（如 VoIP、實時圖像業(yè)務(wù)），如何保證其以太網(wǎng)鏈路的帶寬、時延、丟包率以及抖動等均符合相關(guān)要求；當(dāng)業(yè)務(wù)發(fā)生故障時，如何迅速進行故障定位，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個方面�；竟δ茯炞C主要包括以太網(wǎng)最大、最小幀長測試，異常包測試，流量控制功能驗證，以太網(wǎng)幀格式驗證，端口速率及工作模式自協(xié)商功能驗證等；帶寬分配及管理能力主要包括帶寬可分配功能驗證、帶寬分配粒度驗證、多徑傳送能力、帶寬動態(tài)分配能力（LACS）等；傳輸性能主要包括吞吐量、丟幀率、傳輸時延、時延抖動、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、幀時延、幀時延變化、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、時延、差分時延等。
從上述幾個建議及規(guī)范可以看出，以太網(wǎng)的傳輸特性主要包括吞吐量、時延、時延抖動、丟幀率等內(nèi)容，雖然這些參數(shù)還待進一步完善和補充，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)測試時間較短時，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，不會出現(xiàn)丟包的現(xiàn)象，因此，吞吐量測試的時間對測試結(jié)果的準(zhǔn)確性有一定的影響。測試時間越長，測試結(jié)果的準(zhǔn)確度越高，但時間過長，往往影響整個測試的進度，因此，必須找到一個較合適的時長。YD/T 1276-2003中規(guī)定的測試時長為10 s。
采用不同的幀長測試，吞吐量的測試值也會不同。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)處理單元需對幀進行物理定位、串并轉(zhuǎn)換、MAC幀定位、FCS校驗、隊列處理、策略處理等，幀長越小，單位時間收發(fā)處理單元處理幀數(shù)越多，所需隊列緩存越多，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，這種觀點對也不對。當(dāng)吞吐量為端口線速時，因為無法再增加帶寬，故丟幀率為0，可以不進行丟幀率測試，當(dāng)吞吐量小于端口速率時，測試流量可以大于吞吐量，這時可進行丟幀率測試，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，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行。流量以吞吐量為起點，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個典型字節(jié)進行測試，測試時間為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一步討論,比如50 Mbit/s的帶寬，用100 Mbit/s流量進行測試，丟包率在50%也是符合要求的。
1.3 時延
時延是評價網(wǎng)絡(luò)性能的重要參數(shù)，對于一些實時性業(yè)務(wù)，如IP電話、會議電視等，過大的時延有時會導(dǎo)致業(yè)務(wù)無法正常開通。
時延按幀轉(zhuǎn)發(fā)方式分為存儲轉(zhuǎn)發(fā)（S&F）和比特轉(zhuǎn)發(fā)2種方式，目前MSTP上均采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式。對于存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，時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)在輸出端口的時間間隔。一個端到端的時延主要由串行時延、傳播時延和處理時延3個部分組成。在低帶寬時，串行時延對端到端時延的影響最大。
a） 串行時延是指一個幀或信元在它能被處理之前完全被一個收端節(jié)點接收所需要的時間。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，串行時延為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，串行時延為1.214 4 ms�？梢�，串行時延和傳輸速率成反比，速率越高，接收一個完整幀的時間越短，同時，串行時延也和幀長有關(guān)，幀越長，時延越大。
b） 傳播時延是指信號在傳輸介質(zhì)中從發(fā)端到收端所需的時間，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），因此傳播時延等于光纜長度×0.005 ms/km。光纖越長，傳播時延越長。
c） 處理時延是指信號經(jīng)過光-電-光設(shè)備時，從入設(shè)備到出設(shè)備所需時間，對于MSTP設(shè)備，處理時延包括SDH的處理時延以及以太網(wǎng)的處理時延。根據(jù)YD/T 974-1998，SDH的處理時延對于VC12級別，應(yīng)小于125 ?滋s，對于VC4級別，應(yīng)小于50 ?滋s。以太網(wǎng)的處理時延根據(jù)以太網(wǎng)板CPU的處理能力不同而不同。
因此，一個端到端的時延應(yīng)該是串行時延、傳播時延以及處理時延之和。隨著傳輸速度的提高，串行時延變得不那么重要了，時延主要表現(xiàn)在傳播時延以及處理時延上�？梢钥闯�，時延和帶寬、距離都有關(guān)系，不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)會有不同的時延。在YD/T 5119-2005，規(guī)定了時延小于等于100 ?滋s，這個數(shù)值還需要進一步討論修正。
前面已經(jīng)說過，時延包括處理時延，因此，在進行時延測試的時候，系統(tǒng)或設(shè)備的負(fù)荷情況也是一個值得考慮的問題，系統(tǒng)或設(shè)備的負(fù)荷不同，測得的時延也不同。一般情況下，只測試負(fù)荷為吞吐量90%情況下的時延，即在非擁塞情況下的時延。另外，由于MSTP封裝以太網(wǎng)可以采用虛級聯(lián)，VC通過不同的路徑，在收端重組，也需要一定的時延，因此，建議配置VC的時候，盡量安排在同一路徑，以減少時延。測試時需采用7種典型的字節(jié)長度來進行測試，測試時間為10 s。
1.4 時延抖動
時延抖動對語音質(zhì)量的影響非常大。一般在VoIP網(wǎng)關(guān)處采用緩存排隊的辦法平滑數(shù)據(jù)包抖動。但如果網(wǎng)絡(luò)本身的抖動較大，則網(wǎng)關(guān)必須采用大的緩存，這將直接造成更大的時延，從而使總的時延超過150 ms的門限值。這意味著網(wǎng)絡(luò)本身的抖動必須非常小。特別是在VoIP中RTP數(shù)據(jù)包太早或太晚到達(dá)緩存，都將會被丟棄。所以數(shù)據(jù)包抖動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)的時延抖動指標(biāo)對于業(yè)務(wù)的開通、故障的定位是十分必要的。
時延抖動被定義為最大時延與最小時延的差，可以根據(jù)時延的測試結(jié)果來算出時延抖動。
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間（RTT），以及時延、丟包數(shù)量，同時也可以用不同的包長進行測試。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)來獲得時延，精度較差；更重要的是真正反映端到端的時延必須在一定的背景流量下，而PING只是產(chǎn)生單個數(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）下的時延。同時，使用PING進行測試還受到計算機處理能力的影響，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)驗證的數(shù)據(jù)必須用專業(yè)儀表進行測試。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)定主要是對實驗室條件下設(shè)備的功能驗證，側(cè)重于詳細(xì)驗證設(shè)備的各項性能指標(biāo)，特別是協(xié)議的實現(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)量以及測試地點可分為3種情況。
2.2.1 端到端測試（兩臺儀表）
由于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信（三層以上）信號的發(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，需要兩臺獨立的測試儀表，并由不同的操作人員在兩端進行測試。這兩臺測試儀表可設(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、時延等。測試時延時，需要兩臺儀表時間同步，一般是采用GPS同步或NTP同步，這在實際中很難達(dá)到，因為GPS需要接收天線，而NTP 準(zhǔn)確度又受時鐘源和下游設(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（一臺儀表）
對于MSTP以太網(wǎng)業(yè)務(wù)的時延測試，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）來實現(xiàn)。
2.2.3 雙端口環(huán)回測試（一臺儀表）
在端口到端口環(huán)回方式中，測試儀表連接到兩個近端端口，在遠(yuǎn)端進行端口到端口環(huán)回，用網(wǎng)線將兩個端口互聯(lián)。這種方式可以同時測試二路以太網(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方式進行測試。
在工程驗收測試中，常用雙端口環(huán)回測試方式，這時，鏈路的時延是測試值的一半。
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、時延和時延抖動。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 | |||||
| 0級 | 1級 | 2級 | 3級 | 4級 | 5級 | |
| 時延 | 100ms | 400ms | 100ms | 400ms | 1s | 待定 |
| 時延抖動 | 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)傳送平臺正得到愈來愈多通信運營商的青睞，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)的進一步研究，一些相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的出臺，將會更加完善有關(guān)以太網(wǎng)鏈路的性能參數(shù)及指標(biāo)。
參考文獻(xiàn)
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4 YD/T 1238-2002. 基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點技術(shù)要求. 北京：人民郵電出版社，2002
5 YD/T 1276-2003. 基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點測試方法. 北京：人民郵電出版社，2003
6 YD/T 5119-2005. 基于SDH的多業(yè)務(wù)傳送節(jié)點（MSTP）本地網(wǎng)光纜傳輸工程設(shè)計規(guī)范. 北京:北京郵電大學(xué)出版社,2006
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8 ITU-T Y.1541. Network Performance Objectives for IP-Based Services
