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IP網絡測試技術與方法探討

王素彬樊勇兵丁明玲 2006/09/15

　　一個高品質的網絡要通過業(yè)務設計和定位、網絡設計、設備選型、工程建設、方案驗證和持續(xù)優(yōu)化、維護管理6個環(huán)節(jié)來保證，其中設備選型、方案驗證和優(yōu)化主要通過選型測試和網絡測試實現。為此中國電信于2004年初和2005年初分別組織了CN2項目的設備選型測試和網絡驗收測試。兩次測試被業(yè)界認為是全球高端路由器和傳統(tǒng)互聯(lián)網向下一代多業(yè)務融合承載網轉型的路演。

　　以網絡需求為導向

　　以網絡需求為導向，根據網絡運營對設備的要求制訂測試內容是測試中堅持的最基本方法。“蘿卜青菜，各有所愛”，對選型測試來說，因為被選的設備最終是被某個特定網絡所用的，所以必須根據網絡的“口味”進行評價選擇。將測試定位在網絡而不是設備，也是運營商測試與設備廠商內部測試或第三方單位測試的本質區(qū)別，CN2的測試工作只有緊扣網絡才是有意義的。

　　CN2網絡是以盈利為目標的“精品網”，中國電信上下各級對她有很多的憧憬：能夠承載商業(yè)大客戶、語音、視頻、數據等業(yè)務的統(tǒng)一多業(yè)務承載網絡，具有高安全性和QoS保證。這樣的網絡要求設備具備六個方面的能力，包括：高可擴展性、高可用性、多業(yè)務融合承載能力、區(qū)分服務提供能力、可管理性和安全性。分析這些能力要求，就轉換為一個完整的測試和評估指標體系，包括：設備可用性及其控制/轉發(fā)平面的穩(wěn)定性、交換容量和路由/標簽/組播容量、流量轉發(fā)能力、快速路由收斂和快速重路由（FRR）能力、服務質量保證（QoS）能力、MPLSVPN和組播業(yè)務能力、IPv6能力、網絡管理和安全能力等。

　　根據網絡需求制訂測試內容之后，在具體的測試項目中，中國電信不斷深入分析需求細節(jié)，定義測試指標和參數，設計測試方法。以IGP的快速路由收斂測試為例，因為CN2的需求是在ISIS域內，任何單電路或單路由器發(fā)生故障后，全網ISIS協(xié)議必須在一秒以內收斂。因此，根據CN2網絡的工程技術施工規(guī)范，在設備上配置快速收斂機制和相關時間參數。分析CN2的網絡結構，將一個充分體現其結構特征的模擬拓撲用儀表廣播給被測設備。模擬網絡拓撲包含1200個節(jié)點設備、6000條鏈路；包括核心、匯接、邊緣三層網絡結構，一級全Full-Mesh、2級到1級雙歸、3級到2級雙歸；核心、匯接、邊緣之間的節(jié)點數比例是1∶4∶20。拓撲中的路由網段先取節(jié)點互聯(lián)鏈路所在子網，不夠的從邊緣層節(jié)點補充子網路由。模擬網絡上常見的單電路或單路由器故障類型，測試出設備在這個模擬網絡中的快速收斂能力。

　　科學全面組織網絡測試

　　在CN2上進行如此大規(guī)模的、復雜而深入的網絡測試，要解決的技術問題主要包括：在測試標準上確定完善科學的驗收指標，在測試方法上以有限的資源全面考察如此大規(guī)模網絡諸多方面的功能、性能和容量。為此，中國電信在指標體系的確定和量化、測試方法學、儀表和設備能力、測試選點、誤差校準等方面進行了深入細致的研究。

　　在CN2網絡測試中的科學全面考慮有如下幾個方面：

　　選點抽樣

　　采用科學的抽樣方法。綜合考慮業(yè)務運營模式、預測業(yè)務流量、網絡層次、設備類型、鏈路類型、地理位置及機房分布等，選擇測試節(jié)點；測試路徑的選擇全面涵蓋不同層次節(jié)點組成的路徑，包括核心之間、核心到非北方省（區(qū)、市）匯接、核心到非北方邊緣業(yè)務控制點等。

　　誤差校準

　　在所有與時延相關的測試條目中，在所有測試節(jié)點采用精密的時鐘同步儀表GPS校準時間，以消除NTP同步機制所產生的時間誤差。同時，將通過儀表測試數據矯正和補償網絡管理軟件測試的結果。

　　多測試手段對照互補

　　功能測試:“黑箱”測試，通過應用（www、dns、telnet、ping、trace等）測試和檢查網絡運行狀態(tài)（如查看路由表、QoS隊列信息等）進行。

　　性能測試:以設備內置性能測試代理為主、儀表測試為輔（主要用于校驗前者；受儀表數量限制，只能選取有限節(jié)點），在背景流基礎上發(fā)送測試流，然后統(tǒng)計數據，計算結果。

　　業(yè)務體驗驗證：通過使用應用系統(tǒng)主觀感受網絡的業(yè)務能力。

　　容量測試:通過儀表模擬網絡設備，發(fā)送大量控制信息(如BGP路由)。由于控制信息會自動傳播至全網，故對儀表數量、節(jié)點選擇并無過多要求。

　　多角度全面測試

　　功能測試:測試網絡功能，如路由、QoS、VPN、組播、安全、網管功能是否正常，這是最基本也是最重要的測試工作。

　　業(yè)務性能測試:測試網絡時延、丟包率、抖動、故障倒換速度等。性能測試的結果將說明CN2網絡未來可能的業(yè)務質量。

　　網絡容量測試:測試網絡容量，主要是控制層面的容量，如支持的IGP、BGP路由數量，組播組數量等。容量測試的數據代表了CN2網絡的擴展性。

　　業(yè)務疊加

　　多年的測試經驗表明，許多設備單項測試結果很好，但是在進行業(yè)務疊加時測試數據發(fā)生很大變化。對選型測試而言，業(yè)務疊加可以更全面、深入地考驗設備的實際工作能力；對網絡測試而言，業(yè)務疊加是更妙的“試運行”分析，可以提前找出網絡承載業(yè)務的隱患。CN2網絡測試發(fā)現了現有協(xié)議和主流設備100多個缺陷并對網絡進行了相應優(yōu)化，解決了互聯(lián)網轉型方面急需解決的大量問題，為將來的網絡運維和業(yè)務設計、推廣提供了基礎。CN2網絡測試能取得這樣的成果，業(yè)務疊加測試功不可沒。

　　在CN2網絡測試中，中國電信是這樣進行業(yè)務疊加的。

　　全網導入背景流量：各測試節(jié)點同時用儀表產生持續(xù)的、IP包長為IMIX混合的泊松背景流量，并使各測試路徑上各條鏈路的帶寬利用率達50%左右。在背景流量持續(xù)存在的同時，又通過儀表產生2M的測試流模擬CN2的任意一個專線接入業(yè)務流，考察該業(yè)務流的各項性能參數指標。同時模擬CN2承載的所有關鍵業(yè)務，如QoS、VPN、組播、視頻等。

　　IGP路由疊加:用儀表端口在多個點同時導入不同的ISIS模擬拓撲，設置拓撲中的部分鏈路按一定頻率和方式持續(xù)循環(huán)波動，模擬IGP全網路由振蕩。

　　BGP路由疊加:在兩個核心節(jié)點導入從Internet上讀取的國際路由表，同時在多個匯接節(jié)點導入城域網路由和IBGP路由；并設置這些路由表中的部分路由條目的持續(xù)循環(huán)波動頻率和方式,模擬BGP全網路由振蕩。

　　組播業(yè)務疊加：用與P設備相連的儀表端口模擬4個不同的組播源；在其他有測試儀表的節(jié)點上，用與PE設備相連的儀表端口模擬兩個普通組播用戶，加入600個組播組；同時在所有無測試儀表的節(jié)點的PE上開啟PIM-SM，用其loopback100端口模擬1個組播用戶，該用戶加入所有組。觀察CN2全網的組播流接收情況。

　　MPLS疊加測試：將測試儀表與PE設備直連的GE端口劃出多個子端口，子端口1到子端口250模擬成PE設備的直連VPN用戶，與PE已配置的子端口建立E－BGP或OSPF鄰居關系。全網共建立1000個VPN，每個VPN注入不同的40條VPN路由；各VPN多個接入站點間向注入的VPN路由網段兩兩發(fā)送雙向測試流量，測試MPLSVPN的業(yè)務性能。

　　QoS疊加測試：從5個節(jié)點同時打入ToS=6的關鍵業(yè)務流和ToS=0缺省業(yè)務流的兩種QoS模擬流，按CN2施工規(guī)范設置模擬流的帶寬；將MPLSVPN用戶流標記成兩種隊列：前100個用戶標記成EXP=6的關鍵業(yè)務流，其余VPN用戶標記成EXP=0的缺省業(yè)務流。觀察此時的模擬業(yè)務流、MPLSVPN兩種不同的流量和組播流的服務質量保證效果。在5個測試節(jié)點P設備的上行端口增加流分類配置，將目的地址為組播組地址的流量標記為ToS=6的關鍵業(yè)務流，并關閉QoS模擬業(yè)務流中的高等級流量；然后再觀察此時的模擬業(yè)務流、MPLSVPN兩種不同的流量和組播流的服務質量保證效果。

　　在上述各項業(yè)務測試都已獲取測試結果，并且全業(yè)務都正常運行的條件下進行故障測試，包括IGP收斂測試、BGP收斂測試、MPLSLDP收斂測試。

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