40/100G高速以太網(wǎng)測試解決方案

　　隨著40/100G高速以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3ba的標(biāo)準(zhǔn)zui終確定，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商在40/100G方面開始推出產(chǎn)品，運營商也開始評估高速網(wǎng)絡(luò)的未來發(fā)展方向。40/100G和10G以太網(wǎng)相比較，主要是在光電接口和物理層方面有區(qū)別。大部分交換機設(shè)備廠商支持的是40G以太網(wǎng)，而大部分路由和核心設(shè)備廠商支持的是100G以太網(wǎng)。如何更好地理解40/100G對于網(wǎng)絡(luò)的影響，需要有相應(yīng)的測試解決方案。
　　
　　100GBASE-R實現(xiàn)
　　
　　一條40/100G鏈路通過復(fù)用多條通道（Lane）來實現(xiàn)，通常分為若干個25G通道或者10G通道。發(fā)送端通常把40/100G的流分成4個或者10G并行通道，在接收端把并行通道的碼流再重組成40/100G流。與傳統(tǒng)的以太網(wǎng)物理接口一樣，40/100G接口也分為PCS，PMA和PMD子層。PCS子層把編碼數(shù)據(jù)分發(fā)到多個邏輯的通道上，這些邏輯通道就稱為虛通道（VirtualLane）。標(biāo)準(zhǔn)沒有對邏輯通道如何靜態(tài)映射到物理通道上做規(guī)定，一個或者多個虛通道可以被承載到一個物理通道上，可能存在通道交換。圖1顯示了100G接口可能的通道映射關(guān)系，其中括號中的值表示一個子層的進(jìn)出通道數(shù)。PCS子層包括20個虛擬通道，在PMA和PMD子層，根據(jù)不同的實現(xiàn)通道數(shù)會發(fā)生變化，比如100GBASE-R4；在PCS子層，包含20個虛擬通道；在PMA子層為10個；在PMD子層為4個通道。
　　
　　高速以太網(wǎng)測試解決方案src="http://.cn/uploadfile/Test_and_measurement/uploadfile/201206/20120609024613742.JPG">
　　
　　圖1100GBASE-R實現(xiàn)
　　
　　40/100G測試
　　
　　雖然40/100G以太網(wǎng)仍然是更“快”的以太網(wǎng)，但是在很多方面改變了傳統(tǒng)以太網(wǎng)特性，對測試提出了挑戰(zhàn)。
　　
　　（1）L2~L7層
　　
　　對于高層應(yīng)用來說，40/100G接口要求設(shè)備中的組件要在更短的時間內(nèi)完成工作。比如，一臺路由器需要對進(jìn)來的數(shù)據(jù)包剝離低層協(xié)議頭，排隊，進(jìn)行路由表查詢，然后轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的出口隊列。在這個過程中，還要完成分類、監(jiān)管、優(yōu)先級調(diào)度、整形等工作。另外，路由器還要完成路由信息更新，組播路由樹的創(chuàng)建，MPLS標(biāo)簽信息交換，統(tǒng)計，告警，日志，防火墻和安全功能等。一臺具有100G接口的路由器，需要以10倍于當(dāng)前速度的能力完成上述功能。而且在上述功能中，理想情況下不能出現(xiàn)丟包、過大的抖動、亂序等性能問題。
　　
　　測試40/100G系統(tǒng)，首先要驗證線速情況下的的轉(zhuǎn)發(fā)性能，其次需要驗證負(fù)載下的功能、性能、擴展性、進(jìn)行數(shù)據(jù)和協(xié)議平面的集成測試。另外，需要從用戶體驗角度對系統(tǒng)承載的真實業(yè)務(wù)的質(zhì)量進(jìn)行評估。
　　
　　（2）物理層
　　
　　物理層的測試zui關(guān)鍵的問題是消除誤碼。在不同的子層，有不同的測試重點。
　　
　　PhysicalMediumDependent（PMD）。PMD層的測試需要一些硬件測試工具，如示波器。
　　
　　PhysicalMediumAttachment（PMA）。PMA層的測試，需要測試儀表發(fā)送各種bitPattern，如偽隨機碼序列（PRBS），經(jīng)過系統(tǒng)后檢測錯誤，如誤碼率，Pattern同步問題等。Loopback測試也是PMA層測試的重要內(nèi)容。
　　
　　PhysicalCodingSublayer（PCS）。PCS層的測試主要集中在通道交換（LaneSwap）和通道偏差（LaneSkew）測試。測試系統(tǒng)通過交換通道，來驗證被測設(shè)備能否檢測到通道交換并補償。在偏差測試中，測試系統(tǒng)在發(fā)送端口產(chǎn)生一定的偏差，在接收端口，統(tǒng)計經(jīng)過被測系統(tǒng)補償以后的偏差值。IEEE對能補償?shù)钠罘秶隽硕x。偏差測試就是驗證系統(tǒng)能否支持這個范圍內(nèi)的補償，或者測試系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)多大程度上的匹配。
　　
　　測試系統(tǒng)本身的挑戰(zhàn)
　　
　　40/100G系統(tǒng)性能測試，除了比特速率的變化以外，性能的衡量指標(biāo)并沒有太大的變化，如丟包率、時延、抖動、順序/亂序等指標(biāo)。現(xiàn)有的測試系統(tǒng)能否在40/100G性能下繼續(xù)提供準(zhǔn)確的統(tǒng)計值。在這里測試儀表的時鐘測量精度起了關(guān)鍵的作用。
　　
　　為了測試時延、抖動、幀的順序性等信息，測試儀表會在發(fā)送的每個數(shù)據(jù)幀中插入一個簽名字段（Signature），包含發(fā)送時間戳、序號等信息。當(dāng)測試儀表的接收端口收到數(shù)據(jù)幀時，提取出簽名字段中的發(fā)送時間戳，然后和接收時間進(jìn)行比較，就可以計算出時延、抖動等指標(biāo)。在40/100G測試中，能夠準(zhǔn)確提供時延、抖動等指標(biāo)，測量精度至關(guān)重要。
　　
　　傳統(tǒng)的測試儀表，以測試10G及以下的系統(tǒng)為主，典型的測量精度為20ns。但是20ns的測量精度對于40/100G系統(tǒng)來說是不夠的。傳輸一個64字節(jié)的以太網(wǎng)幀，線路上需要傳送672bits，計算公式：（64字節(jié)+8字節(jié)前導(dǎo)碼+12字節(jié)幀間隔）×8=672bits。在10G線路上傳輸一個64字節(jié)的數(shù)據(jù)幀，需要67.2ns，20ns的測量精度足夠了，可以為發(fā)送的每一個幀標(biāo)識出惟一的發(fā)送時間戳。