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摘要 介紹了IP網(wǎng)絡設備基本性能測試的相關標準，闡述了相關設備的高級測試技術，并且對高密度、低時延的10G以太網(wǎng)測試方法進行了分析，總結(jié)了IXIA在上述領域的優(yōu)勢與特點。
1 引言
IP網(wǎng)絡設備是IP網(wǎng)絡的核心，其性能好壞直接影響IP網(wǎng)的網(wǎng)絡規(guī)模、網(wǎng)絡穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡可擴展性。性能測試主要是讓被測試設備承受不同的負載，驗證其表現(xiàn)，主要目的是測試它的容量（如吞吐量），以及處理業(yè)務的速度（如時延）等。不同的IP網(wǎng)絡設備由于采用了不同的硬件結(jié)構(gòu)，性能表現(xiàn)會有所不同，即使是同一IP網(wǎng)絡設備交換設備在不同的負載下也會有不同的表現(xiàn)。另外，IP網(wǎng)絡設備配置的不同也會引起不同的性能表現(xiàn)，所以全面對IP網(wǎng)絡設備進行性能測試就顯得尤其重要。
從測試方法和流程上，根據(jù)被測設備特點的不同，一般將2~3層IP設備測試分三部分進行，即與流量相關的轉(zhuǎn)發(fā)平面測試，與控制層面相關的協(xié)議測試，包括路由協(xié)議、組播、MPLS和橋接協(xié)議等，另外還有轉(zhuǎn)發(fā)平面和控制層面結(jié)合的測試。這三部分既相互獨立又互相關聯(lián)。本文重點介紹和流量相關的轉(zhuǎn)發(fā)平面高級測試技術，其他方面的內(nèi)容另行介紹。
需要說明的是，2~3層IP網(wǎng)絡設備僅僅是通常概念上的劃分，隨著IP網(wǎng)絡設備功能復雜性的增加，2~3層設備和4~7層設備功能也在融合，對IP設備也要進行全面的2~7層測試。
2 傳統(tǒng)基準性能測試技術
從測試的角度看，由于IETF沒有對特定設備性能測試作專門規(guī)定，傳統(tǒng)上都遵守RFC2544標準做測試，以太網(wǎng)交換機測試標準則參照RFC2889。由于網(wǎng)絡互聯(lián)設備除了通用性能測試以外通常還有一些特定的性能指標，例如路由器區(qū)別于一般簡單的網(wǎng)絡互聯(lián)設備，在性能測試時還應該加上路由器特有的性能測試，例如路有表容量、路由協(xié)議收斂時間等指標。
另外，QoS，組播，IPv4，IPv6和VLAN等多種相關技術都需要進行詳細的測試。
在傳統(tǒng)的基準性能測試中，IETF測試標準化工作組（BMWG，Benchmarking Methodology Working Group）盡量在獨立公正，不受廠家技術指標影響的情況下定義了一系列測試標準和方法，相關的RFC包括：
（1）RFC2544（Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices）。該標準是網(wǎng)絡基準性能測試標準，定義了6項基本性能測試規(guī)范，相關術語由RFC1242定義。由于該標準是20世紀90年代發(fā)布的，已經(jīng)不能滿足新的測試技術需要，因此2007年由IXIA公司主導參與做了較大更新。
（2）RFC2889（Benchmarking Methodology for LAN Switching Devices）。該標準是局域網(wǎng)交換設備測試規(guī)范，定義了交換機測試的11個項目。
（3）RFC 3918（Methodology for IP Multicast Benchmarking）。該規(guī)范是在RFC2432基礎上更新的組播測試規(guī)范，定義了組播設備的14個測試項目。
（4）RFC 3511（Benchmarking Methodology for Firewall Performance）。該規(guī)范是在RFC2647基礎上更新的防火墻性能測試規(guī)范，定義了防火墻測試的10個項目。
3 高級測試技術
上述測試標準和基本性能測試技術都比較成熟，目前應用也比較普遍，但是不能滿足日益復雜的IP網(wǎng)絡設備的測試要求，在測試2~3層IP網(wǎng)絡設備時，還需要考慮更多的方面，比如包長的選擇是否過于簡單？是否可以隨機變換數(shù)據(jù)包發(fā)送間隔從而變換數(shù)據(jù)包發(fā)送速率？數(shù)據(jù)包發(fā)送序列是否靈活多變？數(shù)據(jù)包的地址數(shù)可以再增加？流量類型是否足夠多，是否可以混合？是否可以跟蹤數(shù)據(jù)流里的多個字段？是否可以詳細統(tǒng)計成千上萬的數(shù)據(jù)流，并從中快速找出你所需要的性能“最好的”或者“最差的”數(shù)據(jù)流？這些復雜的測試技術，對儀表也提出了更高的要求，我們稱這些為2~3層IP設備高級測試技術。
（1）選擇變化的數(shù)據(jù)包長。在傳統(tǒng)的基本測試規(guī)范中，數(shù)據(jù)包的長度是固定的，或者在正常的64~1518字節(jié)長度內(nèi)，選擇幾個特定的數(shù)據(jù)幀長度進行測試，由于網(wǎng)絡中存在的數(shù)據(jù)幀長度是變化的并且各種長度的數(shù)據(jù)幀都廣泛存在，各種正常、異常的數(shù)據(jù)幀也都分布在網(wǎng)絡中。比如對于一個典型的企業(yè)網(wǎng)絡流量，同時存在多種業(yè)務類型和流量比例（見表1）。在這種情況下，傳統(tǒng)的測試方法不能真實反映IP網(wǎng)絡設備應用于網(wǎng)絡中的情況。IXIA建議采用變化的數(shù)據(jù)包長對設備進行測試，采用遞增、遞減、定制、隨機、IMIX、高斯分布等多種靈活的幀長分布方式。
表1 典型企業(yè)網(wǎng)絡混合流量模型
（2）選擇變化的數(shù)據(jù)包間隔。在IP測試中，數(shù)據(jù)包間隔主要有3種，幀間隔（IFG，Inter-Frame Gap）、突發(fā)流間隔（IBG，Inter-Burst Gap）和數(shù)據(jù)流間隔（ISG，Inter-Stream Gap）（見圖1）。數(shù)據(jù)包間隔的變化可以產(chǎn)生速率的不均勻性，對被測設備在變化速率下的性能可以直接計量，并且能模擬突發(fā)效果，反映真實數(shù)據(jù)流特性。IXIA支持各種數(shù)據(jù)包間隔的靈活設置。
圖1 3種數(shù)據(jù)包間隔示意圖
（3）選擇不同的數(shù)據(jù)包發(fā)送序列。測試儀表通常要支持兩種數(shù)據(jù)包發(fā)送順序，一種為“串行”方式，也就是有多條數(shù)據(jù)流，在第一條數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)包發(fā)送完畢后發(fā)送第二條，然后第三條，依此類推。這種方式的好處是可以方便定義多種流量類型，可以按照預先設計好的模式順序發(fā)送。另外一種為“并行”方式，也就是有多條數(shù)據(jù)流，按照每條數(shù)據(jù)流的速率，依次發(fā)送第一個、第二個數(shù)據(jù)包。圖2所示的是兩種數(shù)據(jù)流的示意圖。通過設置不同的數(shù)據(jù)包發(fā)送序列，可以使被測設備產(chǎn)生周期性的壓力，以驗證其對各種類型流量的處理能力。
圖2 “串行”和“并行”數(shù)據(jù)流示意圖
（4）選擇盡可能多變化的MAC和IP地址。在基本的性能測試項目中，測試儀表所產(chǎn)生的流量都是單個數(shù)據(jù)流的方式，也就是單個MAC地址、IP地址的方式。這種方式和IP網(wǎng)絡設備也和應用于現(xiàn)網(wǎng)中的情況差別很大。因為IP設備處理一條或者多條數(shù)據(jù)流所消耗的資源是不相同的。測試儀表只有構(gòu)造和產(chǎn)生盡可能多的MAC和IP地址才能對IP轉(zhuǎn)發(fā)設備的性能進行全面評估。
來源：電信網(wǎng)技術
