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兴趣联盟 - 电子与通信工程

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    IXIA电信级以太网(Carrier Ethernet)测试方案概述

    张进 2010-12-25 11:33

    摘要 电信级以太网(Carrier Ethernet)技术越来越受到业界的关注和追捧。本文站在测试的角度,从业务等级测试(MEF9,MEF14),网络基础架构测试(MPLS,VPLS,PWE3,PBB/PBT)和服务管理测试(Ethernet OAM/CFM)等三个方面介绍了美国IXIA公司在这方面的最新进展,并结合实例分析IXIA测试方案的领先性。

    1、引言

      近一年来,全球电信级交换机和路由器市场持续大幅增长,这主要得益于企业与消费者日益增长的带宽需求。据Infonetics Research公司的最新分析估计,市场对电信级以太网路由器和交换机(CERS,Carrier Ethernet Routers and Switches)的需求每季度都以两位数增长,预计到2009年将达到79亿美元。所以,对电信级以太网技术的测试需求也显得非常迫切。

      IXIA作为全球领先的IP性能测试方案提供商,一直跟踪相关技术的最新进展,并且根据客户的需求,提供了非常完善和领先的Carrier Ethernet测试方案,以满足设备制造商和运营商对Carrier Ethernet技术的测试需求。本文从Carrier Ethernet测试需要和覆盖面的角度考虑,全面介绍IXIA在这方面的进展,希望对各位读者了解Carrier Ethernet测试技术有所帮助。

      IXIA的Carrier Ethernet测试可以分为三部分:业务等级测试(Service Level Testing),基础网络架构测试(Underlying Network Infrastructure Testing)和以太网管理服务测试(Ethernet Management Service Testing)。这三者的有机结合,构成了IXIA目前最为完整的电信级以太网路由器和交换机(CERS)和Carrier Ethernet业务测试方案。

    2、业务等级测试(Service Level Testing)

      2.1 MEF最新测试规范

      根据MEF(www.metroethemetforum.org)最新的测试规范主要有三个。

      (1)MEF9。该规范主要定义了在UNI接口上支持以太网业务的能力(以太网业务相关的定义在MEF6),提供基本的E-Line和E-LAN业务的相关功能测试。

      (2)MEF14。该规范主要定义了流量管理方面的测试内容(流量管理的相关定义在MEF10),提供承载在EVC之上的流量性能测试规范。实际上,对于基于队列的流量管理、流量整形等QoS相关的测试,MEF14测试套件也是一个非常好的选择。

      (3)MEF18。该规范是目前最新的测试规范,主要定义了以太网上承载电路仿真业务的一致性测试内容。以太网上承载电路仿真业务的相关定义在MEF8。

      图1、图2是在MEF6规范里定义的业务类型;图3是在MEF 10规范中定义的带宽分类,详细解释,可以参考MEF的官方网站。

    图1 MEF6定义的E-Line业务

    图2 MEF6定义的E-LAN业务类型

    图3 MEF10定义的带宽分类

      2.2 IXIA业务等级测试方案

      在业务等级测试方面,IXIA和著名的Iometrix实验室合作,提供MEF9和MEF 14的相关认证测试工具。由于IXIA完全按照Iometrix实验室要求的测试规范编写,并且操作简单,成为广大设备制造商和运营商做认证测试时的首选工具。图4是MEF 9测试工具的界面,图5是MEF 14测试工具的界面。

    图4 IXIA MEF9测试工具界面

    图5 IXIA MEF14测试工具界面

    3、基础网络架构测试(Underlying Network Infrastructure Testing)

      Carrier Ethernet的基本网络架构可以参考图6。在基础网络架构测试方面,根据采用技术的不同,所涉及的测试技术也有很大的不同。一般来说,核心网络结构主要有两种实现方式。

    图6 Carrier Ethernnet网络结构

      3.1 IP/MPLS为核心技术(包括MPLS,PWE3,VPLS等技术)

      对于该类型设备和网络,需要测试相关路由协议的一致性、功能性、可扩展性和可用性;相关路由协议的高可靠性(如Graceful Restart,Fast Re-Route,BFD等)。

      (1)IXIA IP/MPLS测试方案

      IXIA提供了完整的MPLS协议覆盖,包括:

      ●内部网关协议:OSPF和ISIS(同时支持TE功能)。

      ●MPLS信令协议:LDP,RSVP-TE,MP-iBGP,MP-eBGP。

      ●L2VPN PWE3仿真,包括最新的“IP Transport Type”支持。

      ●支持BGP-based和LDP-based VPLS协议。

      ●支持L3 VPN(支持最新的RFC 4364规范)和6VPE的仿真。

      ●支持Inter-AS VPN的Option A,Option B,Option C等传输类型。

      ●支持IPv4和IPv6的Multicast VPN测试并支持Data MDT特性。

      ●支持6PE。

      由于这些协议比较复杂,为了便于操作,IXIA大部分都采用“向导”的方法,大大简化了配置步骤,提高了测试效率。图7是使用“向导”的一个例子。

    图7 IxNetwork配置“向导”示意

      (2)BFD协议测试方案

      BFD(Bi-Directional Forwarding Detection)双向转发检测协议,作为一项IETF草案标准,相对较新,在这里重点介绍BFD协议的测试。

      ●BFD的主要目的是在数据平面提供一种快速的,不依赖于上层协议的链路故障检测机制。它可以触发控制平面的状态迁移,实现路由的快速收敛、FRR的快速切换,同时由于其具备隧道或LSP的通路检测功能,也可以用于功能性的故障排查。

      ●BFD是一种高速的独立HELLO协议,能够与相邻系统建立对等关系,每个系统以协商的速率监测来自其他系统的BFD速率。监测速率能够以毫秒级增量设定。

      ●BFD部署在路由器和其他系统的控制平面上。BFD检测到的网络故障可以由转发平面恢复(如在MPLS快速重启路由中)或由控制平面恢复(如当BFD用于加快路由协议运行速度时)。

      ●BFD协议描述了双向检测的实现机制,可分为Asynchronous Mode和Demand Mode两种。另一种辅助Echo功能可以与这两种模式结合起来使用。缺省情况下BFD的双方都处于Asynchronous Mode。

      图8是测试配置的示意。IXIA提供的业界第一个BFD协议的功能和性能测试方案,可以实现:

    图8 BFD配置示意

      ●多Session功能和性能验证。主要验证BFD会话能否成功建立,并按协商的模式和Interval进行BFD控制报文的正常交互。

      ●BFD与路由协议的互动。一般情况下,对于BFD协议的双方,都可以启用BFD与控制层面(如路由,LDP,RSVP-TE等协议)的关联机制,用于拓扑改变的快速发现以及路由的快速收敛。但是,在单端关联的情况下,上述功能同样有效。通常情况下,DUT是启用这种关联的主体,而IXIA仪表可以单独启用BFD机制,配合完成路由快速收敛的计算。

      ●支持单跳和多跳的Session建立。

      ●支持BFD和其他路由相关协议(BGP4,BGP4+,OSPFv2,OSPFv3,ISISv4,ISISv6,EIGRP,PIM-SMv4,PIM-SMv6)的配合测试。

      ●支持BFD的Asynchronous和on-demand模式以及相应模式下的Echo功能。

      3.2 Provider Ethernet为核心的组网技术

      对于以Provider Ethernet为核心技术的类型设备和网络,和MPLS完全不同。主要采用“第二层”的技术,包括Q-in-Q,Mac-in-Mac,LACP,STP/RSTP/MSTP和PBB/PBT等技术,其中最为典型的是PBB/PBT技术,其他技术较为成熟,大多为读者熟悉,所以重点介绍PBB/PBT的测试。

      (1)PBB技术

      PBB是Provider Backbone Bridge的简称,中文翻译是提供商骨干网桥(网络示意参见图9),PBT是Provider Backbone Transport,中文翻译是提供商骨干传输(原理示意参见图10)。PBB又称为Mac-in-Mac,由IEEE 802.1ah工作组制定。PBB以太网的包传送技术的主要目标是允许由802.1ad所规定的提供商网桥网络在数量上支持224个业务VLAN,同时定义了提供商网桥骨干网络(PBBN)的架构和桥接协议,实现多个提供商网桥网络的兼容和互联。其主要方法如下:

    图9 PBB网络示意

    图10 PBT原理示意

      ●为在数量上提供224个业务,VLAN制定了业务VLAN的标签(Tag)格式I-TAG,用来标识不同业务VLAN。

      ●规定了骨干网VLAN的标签格式B-TAG,用来标识骨干网上不同的VLAN。

      ●规定了4种类型的提供商骨干网桥(节点)。第1种网桥包括一个I成份(可以识别和封装业务VLAN);第2种网桥包括B成份(只识别B-VLAN);第3种网桥包括一个I成份,一个B成份,这3种是骨干边沿桥(Backbone Edge Bridge);最后一种就是原来普通的提供商网桥(802.1ad)。

      ●在保留和修改原以太网MAC服务、维护每种业务的服务质量、与用户的数据隔离等功能的基础上,定义了PBB网络的操作原理。

      ●规定了提供商网桥到提供商骨干网桥的接口形式。该接口形式通过I和B成份的配置和操作来构成,可提供端口形式(Port Based)的透明接口、一个S-TAG接口和一个I-TAG接口。

      这种在以太网领域新的革新将极大地增强以太网的可扩展性和其作为传送网络技术的能力。据此,以太网取得了允许网络层次化的可扩展性,实现了完全同用户广播域的隔离,是以太网向运营级网络迈出的重要一步。

      (2)PBT技术

      目前,PBT正在IEEE(PBB-TE 802.1 Qay)和ITU的标准化进程中。PBT是PBB的改进,允许配置流量工程和保护点到点业务实例(Pt-Pt Service Instance)。PBT配置和管理的方式是配置点到点骨干链路(Trunks或业务实例),每个Trunk由16bit VLAN ID和96bit的源/目的地址对组成标识。

      PBT完成上述功能的具体方法如下:

      ●将B-VID地址空间分成一般的PBB VID和PBT VID。

      ——PBB必须运行在独立VLAN学习(IVL)模式。

      ——用于PBT的B-VID的数量必须至少为2。

      ——B-VID正常工作不应指配给PBT。

      ●关掉所有PBTB-VID的学习和广播功能。

      ——在PBTB-VID内,以丢弃而不是广播的方式处理未知/多播/广播帧。

      ●使用配置和管理系统为指配网桥转发表的PBT B-VID,通过接入网桥的MIB来实现。每个PBT电路由工作通道和保护通道组成。

      ——工作和保护的通道通过使用不同的B-VID访问同一个骨干MAC地址。

      ——使用802.1ag协议管理共用的PBT电路束(一组电路)。

      ——可以使用IEEE802.1ag标准实现单播连续性检验(CC)消息。

      ——必须对工作通道和保护通道同时进行管理。

      典型的PBT应用参见图11。

    图11 典型PBT应用

      (3)IXIA PBB/PBT测试方案

      由于PBB/PBT是目前非常流行的新技术,相应的技术规范还没有得到统一和标准化,这就给测试带来很大的挑战。IXIA公司是业界第一个支持PBB/PBT测试的厂商,可以提供PBB/PBT的功能和性能测试方案。图12是一个典型的PBB/PBT转发性能测试的示意。

      IXIA IxNetwork PBB/PBT测试特性可以同时追踪和验证Q-in-Q中的任何一个“Q”和Mac-in-Mac中的任何一个“Mac”,这一特性为PBB/PBT的转发性能测试提供了有力的保证。

    图12 PBB/PBT转发性能测试示意

      图13是IXIA软件实现PBB/PBT测试的软件界面,供参考。

    图13 PBB/PBT测试软件配置界面

      3.3 三种数据传输方式介绍

      (1)纯以太网的连接方式。这种方式的接口类型包括10/100/1000,10G Ethernet,由于Ethernet的成本和复杂度要低于传统的ATM等技术,所以应用比较普遍。但是从测试的角度来看,和传统的测试项目类似,在此不再详细介绍。

      (2)以光传输为核心的传输技术。对于以光传输为核心的传输技术,比如SONET,在此基础上增加新的特性,比如使用SONET的GFP,RPR,Channelized POS等特性。

      ●GFP(通用成帧规程,Generic Framing Procedure):将数据帧映射到SDH/SONET传输单元中。VCAT(虚级联,Virtual Concatenation)技术可以大大提高网络带宽使用效率,并实现小粒度的带宽调节。

      ●RPR(Resilient Packet Ring):弹性分组环是一套用来建立IP环网的国际标准,可以提供一种高效率、高可靠性的城域网组网技术。RPR外环的数据传送方向为顺时针方向,内环的数据传送方向为逆时针方向。

      RPR提供专门的公平(Fairness)算法,实现带宽的公平共享和调度。并且支持拓扑自动发现(Topology Discovery Frame)。另外,在RPR帧结构中包含了大量用于性能管理、故障管理、配置管理的各种选项参数,为RPR的运行维护管理(OAM)奠定了良好的基础。RPR还通过特殊的控制帧来实施RPR层的故障监测、定位与隔离。

      ●CPOS,Channelized POS,即通道化POS。它可以支持将155M的电路拆分为63个2M电路,2M电路可以细拆为32个64k电路。

      IXIA提供了非常灵活的VCAT,GFP,RPR和Channelized POS测试方案,支持LCAS(链路容量调整方案,Link Capacity Adjustment Scheme),GFP,Channelized等特性的灵活配置,并且有详尽的结果统计可用于后期分析。

      (3)以太网和光传输相结合的方式。这种方式是上述两种方式的融合,应用的比较普遍,从测试方法上来说,是上述两种方式的结合,在此不再介绍。

      在这里,还需要提到的是T-MPLS(Transport MPLS)技术,这是一种基于MPLS的面向连接的包传输技术。IXIA同样可以实现相应的性能测试和业务仿真测试。测试连接示意见图14。

    图14 T-MPLS上的业务测试示意

    4、电信级以太网管理服务测试(Ethernet Management Service Testing)

      对于电信级以太网管理,目前遵守的标准为IEEE802.1ag,IEEE 802.1ah以及ITU-T Y.1731,相应的内容就是为以太网提供链路管理,故障处理的Ethernet OAM和Ethernet CFM。

      4.1 Ethernet OAM(Operations,Administration and Management)技术与测试

      MEF(城域以太网论坛)将运营级以太网纵向分成三层结构,认为每层都应该具有基本的OAM能力。以太网OAM可以使运营商能够诊断“最后一英里”的链路问题。OAM涉及的内容很多,现在标准制定工作主要关注的是故障管理和性能管理。

      IXIA目前提供了Ethernet OAM的功能测试、性能测试和一致性测试的完整方案。图形化的界面可以十分方便地编辑OAM PDU的任意字段,并可对OAM节点和CFM MIP/MEP进行仿真。另外提供“批处理”的方式可以方便快捷地进行测试。

      图15是Ethernet OAM一致性测试的连接示意图。

    图15 Ethernet OAM一致性测试连接图

      4.2 Ethernet CFM(Connectivity Fault Management)技术与测试

      Ethernet CFM可以发现并修复大规模二层承载网络中的故障。图16是在一个MD中,MEPs之间在三个等级上MA的例子。

    图16 Ethernet CFM示意

      IXIA提供Ethernet CFM的一致性、功能和性能测试方案。图17是Ethernet CFM功能测试和性能测试的软件界面。

    图17 Ethernet CFM功能测试和性能测试示意

    5、结束语

      IXIA从业务等级测试(Service Level Testing),基础网络架构测试(Underlying Network Infrastructure Testing)和以太网服务管理测试(Ethernet Management Service Testing)三方面测试Carrier Ethernet的相关技术,为电信级以太网路由器和交换机(CERS)和Carrier Ethernet业务的测试提供了目前最为完整的解决方案。

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    韩斐 2013-06-11 23:12
    IXIA业务等级测试方案
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    以光传输为核心的传输技术
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    Ethernet OAM(Operations,Administration and Management)技术与测试
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    Ethernet CFM(Connectivity Fault Management)技术与测试
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