⼀.100G概述
随着CDN等视频直播业务和P2P业务的快速发展，带宽的要求越来越⾼。当前5G业务势头正盛，其基于400G的主⼲⽹络通信业务也在积极部署之中。但当前在很多的业务场景中，100G系统的部署仍旧是主要选择。本⽂介绍国内领先的100G测试解决⽅案。
IEEE标准定义了⼀系列40G和100G物理接⼝，表1是各种接⼝的介质和距离极限。
表1 各种接⼝的介质和距离极限
⼀条40G/100G链路通过复⽤多条通道(Lane)来实现，通常分为若⼲个25G通道或者10G通道。发送端通常把40G/100G的流分成4个或者10G 并⾏通道，在接收端把并⾏通道的码流再重组成40G/100G 流。 与传统的以太⽹物理接⼝⼀样，40G/100G接⼝也分为
PCS，PMA和PMD⼦层。PCS⼦层把编码数据分发到多个逻辑的通道上，这些逻辑通道就称为虚通道(Virtual Lane)。 标准没有对逻辑通道如何静态映射到物理通道上做规定，⼀个或者多个虚通道可以被承载到⼀个物理通道上，可能存在通道交换。
虽然40G/100G以太⽹仍然是更“快”的以太⽹，但是在很多⽅⾯改变了传统以太⽹特性，对测试提出了挑战。
1.1L2~L3层
对于⾼层应⽤来说，40G/100G接⼝要求设备中的组件要在更短的时间内完成⼯作。⽐如，⼀台路由器需要对进来的数据包剥离低层协议头，排队，进⾏路由表查询，然后转发到相应的出⼝队列。在这个过程中，还要完成分类、监管、优先级调度、整形等⼯作。另外，路由器还要完成路由信息更新，组播路由树的创建，MPLS 标签信息交换，统计，告警，⽇志，防⽕墙和安全功能等。⼀台具有100G接⼝的路由器，需要以10倍于当前速度的能⼒完成上述功能。⽽且在上述功能中，理想情况下不能出现丢包、过⼤的抖动、乱序等性能问题。 测试40G/100G系统，⾸先要验证线速情况下的的转发性能， 其次需要验证负载下的功能、性能、扩展性、进⾏数据和协议平⾯的集成测试。 另外，需要从⽤户体验⾓度对系统承载的真实业务的质量进⾏评估。
1.2物理层
物理层的测试最关键的问题是消除误码。在不同的⼦层，有不同的测试重点。
· Physical Medium Dependent (PMD)
PMD层的测试需要⼀些硬件测试⼯具，如⽰波器。
· Physical Medium Attachment (PMA)
PMA层的测试，需要测试仪表发送各种bit Pattern，如伪随机码序列(PRBS)， 经过系统后检测错误，如误码率，Pattern 同步问题等。Loopback测试也是PMA层测试的重要内容。
· Physical Coding Sublayer (PCS)
PCS层的测试主要集中在通道交换(Lane Swapping)和通道偏差(Lane Skew)测试。测试系统通过交换通道，来验证被测设备能否检测到通道交换并补偿。在偏差测试中，测试系统在发送端⼝产⽣⼀定的偏差，在接收端⼝，统计经过被测系统补偿以后的偏差值。IEEE对能补偿的偏差范围做了定义。偏差测试就是验证系统能否⽀持这个范围内的补偿，或者测试系统和标准多⼤程度上的匹配。
1.3 测试系统本⾝的挑战
40G/100G系统性能测试，除了⽐特速率的变化以外，性能的衡量指标并没有太⼤的变化，如丢包率、时延、抖动、顺序/乱序等指标。现有的测试系统能否在40G/100G性能下继续提供准确的统计值。在这⾥测试仪表的时钟测量精度起了关键的作⽤。
为了测试时延、抖动、帧的顺序性等信息，测试仪表会在发送的每个数据帧中插⼊⼀个签名字段(Signature)，包含发送时间戳、序号等信息。当测试仪表的接收端⼝收到数据帧时，提取出签名字段中的发送时间戳，然后和接收时间进⾏⽐较，就可以计算出时延、抖动等指标。在40G/100G测试中，能够准确提供时延、抖动等指标，测量精度⾄关重要。
传统的测试仪表，以测试10G及以下的系统为主，典型的测量精度为20ns。但是20ns的测量精度对于40G/100G系统来说是不够的。传输⼀个64字节的以太⽹帧，线路上需要传送672bits，计算公式：(64字节+8字节前导码+12字节帧间隔)×8=672bits。在10G线路上传输⼀个64字节的数据帧，需要67.2ns，20ns的测量精度⾜够了，可以为发送的每⼀个帧标识出惟⼀的发送时间戳。
对于40G线路来说，传送⼀个64字节的以太⽹帧，需要16.8ns，有可能在⼀个Clock Tick中间出现两个帧，在这种场景下，时延和抖动测量就出现不准确。
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⽽在100G线路上，这个问题就更加突出。在100G线路上，传送⼀个64字节的以太⽹帧，只需要6.72ns，每个时间戳Clock Tick包含3个帧，在这种情况下，测试仪表完全不能准确的标识出每个帧的
发送时间。提供这些关键的统计量，要求测试仪表的测量精度要⼩于在线路上传送⼀个64字节帧的时间。
⼆.100G测试⽅案
2.1 ⽅案概述
100G以太⽹测试仪表配合基于PCT架构的新⼀代测试软件RENIX，可实现针对⽹络设备和⽹络系统的Layer2-3流量测试及协议仿真，在功能、性能及安全性⽅⾯提供全⾯测试解决⽅案，满⾜研发、实验和质量控制等过程中的测试需求。
BigTao系列定位于⽹络2-3层需求场景的测试，⽐如：
· 服务商和IP系统⼚商可利⽤线速率转发性能分析，验证路由和MPLS服务是否能够扩展到100G以太⽹核⼼和边缘接⼝上。
· 数据中⼼交换机⼚商可利⽤纳秒级精度的时延测量能⼒，对⽤于互连服务器和存储系统的新型40G以太⽹交换结构进⾏基准测试。
· 光传输⼚商可以⽣成并分析OTN、OTU-3 40G和OTU-4 100G传输⽹络中客户端接⼝上的线速率流量，测量第2⾄3层性能和第1层PRBS和通道偏差。
2.2 系统架构
100G测试仪表是基于RENIX平台提供的解决⽅案。RENIX软件设计上采⽤C/S架构、模块化结构、分层式设计和多线程管理⽅法。RENIX 平台式基于PCT架构的：Presentation Layer（PL展⽰层）、Core Layer（CL核⼼层）、Traffic Layer（TL流量层）。
· 展⽰层(PL)：是对GUI界⾯和⾃动化接⼝的抽象描述，该层运⾏在客户主机上，负责接受⽤户的配置并展⽰测试过程和测试结果；
· 核⼼层(CL)：该层运⾏在客户主机上，负责⽤户配置的汇总、保存、下发以及统计信息的收集，和测试仪机箱之间通过SOCKET接⼝通信；
· 流量发⽣层(TL)：该层运⾏在测试仪机箱上，负责与业务板卡的交互，是所有测试业务的执⾏引擎。
2.3 测试内容
2.2.1 RF C2544/RF C2889/RF C3918测试套件
场景描述
空调温度控制
IP⽹络设备是IP⽹络的核⼼，其性能好坏直接影响IP⽹的⽹络规模、⽹络稳定性以及⽹络可扩展性。性能测试主要是让被测试设备承受不同的负载，验证其表现，主要⽬的是测试它的容量（如吞吐量），以及处理业务的速度（如时延）等。不同的IP⽹络设备由于采⽤了不同的硬件结构，性能表现会有所不同，即使是同⼀IP⽹络设备交换设备在不同的负载下也会有不同的表现。另外，IP⽹络设备配置的不同也会引起不同的性能表现，所以全⾯对IP⽹络设备进⾏性能测试就显得尤其重要。
RFC2544协议是RFC组织提出的⽤于评测⽹络互联设备（防⽕墙、IDS、Switch等）的国际标准，主要是对性能评测参数的具体测试⽅法、结果的提交形式作了较详细的规定。RFC2544中规定了测试不同⽹络设备的参数。
(1) 吞吐率(Throughput)
· 定义：被测设备在不丢包的情况下，所能转发的最⼤数据流量。通常使⽤每秒钟通过的最⼤的数据包数或者字节数来衡量(MB/s) 。· 作⽤：反映被测试设备所能够处理(不丢失数据包) 的最⼤的数据流
量。
(2) 丢包率(Lost Rate)
· 定义：在⼀定的负载下，由于缺乏资源⽽未能被转发的包占应该转发的包数的百分⽐。
· 作⽤：反映被测设备承受特定负载的能⼒。
(3) 时延(Latency)
· 定义：发送⼀定数量的数据包，记录中间数据包发出的时间T1，以及经由测试设备转发后到达接收端⼝的时间T2，然后按照下⾯的公式计算：
对于存储/位转发设备： Latency = T2 - T1
T2：输出帧的第⼀位到达输出端⼝的时间；
T1：输⼊帧的最后⼀位到达输⼊端⼝的时间。
· 作⽤：反映被测设备处理数据包的速度。
(4) 背靠背(Back-to-Back)
· 定义：以所能够产⽣的最⼤的速率，发送⼀定长度的数据包，并不断改变⼀次发送的数据包数⽬，直到被测设备能够完全转发所有发送的数据包，这个包数就是此设备的背对背值。
· 作⽤：反映被测设备处理突发数据的能⼒（数据缓存能⼒）。
RFC2889将已在rfc2544中定义的⽹络互连设备测试基准的⽅法扩展到局域⽹交换设备的测试中来。 RFC2889主要测试在mac层交换帧的设备，它为交换机的转发性能、拥塞控制、时延、地址处理和过滤提供了⼀个测试基准⽅法，是⼆层设备的基础测试。
RFC3918该规范是在RFC2432基础上更新的组播测试规范。
BigTao解决⽅案
RFC2544测试
电脑保护套
· 测试内容: 吞吐量, 时延, 丢包率, 背靠背
· 被测设备: 可以交换机, 路由器, 防⽕墙等任何需要测试流量的设备
· 测试拓扑: 1对1, 1对多, backbone, full mesh等多种拓扑
·
特点: 配置简单, 多个测试项⽬顺序运⾏, 全⾃动执⾏
· 测试报告: 提供详细的, 标准的测试报告, 可存为PDF, XLS格式
RFC2889测试
· 测试内容: MAC地址学习速率, 容量, 拥塞控制等7项测试内容
· 被测设备: ⽹桥, 交换机
· 特点: 配置简单, 多个测试项⽬顺序运⾏, 全⾃动执⾏
· 测试报告: 提供详细的, 标准的测试报告, 可存为PDF格式编织袋折边器
RFC3918测试
· 测试内容: 组播组容量, 组播加⼊/离开时延, 组播吞吐量等5项内容
· 被测设备: ⽹桥, 交换机, 路由器等具有组播功能的设备
· 特点: 配置简单, 多个测试项⽬顺序运⾏, 全⾃动执⾏
·
测试报告: 提供详细的, 标准的测试报告, 可存为PDF格式
2.2.2 RT SM解决⽅案
RTSM就是远程测试管理系统（Remote Test Session Manager）。
传统⽹络测试架构通常是将测试仪（机箱）部署在实验室⽹络环境，客户端部署在⽤户的办公⽹络环境中，⽤户在个⼈电脑上通过操作客户端来向机箱下发测试命令，机箱将测试数据再传送给客户端，这样⽤户就能通过客户端实时查看测试结果。但是传统⽹络测试架构有⼀个弊端：办公⽹络和实验室⽹络是两个不同的⽹络，当其中⼀个地⽅的⽹络有变化的时候，机箱和客户端的通信中⽌，⽆法将数据传送到客户端，导致测试⽆法继续进⾏。
为了解决传统⽹络测试架构的弊端，开发了新的⽹络测试架构：通过在实验室⽹络增加⼀台独⽴的设备来承担测试逻辑（这⾥，我们将这台设备称之为第三⽅设备）。⽤户在个⼈电脑上通过操作客户端来向第三⽅设备下发测试命令，第三⽅设备再向机箱下发测试命令，然后机箱将测试数据传送给第三⽅设备，⽽不是直接传给客户端，这样即使办公⽹络和实验室⽹络之间不稳定，测试进程和数据依然在第三⽅设备上运⾏着，只要重启客户端重新连接第三⽅设备依然可以查看并操作之前的测试。
当进⾏远程连接时启⽤RTSM功能（如上图所⽰），此时RENIX 客户端部署在客户的⼀台电脑上，RENIX server（即RTSM 服务端）部署在实验室⼀台单独的机器上（即将测试逻辑从⽤户本地电脑转移到其它设备上），服务端部署在测试仪上。这种架构不仅可以满⾜多个⽤户共享测试控制权，加快多⼈协作调试的进程，还可以满⾜⽤户暂时从实时测试中断开，并在以后重新连接。另外，⽤户也可以通过部署多个RTSM服务器来增加并⾏测试会话的数量。
2.2.3 宽带接⼊测试解决⽅案
场景描述
“宽带”是指终端客户通过⽆线、有线或数字⽤户线（DSL）⾼速接⼊互联⽹。宽带需要⼤量协议和设
备之间的⽆缝合作，从⽽提供可靠的客户互联⽹接⼊，在推出宽带占⽤量越来越多的新服务时尤其如此。如果未对宽带⽹络协议、设备和⽹络拓扑进⾏充分测试，企业将会遭到不可信客户的访问。
宽带接⼊测试解决⽅案向终端⽤户（⽆论是企业、服务提供商，还是个⼈客户）提供基于接⼊协议的测试设备和测试⽅法。此外，⽹络需要同时为互联⽹协议IPv4和IPv6提供⽆缝⽀持，以便缓解客户转移⾄IPv6时的风险。
解决⽅案
· ⽀持协议: PPPoE, DHCP, 802.1X；
· 模拟⾓⾊: PPPoE/DHCP Client, PPPoE/DHCP Server；
· 被测设备: BRAS, Router, Switch；
· 测试内容: 对被测设备的接⼊速率, 容量, 稳定性进⾏评估；
2.2.4 组播测试决⽅案解
场景描述
组播是指在IP⽹络中将数据包以尽⼒传送的形式发送到某个确定的节点集合（即组播组），其基本思想是：源主机（即组播源）只发送⼀份数据，其⽬的地址为组播组地址；组播组中的所有接收者都可收到同样的数据拷贝，并且只有组播组内的主机可以接收该数据，⽽其它主机则不能收到。
组播技术有效地解决了单点发送、多点接收的问题，实现了IP⽹络中点到多点的⾼效数据传送，能够⼤量节约⽹络带宽、降低⽹络负载。作为⼀种与单播和⼴播并列的通信⽅式，组播的意义不仅在于此。更重要的是，可以利⽤⽹络的组播特性⽅便地提供⼀些新的增值业务，包括在线直播、⽹络电视、远程教育、远程医疗、⽹络电台、实时视频会议等互联⽹的信息服务领域。
组播测试测试解决⽅案⾯向⽀持组播协议的设备和系统，进⾏组播功能、性能以及端到端的测试验证，为产品的研发、⽅案的部署提供了很好的保障。
BigTao解决⽅案
电渗析模块· ⽀持协议: IGMP, MLD, PIM-SM；
· 模拟⾓⾊: IGMP client, IGMP querier, PIM路由器；
· 被测设备: 路由器, 交换机；
销子材料· 测试内容: 测试DUT的组播组容量, PIM邻居数, Flapping测试等；
2.2.5 路由测试解决⽅案
场景描述
⽹络和⽹络设备正变得越来越复杂。企业扩展、数据中⼼融合和新服务部署都需要多元化⽹络技术与设备⼀起⽆缝运⾏。于多个专⽤⽹络融合到⼀个传输语⾳、视频、数据和⽆线流量的单⼀⽹络中，故设备制造商务必验证其交换机和路由器的可扩展性、稳定性和性能。
路由测试解决⽅案，提供多种路由协议的仿真，⽀持在多机箱级联场景下的同步测试，满⾜以太⽹设备的⼤规模协议仿真、性能测试和压⼒测试要求，以及各种复杂⽹络场景下的测试需求。
BigTao解决⽅案
· ⽀持协议: RIP/OSPF/ISIS/BGP的IPv4和IPv6版本；
· 被测设备: 路由器；
· 测试内容: 测试DUT的功能, 性能, 稳定性, 兼容性, lapping 测试；
2.2.6 ⾃动化测试解决⽅案
场景描述
在⽹络产品开发的整个过程中，⾯临的⼀项重要问题就是确保产品的功能、性能及可靠性测试能够快速完成，并迭代回归，⽽⾃动化测试⽆疑是最常⽤的⼿段，相对⼿⼯测试更加⾼效和准确。
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