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IP網(wǎng)絡(luò)測試技術(shù)與方法探討

王素彬樊勇兵丁明玲 2006/09/15

　　一個高品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)要通過業(yè)務(wù)設(shè)計和定位、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、設(shè)備選型、工程建設(shè)、方案驗證和持續(xù)優(yōu)化、維護管理6個環(huán)節(jié)來保證，其中設(shè)備選型、方案驗證和優(yōu)化主要通過選型測試和網(wǎng)絡(luò)測試實現(xiàn)。為此中國電信于2004年初和2005年初分別組織了CN2項目的設(shè)備選型測試和網(wǎng)絡(luò)驗收測試。兩次測試被業(yè)界認(rèn)為是全球高端路由器和傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)向下一代多業(yè)務(wù)融合承載網(wǎng)轉(zhuǎn)型的路演。

　　以網(wǎng)絡(luò)需求為導(dǎo)向

　　以網(wǎng)絡(luò)需求為導(dǎo)向，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運營對設(shè)備的要求制訂測試內(nèi)容是測試中堅持的最基本方法。“蘿卜青菜，各有所愛”，對選型測試來說，因為被選的設(shè)備最終是被某個特定網(wǎng)絡(luò)所用的，所以必須根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的“口味”進行評價選擇。將測試定位在網(wǎng)絡(luò)而不是設(shè)備，也是運營商測試與設(shè)備廠商內(nèi)部測試或第三方單位測試的本質(zhì)區(qū)別，CN2的測試工作只有緊扣網(wǎng)絡(luò)才是有意義的。

　　CN2網(wǎng)絡(luò)是以盈利為目標(biāo)的“精品網(wǎng)”，中國電信上下各級對她有很多的憧憬：能夠承載商業(yè)大客戶、語音、視頻、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的統(tǒng)一多業(yè)務(wù)承載網(wǎng)絡(luò)，具有高安全性和QoS保證。這樣的網(wǎng)絡(luò)要求設(shè)備具備六個方面的能力，包括：高可擴展性、高可用性、多業(yè)務(wù)融合承載能力、區(qū)分服務(wù)提供能力、可管理性和安全性。分析這些能力要求，就轉(zhuǎn)換為一個完整的測試和評估指標(biāo)體系，包括：設(shè)備可用性及其控制/轉(zhuǎn)發(fā)平面的穩(wěn)定性、交換容量和路由/標(biāo)簽/組播容量、流量轉(zhuǎn)發(fā)能力、快速路由收斂和快速重路由（FRR）能力、服務(wù)質(zhì)量保證（QoS）能力、MPLSVPN和組播業(yè)務(wù)能力、IPv6能力、網(wǎng)絡(luò)管理和安全能力等。

　　根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求制訂測試內(nèi)容之后，在具體的測試項目中，中國電信不斷深入分析需求細節(jié)，定義測試指標(biāo)和參數(shù)，設(shè)計測試方法。以IGP的快速路由收斂測試為例，因為CN2的需求是在ISIS域內(nèi)，任何單電路或單路由器發(fā)生故障后，全網(wǎng)ISIS協(xié)議必須在一秒以內(nèi)收斂。因此，根據(jù)CN2網(wǎng)絡(luò)的工程技術(shù)施工規(guī)范，在設(shè)備上配置快速收斂機制和相關(guān)時間參數(shù)。分析CN2的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將一個充分體現(xiàn)其結(jié)構(gòu)特征的模擬拓?fù)溆脙x表廣播給被測設(shè)備。模擬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒?200個節(jié)點設(shè)備、6000條鏈路；包括核心、匯接、邊緣三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，一級全Full-Mesh、2級到1級雙歸、3級到2級雙歸；核心、匯接、邊緣之間的節(jié)點數(shù)比例是1∶4∶20。拓?fù)渲械穆酚删W(wǎng)段先取節(jié)點互聯(lián)鏈路所在子網(wǎng)，不夠的從邊緣層節(jié)點補充子網(wǎng)路由。模擬網(wǎng)絡(luò)上常見的單電路或單路由器故障類型，測試出設(shè)備在這個模擬網(wǎng)絡(luò)中的快速收斂能力。

　　科學(xué)全面組織網(wǎng)絡(luò)測試

　　在CN2上進行如此大規(guī)模的、復(fù)雜而深入的網(wǎng)絡(luò)測試，要解決的技術(shù)問題主要包括：在測試標(biāo)準(zhǔn)上確定完善科學(xué)的驗收指標(biāo)，在測試方法上以有限的資源全面考察如此大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)諸多方面的功能、性能和容量。為此，中國電信在指標(biāo)體系的確定和量化、測試方法學(xué)、儀表和設(shè)備能力、測試選點、誤差校準(zhǔn)等方面進行了深入細致的研究。

　　在CN2網(wǎng)絡(luò)測試中的科學(xué)全面考慮有如下幾個方面：

　　選點抽樣

　　采用科學(xué)的抽樣方法。綜合考慮業(yè)務(wù)運營模式、預(yù)測業(yè)務(wù)流量、網(wǎng)絡(luò)層次、設(shè)備類型、鏈路類型、地理位置及機房分布等，選擇測試節(jié)點；測試路徑的選擇全面涵蓋不同層次節(jié)點組成的路徑，包括核心之間、核心到非北方�。▍^(qū)、市）匯接、核心到非北方邊緣業(yè)務(wù)控制點等。

　　誤差校準(zhǔn)

　　在所有與時延相關(guān)的測試條目中，在所有測試節(jié)點采用精密的時鐘同步儀表GPS校準(zhǔn)時間，以消除NTP同步機制所產(chǎn)生的時間誤差。同時，將通過儀表測試數(shù)據(jù)矯正和補償網(wǎng)絡(luò)管理軟件測試的結(jié)果。

　　多測試手段對照互補

　　功能測試:“黑箱”測試，通過應(yīng)用（www、dns、telnet、ping、trace等）測試和檢查網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)（如查看路由表、QoS隊列信息等）進行。

　　性能測試:以設(shè)備內(nèi)置性能測試代理為主、儀表測試為輔（主要用于校驗前者；受儀表數(shù)量限制，只能選取有限節(jié)點），在背景流基礎(chǔ)上發(fā)送測試流，然后統(tǒng)計數(shù)據(jù)，計算結(jié)果。

　　業(yè)務(wù)體驗驗證：通過使用應(yīng)用系統(tǒng)主觀感受網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)能力。

　　容量測試:通過儀表模擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，發(fā)送大量控制信息(如BGP路由)。由于控制信息會自動傳播至全網(wǎng)，故對儀表數(shù)量、節(jié)點選擇并無過多要求。

　　多角度全面測試

　　功能測試:測試網(wǎng)絡(luò)功能，如路由、QoS、VPN、組播、安全、網(wǎng)管功能是否正常，這是最基本也是最重要的測試工作。

　　業(yè)務(wù)性能測試:測試網(wǎng)絡(luò)時延、丟包率、抖動、故障倒換速度等。性能測試的結(jié)果將說明CN2網(wǎng)絡(luò)未來可能的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

　　網(wǎng)絡(luò)容量測試:測試網(wǎng)絡(luò)容量，主要是控制層面的容量，如支持的IGP、BGP路由數(shù)量，組播組數(shù)量等。容量測試的數(shù)據(jù)代表了CN2網(wǎng)絡(luò)的擴展性。

　　業(yè)務(wù)疊加

　　多年的測試經(jīng)驗表明，許多設(shè)備單項測試結(jié)果很好，但是在進行業(yè)務(wù)疊加時測試數(shù)據(jù)發(fā)生很大變化。對選型測試而言，業(yè)務(wù)疊加可以更全面、深入地考驗設(shè)備的實際工作能力；對網(wǎng)絡(luò)測試而言，業(yè)務(wù)疊加是更妙的“試運行”分析，可以提前找出網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)的隱患。CN2網(wǎng)絡(luò)測試發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有協(xié)議和主流設(shè)備100多個缺陷并對網(wǎng)絡(luò)進行了相應(yīng)優(yōu)化，解決了互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型方面急需解決的大量問題，為將來的網(wǎng)絡(luò)運維和業(yè)務(wù)設(shè)計、推廣提供了基礎(chǔ)。CN2網(wǎng)絡(luò)測試能取得這樣的成果，業(yè)務(wù)疊加測試功不可沒。

　　在CN2網(wǎng)絡(luò)測試中，中國電信是這樣進行業(yè)務(wù)疊加的。

　　全網(wǎng)導(dǎo)入背景流量：各測試節(jié)點同時用儀表產(chǎn)生持續(xù)的、IP包長為IMIX混合的泊松背景流量，并使各測試路徑上各條鏈路的帶寬利用率達50%左右。在背景流量持續(xù)存在的同時，又通過儀表產(chǎn)生2M的測試流模擬CN2的任意一個專線接入業(yè)務(wù)流，考察該業(yè)務(wù)流的各項性能參數(shù)指標(biāo)。同時模擬CN2承載的所有關(guān)鍵業(yè)務(wù)，如QoS、VPN、組播、視頻等。

　　IGP路由疊加:用儀表端口在多個點同時導(dǎo)入不同的ISIS模擬拓?fù)洌O(shè)置拓?fù)渲械牟糠宙溌钒匆欢l率和方式持續(xù)循環(huán)波動，模擬IGP全網(wǎng)路由振蕩。

　　BGP路由疊加:在兩個核心節(jié)點導(dǎo)入從Internet上讀取的國際路由表，同時在多個匯接節(jié)點導(dǎo)入城域網(wǎng)路由和IBGP路由；并設(shè)置這些路由表中的部分路由條目的持續(xù)循環(huán)波動頻率和方式,模擬BGP全網(wǎng)路由振蕩。

　　組播業(yè)務(wù)疊加：用與P設(shè)備相連的儀表端口模擬4個不同的組播源；在其他有測試儀表的節(jié)點上，用與PE設(shè)備相連的儀表端口模擬兩個普通組播用戶，加入600個組播組；同時在所有無測試儀表的節(jié)點的PE上開啟PIM-SM，用其loopback100端口模擬1個組播用戶，該用戶加入所有組。觀察CN2全網(wǎng)的組播流接收情況。

　　MPLS疊加測試：將測試儀表與PE設(shè)備直連的GE端口劃出多個子端口，子端口1到子端口250模擬成PE設(shè)備的直連VPN用戶，與PE已配置的子端口建立E－BGP或OSPF鄰居關(guān)系。全網(wǎng)共建立1000個VPN，每個VPN注入不同的40條VPN路由；各VPN多個接入站點間向注入的VPN路由網(wǎng)段兩兩發(fā)送雙向測試流量，測試MPLSVPN的業(yè)務(wù)性能。

　　QoS疊加測試：從5個節(jié)點同時打入ToS=6的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流和ToS=0缺省業(yè)務(wù)流的兩種QoS模擬流，按CN2施工規(guī)范設(shè)置模擬流的帶寬；將MPLSVPN用戶流標(biāo)記成兩種隊列：前100個用戶標(biāo)記成EXP=6的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流，其余VPN用戶標(biāo)記成EXP=0的缺省業(yè)務(wù)流。觀察此時的模擬業(yè)務(wù)流、MPLSVPN兩種不同的流量和組播流的服務(wù)質(zhì)量保證效果。在5個測試節(jié)點P設(shè)備的上行端口增加流分類配置，將目的地址為組播組地址的流量標(biāo)記為ToS=6的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流，并關(guān)閉QoS模擬業(yè)務(wù)流中的高等級流量；然后再觀察此時的模擬業(yè)務(wù)流、MPLSVPN兩種不同的流量和組播流的服務(wù)質(zhì)量保證效果。

　　在上述各項業(yè)務(wù)測試都已獲取測試結(jié)果，并且全業(yè)務(wù)都正常運行的條件下進行故障測試，包括IGP收斂測試、BGP收斂測試、MPLSLDP收斂測試。

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