最新路由交换测试技术介绍

    互联网技术的快速发展对基础网络设施提出了更高的要求，IPTV业务、网络视频和IP电话等业务要求对网络带宽和QoS必须提供保证;P2P业务、泛滥的垃圾邮件也在不停地消耗着带宽并影响正常业务的QoE指标。为了满足用户对日益增长的带宽和业务的需求。运营商和设备制造商就必须对规模日益扩大的IP承载网络和日益成熟发展的路由交换技术设备进行严格的测试，以保证高容量、高性能和高速率IP承载网的发展需求。

    最新路由交换技术发展，使传统的路由表容量测试、交换转发能力测试甚至振荡测试等测试内容已经不能满足容量大、性能高和功能丰富路由交换设备的测试要求。比如：

    (1)OSPF+LDP等协议的融合推动了VPLS技术的发展;

    (2)ISIS+RSVP+BGP等协议的融合推动了L3VPN技术的快速应用;

    (3)OSPF+LDP+PIM+BGP等协议的融合推动了Multicast VPN技术的发展和广泛应用;

    (4)Ethernet，FR，ATM，PPP，MPLS等多种接入方式，采用不同的加密或封装形式、数据包分类与过滤和QoS重标记等技术的融合使边缘路由器(Edge Router)成为“Service Router”。

    测试仪表能够实现多种协议融合集成和具有高可扩展性是应对这些的基本前提。技术的融合对测试仪表的可扩展性要求包括多个方面：流量带宽的产生和分析，接口的速率和数量;并发连接数和连接速率的建立能力，产生路由的条数，建立邻居关系的数量等等。

    据此，IXIA公司将最新的路由交换设备测试技术和方法分享给各位读者，相应的测试例都是客户在实际使用的例子，包括设备制造商，运营商和大的企业用户等。

    2 最新路由交换测试技术

    2.1 Multicast VPN(mVPN)测试技术

    现有的L3VPN主要能够传送单播(Unicast)流量，或者采用Point-to-Point GRE隧道来传送很小规模的组播(Multicast)流量。IPTV、网络视频会议等组播业务的广泛应用极大地推动了Multicast技术的发展，Multicast VPN就是为解决MPLS VPN不适合传送Multicast业务而推出的技术。

    从技术上来说，mVPN是在L3VPN基础上扩展而来的，两者有很多相同的地方，比如都采用相同的路由协议更新各个VRF(MVRF)的路由信息，CE-PE间也采用IGP协议等;但是两者采用的技术也有很多不同之处(参见表1)。   

表1 mVPN和L3VPN比较

    由于mVPN技术的复杂性，测试mVPN同样不简单，测试mVPN的可扩展性对测试仪器厂商来说更是挑战。为了对此有一个很好的理解，我们以实际例子做一说明。

    图1是IXIA在某运营商测试的实例。Customer Edge(CE)和Provider Edge(PE)路由器均由IXIA仪表仿真，每个端口支持多个Multicast VRFs (mVRFs)、多个PEs和多个P路由器的仿真。在实际的测试中，IXIA XMV16板块的一个端口仿真多达45601个PIM-SM/SSM Neighbors。这么高的性能完全可以满足任何mVPN可扩展性的测试需要，做为目前惟一能够提供mVPN可扩展性测试的厂商，IXIA mVPN测试还具有下面的特点：

图1 某运营商使用IXIA测试mVPN示意图

    (1)仿真的组播源可以在CE侧(IXIA仿真的端口)或者在PE侧(IXIA仿真的P，PE，CE网络测端口)。

    ◆在CE侧时，被测设备为连接仿真CE的第一个PE，被测设备需要构建Default MDT并监控每个组播流的流量带宽，如果需要，还要建立Data MDT并及时将流量从Default MDT转换到Data MDT上。在这种情况下，被测设备是相关协议控制信令的发起端，IXIA仿真的PE/CE是应答端。

    ◆在PE侧时，IXIA仿真的PE/CE负责建立Data MDT，IXIA端口负责建立相应控制信令和数据流量的转发路径。

    (2)采用配置向导实现，配置简单方便，并且容易扩展。

    (3)支持IPv4和IPv6。

    (4)支持Default MDT和Data MDT特性。

2.2 4~7层业务运行在动态路由表之上的QoE测试

    多种业务的融合对网络设备也提出了更高的要求，对于现在用户关心的QoE(Quality of Experience)测试，必须使用应用层流量，也就是常说的有状态的4~7层流量。

    单独的4~7层流量测试工具，目前的市场上有一些，包括IXIA的IxLoad，这些工具的一个共同点是直接连接被测设备的发送端口和接收端口进行测试，而没有复杂真实的路由表存在。为了全面验证具有深度数据包检测功能路由设备的性能，必须要实现路由表和4~7层有状态流量整合的测试。

    图2是某设备制造商采用上述测试方法的典型例子，被测设备PE(Provider Edge)是整个L3VPN中连接客户端和服务器端的重要转发检测设备，IXIA测试端口仿真的包括Web，E-mail，FTP，Voice和Video等应用层业务可以在同一端口仿真的动态路由表上运行，验证被测设备的各项QoE指标：

图2 某设备制造商4~7层业务运行在动态路由表之上的QoE测试图

    (1)HTTP：每条路由都有HTTP Get请求，系统能够处理的并发连接数的数量，或者系统能够处理连接数的速率。

    (2)FTP：每条路由上下载文件的最大吞吐量。

    (3)Voice：每条路由上IP电话呼叫的语音质量MOS。

    (4)Video：每条路由上VOD视频点播的视频质量MDI，MOS_V。

    这种测试方法目前得到越来越多用户的认可，除了应用于系统设备的QoE指标测试外，还应用于现网业务在实验室的实际仿真，对方案展示实验室、业务问题重现与仿真也特别有帮助。

2.3 BFD协议测试

    IP网络在设计上无法在不到1s的时间内恢复故障，但是，VoIP，IPTV等应用对迅速故障检测和恢复提出了越来越高的要求。目前作为一项IETF草案标准，双向转发检测(BFD)提供一种检测链路或系统转发传输流能力的方法，提高故障检测与恢复速度。

    从技术上来说，BFD在两台路由器上建立会话，用来监测两台路由器间的双向转发路径，为上层协议服务。BFD本身并没有发现机制，而是靠被服务的上层协议通知其该与谁建立会话，会话建立后如果在检测时间内没有收到对端的BFD控制报文则认为发生故障，通知被服务的上层协议，上层协议进行相应的处理。

    BFD是一种简单的“Hello”协议，系统之间所建立的会话通道上周期性的发送检测报文，如果某个系统在足够长的时间内没有收到对端的检测报文，则认为在这条到相邻系统的双向通道的某个部分发生了故障。虽然BFD协议相对来说比较简单，但是是非常新的技术，所以如何对其进行测试是当前路由设备厂商关注的焦点。图3是某企业使用IXIA测试BFD协议的拓扑图，IXIA支持单跳和多跳Session的测试，另外还有下面的特点：

图3 BFD协议测试拓扑图

    (1)一个端口可以仿真多个BFD路由器、多个接口和多个Sessions。

    (2)支持Asynchronous模式和Demand模式验证，支持Echo功能。

    (3)BFD协议可以单独应用，实现功能测试和Session容量测试。

    (4)BFD协议也可以和BGP4，BGP4+，OSPFv2/v3，ISISv4/v6，EIGRP和PIM-SMv4/v6等路由协议配合使用。

2.2 4~7层业务运行在动态路由表之上的QoE测试

    多种业务的融合对网络设备也提出了更高的要求，对于现在用户关心的QoE(Quality of Experience)测试，必须使用应用层流量，也就是常说的有状态的4~7层流量。

    单独的4~7层流量测试工具，目前的市场上有一些，包括IXIA的IxLoad，这些工具的一个共同点是直接连接被测设备的发送端口和接收端口进行测试，而没有复杂真实的路由表存在。为了全面验证具有深度数据包检测功能路由设备的性能，必须要实现路由表和4~7层有状态流量整合的测试。

    图2是某设备制造商采用上述测试方法的典型例子，被测设备PE(Provider Edge)是整个L3VPN中连接客户端和服务器端的重要转发检测设备，IXIA测试端口仿真的包括Web，E-mail，FTP，Voice和Video等应用层业务可以在同一端口仿真的动态路由表上运行，验证被测设备的各项QoE指标：

图2 某设备制造商4~7层业务运行在动态路由表之上的QoE测试图

    (1)HTTP：每条路由都有HTTP Get请求，系统能够处理的并发连接数的数量，或者系统能够处理连接数的速率。

    (2)FTP：每条路由上下载文件的最大吞吐量。

    (3)Voice：每条路由上IP电话呼叫的语音质量MOS。

    (4)Video：每条路由上VOD视频点播的视频质量MDI，MOS_V。

    这种测试方法目前得到越来越多用户的认可，除了应用于系统设备的QoE指标测试外，还应用于现网业务在实验室的实际仿真，对方案展示实验室、业务问题重现与仿真也特别有帮助。

2.3 BFD协议测试

    IP网络在设计上无法在不到1s的时间内恢复故障，但是，VoIP，IPTV等应用对迅速故障检测和恢复提出了越来越高的要求。目前作为一项IETF草案标准，双向转发检测(BFD)提供一种检测链路或系统转发传输流能力的方法，提高故障检测与恢复速度。

    从技术上来说，BFD在两台路由器上建立会话，用来监测两台路由器间的双向转发路径，为上层协议服务。BFD本身并没有发现机制，而是靠被服务的上层协议通知其该与谁建立会话，会话建立后如果在检测时间内没有收到对端的BFD控制报文则认为发生故障，通知被服务的上层协议，上层协议进行相应的处理。

    BFD是一种简单的“Hello”协议，系统之间所建立的会话通道上周期性的发送检测报文，如果某个系统在足够长的时间内没有收到对端的检测报文，则认为在这条到相邻系统的双向通道的某个部分发生了故障。虽然BFD协议相对来说比较简单，但是是非常新的技术，所以如何对其进行测试是当前路由设备厂商关注的焦点。图3是某企业使用IXIA测试BFD协议的拓扑图，IXIA支持单跳和多跳Session的测试，另外还有下面的特点：

图3 BFD协议测试拓扑图

    (1)一个端口可以仿真多个BFD路由器、多个接口和多个Sessions。

    (2)支持Asynchronous模式和Demand模式验证，支持Echo功能。

    (3)BFD协议可以单独应用，实现功能测试和Session容量测试。

    (4)BFD协议也可以和BGP4，BGP4+，OSPFv2/v3，ISISv4/v6，EIGRP和PIM-SMv4/v6等路由协议配合使用。

2.4 GR(Graceful Restart)测试

    Graceful Restart(完美重启)是一种旨在使路由协议重启影响最小化的机制，其目的是尽量减少路由器重启导致的路由抖动，减少路由计算资源和网络带宽资源的浪费。各种路由协议比如OSPF，BGP，ISIS和MPLS协议RSVP-TE和LDP协议都需要支持GR的功能以实现无停止转发(Non-Stop Forwarding)。

    GR机制的核心在于：当某设备的路由协议重启时，能够通知GR Helper在一定时间内将到该设备的邻居关系和路由保持稳定。在路由协议重启完毕后，GR Helper协助其进行路由信息同步，在尽量短的时间内使该设备的各种路由信息恢复到重启前的状态。在整个协议重启过程中，网络路由和转发保持高度稳定，报文转发路径也没有任何改变，整个系统可以不间断地转发IP报文。这个过程即称为完美重启。图4显示了GR Restarer和GR Helper之间的具体通讯过程。   

图4 GR特性转换过程示意

    IXIA支持路由协议和MPLS协议的GR特性，相应遵守的规范如表2所示。测试GR特性相对来说比较简单，需要支持相应协议的GR特性，验证被测设备GR特性是否有效。图4也是典型的测试环境。   

表2 IXIA路由和MPLS协议支持的GR特性规范

2.5 QoS重标记性能测试

    从原理上来说，QoS所评估的就是网络传输数据包的服务能力。由于网络提供的服务是多样的，因此对QoS的评估可以基于不同方面。通常所说的QoS，是对数据包传输过程中为延迟、延迟抖动、丢包率等核心需求提供支持服务能力的评估。QoS的类型主要有四种：

    (1)802.1p VLAN优先级：位于二层报文头部，适用于不需要分析三层报头，而需要在二层环境下保证QoS的场合。

    (2)IP优先级：IP Header中的TOS字段有8个Bit，前3个Bit表示的就是IP优先级，取值范围为0～7。

    (3)ToS优先级：IP Header中的TOS字段有8个Bit，第3～6这4个bit表示的是ToS优先级，取值范围为0～15。

    (4)DSCP优先级：定义了4类流量：

    ◆加速转发(Expedited Forwarding，EF)类。

    ◆确保转发(Assured Forwarding，AF)类。又分为4个小类，每个小类又分为3个丢弃优先级，可以细分AF业务的等级，AF类的QoS等级低于EF类。

    ◆兼容IP优先级的类(Class Selector，CS)。从IP ToS字段演变而来，共8类。

    ◆尽力转发(Best Effort，BE)类。是CS中特殊一类，没有任何保证，AF类超限后可以降级为BE类，现有IP网络流量也都默认为此类。

    而QoS优先级重标记功能则通过引入ACL进行流识别，为匹配的报文重新指定优先级。图5是QoS重标记的示意。   

图5 QoS重标记示意

    QoS的测试属于传统测试项，测试仪表都有比较好的支持，但是对于QoS重标记的测试，相对来说比较复杂，因为从测试的原理上来说，性能测试必须对特定的字段进行追踪，但是由于QoS被“重新标记”了，所以所追踪的特定字段也就改变了。目前，只有IXIA所提供的多字段追踪功能可以对QoS重标记功能进行很好的支持，并且可以和路由交换设备的控制层面测试结合进行。仍然以图5为例，一个QoS优先级可以被被测设备“重新标记”为多个其他优先级，传统的采用“抓包”分析的方法就显得无能为力了。

    IXIA的多字段追踪功能特点非常灵活，除了对QoS重标记特性测试很方便实现之外，另外还可以应用于VLAN泄漏，电信级以太网重要的PBB/PBT转发性能测试等重要特性的测试。目前，多个设备制造商和评测机构都用该特性评估设备的QoS重标记性能和PBB/PBT转发性能。

    3 结束语

    IXIA领先的路由交换测试方案完全可以满足和超过客户对各种最复杂网络环境仿真的预期，为路由交换设备提供真实的环境和流量仿真，随着从传统路由测试向最新路由方法的转换，随着用户对高性能、高密度和高扩展性要求的提高，IXIA最新的Optixia测试平台和IxNetwork路由交换测试软件完全可以满足和超过用户多样化的测试需求。