最新路由交換測(cè)試技術(shù)介紹

摘要

IPTV，IP電話和P2P等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展使路由交換設(shè)備的測(cè)試也更加復(fù)雜，傳統(tǒng)的路由表容量測(cè)試，交換轉(zhuǎn)發(fā)能力測(cè)試以及振蕩測(cè)試已經(jīng)不能滿足功能強(qiáng)大的路由交換設(shè)備的測(cè)試要求。本文著重介紹了當(dāng)前流行或最新的Multicast VPN測(cè)試、4~7層業(yè)務(wù)運(yùn)行在動(dòng)態(tài)路由表之上的QoE測(cè)試、BFD協(xié)議測(cè)試、路由協(xié)議的GR特性測(cè)試和QoS重標(biāo)記性能測(cè)試技術(shù)，并對(duì)IXIA的方案特點(diǎn)做了總結(jié)。

1  引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展對(duì)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(duì)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(duì)日益增長(zhǎng)的帶寬和業(yè)務(wù)的需求。運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商就必須對(duì)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(cè)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(cè)試、交換轉(zhuǎn)發(fā)能力測(cè)試甚至振蕩測(cè)試等測(cè)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(cè)試要求。比如：

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

（2）ISIS+RSVP+BGP等協(xié)議的融合推動(dòng)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(dòng)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(cè)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(duì)這些的基本前提。技術(shù)的融合對(duì)測(cè)試儀表的可擴(kuò)展性要求包括多個(gè)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(cè)試技術(shù)和方法分享給各位讀者，相應(yīng)的測(cè)試?yán)�都是客戶在�?shí)際使用的例子，包括設(shè)備制造商，運(yùn)營(yíng)商和大的企業(yè)用戶等。

2  最新路由交換測(cè)試技術(shù)

2.1  Multicast VPN（mVPN）測(cè)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(huì)議等組播業(yè)務(wù)的廣泛應(yīng)用極大地推動(dòng)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(gè)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(cè)試mVPN同樣不簡(jiǎn)單，測(cè)試mVPN的可擴(kuò)展性對(duì)測(cè)試儀器廠商來說更是挑戰(zhàn)。為了對(duì)此有一個(gè)很好的理解，我們以實(shí)際例子做一說明。

圖1是IXIA在某運(yùn)營(yíng)商測(cè)試的實(shí)例。Customer Edge（CE）和Provider Edge（PE）路由器均由IXIA儀表仿真，每個(gè)端口支持多個(gè)Multicast VRFs (mVRFs)、多個(gè)PEs和多個(gè)P路由器的仿真。在實(shí)際的測(cè)試中，IXIA XMV16板塊的一個(gè)端口仿真多達(dá)45601個(gè)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(cè)試需要，做為目前惟一能夠提供mVPN可擴(kuò)展性測(cè)試的廠商，IXIA mVPN測(cè)試還具有下面的特點(diǎn)：

圖1  某運(yùn)營(yíng)商使用IXIA測(cè)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(cè)端口）。

●在CE側(cè)時(shí)，被測(cè)設(shè)備為連接仿真CE的第一個(gè)PE，被測(cè)設(shè)備需要構(gòu)建Default MDT并監(jiān)控每個(gè)組播流的流量帶寬，如果需要，還要建立Data MDT并及時(shí)將流量從Default MDT轉(zhuǎn)換到Data MDT上。在這種情況下，被測(cè)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(shí)，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)��?shí)現(xiàn)，配置簡(jiǎn)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(dòng)態(tài)路由表之上的QoE測(cè)試

多種業(yè)務(wù)的融合對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也提出了更高的要求，對(duì)于現(xiàn)在用戶關(guān)心的QoE（Quality of Experience）測(cè)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(cè)試工具，目前的市場(chǎng)上有一些，包括IXIA的IxLoad，這些工具的一個(gè)共同點(diǎn)是直接連接被測(cè)設(shè)備的發(fā)送端口和接收端口進(jìn)行測(cè)試，而沒有復(fù)雜真實(shí)的路由表存在。為了全面驗(yàn)證具有深度數(shù)據(jù)包檢測(cè)功能路由設(shè)備的性能，必須要實(shí)現(xiàn)路由表和4~7層有狀態(tài)流量整合的測(cè)試。

圖2是某設(shè)備制造商采用上述測(cè)試方法的典型例子，被測(cè)設(shè)備PE（Provider Edge）是整個(gè)L3VPN中連接客戶端和服務(wù)器端的重要轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)設(shè)備，IXIA測(cè)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(dòng)態(tài)路由表上運(yùn)行，驗(yàn)證被測(cè)設(shè)備的各項(xiàng)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(dòng)態(tài)路由表之上的QoE測(cè)試圖

（1）HTTP：每條路由都有HTTP Get請(qǐng)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(cè)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(cè)試外，還應(yīng)用于現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)在實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際仿真，對(duì)方案展示實(shí)驗(yàn)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(cè)試

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

從技術(shù)上來說，BFD在兩臺(tái)路由器上建立會(huì)話，用來監(jiān)測(cè)兩臺(tái)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(huì)話，會(huì)話建立后如果在檢測(cè)時(shí)間內(nèi)沒有收到對(duì)端的BFD控制報(bào)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(jiǎn)單的“Hello”協(xié)議，系統(tǒng)之間所建立的會(huì)話通道上周期性的發(fā)送檢測(cè)報(bào)文，如果某個(gè)系統(tǒng)在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)沒有收到對(duì)端的檢測(cè)報(bào)文，則認(rèn)為在這條到相鄰系統(tǒng)的雙向通道的某個(gè)部分發(fā)生了故障。雖然BFD協(xié)議相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，但是是非常新的技術(shù)，所以如何對(duì)其進(jìn)行測(cè)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(cè)試BFD協(xié)議的拓?fù)鋱D，IXIA支持單跳和多跳Session的測(cè)試，另外還有下面的特點(diǎn)：

圖3  BFD協(xié)議測(cè)試拓?fù)鋱D

（1）一個(gè)端口可以仿真多個(gè)BFD路由器、多個(gè)接口和多個(gè)Sessions。

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

（3）BFD協(xié)議可以單獨(dú)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)功能測(cè)試和Session容量測(cè)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(cè)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(dòng)，減少路由計(jì)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(shí)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(shí)，能夠通知GR Helper在一定時(shí)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(shí)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(gè)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(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)路徑也沒有任何改變，整個(gè)系統(tǒng)可以不間斷地轉(zhuǎn)發(fā)IP報(bào)文。這個(gè)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(cè)試GR特性相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，需要支持相應(yīng)協(xié)議的GR特性，驗(yàn)證被測(cè)設(shè)備GR特性是否有效。圖4也是典型的測(cè)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(cè)試

從原理上來說，QoS所評(píng)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(duì)QoS的評(píng)估可以基于不同方面。通常所說的QoS，是對(duì)數(shù)據(jù)包傳輸過程中為延遲、延遲抖動(dòng)、丟包率等核心需求提供支持服務(wù)能力的評(píng)估。QoS的類型主要有四種：

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

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

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

（4）DSCP優(yōu)先級(jí)：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(gè)小類，每個(gè)小類又分為3個(gè)丟棄優(yōu)先級(jí)，可以細(xì)分AF業(yè)務(wù)的等級(jí)，AF類的QoS等級(jí)低于EF類。

●兼容IP優(yōu)先級(jí)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(jí)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(jí)重標(biāo)記功能則通過引入ACL進(jìn)行流識(shí)別，為匹配的報(bào)文重新指定優(yōu)先級(jí)。圖5是QoS重標(biāo)記的示意。

圖5  QoS重標(biāo)記示意

QoS的測(cè)試屬于傳統(tǒng)測(cè)試項(xiàng)，測(cè)試儀表都有比較好的支持，但是對(duì)于QoS重標(biāo)記的測(cè)試，相對(duì)來說比較復(fù)雜，因?yàn)閺臏y(cè)試的原理上來說，性能測(cè)試必須對(duì)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(duì)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(cè)試結(jié)合進(jìn)行。仍然以圖5為例，一個(gè)QoS優(yōu)先級(jí)可以被被測(cè)設(shè)備“重新標(biāo)記”為多個(gè)其他優(yōu)先級(jí)，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(duì)QoS重標(biāo)記特性測(cè)試很方便實(shí)現(xiàn)之外，另外還可以應(yīng)用于VLAN泄漏，電信級(jí)以太網(wǎng)重要的PBB/PBT轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試等重要特性的測(cè)試。目前，多個(gè)設(shè)備制造商和評(píng)測(cè)機(jī)構(gòu)都用該特性評(píng)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(cè)試方案完全可以滿足和超過客戶對(duì)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(shí)的環(huán)境和流量仿真，隨著從傳統(tǒng)路由測(cè)試向最新路由方法的轉(zhuǎn)換，隨著用戶對(duì)高性能、高密度和高擴(kuò)展性要求的提高，IXIA最新的Optixia測(cè)試平臺(tái)和IxNetwork路由交換測(cè)試軟件完全可以滿足和超過用戶多樣化的測(cè)試需求。