互聯(lián)網技術中最新路由交換測試技術的介紹

1 引言

互聯(lián)網技術的快速發(fā)展對基礎網絡設施提出了更高的要求，IPTV業(yè)務、網絡視頻和IP電話等業(yè)務要求對網絡帶寬和QoS必須提供保證;P2P業(yè)務、泛濫的垃圾郵件也在不停地消耗著帶寬并影響正常業(yè)務的QoE指標。為了滿足用戶對日益增長的帶寬和業(yè)務的需求。運營商和設備制造商就必須對規(guī)模日益擴大的IP承載網絡和日益成熟發(fā)展的路由交換技術設備進行嚴格的測試，以保證高容量、高性能和高速率IP承載網的發(fā)展需求。

最新路由交換技術發(fā)展，使傳統(tǒng)的路由表容量測試、交換轉發(fā)能力測試甚至振蕩測試等測試內容已經不能滿足容量大、性能高和功能豐富路由交換設備的測試要求。比如：

(1)OSPF+LDP等協(xié)議的融合推動了VPLS技術的發(fā)展;

(2)ISIS+RSVP+BGP等協(xié)議的融合推動了L3VPN技術的快速應用;

(3)OSPF+LDP+PIM+BGP等協(xié)議的融合推動了Multicast VPN技術的發(fā)展和廣泛應用;

(4)Ethernet，FR，ATM，PPP，MPLS等多種接入方式，采用不同的加密或封裝形式、數據包分類與過濾和QoS重標記等技術的融合使邊緣路由器(Edge Router)成為“Service Router”。

測試儀表能夠實現多種協(xié)議融合集成和具有高可擴展性是應對這些的基本前提。技術的融合對測試儀表的可擴展性要求包括多個方面：流量帶寬的產生和分析，接口的速率和數量;并發(fā)連接數和連接速率的建立能力，產生路由的條數，建立鄰居關系的數量等等。

據此，IXIA公司將最新的路由交換設備測試技術和方法分享給各位讀者，相應的測試例都是客戶在實際使用的例子，包括設備制造商，運營商和大的企業(yè)用戶等。

2 最新路由交換測試技術

2.1 Multicast VPN(mVPN)測試技術

現有的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、網絡視頻會議等組播業(yè)務的廣泛應用極大地推動了Multicast技術的發(fā)展，Multicast VPN就是為解決MPLS VPN不適合傳送Multicast業(yè)務而推出的技術。

從技術上來說，mVPN是在L3VPN基礎上擴展而來的，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也有很多不同之處(參見表1)。

表1 mVPN和L3VPN比較



由于mVPN技術的復雜性，測試mVPN同樣不簡單，測試mVPN的可擴展性對測試儀器廠商來說更是挑戰(zhàn)。為了對此有一個很好的理解，我們以實際例子做一說明。

圖1是IXIA在某運營商測試的實例。Customer Edge(CE)和Provider Edge(PE)路由器均由IXIA儀表仿真，每個端口支持多個Multicast VRFs (mVRFs)、多個PEs和多個P路由器的仿真。在實際的測試中，IXIA XMV16板塊的一個端口仿真多達45601個PIM-SM/SSM Neighbors。這么高的性能完全可以滿足任何mVPN可擴展性的測試需要，做為目前惟一能夠提供mVPN可擴展性測試的廠商，IXIA mVPN測試還具有下面的特點：



圖1 某運營商使用IXIA測試mVPN示意圖

(1)仿真的組播源可以在CE側(IXIA仿真的端口)或者在PE側(IXIA仿真的P，PE，CE網絡測端口)。

◆在CE側時，被測設備為連接仿真CE的第一個PE，被測設備需要構建Default MDT并監(jiān)控每個組播流的流量帶寬，如果需要，還要建立Data MDT并及時將流量從Default MDT轉換到Data MDT上。在這種情況下，被測設備是相關協(xié)議控制信令的發(fā)起端，IXIA仿真的PE/CE是應答端。

◆在PE側時，IXIA仿真的PE/CE負責建立Data MDT，IXIA端口負責建立相應控制信令和數據流量的轉發(fā)路徑。

(2)采用配置向導實現，配置簡單方便，并且容易擴展。

(3)支持IPv4和IPv6。

(4)支持Default MDT和Data MDT特性。

2.2 4~7層業(yè)務運行在動態(tài)路由表之上的QoE測試

多種業(yè)務的融合對網絡設備也提出了更高的要求，對于現在用戶關心的QoE(Quality of Experience)測試，必須使用應用層流量，也就是常說的有狀態(tài)的4~7層流量。

單獨的4~7層流量測試工具，目前的市場上有一些，包括IXIA的IxLoad，這些工具的一個共同點是直接連接被測設備的發(fā)送端口和接收端口進行測試，而沒有復雜真實的路由表存在。為了全面驗證具有深度數據包檢測功能路由設備的性能，必須要實現路由表和4~7層有狀態(tài)流量整合的測試。

圖2是某設備制造商采用上述測試方法的典型例子，被測設備PE(Provider Edge)是整個L3VPN中連接客戶端和服務器端的重要轉發(fā)檢測設備，IXIA測試端口仿真的包括Web，E-mail，FTP，Voice和Video等應用層業(yè)務可以在同一端口仿真的動態(tài)路由表上運行，驗證被測設備的各項QoE指標：



圖2 某設備制造商4~7層業(yè)務運行在動態(tài)路由表之上的QoE測試圖

(1)HTTP：每條路由都有HTTP Get請求，系統(tǒng)能夠處理的并發(fā)連接數的數量，或者系統(tǒng)能夠處理連接數的速率。

(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電話呼叫的語音質量MOS。

(4)Video：每條路由上VOD視頻點播的視頻質量MDI，MOS_V。

這種測試方法目前得到越來越多用戶的認可，除了應用于系統(tǒng)設備的QoE指標測試外，還應用于現網業(yè)務在實驗室的實際仿真，對方案展示實驗室、業(yè)務問題重現與仿真也特別有幫助。

2.3 BFD協(xié)議測試

IP網絡在設計上無法在不到1s的時間內恢復故障，但是，VoIP，IPTV等應用對迅速故障檢測和恢復提出了越來越高的要求。目前作為一項IETF草案標準，雙向轉發(fā)檢測(BFD)提供一種檢測鏈路或系統(tǒng)轉發(fā)傳輸流能力的方法，提高故障檢測與恢復速度。

從技術上來說，BFD在兩臺路由器上建立會話，用來監(jiān)測兩臺路由器間的雙向轉發(fā)路徑，為上層協(xié)議服務。BFD本身并沒有發(fā)現機制，而是靠被服務的上層協(xié)議通知其該與誰建立會話，會話建立后如果在檢測時間內沒有收到對端的BFD控制報文則認為發(fā)生故障，通知被服務的上層協(xié)議，上層協(xié)議進行相應的處理。

BFD是一種簡單的“Hello”協(xié)議，系統(tǒng)之間所建立的會話通道上周期性的發(fā)送檢測報文，如果某個系統(tǒng)在足夠長的時間內沒有收到對端的檢測報文，則認為在這條到相鄰系統(tǒng)的雙向通道的某個部分發(fā)生了故障。雖然BFD協(xié)議相對來說比較簡單，但是是非常新的技術，所以如何對其進行測試是當前路由設備廠商關注的焦點。圖3是某企業(yè)使用IXIA測試BFD協(xié)議的拓撲圖，IXIA支持單跳和多跳Session的測試，另外還有下面的特點：



圖3 BFD協(xié)議測試拓撲圖

(1)一個端口可以仿真多個BFD路由器、多個接口和多個Sessions。

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

(3)BFD協(xié)議可以單獨應用，實現功能測試和Session容量測試。

(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制，其目的是盡量減少路由器重啟導致的路由抖動，減少路由計算資源和網絡帶寬資源的浪費。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的功能以實現無停止轉發(fā)(Non-Stop Forwarding)。

GR機制的核心在于：當某設備的路由協(xié)議重啟時，能夠通知GR Helper在一定時間內將到該設備的鄰居關系和路由保持穩(wěn)定。在路由協(xié)議重啟完畢后，GR Helper協(xié)助其進行路由信息同步，在盡量短的時間內使該設備的各種路由信息恢復到重啟前的狀態(tài)。在整個協(xié)議重啟過程中，網絡路由和轉發(fā)保持高度穩(wěn)定，報文轉發(fā)路徑也沒有任何改變，整個系統(tǒng)可以不間斷地轉發(fā)IP報文。這個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特性轉換過程示意

IXIA支持路由協(xié)議和MPLS協(xié)議的GR特性，相應遵守的規(guī)范如表2所示。測試GR特性相對來說比較簡單，需要支持相應協(xié)議的GR特性，驗證被測設備GR特性是否有效。圖4也是典型的測試環(huán)境。



表2 IXIA路由和MPLS協(xié)議支持的GR特性規(guī)范

2.5 QoS重標記性能測試

從原理上來說，QoS所評估的就是網絡傳輸數據包的服務能力。由于網絡提供的服務是多樣的，因此對QoS的評估可以基于不同方面。通常所說的QoS，是對數據包傳輸過程中為延遲、延遲抖動、丟包率等核心需求提供支持服務能力的評估。QoS的類型主要有四種：

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

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

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

(4)DSCP優(yōu)先級：定義了4類流量：

◆加速轉發(fā)(Expedited Forwarding，EF)類。

◆確保轉發(fā)(Assured Forwarding，AF)類。又分為4個小類，每個小類又分為3個丟棄優(yōu)先級，可以細分AF業(yè)務的等級，AF類的QoS等級低于EF類。

◆兼容IP優(yōu)先級的類(Class Selector，CS)。從IP ToS字段演變而來，共8類。

◆盡力轉發(fā)(Best Effort，BE)類。是CS中特殊一類，沒有任何保證，AF類超限后可以降級為BE類，現有IP網絡流量也都默認為此類。

而QoS優(yōu)先級重標記功能則通過引入ACL進行流識別，為匹配的報文重新指定優(yōu)先級。圖5是QoS重標記的示意。



圖5 QoS重標記示意

QoS的測試屬于傳統(tǒng)測試項，測試儀表都有比較好的支持，但是對于QoS重標記的測試，相對來說比較復雜，因為從測試的原理上來說，性能測試必須對特定的字段進行追蹤，但是由于QoS被“重新標記”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QoS重標記功能進行很好的支持，并且可以和路由交換設備的控制層面測試結合進行。仍然以圖5為例，一個QoS優(yōu)先級可以被被測設備“重新標記”為多個其他優(yōu)先級，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非常靈活，除了對QoS重標記特性測試很方便實現之外，另外還可以應用于VLAN泄漏，電信級以太網重要的PBB/PBT轉發(fā)性能測試等重要特性的測試。目前，多個設備制造商和評測機構都用該特性評估設備的QoS重標記性能和PBB/PBT轉發(fā)性能。

3 結束語

IXIA領先的路由交換測試方案完全可以滿足和超過客戶對各種最復雜網絡環(huán)境仿真的預期，為路由交換設備提供真實的環(huán)境和流量仿真，隨著從傳統(tǒng)路由測試向最新路由方法的轉換，隨著用戶對高性能、高密度和高擴展性要求的提高，IXIA最新的Optixia測試平臺和IxNetwork路由交換測試軟件完全可以滿足和超過用戶多樣化的測試需求。 linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）