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1 引言
數(shù)據(jù)中心（Data Center，DC）為各種企業(yè)業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)，是數(shù)據(jù)計算、網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲的中心。數(shù)據(jù)中心是當前運營商和各行業(yè)的IT建設(shè)重點，實現(xiàn)對IT信息系統(tǒng)的整合和集中管理，提升管理、運營和服務(wù)效率，降低運營成本。這也導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心規(guī)模越來越大，復(fù)雜度越來越高。為了建設(shè)集中扁平化，統(tǒng)一多種應(yīng)用的融合數(shù)據(jù)中心，未來的數(shù)據(jù)中心建設(shè)將圍繞融合網(wǎng)絡(luò)和虛擬化展開，大量新技術(shù)應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心建設(shè)中，如數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)，F(xiàn)CoE，虛擬化，各種應(yīng)用服務(wù)器建設(shè)等。新技術(shù)的驗證和性能評估是新的數(shù)據(jù)中心部署的第一步，因此在測試中，除了對單一技術(shù)進行測試外，還需要和其他新舊組件結(jié)合起來，進行集中的整體分析。思博倫通信推出業(yè)界第一個整體數(shù)據(jù)中心測試解決方案。本文從數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)基準性能測試方法，數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)測試，F(xiàn)CoE測試，虛擬化測試等方面，對思博倫數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)整體分析解決方案進行論述。
2 基準性能測試
在論述推動數(shù)據(jù)中心發(fā)展的新技術(shù)測試之前，本文先回顧基本的基準性能測試概念，這些測試是數(shù)據(jù)中心設(shè)備最基本的測試項目。這些測試概念將在后文各種數(shù)據(jù)中心技術(shù)的測試中發(fā)揮重要作用。
基準性能包括可重復(fù)(Repeatability)、可重現(xiàn)(Reproducibility)、高壓力(Stressful)和有意義性(Meaningful)。
（1）可重復(fù)：在同一測試床下對同一測試的多次運行，應(yīng)該得到近似的結(jié)果。
（2）可重現(xiàn)：類似于Repeatability，但是指在不同的測試床下，用相同型號、相同版本的測試儀表和被測設(shè)備進行相同的測試，應(yīng)該得到近似的結(jié)果。
（3）高壓力：基準性能能夠反映被測系統(tǒng)的性能極限。如吞吐量指標，反映的是在沒有丟包情況下的最大轉(zhuǎn)發(fā)速率。
（4）有意義性：這是最難達到的目標。一個測試會得到很多測試數(shù)據(jù)，但是并不是所有數(shù)據(jù)都和測試目標相關(guān)聯(lián)。比如測試兩臺路由器的時延，分別得到10?s和100?s的結(jié)果。假如這兩臺路由器是部署在一條非常長距離的鏈路的兩端，鏈路本身就會引入10~100ms時延，而且承載的是普通數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，那么這90?s的時延差距可能意義不大，而如果兩臺路由器是部署在數(shù)據(jù)中心中一條1m線的兩端，承載的是事實性很強的金融交易業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，那么10倍的時延降低就變得非常有意義。
根據(jù)以上法則以及其他有效的測試技術(shù)，形成了一系列基準性能測試標準，定義了基準性能和基準性能測試方法。這一系列標準對包括數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)和設(shè)備在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都非常有效。這系列標準包括：RFC 1242/2544，定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基準性能測試術(shù)語和測試方法學(xué)；RFC 2432/2889，定義以太網(wǎng)二層交換機基準性能測試術(shù)語和測試方法學(xué)；RFC 2432/3918，定義組播基準性能測試術(shù)語和測試方法學(xué)；RFC 2647/3511，定義防火墻基準性能測試術(shù)語和測試方法學(xué)。其他一些對數(shù)據(jù)中心測試非常有用的測試標準有：RFC 5180，定義了RFC2544在IPv6上擴展；RFC 4814，為測試推薦了測試中偽隨機流量模式，這種模式有別于過去傳統(tǒng)測試工具產(chǎn)生的靜態(tài)的模式，是一種更真實的模式；RFC 4689，定義網(wǎng)絡(luò)層QoS測試術(shù)語。
Spirent Testcenter為上述所有基準性能測試提供了標準自動化測試套件，圖1是RFC 2544和RFC 2889的自動化測試套件截圖。
圖1 RFC 2544和RFC 2889自動化測試套件
除了標準的RFC 2544和RFC 2889支持之外，Spirent Testcenter提供了很多對于數(shù)據(jù)中心有效的測試擴展。
●基準性能測試標準中定義的測試是固定幀長的測試。一般說來，大幀的表現(xiàn)會超過小幀。但是現(xiàn)網(wǎng)中的流量中包含各種幀長，所以有了一個概念：Internet混合幀長(IMIX)，在IMIX模型中，用戶可以根據(jù)自己的應(yīng)用定義不同幀長的數(shù)據(jù)幀的比例關(guān)系（見圖2）。Spirent Testcenter除了提供傳統(tǒng)的固定幀長測試之外，還可以完成隨機幀長和IMIX的基準性能測試。
圖2 RFC 3393 Jitter原理圖
●巨型幀(Jumbo Frame)的基準性能測試。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)幀最大幀長是1518字節(jié)。而數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)很多傳輸?shù)氖谴髩K數(shù)據(jù)，所以作為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心的傳輸技術(shù)，F(xiàn)ibre Channel幀最長為2112字節(jié)。當Fibre Channel在以太網(wǎng)上承載的時候，為了避免分片帶來的額外開銷，數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)(Data Center Ethernet，DCE)要求支持幀長為2.5kbyte的Jumbo Frame。Spirent Testcenter能夠支持最大達16kbyte的巨型幀，能夠支持Jumbo Frame的基準性能測試。
●隨著實時業(yè)務(wù)的增加，一些能有效反映實時業(yè)務(wù)質(zhì)量的統(tǒng)計量被越來越重視。比如抖動，RFC3393和MEF 10對抖動提供了標準的定義：It’s defined as absolute value of difference between Latency A and Latency B，Spirent Testcenter能在基準性能測試的同時，測試出不同負載下的抖動。
數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)要求幀的順序傳遞，亂序幀會導(dǎo)致重新排序，大大降低性能。RFC4737/MEF 10對幀的順序性提供了明確定義。Spirent Testcenter是目前惟一支持RFC 4737/MEF 10幀的順序定義的測試儀表。
在任意拓撲之上的基準性能測試。在傳統(tǒng)測試中，基準性能測試和協(xié)議測試往往是分開的，這造成在進行某一項單一測試的時候，系統(tǒng)中的所有資源都在為這項測試服務(wù)。而現(xiàn)網(wǎng)中，協(xié)議平面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面是同時運行的。Spirent Testcenter能夠協(xié)議平面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面測試結(jié)合起來，能夠先建立協(xié)議平面拓撲，然后在這個拓撲之上運行基準性能測試。比如，可以先在測試端口之間建立FCoE Session，然后在這些Session之上，運行FCoE數(shù)據(jù)的RFC 2544測試。另外，Spirent Testcenter能夠每端口產(chǎn)生32k條獨立測試流，每端口實時分析64k條獨立的測試流。一個端口發(fā)送出來的測試流，能夠模擬經(jīng)過RR調(diào)度，WRR調(diào)度和絕對優(yōu)先級調(diào)度的測試流量。在數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)測試中，能非常好地測試數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)流量的優(yōu)先級區(qū)分功能和QoS能力。
Spirent Testcenter提供了業(yè)界最高的測試精度，其測量時戳精度為10ns。而且Spirent Testcenter提供了業(yè)界最好的補償算法。其任何類型的端口，包括10Mbit/s，100Mbit/s，1G和10G接口在任何幀長、任何負載下的自環(huán)時延，都在0.3?s以下。數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)設(shè)備基本轉(zhuǎn)發(fā)時延基本都在?s級別。Spirent Testcenter自有時延可以忽略，而且由于各種接口的自有時延一致，進行不同類型接口之間互通測試（如千兆接口和萬兆接口之間互通測試）不存在時延無法補償問題。由于數(shù)據(jù)中心設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)時延和抖動要求非常高，所以Spirent Testcenter的測試精度和時延補償算法對數(shù)據(jù)中心測試來說非常重要。
作為基準性能測試領(lǐng)先的測試工具，Spirent Testcenter在2008年9月和Network World一起完成了Cisco Nexus 7000交換機256個10GE口的大規(guī)模性能測試。詳細信息見：http://edge.networkworld.com/reviews/2008/090108-test-cisco-switch-how.html?page=2和http://www.10gea.org/largest-10-gigabit-ethernet-test-in-the-industry-by-spirent.htm。
3 數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)和Fibre Channel over Ethernet
傳統(tǒng)的Fibre Channel技術(shù)以其高速、高效、可靠和長距離傳輸，廣泛應(yīng)用在存儲網(wǎng)絡(luò)(SANs)中。但是以太網(wǎng)技術(shù)以其低成本、高技術(shù)、高普及率，在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域占據(jù)統(tǒng)治地位。這導(dǎo)致了在一個企業(yè)或者組織的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中可能會建立若干套網(wǎng)絡(luò)，其中以太網(wǎng)承載IP流量，F(xiàn)ibre Channel承載基于SCSI技術(shù)，可能還會由InfiniBand來承載高速集群I/O。這樣就造成了大量的線纜、能耗和費用。在全球經(jīng)濟危機的形勢下，把這些網(wǎng)絡(luò)融合到以太網(wǎng)上，建設(shè)統(tǒng)一融合的數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)(Data Center Ethernet，DCE)，能夠大幅減少線纜和能耗，大大降低運維成本，是數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)也稱為融合增強型以太網(wǎng)(Converged Enhanced Ethernet，CEE)。
3.1 數(shù)據(jù)中心以太網(wǎng)(DCE)測試
在DCE/CEE中，F(xiàn)ibre Channel幀將映射到以太網(wǎng)上來進行承載。傳統(tǒng)的Fibre Channel提供流控機制，保證無丟包，并且傳統(tǒng)的Fibre Channel對于時延的增加/變化或者抖動非常敏感。而傳統(tǒng)的以太網(wǎng)絡(luò)可以容忍一定的丟包和時延變化/抖動。所以，IEEE定義了一系列標準，規(guī)范DCE/CEE對于傳統(tǒng)以太網(wǎng)增強，主要包括：
●802.1Qbb Priority Flow Control(PFC)：傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是整條鏈路進行流控的。802.1Qbb是基于優(yōu)先級的流控標準。在一條物理鏈路上，分成了8個虛擬通道，每一個通道分配一個優(yōu)先級。這樣在一條鏈路上可以承載多種業(yè)務(wù)類型，包括FCoE和非FCoE的業(yè)務(wù)。當發(fā)生擁塞時，接收端可以在特定的優(yōu)先級虛擬通道上發(fā)送XOFF和XON幀，抑制或者繼續(xù)特定的業(yè)務(wù)，保證高優(yōu)先級或者時延敏感的業(yè)務(wù)的傳輸。圖3是802.1qbb的原理圖。
圖3 802.1qbb的原理圖
●802.1Qaz Enhanced Transmision Selection(ETS)：保證不同服務(wù)級別上的多種流量類型的質(zhì)量。在DCE/CEE上的業(yè)務(wù)中，IPC是時延敏感的業(yè)務(wù)，SAN業(yè)務(wù)是對丟包敏感的業(yè)務(wù)，而IP業(yè)務(wù)是可以允許一定的丟包和時延。鏈路上的業(yè)務(wù)可以分為若干個優(yōu)先級組(Priority Group，PG)，并且定義每個PG的帶寬屬性。重要的業(yè)務(wù)，比如存儲網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)被賦予高優(yōu)先級，保證帶寬。低優(yōu)先級業(yè)務(wù)只能在高優(yōu)先級業(yè)務(wù)帶寬不占用的情況下，才能使用分配帶寬之外的額外帶寬。圖4是ETS和PG的典型例子。
圖4 ETS和PG實例
作者：趙雋琪 思博倫通信 來源：電信網(wǎng)技術(shù)
