互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中最新路由交換測試技術(shù)的介紹

1 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展對基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施提出了更高的要求，IPTV業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)視頻和IP電話等業(yè)務(wù)要求對網(wǎng)絡(luò)帶寬和QoS必須提供保證;P2P業(yè)務(wù)、泛濫的垃圾郵件也在不停地消耗著帶寬并影響正常業(yè)務(wù)的QoE指標(biāo)。為了滿足用戶對日益增長的帶寬和業(yè)務(wù)的需求。運(yùn)營商和設(shè)備制造商就必須對規(guī)模日益擴(kuò)大的IP承載網(wǎng)絡(luò)和日益成熟發(fā)展的路由交換技術(shù)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的測試，以保證高容量、高性能和高速率IP承載網(wǎng)的發(fā)展需求。

最新路由交換技術(shù)發(fā)展，使傳統(tǒng)的路由表容量測試、交換轉(zhuǎn)發(fā)能力測試甚至振蕩測試等測試內(nèi)容已經(jīng)不能滿足容量大、性能高和功能豐富路由交換設(shè)備的測試要求。比如：

(1)OSPF+LDP等協(xié)議的融合推動了VPLS技術(shù)的發(fā)展;

(2)ISIS+RSVP+BGP等協(xié)議的融合推動了L3VPN技術(shù)的快速應(yīng)用;

(3)OSPF+LDP+PIM+BGP等協(xié)議的融合推動了Multicast VPN技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用;

(4)Ethernet，F(xiàn)R，ATM，PPP，MPLS等多種接入方式，采用不同的加密或封裝形式、數(shù)據(jù)包分類與過濾和QoS重標(biāo)記等技術(shù)的融合使邊緣路由器(Edge Router)成為“Service Router”。

測試儀表能夠?qū)崿F(xiàn)多種協(xié)議融合集成和具有高可擴(kuò)展性是應(yīng)對這些的基本前提。技術(shù)的融合對測試儀表的可擴(kuò)展性要求包括多個方面：流量帶寬的產(chǎn)生和分析，接口的速率和數(shù)量;并發(fā)連接數(shù)和連接速率的建立能力，產(chǎn)生路由的條數(shù)，建立鄰居關(guān)系的數(shù)量等等。

據(jù)此，IXIA公司將最新的路由交換設(shè)備測試技術(shù)和方法分享給各位讀者，相應(yīng)的測試?yán)际强蛻粼趯嶋H使用的例子，包括設(shè)備制造商，運(yùn)營商和大的企業(yè)用戶等。

2 最新路由交換測試技術(shù)

2.1 Multicast VPN(mVPN)測試技術(shù)

現(xiàn)有的L3VPN主要能夠傳送單播(Unicast)流量，或者采用Point-to-Point GRE隧道來傳送很小規(guī)模的組播(Multicast)流量。IPTV、網(wǎng)絡(luò)視頻會議等組播業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用極大地推動了Multicast技術(shù)的發(fā)展，Multicast VPN就是為解決MPLS VPN不適合傳送Multicast業(yè)務(wù)而推出的技術(shù)。

從技術(shù)上來說，mVPN是在L3VPN基礎(chǔ)上擴(kuò)展而來的，兩者有很多相同的地方，比如都采用相同的路由協(xié)議更新各個VRF(MVRF)的路由信息，CE-PE間也采用IGP協(xié)議等;但是兩者采用的技術(shù)也有很多不同之處(參見表1)。

表1 mVPN和L3VPN比較



由于mVPN技術(shù)的復(fù)雜性，測試mVPN同樣不簡單，測試mVPN的可擴(kuò)展性對測試儀器廠商來說更是挑戰(zhàn)。為了對此有一個很好的理解，我們以實際例子做一說明。

圖1是IXIA在某運(yùn)營商測試的實例。Customer Edge(CE)和Provider Edge(PE)路由器均由IXIA儀表仿真，每個端口支持多個Multicast VRFs (mVRFs)、多個PEs和多個P路由器的仿真。在實際的測試中，IXIA XMV16板塊的一個端口仿真多達(dá)45601個PIM-SM/SSM Neighbors。這么高的性能完全可以滿足任何mVPN可擴(kuò)展性的測試需要，做為目前惟一能夠提供mVPN可擴(kuò)展性測試的廠商，IXIA mVPN測試還具有下面的特點(diǎn)：



圖1 某運(yùn)營商使用IXIA測試mVPN示意圖

(1)仿真的組播源可以在CE側(cè)(IXIA仿真的端口)或者在PE側(cè)(IXIA仿真的P，PE，CE網(wǎng)絡(luò)測端口)。

◆在CE側(cè)時，被測設(shè)備為連接仿真CE的第一個PE，被測設(shè)備需要構(gòu)建Default MDT并監(jiān)控每個組播流的流量帶寬，如果需要，還要建立Data MDT并及時將流量從Default MDT轉(zhuǎn)換到Data MDT上。在這種情況下，被測設(shè)備是相關(guān)協(xié)議控制信令的發(fā)起端，IXIA仿真的PE/CE是應(yīng)答端。

◆在PE側(cè)時，IXIA仿真的PE/CE負(fù)責(zé)建立Data MDT，IXIA端口負(fù)責(zé)建立相應(yīng)控制信令和數(shù)據(jù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

(2)采用配置向?qū)崿F(xiàn)，配置簡單方便，并且容易擴(kuò)展。

(3)支持IPv4和IPv6。

(4)支持Default MDT和Data MDT特性。

2.2 4~7層業(yè)務(wù)運(yùn)行在動態(tài)路由表之上的QoE測試

多種業(yè)務(wù)的融合對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也提出了更高的要求，對于現(xiàn)在用戶關(guān)心的QoE(Quality of Experience)測試，必須使用應(yīng)用層流量，也就是常說的有狀態(tài)的4~7層流量。

單獨(dú)的4~7層流量測試工具，目前的市場上有一些，包括IXIA的IxLoad，這些工具的一個共同點(diǎn)是直接連接被測設(shè)備的發(fā)送端口和接收端口進(jìn)行測試，而沒有復(fù)雜真實的路由表存在。為了全面驗證具有深度數(shù)據(jù)包檢測功能路由設(shè)備的性能，必須要實現(xiàn)路由表和4~7層有狀態(tài)流量整合的測試。

圖2是某設(shè)備制造商采用上述測試方法的典型例子，被測設(shè)備PE(Provider Edge)是整個L3VPN中連接客戶端和服務(wù)器端的重要轉(zhuǎn)發(fā)檢測設(shè)備，IXIA測試端口仿真的包括Web，E-mail，F(xiàn)TP，Voice和Video等應(yīng)用層業(yè)務(wù)可以在同一端口仿真的動態(tài)路由表上運(yùn)行，驗證被測設(shè)備的各項QoE指標(biāo)：



圖2 某設(shè)備制造商4~7層業(yè)務(wù)運(yùn)行在動態(tài)路由表之上的QoE測試圖

(1)HTTP：每條路由都有HTTP Get請求，系統(tǒng)能夠處理的并發(fā)連接數(shù)的數(shù)量，或者系統(tǒng)能夠處理連接數(shù)的速率。

(2)FTP：每條路由上下載文件的最大吞吐量。

(3)Voice：每條路由上IP電話呼叫的語音質(zhì)量MOS。

(4)Video：每條路由上VOD視頻點(diǎn)播的視頻質(zhì)量MDI，MOS_V。

這種測試方法目前得到越來越多用戶的認(rèn)可，除了應(yīng)用于系統(tǒng)設(shè)備的QoE指標(biāo)測試外，還應(yīng)用于現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)在實驗室的實際仿真，對方案展示實驗室、業(yè)務(wù)問題重現(xiàn)與仿真也特別有幫助。

2.3 BFD協(xié)議測試

IP網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計上無法在不到1s的時間內(nèi)恢復(fù)故障，但是，VoIP，IPTV等應(yīng)用對迅速故障檢測和恢復(fù)提出了越來越高的要求。目前作為一項IETF草案標(biāo)準(zhǔn)，雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(BFD)提供一種檢測鏈路或系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸流能力的方法，提高故障檢測與恢復(fù)速度。

從技術(shù)上來說，BFD在兩臺路由器上建立會話，用來監(jiān)測兩臺路由器間的雙向轉(zhuǎn)發(fā)路徑，為上層協(xié)議服務(wù)。BFD本身并沒有發(fā)現(xiàn)機(jī)制，而是靠被服務(wù)的上層協(xié)議通知其該與誰建立會話，會話建立后如果在檢測時間內(nèi)沒有收到對端的BFD控制報文則認(rèn)為發(fā)生故障，通知被服務(wù)的上層協(xié)議，上層協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的處理。

BFD是一種簡單的“Hello”協(xié)議，系統(tǒng)之間所建立的會話通道上周期性的發(fā)送檢測報文，如果某個系統(tǒng)在足夠長的時間內(nèi)沒有收到對端的檢測報文，則認(rèn)為在這條到相鄰系統(tǒng)的雙向通道的某個部分發(fā)生了故障。雖然BFD協(xié)議相對來說比較簡單，但是是非常新的技術(shù)，所以如何對其進(jìn)行測試是當(dāng)前路由設(shè)備廠商關(guān)注的焦點(diǎn)。圖3是某企業(yè)使用IXIA測試BFD協(xié)議的拓?fù)鋱D，IXIA支持單跳和多跳Session的測試，另外還有下面的特點(diǎn)：



圖3 BFD協(xié)議測試拓?fù)鋱D

(1)一個端口可以仿真多個BFD路由器、多個接口和多個Sessions。

(2)支持Asynchronous模式和Demand模式驗證，支持Echo功能。

(3)BFD協(xié)議可以單獨(dú)應(yīng)用，實現(xiàn)功能測試和Session容量測試。

(4)BFD協(xié)議也可以和BGP4，BGP4+，OSPFv2/v3，ISISv4/v6，EIGRP和PIM-SMv4/v6等路由協(xié)議配合使用。

2.4 GR(Graceful Restart)測試

Graceful Restart(完美重啟)是一種旨在使路由協(xié)議重啟影響最小化的機(jī)制，其目的是盡量減少路由器重啟導(dǎo)致的路由抖動，減少路由計算資源和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的浪費(fèi)。各種路由協(xié)議比如OSPF，BGP，ISIS和MPLS協(xié)議RSVP-TE和LDP協(xié)議都需要支持GR的功能以實現(xiàn)無停止轉(zhuǎn)發(fā)(Non-Stop Forwarding)。

GR機(jī)制的核心在于：當(dāng)某設(shè)備的路由協(xié)議重啟時，能夠通知GR Helper在一定時間內(nèi)將到該設(shè)備的鄰居關(guān)系和路由保持穩(wěn)定。在路由協(xié)議重啟完畢后，GR Helper協(xié)助其進(jìn)行路由信息同步，在盡量短的時間內(nèi)使該設(shè)備的各種路由信息恢復(fù)到重啟前的狀態(tài)。在整個協(xié)議重啟過程中，網(wǎng)絡(luò)路由和轉(zhuǎn)發(fā)保持高度穩(wěn)定，報文轉(zhuǎn)發(fā)路徑也沒有任何改變，整個系統(tǒng)可以不間斷地轉(zhuǎn)發(fā)IP報文。這個過程即稱為完美重啟。圖4顯示了GR Restarer和GR Helper之間的具體通訊過程。



圖4 GR特性轉(zhuǎn)換過程示意

IXIA支持路由協(xié)議和MPLS協(xié)議的GR特性，相應(yīng)遵守的規(guī)范如表2所示。測試GR特性相對來說比較簡單，需要支持相應(yīng)協(xié)議的GR特性，驗證被測設(shè)備GR特性是否有效。圖4也是典型的測試環(huán)境。



表2 IXIA路由和MPLS協(xié)議支持的GR特性規(guī)范

2.5 QoS重標(biāo)記性能測試

從原理上來說，QoS所評估的就是網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)包的服務(wù)能力。由于網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)是多樣的，因此對QoS的評估可以基于不同方面。通常所說的QoS，是對數(shù)據(jù)包傳輸過程中為延遲、延遲抖動、丟包率等核心需求提供支持服務(wù)能力的評估。QoS的類型主要有四種：

(1)802.1p VLAN優(yōu)先級：位于二層報文頭部，適用于不需要分析三層報頭，而需要在二層環(huán)境下保證QoS的場合。

(2)IP優(yōu)先級：IP Header中的TOS字段有8個Bit，前3個Bit表示的就是IP優(yōu)先級，取值范圍為0～7。

(3)ToS優(yōu)先級：IP Header中的TOS字段有8個Bit，第3～6這4個bit表示的是ToS優(yōu)先級，取值范圍為0～15。

(4)DSCP優(yōu)先級：定義了4類流量：

◆加速轉(zhuǎn)發(fā)(Expedited Forwarding，EF)類。

◆確保轉(zhuǎn)發(fā)(Assured Forwarding，AF)類。又分為4個小類，每個小類又分為3個丟棄優(yōu)先級，可以細(xì)分AF業(yè)務(wù)的等級，AF類的QoS等級低于EF類。

◆兼容IP優(yōu)先級的類(Class Selector，CS)。從IP ToS字段演變而來，共8類。

◆盡力轉(zhuǎn)發(fā)(Best Effort，BE)類。是CS中特殊一類，沒有任何保證，AF類超限后可以降級為BE類，現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)流量也都默認(rèn)為此類。

而QoS優(yōu)先級重標(biāo)記功能則通過引入ACL進(jìn)行流識別，為匹配的報文重新指定優(yōu)先級。圖5是QoS重標(biāo)記的示意。



圖5 QoS重標(biāo)記示意

QoS的測試屬于傳統(tǒng)測試項，測試儀表都有比較好的支持，但是對于QoS重標(biāo)記的測試，相對來說比較復(fù)雜，因為從測試的原理上來說，性能測試必須對特定的字段進(jìn)行追蹤，但是由于QoS被“重新標(biāo)記”了，所以所追蹤的特定字段也就改變了。目前，只有IXIA所提供的多字段追蹤功能可以對QoS重標(biāo)記功能進(jìn)行很好的支持，并且可以和路由交換設(shè)備的控制層面測試結(jié)合進(jìn)行。仍然以圖5為例，一個QoS優(yōu)先級可以被被測設(shè)備“重新標(biāo)記”為多個其他優(yōu)先級，傳統(tǒng)的采用“抓包”分析的方法就顯得無能為力了。

IXIA的多字段追蹤功能特點(diǎn)非常靈活，除了對QoS重標(biāo)記特性測試很方便實現(xiàn)之外，另外還可以應(yīng)用于VLAN泄漏，電信級以太網(wǎng)重要的PBB/PBT轉(zhuǎn)發(fā)性能測試等重要特性的測試。目前，多個設(shè)備制造商和評測機(jī)構(gòu)都用該特性評估設(shè)備的QoS重標(biāo)記性能和PBB/PBT轉(zhuǎn)發(fā)性能。

3 結(jié)束語

IXIA領(lǐng)先的路由交換測試方案完全可以滿足和超過客戶對各種最復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境仿真的預(yù)期，為路由交換設(shè)備提供真實的環(huán)境和流量仿真，隨著從傳統(tǒng)路由測試向最新路由方法的轉(zhuǎn)換，隨著用戶對高性能、高密度和高擴(kuò)展性要求的提高，IXIA最新的Optixia測試平臺和IxNetwork路由交換測試軟件完全可以滿足和超過用戶多樣化的測試需求。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）