一种40/100G高速以太网测试的设计

1 引言

网络流量快速增长很快就突破了当前以太网传输速度标准的极限。随着宽带用户数量的增加、用户对高带宽需求业务的快速增长以及"实时在线"对网络计算和存储资源的要求，使互联网骨干网的带宽每年必须以75%~125%的速度增长才能满足多方面的要求。在这种背景下，高速以太网技术的研究与应用也越来越普遍。根据目前的说法，高速以太网(HSE,High Speed Ethernet)是专指40GE和100GE的以太网。2006年7月，IEEE 802.3成立了高速链路研究组(HSSG,Higher Speed STudy Group)来定义标准的目标。2007年12月，HSSG正式转变为IEEE 802.3ba任务组，其任务是制订在光纤和铜缆上实现40Gbit/s和100Gbit/s数据速率的标准。2种速度主要针对服务器和网络方面不同的需求，100GE适用于聚合及核心网络应用，而40GE则适用于服务器和存储应用。如何更好地理解40/100G对于网络的影响，需要有相应的测试解决方案。

2 100G BASE-R实现

一条40/100G链路通过复用多条通道(Lane)来实现，通常分为若干个25G通道或者10G通道。发送端通常把40/100G的流分成4个或者10G 并行通道，在接收端把并行通道的码流再重组成40/100G 流。 与传统的以太网物理接口一样，40/100G接口也分为PCS,PMA和PMD子层。PCS子层把编码数据分发到多个逻辑的通道上，这些逻辑通道就称为虚通道(Virtual Lane)。 标准没有对逻辑通道如何静态映射到物理通道上做规定，一个或者多个虚通道可以被承载到一个物理通道上，可能存在通道交换。 图1 显示了100G接口可能的通道映射关系，其中括号中的值表示一个子层的进出通道数。PCS子层包括20个虚拟通道，在PMA和PMD子层，根据不同的实现通道数会发生变化，比如100GBASE-R4;在PCS子层，包含20个虚拟通道;在PMA子层为10个;在PMD子层为4个通道。

图1 100G BASE-R实现

3 40/100G测试

和其他新技术一样，如何测试40/100G是一件有挑战的事情，虽然100G和其他速率接口的重要区别是在PCS层，但是完整的2~7层测试对100G来说同样重要。100GE和40GE链路和交换机、路由器和服务器直接相连接。所以，真实业务的流量性能测试是必不可少的。另外，100G接口也必须能够和其他低速率的接口一起配合进行测试。在目前阶段，根据IXIA的经验，首要进行的测试点集中在PCS层，主要考虑的测试点包括：

(1)64/66bit同步位锁定

每个接收侧的虚通道必须根据控制bits正确识别64/66bit块，接收侧能够根据规范对相应的bit位进行锁定。为了评估和标准的一致性，各种bit位在标准的规定下必须由测试仪表产生，这样被测试的接收端口就可以根据需要加入错误的同步位bits或者错序检测，并可以得到监测和分析，在测试过程中，可以对错误的同步bits位实时计数与统计。

(2)虚通道对齐标示锁定

每一个虚通道必须正确锁定对齐标示，这和用于64/66bit同步位锁定的技术类似。但是除了基本的对齐标示锁定之外，还要对一些限制条件进行验证。比如，如果标准要求经过n个连续的非错误对齐标示锁定，那么测试必须保证对任意对齐标示位进行锁定。相反，如果虚通道锁定经过m个连续的错误对齐标示位丢失，那么测试必须保证能够锁定相应的错误对齐标示。这就要求测试仪表能够对相应的错误信息进行计数与统计。

(3)位偏斜误差和补偿

各种电信号或者光信号的位偏斜都会引起接收侧的虚通道到达的数据时间上有所不同，虚通道对齐标示用于接收侧的虚通道自己的识别和重新对齐。为了测试位偏斜误差和补偿算法，测试仪表必须能够在虚通道中产生所需要的或者特定数量的位偏斜。接收侧的PCS层能够补偿标准规定的位偏斜。另外，测试仪表也能够测试准确的位偏斜容忍度并实时显示。

(4)发送侧流量到接收侧的虚通道随机映射

根据标准的定义，在发送侧，数据在特定虚通道的数据传输可以映射到接收侧任意的光纤线路上，红色的线标示了数据可能传送的路径。虚通道的数量不需要和实际物理通道的数量一样，但一定要保证特定虚通道上发送的数据能够在接收侧正确汇聚到一起，这就要求接收端口能够在100G速率下重新组合与排序任意虚通道的映射。测试仪表能够仿真不同的虚通道组合场景对该特性进行测试。

4 Sprient testCenter 40/100G测试系统

Spirent TestCenterHyperMetrics 40/100G以太网模块为网络设备制造商和服务商提供了集成OSI L1~L7 的测试解决方案。HyperMetrics 40/100G以太网模块可应用于以下目的：

(1)服务商和IP系统厂商可利用线速率转发性能分析，验证路由和MPLS服务是否能够扩展到100G以太网核心和边缘接口上。

(2)数据中心交换机厂商可利用纳秒级精度的时延测量能力，对用于互联服务器和存储系统的新型40G以太网交换结构进行基准测试。

(3)光传输厂商可以生成并分析OTN,OTU-3 40G和OTU-4 100G传输网络中客户端接口上的线速率流量，测量第2~3层性能和第1层PRBS和通道偏差。

(4)服务商可以测试所有上述对象并测量有状态HTTP/FTP应用，VoIP和具备Video MOS等质量统计数据的视频的用户体验质量(QoE)。

Spirent TestCenter 40/100G测试模块提供以下测试能力：

(1)第1层通道偏差(Layer 1 Lane Skew)和PRBS测试。

(2)线速率第2层、以太网和MPLS转发性能基准测试。

(3)最大规模路由和MPLS VPN网络仿真。

(4)线速率第3层IP流量生成和分析。

(5)高性能有状态HTTP,FTP及VoIP流量生成和分析。

(6)利用思博伦拓扑结构仿真(Spirent Topology EmulATION)在MPLS和IP路由上测量MPEG-2和H.264等实时视频流的视频体验质量。

Spirent TestCenter 40/100G测试模块集成了Spirent TestCenter 优秀的架构，包括HyperMetrics多核处理，NoCodeTM Automation,Intelligent ResultsTM和基于专利技术的Spirent Topology EmulaTIon等。在此基础上，提供了业界领先的40G/100G测试功能，包括：单端口40/100G以太网模块(每个机箱最多支持6个端口，每个机架最多支持30个端口)，支持现有的9U机架式机框和2U 便携式HS机框。CFP MSA光接口，支持可访问CFP光口的MDIO寄存器。高性能HyperMetrics多核处理，保证高性能的L2-L7测试。支持内部或外部时钟，可调节PPM.PMA PRBS 测试模式生成和探测。每个通道的PCVS Skew注入和测量。PCS lane Swapping和交换探测。PCS通道校准验证。每端口多Stream线速流量生成和分析，集成了Spirent TestCenter 所有的统计量。5ns测量时戳精度，保证40G和100G线速下的准确测量。并通过特有的专利技术，保证不同Spirent TestCenter 机箱之间的精确同步，确保多机框级联测试的稳定性。支持的第2层协议包括802.3,Ethernet II,802.1Q,802.1ad,802.1ah,802.1Qay,FCoE,PPP.支持的交换，路由，MPLS和城域以太网协议包括所有主要的 IPv4和IPv6单播和组播路由协议，RSVP-TE,LDP,VPLS-LDP,VPLS-BGP,BGP/MPLS-VPN,Fast Re-route,Mvpn,P2MP-TE,BFD,LACP,STP,RSTP和MSTP,802.1ag CFM,Y.1731,PBB,PBB-TE,Link OAM等。支持的接入协议包括AN CP,PPPoE,DH CP,L2TP,IGMPv1/v2/v3,MLDv1/v2等。支持的数据中心测试方案中包括DCE/CEE测试，FCoE,FIP.L4~L7真实应用层协议包括 HTTP,SIP,FTP和视频协议。

5 优势

(1)更低的总体拥有成本：这种单一模块可提供40/100G以太网第1~7层测试能力，而现有的Spirent TestCenter机箱均可为其提供支持，其价格低于10个10G以太网测试端口且使用同样简单易用的用户界面。

(2)高性能的多核架构：高性能的多核架构，配置超出最接近的业界其他产品接近20倍性能，尤其适合于核心路由设备、高性能叠加测试。

(3)业界专业能力：在十多年前，思博伦发布了业界第一种以太网测试解决方案，后来又提供了业界第1种千兆和万兆测试模块，并于2009年被 Frost & Sullivan评为"全球以太网测试市场的领导者".通过利用思博伦的专业能力并运行全面的测试集，您可以全面地了解实施项目的性能。

(4)Spirent TestCenter架构：这一全新的模块继承了Spirent TestCenter解决方案的所有优势，其中包括HyperMetrics多核心处理，NoCodeTM Automation,Intelligent ResultsTM和Spirent Topology Emulation.