40/100G高速以太網測試解決方案

標簽：以太網 并行通道

隨著40/100G高速以太網標準IEEE 802.3ba的標準最終確定，網絡設備廠商在40/100G方面開始推出產品，運營商也開始評估高速網絡的未來發展方向。40/100G和10G以太網相比較，主要是在光電接口和物理層方面有區別。大部分交換機設備廠商率先支持的是40G以太網，而大部分路由和核心設備廠商率先支持的是100G以太網。如何更好地理解40/100G對于網絡的影響，需要有相應的測試解決方案。

2 100G BASE-R實現

一條40/100G鏈路通過復用多條通道(Lane)來實現，通常分為若干個25G通道或者10G通道。發送端通常把40/100G的流分成4個或者10G 并行通道，在接收端把并行通道的碼流再重組成40/100G 流。 與傳統的以太網物理接口一樣，40/100G接口也分為PCS，PMA和PMD子層。PCS子層把編碼數據分發到多個邏輯的通道上，這些邏輯通道就稱為虛通道(Virtual Lane)。 標準沒有對邏輯通道如何靜態映射到物理通道上做規定，一個或者多個虛通道可以被承載到一個物理通道上，可能存在通道交換。 圖1 顯示了100G接口可能的通道映射關系，其中括號中的值表示一個子層的進出通道數。PCS子層包括20個虛擬通道，在PMA和PMD子層，根據不同的實現通道數會發生變化，比如100GBASE-R4;在PCS子層，包含20個虛擬通道;在PMA子層為10個;在PMD子層為4個通道。

圖1 100G BASE-R實現

3　40/100G測試

雖然40/100G以太網仍然是更“快”的以太網，但是在很多方面改變了傳統以太網特性，對測試提出了挑戰。

(1)L2~L7層

對于高層應用來說，40/100G接口要求設備中的組件要在更短的時間內完成工作。比如，一臺路由器需要對進來的數據包剝離低層協議頭，排隊，進行路由表查詢，然后轉發到相應的出口隊列。在這個過程中，還要完成分類、監管、優先級調度、整形等工作。另外，路由器還要完成路由信息更新，組播路由樹的創建，MPLS 標簽信息交換，統計，告警，日志，防火墻和安全功能等。一臺具有100G接口的路由器，需要以10倍于當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丟包、過大的抖動、亂序等性能問題。

測試40/100G系統，首先要驗證線速情況下的的轉發性能， 其次需要驗證負載下的功能、性能、擴展性、進行數據和協議平面的集成測試。 另外，需要從用戶體驗角度對系統承載的真實業務的質量進行評估。

(2)物理層

物理層的測試最關鍵的問題是消除誤碼。在不同的子層，有不同的測試重點。

●Physical Medium Dependent (PMD)。PMD層的測試需要一些硬件測試工具，如示波器。

●Physical Medium Attachment (PMA)。PMA層的測試，需要測試儀表發送各種bit Pattern，如偽隨機碼序列(PRBS)，經過系統后檢測錯誤，如誤碼率，Pattern 同步問題等。Loopback測試也是PMA層測試的重要內容。

●Physical Coding Sublayer (PCS)。PCS層的測試主要集中在通道交換(Lane Swap)和通道偏差(Lane Skew)測試。測試系統通過交換通道，來驗證被測設備能否檢測到通道交換并補償。在偏差測試中，測試系統在發送端口產生一定的偏差，在接收端口，統計經過被測系統補償以后的偏差值。IEEE對能補償的偏差范圍做了定義。偏差測試就是驗證系統能否支持這個范圍內的補償，或者測試系統和標準多大程度上的匹配。

(3)測試系統本身的挑戰

40/100G系統性能測試，除了比特速率的變化以外，性能的衡量指標并沒有太大的變化，如丟包率、時延、抖動、順序/亂序等指標。現有的測試系統能否在40/100G性能下繼續提供準確的統計值。在這里測試儀表的時鐘測量精度起了關鍵的作用。

為了測試時延、抖動、幀的順序性等信息，測試儀表會在發送的每個數據幀中插入一個簽名字段(Signature)，包含發送時間戳、序號等信息。當測試儀表的接收端口收到數據幀時，提取出簽名字段中的發送時間戳，然后和接收時間進行比較，就可以計算出時延、抖動等指標。在40/100G測試中，能夠準確提供時延、抖動等指標，測量精度至關重要。

傳統的測試儀表，以測試10G及以下的系統為主，典型的測量精度為20ns。但是20ns的測量精度對于40/100G系統來說是不夠的。傳輸一個64字節的以太網幀，線路上需要傳送672bits，計算公式：(64字節+8字節前導碼+12字節幀間隔)×8=672bits。在10G線路上傳輸一個64字節的數據幀，需要67.2ns，20ns的測量精度足夠了，可以為發送的每一個幀標識出惟一的發送時間戳。

對于40G線路來說，傳送一個64字節的以太網幀，需要16.8ns，有可能在一個Clock Tick中間出現兩個幀，在這種場景下，時延和抖動測量就出現不準確。

而在100G線路上，這個問題就更加突出。在100G線路上，傳送一個64字節的以太網幀，只需要6.72ns，每個時間戳Clock Tick包含3個幀，在這種情況下，測試儀表完全不能準確的標識出每個幀的發送時間。提供這些關鍵的統計量，要求測試儀表的測量精度要小于在線路上傳送一個64字節幀的時間。

在多機框測試，或者異地測試中，要求機框之間的時鐘必須準確同步。

4　Sprient TestCenter 40/100G測試系統

Spirent TestCenterHyperMetrics 40/100G以太網模塊為網絡設備制造商和服務商提供了集成OSI L1~L7 的測試解決方案。HyperMetrics 40/100G以太網模塊可應用于以下目的：

(1)服務商和IP系統廠商可利用線速率轉發性能分析，驗證路由和MPLS服務是否能夠擴展到100G以太網核心和邊緣接口上。

(2)數據中心交換機廠商可利用納秒級精度的時延測量能力，對用于互聯服務器和存儲系統的新型40G以太網交換結構進行基準測試。

(3)光傳輸廠商可以生成并分析OTN，OTU-3 40G和OTU-4 100G傳輸網絡中客戶端接口上的線速率流量，測量第2~3層性能和第1層PRBS和通道偏差。