新型城域网技术弹性分组环的测试讨论

电信业的开放和互联网的发展，使得网络与通信正以前所未有的速度迅猛发展，对于城域网(MAN)产生了巨大的压力，并提出了更多新的功能需求。弹性分组环(RPR)是IEEE802.17已标准化的新型城域网技术，融合了同步数字体系/光纤同步网络(SDH/SONET)与以太网的精华，同时又具有自身的特点。文章将RPR网络测试进行阶段化讨论，并且描述了测试所面临的挑战。

0、引言

随着因特网业务的爆炸式增长，数据业务接近甚至超过了传统的语音业务成为网络传输的主体，城域网已成为整个网络的瓶颈。弹性分组环(RPR)以其技术的先进性、投资的有效性、性能的优越性、支持业务的多样性，从众多网络技术中脱颖而出，得到了广泛的应用。RPR是一种分组包的传输技术，主要定义了一种新的介质访问控制(MAC)协议，对应于开放式系统互联(OSI)参考模型的第二层，对物理层是透明的，可以支持多种物理层。它提供同步数字体系(SDH)所独有的两个主要特色，高效地支持环形拓扑及光纤故障或链路失败时的快速保护切换;同时，RPR能提供像以太网那样的高效、简单、低成本的数据传输业务;另外，RPR还有许多自己的特点，如空间重用、带宽公平接入等。

RPR协议标准也于2004年由IEEE 802.17[1]工作组正式发表，但是还没有开始进行关于标准的一致性测试。本文主要介绍基于网络处理器(NP)的RPR测试，对测试的各个阶段进行了划分，讨论了RPR网络自动控制测试的可行性。

1、网络处理器简介

网络处理器(NP)是一种专门为处理数据包而设计的可编程器件，广泛应用于通信领域，如进行分组包处理、路由查找、协议分析、QoS等。基于网络处理器架构的RPR测试与一般基于通用处理器CPU架构相比，在性能上可以得到很大的提高，且可以弥补通用CPU架构性能的不足，同时又不需要具备基于通用CPU所需要的大量基金和技术积累。网络处理器通常从软件和硬件两个方面进行描述。

1)软件方面

主要包括板级支持包(BSP)、嵌入式操作系统、路由协议软件包和微代码四个部分。前三者运行在智能协处理器单元上，板级支持包记录智能协处理器单元需要管理的硬件信息以及主要配置信息，嵌入式操作系统是路由协议或其他应用程序运行的基础，智能协处理器通过运行路由协议软件包，可以生成并维护路由表。微代码运行在网络处理器单元上，并对数据进行处理和转发。

2)硬件方面

主要有两个功能模块：网络处理器单元和专用智能协处理器单元。智能协处理器单元是网络处理器的核心，需要嵌入式操作系统的支持，用于控制网络处理单元和其他硬件单元，通过运行于操作系统之上的路由协议软件包，完成路由信息的接收、处理和转发，生成并维护路由表等。网络处理器单元采用多线程结构，可以完成智能数据处理功能，例如数据包的转发、包头处理和路由查询等。为了系统的灵活性，智能协处理器单元都是可编程的。网络处理器单元一般由多个可编程的复杂指令集计算机(RISC)芯核组成，充分保证了网络处理器的灵活性。

2、测试阶段

RPR在基于网络处理器环境下，是由不同的阶段组成的，其中包括标准一致性测试文档的创建、单元测试、仿真器测试、管道(pipeline)的集成、板上集成、系统测试，其中系统测试是RPR功能性测试的最后一部分。

利用计算机中的进程概念，RPR测试的各个阶段如图1所示。

图1　RPR的测试阶段

单元测试与仿真器同时完成。各阶段控制平面仿真器测试和数据平面仿真器测试，表示控制平面和数据平面集成测试在仿真器中进行。紧跟在这个阶段之后的是板级集成测试阶段，在板级集成测试阶段的主要任务是测试数据平面与控制平面的接口，即控制平面能够与数据平面进行数据的交换。

2.1　控制平面仿真测试

控制平面仿真测试是指通过建立一个独立的仿真器来测试控制平面的功能，该仿真器就是以一个帧工作框架来实现控制平面间的包交换。所有的拓扑保护功能、OAM(操作、管理、维护)与部分公平性都可以在该仿真环境中进行测试，因此要求仿真器具有如下性质：a)支持拓扑保护TP帧，拓扑校验和TC帧，属性发现ATD帧，OAM帧的交换。b)支持环上信号中断或者信号衰落，支持多播。c)如果在控制面板上实现公平性，能够支持SCFF帧。d)不能有异常终端(没有存储或者没有资源)。e)能够强健的稳定支持测试。

控制平面仿真由管理接口提供变量和更新状态。控制平面相关信息在仿真器中有效，而数据平面的管理接口相关的信息只能在硬件中应用。

在此，我们可以将仿真器建立在操作系统中，仿真器也可以使用IPC(inter-process communication)机制建立——信息队列或者管道。仿真器是作为一层来实现的，它取代了控制平面和数据平面之间的接口。TP帧和ATD帧都是通过多播的方式传送到环上的各个节点。TC帧仅仅与它的邻节点进行交换，而邻节点的OAM帧需要在仿真器中进行特殊的控制。仿真器应该能够在帧controltype基础上智能控制帧，而且仿真器通过配置来建立一个255个节点的仿真器，用来测试255个节点。

2.2　数据平面仿真测试

管道集成阶段是指分组包处理过程中不同模块的集成阶段。管道集成测试可以在仿真环境中运行，在该环境下所有的数据通道部分被看作一个单一的块，封装了分组头，接入接收器，捕捉从管道中来的分组包，在转发块中进行分析。网络处理器模块支持包发生器，然而，性能和稳定性测试不能在Pipeline集成阶段实现。Pipeline的集成是通过脚本(scripts)自动实现的。

例如，假设RPR端口支持快速以太网口，测试设备就会产生可用的快速以太流。该流被映射到入口处的RPR帧中，在环上传送，然后在出口处再转换成快速以太网分组包。其他设备提供商的设备支持捕捉和在通用成帧协议(GFP)上显示RPR，选择各种滤波器是用来滤出帧的捕捉特性，这种设备与以太网分组包发生器一起可以进行RPR测试。

3、RPR测试自动控制的可能性

RPR测试的自动控制可以在管道集成阶段、板级集成阶段以及系统测试阶段实现。对于管道集成阶段，踪迹描述为每种测试情况生成流，能够在远端进行调度，而且在出口处分析生成的分组包。在板级集成阶段，自动生成测试所需的踪迹描述，由此踪迹搭建供应平台，使得状态平台重新得到相应的值。在此，为了系统的自动控制，应该在运行中使用集中的帧。

首先可以建立一个测试的自动控制系统，如图2所示。客户(以太网)分组包产生器的端口连接到不同的RPR节点上。以太网分组产生器应该能够产生带虚拟局域网(VLAN)标记的分组，它们有不同的优先级值。RPR帧传感器能够捕捉和显示RPR帧。两种测试仪器由测试框架搭建在一起，控制以太网分组产生器和RPR帧传感器。该框架支持在测试仪器中产生和分析分组包的脚本(scripts)。脚本可以帮助RPR测试的自动进行，以便降低衰减作用。

图2　系统测试自动体系

该体系可以自动传输数据帧、控制帧、公平帧等;帧的重新排序;支持多播业务;产生故障时，确认帧的内容，进行卷绕或者倒换业务。

4、RPR网络测试中的挑战

在RPR测试中需要建立一个255节点的RPR环，而且RPR拓扑发现应该在数据库中保存有255个节点的信息。但是在实验室建立255个节点的环网是不可行的，我们只有通过建立一个网络仿真器来实现。因此，要求该仿真器可以模拟255个节点，各个节点都可以产生TP帧和ATD帧，且具有随机性，可以为帧的传输定时。该定时器的定义是由帧中的每个域值决定的。当没有明确定义MAC地址是唯一的，就随机产生MAC地址。下面的测试需使用255节点仿真器才可以完成。

1)在255个节点的环上复制MAC地址。

2)拓扑改变信息的过程。

3)属性。一个典型的测试就是确认excessReservedRate广播的有效性。在255个节点预留速率应该是分布式的，以使得总的未预留的速率小于0。这应在单个节点设备(NE)上广播excessReservedRate，就是指拓扑数据库中的NE的未预留速率被更新，且被正确的控制。

公平性和成形测试主要包括帧格式测试和符合公平性业务的公平性控制。测试公平性，可以根据在出口处不同的速率产生的SCFF帧，然后分析SCFF帧数据平面的相应反应。同样公平性测试可以利用图2的测试框架。

在弹性分组环中提供了50ms快速保护倒换，测试方法是在RPR环网上传送以太网业务流，制造一次故障，即信号中断或者信号衰落，然后测量由于RPR网络的卷绕或者倒换造成的以太网分组包丢失的数量，由这个数量值来计算保护切换时间。而且保护切换时间会随着网络中节点数量的增加而增加。

时延和抖动测试是指从要求传送帧的时刻起到目的节点接收到该帧的时刻止，测试的方法就是通过传送单一以太网帧，且把该帧映射到class A的数据帧中，然后通过较长的一条通路在接收的邻节点捕捉时间延迟。

5、结束语

本文讨论了RPR网络测试的各个阶段，通过搭建RPR网络测试框架，利用仿真器，讨论了RRP网络测试自动控制的可能性。最后提出了在该领域中的挑战。