電信級以太局域網(wǎng)測試技術的研究概述
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以太網(wǎng)作為一種快速、簡單和高帶寬的局域網(wǎng)，在企業(yè)網(wǎng)中已經(jīng)使用了30年以上，但是其應用多年來一直被電信運營商所低估。隨著電信級以太網(wǎng)(CE)的出現(xiàn)，運營商逐漸意識到在城域網(wǎng)中，以太網(wǎng)既可以作為數(shù)據(jù)承載網(wǎng)接入、承載數(shù)據(jù)業(yè)務，也可以直接提供端到端的專線業(yè)務。
城域以太網(wǎng)論壇(MEF)是最早開始研究CE的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。CE的概念也是由MEF提出的。依據(jù)MEF的定義，CE具有以下5大特點：
可擴展性：業(yè)務可擴展，具備讓數(shù)百萬人使用同一網(wǎng)絡服務的能力；帶寬可擴展，可以從1Mb/s擴展到10Gb/s甚至更高，可以按一定的顆粒度逐步增加。
電信級可靠性：可提供50ms的保護倒換；具備端到端的通路保護能力；支持匯聚鏈路保護，還支持節(jié)點保護。
服務質量：提供有保證的端到端性能；支持端到端服務質量(QoS)等級的選擇；適用于商業(yè)、移動以及接入?yún)R聚等不同應用。
標準化的業(yè)務：可以提供以太網(wǎng)專線和虛擬局域網(wǎng)業(yè)務；無縫集成時分復用(TDM)業(yè)務；支持電路仿真業(yè)務；支持現(xiàn)有語音應用。
業(yè)務管理：支持快速業(yè)務提供；支持電信級運營維護管理(OAM)；可提供客戶網(wǎng)絡管理功能。
2電信級以太網(wǎng)的測試
目前，CE已經(jīng)成為了業(yè)界研究的熱點之一，ITU-T、IEEE、IETF、MEF等多家標準組織都已開始了相關的標準化工作，市場上也已有了多種解決方案。其中，比較有代表性的技術主要包括運營商骨干網(wǎng)橋/運營商骨干傳輸(PBB/PBT)技術[1]、傳送多協(xié)議標簽交換(T-MPLS)技術[2]、增強以太環(huán)網(wǎng)技術以及虛擬專用局域網(wǎng)(VPLS)技術[3]等。那么，如何判斷這些技術是否滿足CE的需求？這就需要從MEF對CE所定義的可擴展性、可靠性、服務質量、業(yè)務支持能力以及業(yè)務管理這5個特征入手，進行相應的測試，評估這些技術是否符合這些CE的基本特征。
2.1可擴展性測試
可擴展性測試的目的是驗證CE所能提供的帶寬及隧道處理能力。
對于帶寬測試，可以基于RFC2544的測試方法[4]，測試被測方案是否支持快速以太網(wǎng)(FE)、千兆以太網(wǎng)(GE)以及萬兆以太網(wǎng)(10GE)接口的線速轉發(fā)。
隧道處理能力測試主要是驗證被測方案可配置的內外層隧道數(shù)量。在進行隧道數(shù)量測試時，需要被測方案開啟隧道保護機制，只有滿足了50 ms保護倒換時間的測試結果才是有意義的數(shù)值。對于不同的解決方案，隧道的定義也不盡相同。對于PBT技術，外層隧道通過骨干網(wǎng)VLAN(B-VLAN)標識，內層隧道通過骨干網(wǎng)業(yè)務實例標識(I-SID)標識；對于T-MPLS技術和VPLS技術，內外層隧道可通過內外層多協(xié)議標簽交換(MPLS)標簽來標識；對于增強以太環(huán)網(wǎng)技術，內外層隧道則是通過運營商橋接(PB)技術的內外層VLAN標簽來標識。在測試時需要驗證被測方案支持的最大隧道數(shù)量以及在單隧道下支持的最大業(yè)務數(shù)量(即多業(yè)務復用隧道的能力)。
2.2可靠性測試
可靠性測試的目的是驗證被測方案是否支持50 ms的電信級隧道保護倒換時間。
保護倒換時間是丟包數(shù)與數(shù)據(jù)包發(fā)送速率的比值。端到端隧道發(fā)生倒換的觸發(fā)條件較多，包括鏈路故障、端口故障、節(jié)點故障等，在測試時對這些觸發(fā)條件應分別進行測試，相應的操作可以包括拔出光纖、關閉轉發(fā)端口、關閉設備電源、拔出設備主用主控板卡等。為了模擬真實的網(wǎng)絡狀況，在進行保護倒換測試時，應根據(jù)設備情況配置較大數(shù)量的隧道，加載較高的數(shù)據(jù)流量，并使這些流量盡量平均分布在不同的隧道中。
可靠性測試采用的網(wǎng)絡拓撲可以根據(jù)技術實現(xiàn)采用環(huán)形、網(wǎng)狀或雙歸連接等方式。在采用環(huán)形組網(wǎng)時，需對相交、相切等多環(huán)拓撲分別進行測試。
在測試時應針對單播隧道和組播隧道的保護倒換分別進行測試，以驗證被測方案對單播業(yè)務和組播業(yè)務的保護情況。
在進行保護倒換測試時還應驗證在隧道恢復回切時是否有丟包的現(xiàn)象發(fā)生。
2.3服務質量測試
QoS測試的目的是驗證被測方案是否能滿足電信級的服務質量要求。
服務質量測試主要包括訪問控制策略、QoS流標記策略、接入控制策略以及隊列調度機制等方面。
訪問控制策略的測試是測試被測方案對二、三、四層流量是否能正確配置訪問控制策略，同時還需要驗證被測方案在配置了ACL后的轉發(fā)性能是否受到影響。
流標記策略測試是測試被測方案是否能依據(jù)流標記策略對數(shù)據(jù)流進行QoS標記或重標記。QoS標記可以基于802.3、802.1ah、MPLS或IP 服務類別(ToS)/差分服務(DiffServ)來進行。
接入控制策略測試是測試被測設備是否支持對接入流量基于承諾信息速率(CIR)或峰值信息速率(PIR)進行接入速率控制以及所能控制的帶寬粒度。
隊列調度機制測試是測試被測方案是否支持優(yōu)先級隊列(PQ)、加權公平隊列(WFQ)/加權輪循服務(WRR)等優(yōu)先級隊列調度機制。
在進行服務質量測試測試，需對單層QoS策略和層次化QoS策略分別進行測試。對服務質量的測試可以參見MEF14[5]。
2.4業(yè)務支持能力測試
業(yè)務支持能力測試的目的是驗證被測方案是否支持以太網(wǎng)專線(E-Line)、多點到多點以太網(wǎng)(E-LAN)、樹形以太網(wǎng)(E-TREE)、時分復用(TDM)等業(yè)務類型。
在進行E-LAN業(yè)務測試時應重點關注被測方案創(chuàng)建E-LAN業(yè)務的方式并驗證其對于遠端媒體接入控制(MAC)地址的學習方式。
在進行E-TREE業(yè)務測試時應驗證各葉子節(jié)點之間是否能實現(xiàn)相互隔離，并驗證被測方案通過E-TREE業(yè)務實現(xiàn)組播的功能。
在進行TDM業(yè)務測試時，需對TDM的時延、抖動及誤碼性能進行測試，測試端口可以依據(jù)設備支持情況選擇成幀E1、非成幀E1以及通道化STM-1等。
另外，還應對被測方案支持TDM時鐘同步的功能進行測試，測試的內容包括對電路仿真業(yè)務(CES)業(yè)務的時鐘同步功能、同步以太網(wǎng)的時鐘功能以及IEEE 1588時間同步功能等方面的測試。對業(yè)務支持能力的測試可以參見MEF9[6]、MEF18[7]、MEF19[8]。
2.5業(yè)務管理測試
業(yè)務管理測試主要包括兩方面的內容：對網(wǎng)管系統(tǒng)的測試以及對OAM機制的測試。前者應基于故障、配置、計費、性能和安全(FCAPS)功能模塊，主要包括拓撲發(fā)現(xiàn)、業(yè)務創(chuàng)建、故障監(jiān)測、性能管理等方面的內容，測試時通過網(wǎng)管系統(tǒng)創(chuàng)建的業(yè)務需要發(fā)送模擬業(yè)務流量加以驗證。
后者是基于IEEE 802.3ah[9]，IEEE 802.1ag[10]，ITU-T Y.1731[11]以及G.8114[12]等標準，通過協(xié)議分析儀，對以太網(wǎng)OAM機制或T-MPLS OAM機制中的連續(xù)性檢查(CC)、環(huán)回(LB)及鏈路跟蹤(LT)等消息的消息格式及消息流程進行一致性檢查，驗證其是否符合相關標準的規(guī)定。
3電信級以太網(wǎng)測試技術的實踐
通過使用上述測試方法，對PBB/PBT、T-MPLS、增強以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)以及VPLS等4種CE實現(xiàn)方案測試，可以看出，雖然現(xiàn)有的多種CE技術在業(yè)務承載能力、可靠性、擴展能力、QoS以及OAM管理能力等方面均能基本滿足電信級組網(wǎng)的需求，但是由于不同的CE解決方案在存在著較大的差異性，在短期內難以實現(xiàn)完全的互聯(lián)互通。
3.1業(yè)務承載能力
從測試結果來看上述4種解決方案均能夠較好的承載寬帶上網(wǎng)業(yè)務、IP語音業(yè)務，但對于專線業(yè)務、組播業(yè)務以及TDM業(yè)務，不同的解決方案其實現(xiàn)效果和復雜度各不相同。在承載專線業(yè)務時，增強型以太網(wǎng)技術由于全網(wǎng)設備都要學習用戶的MAC地址信息，所以用戶信息的隔離效果比較差，網(wǎng)絡容易遭受來自用戶側的攻擊；而PBB/PBT、T-MPLS以及VPLS技術，僅在運營商邊緣(PE)設備的用戶網(wǎng)絡接口(UNI)學習用戶的MAC地址信息，網(wǎng)絡核心設備不學習用戶MAC地址信息，所以隔離效果好。對于組播業(yè)務，幾種解決方案均能夠承載，但是實現(xiàn)復雜度各不相同，其中增強型以太網(wǎng)技術由于采用環(huán)形組網(wǎng)，因此能比較方便地實現(xiàn)組播業(yè)務，而PBB/PBT、T-MPLS和VPLS/適合以太網(wǎng)的多協(xié)議標簽交換(EoMPLS)技術的組播業(yè)務實現(xiàn)方式較為復雜，而且具體實現(xiàn)方法也存在著差異，尚未形成一個統(tǒng)一的標準。對于TDM業(yè)務，目前PBB/PBT、T-MPLS和VPLS技術均能提供相應的TDM接口或CES仿真接口，增強以太網(wǎng)技術的TDM支持能力則相對較差。對于TDM業(yè)務的同步時鐘傳送功能，目前多數(shù)廠家還在研發(fā)過程中，尚不能提供比較完善的解決方案。
3.2業(yè)務可靠性
對于寬帶上網(wǎng)業(yè)務、IP語音業(yè)務、專線業(yè)務，幾種解決方案在鏈路和節(jié)點故障的情況下，都能夠滿足小于50 ms的保護倒換；對于組播業(yè)務，由于實現(xiàn)方法上的差異，有些技術方案還不能達到50 ms的保護倒換時間，這也是下一步技術研究的重點之一。此外，對于接入鏈路的保護也大不相同，除了標準的快速生成樹協(xié)議(RSTP)快速生成樹技術之外，許多廠家都開發(fā)了專有的技術來提高保護倒換效率，從測試結果來看，采用RSTP技術故障倒換造成上行業(yè)務流量的受損時間大于100 ms，而專有技術雖然測試效果小于50 ms，但由于都是各廠商私有的技術，其互通性無法得到保證。
3.3擴展能力
目前，主要的CE設備廠商都開發(fā)出了支持10GE接口的設備，接口帶寬可以從FE接口擴展到10G接口，可基本滿足運營商城域組網(wǎng)的需要。在隧道支持的能力上，由于設備處理能力的不同，其所能提供的業(yè)務數(shù)量也不盡相同，數(shù)量從數(shù)千到數(shù)萬，也可基本滿足運營商城域二層組網(wǎng)的需要，其中PBT、T-MPLS以及VPLS在此方面的擴展性較好。
3.4QoS功能
目前，幾種實現(xiàn)方案在QoS流分類能力和排隊調度算法實現(xiàn)方面基本能夠實現(xiàn)基于VLAN標簽和端口的流分類，支持PQ、WFQ/WRR排隊調度算法。對于層次化QoS功能，多數(shù)廠家都可以支持。
3.5業(yè)務管理能力
目前，多數(shù)廠家都能夠提供可視化的拓撲視圖，支持業(yè)務創(chuàng)建功能，但配置復雜度不同，多數(shù)廠家的網(wǎng)管系統(tǒng)需要對每個網(wǎng)元進行單獨配置，操作較為復雜。由于PBB/PBT、T-MPLS方案的控制層面尚不支持控制信令，因此在網(wǎng)管系統(tǒng)上需要通過靜態(tài)配置的方式進行業(yè)務創(chuàng)建。對于批量業(yè)務的配置，多數(shù)廠商能夠提供相應的應用程序接口(API)，通過編寫腳本的方式實現(xiàn)，但是目前各廠家基本不支持通過網(wǎng)管界面進行批量業(yè)務的創(chuàng)建功能，這也給運營商的日常維護帶來了一些不便。
在OAM功能支持方面，現(xiàn)在多數(shù)廠商都已支持802.1ag協(xié)議，但是Y.1731協(xié)議中的性能管理功能只有部分廠家可以實現(xiàn)。
4結束語
由于不同的CE技術適用于不同的應用場景，因此在具體進行測試時，需要針對應用場景及采用的技術方案制定相應的測試方案。隨著各種CE技術的發(fā)展，CE技術的測試方法也需要不斷地完善，以滿足對CE技術日益增長的評估需求。
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