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摘要 介紹了IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基本性能測(cè)試的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，闡述了相關(guān)設(shè)備的高級(jí)測(cè)試技術(shù)，并且對(duì)高密度、低時(shí)延的10G以太網(wǎng)測(cè)試方法進(jìn)行了分析，總結(jié)了IXIA在上述領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)。
1 引言
IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是IP網(wǎng)絡(luò)的核心，其性能好壞直接影響IP網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性。性能測(cè)試主要是讓被測(cè)試設(shè)備承受不同的負(fù)載，驗(yàn)證其表現(xiàn)，主要目的是測(cè)試它的容量（如吞吐量），以及處理業(yè)務(wù)的速度（如時(shí)延）等。不同的IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由于采用了不同的硬件結(jié)構(gòu)，性能表現(xiàn)會(huì)有所不同，即使是同一IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交換設(shè)備在不同的負(fù)載下也會(huì)有不同的表現(xiàn)。另外，IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置的不同也會(huì)引起不同的性能表現(xiàn)，所以全面對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行性能測(cè)試就顯得尤其重要。
從測(cè)試方法和流程上，根據(jù)被測(cè)設(shè)備特點(diǎn)的不同，一般將2~3層IP設(shè)備測(cè)試分三部分進(jìn)行，即與流量相關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)平面測(cè)試，與控制層面相關(guān)的協(xié)議測(cè)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(cè)試。這三部分既相互獨(dú)立又互相關(guān)聯(lián)。本文重點(diǎn)介紹和流量相關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)平面高級(jí)測(cè)試技術(shù)，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(luò)設(shè)備僅僅是通常概念上的劃分，隨著IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能復(fù)雜性的增加，2~3層設(shè)備和4~7層設(shè)備功能也在融合，對(duì)IP設(shè)備也要進(jìn)行全面的2~7層測(cè)試。
2 傳統(tǒng)基準(zhǔn)性能測(cè)試技術(shù)
從測(cè)試的角度看，由于IETF沒有對(duì)特定設(shè)備性能測(cè)試作專門規(guī)定，傳統(tǒng)上都遵守RFC2544標(biāo)準(zhǔn)做測(cè)試，以太網(wǎng)交換機(jī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)則參照RFC2889。由于網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備除了通用性能測(cè)試以外通常還有一些特定的性能指標(biāo)，例如路由器區(qū)別于一般簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，在性能測(cè)試時(shí)還應(yīng)該加上路由器特有的性能測(cè)試，例如路有表容量、路由協(xié)議收斂時(shí)間等指標(biāo)。
另外，QoS，組播，IPv4，IPv6和VLAN等多種相關(guān)技術(shù)都需要進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試。
在傳統(tǒng)的基準(zhǔn)性能測(cè)試中，IETF測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化工作組（BMWG，Benchmarking Methodology Working Group）盡量在獨(dú)立公正，不受廠家技術(shù)指標(biāo)影響的情況下定義了一系列測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和方法，相關(guān)的RFC包括：
（1）RFC2544（Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices）。該標(biāo)準(zhǔn)是網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，定義了6項(xiàng)基本性能測(cè)試規(guī)范，相關(guān)術(shù)語由RFC1242定義。由于該標(biāo)準(zhǔn)是20世紀(jì)90年代發(fā)布的，已經(jīng)不能滿足新的測(cè)試技術(shù)需要，因此2007年由IXIA公司主導(dǎo)參與做了較大更新。
（2）RFC2889（Benchmarking Methodology for LAN Switching Devices）。該標(biāo)準(zhǔn)是局域網(wǎng)交換設(shè)備測(cè)試規(guī)范，定義了交換機(jī)測(cè)試的11個(gè)項(xiàng)目。
（3）RFC 3918（Methodology for IP Multicast Benchmarking）。該規(guī)范是在RFC2432基礎(chǔ)上更新的組播測(cè)試規(guī)范，定義了組播設(shè)備的14個(gè)測(cè)試項(xiàng)目。
（4）RFC 3511（Benchmarking Methodology for Firewall Performance）。該規(guī)范是在RFC2647基礎(chǔ)上更新的防火墻性能測(cè)試規(guī)范，定義了防火墻測(cè)試的10個(gè)項(xiàng)目。
3 高級(jí)測(cè)試技術(shù)
上述測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和基本性能測(cè)試技術(shù)都比較成熟，目前應(yīng)用也比較普遍，但是不能滿足日益復(fù)雜的IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的測(cè)試要求，在測(cè)試2~3層IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備時(shí)，還需要考慮更多的方面，比如包長(zhǎng)的選擇是否過于簡(jiǎn)單？是否可以隨機(jī)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(gè)字段？是否可以詳細(xì)統(tǒng)計(jì)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(fù)雜的測(cè)試技術(shù)，對(duì)儀表也提出了更高的要求，我們稱這些為2~3層IP設(shè)備高級(jí)測(cè)試技術(shù)。
（1）選擇變化的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)。在傳統(tǒng)的基本測(cè)試規(guī)范中，數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度是固定的，或者在正常的64~1518字節(jié)長(zhǎng)度內(nèi)，選擇幾個(gè)特定的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)試，由于網(wǎng)絡(luò)中存在的數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度是變化的并且各種長(zhǎng)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(luò)中。比如對(duì)于一個(gè)典型的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)流量，同時(shí)存在多種業(yè)務(wù)類型和流量比例（見表1）。在這種情況下，傳統(tǒng)的測(cè)試方法不能真實(shí)反映IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)中的情況。IXIA建議采用變化的數(shù)據(jù)包長(zhǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，采用遞增、遞減、定制、隨機(jī)、IMIX、高斯分布等多種靈活的幀長(zhǎng)分布方式。
表1 典型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)混合流量模型
（2）選擇變化的數(shù)據(jù)包間隔。在IP測(cè)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(duì)被測(cè)設(shè)備在變化速率下的性能可以直接計(jì)量，并且能模擬突發(fā)效果，反映真實(shí)數(shù)據(jù)流特性。IXIA支持各種數(shù)據(jù)包間隔的靈活設(shè)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(cè)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(yù)先設(shè)計(jì)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(gè)、第二個(gè)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(shè)置不同的數(shù)據(jù)包發(fā)送序列，可以使被測(cè)設(shè)備產(chǎn)生周期性的壓力，以驗(yàn)證其對(duì)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(cè)試項(xiàng)目中，測(cè)試儀表所產(chǎn)生的流量都是單個(gè)數(shù)據(jù)流的方式，也就是單個(gè)MAC地址、IP地址的方式。這種方式和IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也和應(yīng)用于現(xiàn)網(wǎng)中的情況差別很大。因?yàn)镮P設(shè)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(cè)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(duì)IP轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的性能進(jìn)行全面評(píng)估。
來源：電信網(wǎng)技術(shù)
