思博倫通信40G/100G測(cè)試解決方案

1  引言

下一代網(wǎng)絡(luò)以IP為中心，同時(shí)支持包括數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和視頻的融合網(wǎng)絡(luò)。隨著IPTV等視頻業(yè)務(wù)和P2P業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，帶寬要求越來(lái)越高。根據(jù)中國(guó)電信估計(jì)，未來(lái)5年我國(guó)干線流量年增長(zhǎng)率依然高達(dá)56%~80%。隨著40G和100G系統(tǒng)的部署， 如何進(jìn)行40G/100G測(cè)試成為業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)。本文介紹了業(yè)界領(lǐng)先的Spirent TestCenter 40G/100G測(cè)試解決方案。

2  40G/100G 概述

IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義了一系列40G和100G物理接口，表1是各種接口的介質(zhì)和距離極限。

表1  各種接口的介質(zhì)和距離極限

一條40G/100G鏈路通過(guò)復(fù)用多條通道(Lane)來(lái)實(shí)現(xiàn)，通常分為若干個(gè)25G通道或者10G通道。發(fā)送端通常把40G/100G的流分成4個(gè)或者10G 并行通道，在接收端把并行通道的碼流再重組成40G/100G 流。 與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)物理接口一樣，40G/100G接口也分為PCS，PMA和PMD子層。PCS子層把編碼數(shù)據(jù)分發(fā)到多個(gè)邏輯的通道上，這些邏輯通道就稱為虛通道(Virtual Lane)。 標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有對(duì)邏輯通道如何靜態(tài)映射到物理通道上做規(guī)定，一個(gè)或者多個(gè)虛通道可以被承載到一個(gè)物理通道上，可能存在通道交換。 圖1 顯示了100G接口可能的通道映射關(guān)系，其中括號(hào)中的值表示一個(gè)子層的進(jìn)出通道數(shù)。PCS子層包括20個(gè)虛擬通道，在PMA和PMD子層，根據(jù)不同的實(shí)現(xiàn)通道數(shù)會(huì)發(fā)生變化，比如100GBASE-R4；在PCS子層，包含20個(gè)虛擬通道；在PMA子層則為10個(gè)；在PMD子層為4個(gè)通道。

圖1  100G BASE-R實(shí)現(xiàn)

3  40G/100G測(cè)試

雖然40G/100G以太網(wǎng)仍然是更“快”的以太網(wǎng)，但是在很多方面改變了傳統(tǒng)以太網(wǎng)特性，對(duì)測(cè)試提出了挑戰(zhàn)。

（1）L2~L7層     

對(duì)于高層應(yīng)用來(lái)說(shuō)，40G/100G接口要求設(shè)備中的組件要在更短的時(shí)間內(nèi)完成工作。比如，一臺(tái)路由器需要對(duì)進(jìn)來(lái)的數(shù)據(jù)包剝離低層協(xié)議頭，排隊(duì)，進(jìn)行路由表查詢，然后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的出口隊(duì)列。在這個(gè)過(guò)程中，還要完成分類、監(jiān)管、優(yōu)先級(jí)調(diào)度、整形等工作。另外，路由器還要完成路由信息更新，組播路由樹的創(chuàng)建，MPLS 標(biāo)簽信息交換，統(tǒng)計(jì)，告警，日志，防火墻和安全功能等。一臺(tái)具有100G接口的路由器，需要以10倍于當(dāng)前速度的能力完成上述功能。而且在上述功能中，理想情況下不能出現(xiàn)丟包、過(guò)大的抖動(dòng)、亂序等性能問(wèn)題。

測(cè)試40G/100G系統(tǒng)，首先要驗(yàn)證線速情況下的的轉(zhuǎn)發(fā)性能， 其次需要驗(yàn)證負(fù)載下的功能、性能、擴(kuò)展性、進(jìn)行數(shù)據(jù)和協(xié)議平面的集成測(cè)試。 另外，需要從用戶體驗(yàn)角度對(duì)系統(tǒng)承載的真實(shí)業(yè)務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。

（2）物理層

物理層的測(cè)試最關(guān)鍵的問(wèn)題是消除誤碼。在不同的子層，有不同的測(cè)試重點(diǎn)。

●Physical Medium Dependent (PMD)

PMD層的測(cè)試需要一些硬件測(cè)試工具，如示波器。

●Physical Medium Attachment (PMA)

PMA層的測(cè)試，需要測(cè)試儀表發(fā)送各種bit Pattern，如偽隨機(jī)碼序列(PRBS)， 經(jīng)過(guò)系統(tǒng)后檢測(cè)錯(cuò)誤，如誤碼率，Pattern 同步問(wèn)題等。Loopback測(cè)試也是PMA層測(cè)試的重要內(nèi)容。

●Physical Coding Sublayer (PCS)

PCS層的測(cè)試主要集中在通道交換(Lane Swapping)和通道偏差(Lane Skew)測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)交換通道，來(lái)驗(yàn)證被測(cè)設(shè)備能否檢測(cè)到通道交換并補(bǔ)償。在偏差測(cè)試中，測(cè)試系統(tǒng)在發(fā)送端口產(chǎn)生一定的偏差，在接收端口，統(tǒng)計(jì)經(jīng)過(guò)被測(cè)系統(tǒng)補(bǔ)償以后的偏差值。IEEE對(duì)能補(bǔ)償?shù)钠�差范圍做了定義。偏差測(cè)試就是驗(yàn)證系統(tǒng)能否支持這個(gè)范圍內(nèi)的補(bǔ)償，或者測(cè)試系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)多大程度上的匹配。

（3）測(cè)試系統(tǒng)本身的挑戰(zhàn)

40G/100G系統(tǒng)性能測(cè)試，除了比特速率的變化以外，性能的衡量指標(biāo)并沒(méi)有太大的變化，如丟包率、時(shí)延、抖動(dòng)、順序/亂序等指標(biāo)�，F(xiàn)有的測(cè)試系統(tǒng)能否在40G/100G性能下繼續(xù)提供準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)值。在這里測(cè)試儀表的時(shí)鐘測(cè)量精度起了關(guān)鍵的作用。

為了測(cè)試時(shí)延、抖動(dòng)、幀的順序性等信息，測(cè)試儀表會(huì)在發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)幀中插入一個(gè)簽名字段(Signature)，包含發(fā)送時(shí)間戳、序號(hào)等信息。當(dāng)測(cè)試儀表的接收端口收到數(shù)據(jù)幀時(shí)，提取出簽名字段中的發(fā)送時(shí)間戳，然后和接收時(shí)間進(jìn)行比較，就可以計(jì)算出時(shí)延、抖動(dòng)等指標(biāo)。在40G/100G測(cè)試中，能夠準(zhǔn)確提供時(shí)延、抖動(dòng)等指標(biāo)，測(cè)量精度至關(guān)重要。