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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(gè)高品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò )要通過(guò)業(yè)務(wù)設計和定位、網(wǎng)絡(luò )設計、設備選型、工程建設、方案驗證和持續優(yōu)化、維護管理6個(gè)環(huán)節來(lái)保證，其中設備選型、方案驗證和優(yōu)化主要通過(guò)選型測試和網(wǎng)絡(luò )測試實(shí)現。為此中國電信于2004年初和2005年初分別組織了CN2項目的設備選型測試和網(wǎng)絡(luò )驗收測試。兩次測試被業(yè)界認為是全球高端路由器和傳統互聯(lián)網(wǎng)向下一代多業(yè)務(wù)融合承載網(wǎng)轉型的路演。

　　以網(wǎng)絡(luò )需求為導向

　　以網(wǎng)絡(luò )需求為導向，根據網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)對設備的要求制訂測試內容是測試中堅持的最基本方法。“蘿卜青菜，各有所愛(ài)”，對選型測試來(lái)說(shuō)，因為被選的設備最終是被某個(gè)特定網(wǎng)絡(luò )所用的，所以必須根據網(wǎng)絡(luò )的“口味”進(jìn)行評價(jià)選擇。將測試定位在網(wǎng)絡(luò )而不是設備，也是運營(yíng)商測試與設備廠(chǎng)商內部測試或第三方單位測試的本質(zhì)區別，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(hù)、語(yǔ)音、視頻、數據等業(yè)務(wù)的統一多業(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 )要求設備具備六個(gè)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，就轉換為一個(gè)完整的測試和評估指標體系，包括：設備可用性及其控制/轉發(fā)平面的穩定性、交換容量和路由/標簽/組播容量、流量轉發(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。

　　根據網(wǎng)絡(luò )需求制訂測試內容之后，在具體的測試項目中，中國電信不斷深入分析需求細節，定義測試指標和參數，設計測試方法。以IGP的快速路由收斂測試為例，因為CN2的需求是在ISIS域內，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?xún)仁諗俊Ｒ虼耍鶕﨏N2網(wǎng)絡(luò )的工程技術(shù)施工規范，在設備上配置快速收斂機制和相關(guān)時(shí)間參數。分析CN2的網(wǎng)絡(luò )結構，將一個(gè)充分體現其結構特征的模擬拓撲用儀表廣播給被測設備。模擬網(wǎng)絡(luò )拓撲包含1200個(gè)節點(diǎn)設備、6000條鏈路；包括核心、匯接、邊緣三層網(wǎng)絡(luò )結構，一級全Full-Mesh、2級到1級雙歸、3級到2級雙歸；核心、匯接、邊緣之間的節點(diǎn)數比例是1∶4∶20。拓撲中的路由網(wǎng)段先取節點(diǎn)互聯(lián)鏈路所在子網(wǎng)，不夠的從邊緣層節點(diǎn)補充子網(wǎng)路由。模擬網(wǎng)絡(luò )上常見(jiàn)的單電路或單路由器故障類(lèi)型，測試出設備在這個(gè)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(jìn)行如此大規模的、復雜而深入的網(wǎng)絡(luò )測試，要解決的技術(shù)問(wèn)題主要包括：在測試標準上確定完善科學(xué)的驗收指標，在測試方法上以有限的資源全面考察如此大規模網(wǎng)絡(luò )諸多方面的功能、性能和容量。為此，中國電信在指標體系的確定和量化、測試方法學(xué)、儀表和設備能力、測試選點(diǎn)、誤差校準等方面進(jìn)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(gè)方面：

　　選點(diǎn)抽樣

　　采用科學(xué)的抽樣方法。綜合考慮業(yè)務(wù)運營(yíng)模式、預測業(yè)務(wù)流量、網(wǎng)絡(luò )層次、設備類(lèi)型、鏈路類(lèi)型、地理位置及機房分布等，選擇測試節點(diǎn)；測試路徑的選擇全面涵蓋不同層次節點(diǎn)組成的路徑，包括核心之間、核心到非北方省（區、市）匯接、核心到非北方邊緣業(yè)務(wù)控制點(diǎn)等。

　　誤差校準

　　在所有與時(shí)延相關(guān)的測試條目中，在所有測試節點(diǎn)采用精密的時(shí)鐘同步儀表GPS校準時(shí)間，以消除NTP同步機制所產(chǎn)生的時(shí)間誤差。同時(shí)，將通過(guò)儀表測試數據矯正和補償網(wǎng)絡(luò )管理軟件測試的結果。

　　多測試手段對照互補

　　功能測試:“黑箱”測試，通過(guò)應用（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(jìn)行。

　　性能測試:以設備內置性能測試代理為主、儀表測試為輔（主要用于校驗前者；受儀表數量限制，只能選取有限節點(diǎn)），在背景流基礎上發(fā)送測試流，然后統計數據，計算結果。

　　業(yè)務(wù)體驗驗證：通過(guò)使用應用系統主觀(guān)感受網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)能力。

　　容量測試:通過(guò)儀表模擬網(wǎng)絡(luò )設備，發(fā)送大量控制信息(如BGP路由)。由于控制信息會(huì )自動(dòng)傳播至全網(wǎng)，故對儀表數量、節點(diǎn)選擇并無(wú)過(guò)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(shí)延、丟包率、抖動(dòng)、故障倒換速度等。性能測試的結果將說(shuō)明CN2網(wǎng)絡(luò )未來(lái)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路由數量，組播組數量等。容量測試的數據代表了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，許多設備單項測試結果很好，但是在進(jìn)行業(yè)務(wù)疊加時(shí)測試數據發(fā)生很大變化。對選型測試而言，業(yè)務(wù)疊加可以更全面、深入地考驗設備的實(shí)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)現了現有協(xié)議和主流設備100多個(gè)缺陷并對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行了相應優(yōu)化，解決了互聯(lián)網(wǎng)轉型方面急需解決的大量問(wèn)題，為將來(lái)的網(wǎng)絡(luò )運維和業(yè)務(wù)設計、推廣提供了基礎。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(méi)。

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

　　全網(wǎng)導入背景流量：各測試節點(diǎn)同時(shí)用儀表產(chǎn)生持續的、IP包長(cháng)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。在背景流量持續存在的同時(shí)，又通過(guò)儀表產(chǎn)生2M的測試流模擬CN2的任意一個(gè)專(zhuān)線(xiàn)接入業(yè)務(wù)流，考察該業(yè)務(wù)流的各項性能參數指標。同時(shí)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(gè)點(diǎn)同時(shí)導入不同的ISIS模擬拓撲，設置拓撲中的部分鏈路按一定頻率和方式持續循環(huán)波動(dòng)，模擬IGP全網(wǎng)路由振蕩。

　　BGP路由疊加:在兩個(gè)核心節點(diǎn)導入從Internet上讀取的國際路由表，同時(shí)在多個(gè)匯接節點(diǎn)導入城域網(wǎng)路由和IBGP路由；并設置這些路由表中的部分路由條目的持續循環(huán)波動(dòng)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設備相連的儀表端口模擬4個(gè)不同的組播源；在其他有測試儀表的節點(diǎn)上，用與PE設備相連的儀表端口模擬兩個(gè)普通組播用戶(hù)，加入600個(gè)組播組；同時(shí)在所有無(wú)測試儀表的節點(diǎn)的PE上開(kāi)啟PIM-SM，用其loopback100端口模擬1個(gè)組播用戶(hù)，該用戶(hù)加入所有組。觀(guān)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設備直連的GE端口劃出多個(gè)子端口，子端口1到子端口250模擬成PE設備的直連VPN用戶(hù)，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(gè)VPN，每個(gè)VPN注入不同的40條VPN路由；各VPN多個(gè)接入站點(diǎn)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(gè)節點(diǎn)同時(shí)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施工規范設置模擬流的帶寬；將MPLSVPN用戶(hù)流標記成兩種隊列：前100個(gè)用戶(hù)標記成EXP=6的關(guān)鍵業(yè)務(wù)流，其余VPN用戶(hù)標記成EXP=0的缺省業(yè)務(wù)流。觀(guān)察此時(shí)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(gè)測試節點(diǎn)P設備的上行端口增加流分類(lèi)配置，將目的地址為組播組地址的流量標記為T(mén)oS=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(guān)察此時(shí)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果，并且全業(yè)務(wù)都正常運行的條件下進(jìn)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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