关于IP网络测试技术与方法探讨

关于IP网络测试技术与方法探讨

一个高品质的网络要通过业务设计和定位、网络设计、设备选型、工程建设、方案验证和持续优化、维护管理6个环节来保证，其中设备选型、方案验证和优化主要通过选型测试和网络测试实现。为此中国电信于2004年初和2005年初分别组织了CN2项目的设备选型测试和网络验收测试。两次测试被业界认为是全球高端路由器和传统互联网向下一代多业务融合承载网转型的路演。

　　以网络需求为导向

　　以网络需求为导向，根据网络运营对设备的要求制订测试内容是测试中坚持的最基本方法。“萝卜青菜，各有所爱”，对选型测试来说，因为被选的设备最终是被某个特定网络所用的，所以必须根据网络的“口味”进行评价选择。将测试定位在网络而不是设备，也是运营商测试与设备厂商内部测试或第三方单位测试的本质区别，CN2的测试工作只有紧扣网络才是有意义的。

　　CN2网络是以盈利为目标的“精品网”，中国电信上下各级对她有很多的憧憬：能够承载商业大客户、语音、视频、数据等业务的统一多业务承载网络，具有高安全性和QoS保证。这样的网络要求设备具备六个方面的能力，包括：高可扩展性、高可用性、多业务融合承载能力、区分服务提供能力、可管理性和安全性。分析这些能力要求，就转换为一个完整的测试和评估指标体系，包括：设备可用性及其控制/转发平面的稳定性、交换容量和路由/标签/组播容量、流量转发能力、快速路由收敛和快速重路由（FRR）能力、服务质量保证（QoS）能力、MPLSVPN和组播业务能力、IPv6能力、网络管理和安全能力等。

　　根据网络需求制订测试内容之后，在具体的测试项目中，中国电信不断深入分析需求细节，定义测试指标和参数，设计测试方法。以IGP的快速路由收敛测试为例，因为CN2的需求是在ISIS域内，任何单电路或单路由器发生故障后，全网ISIS协议必须在一秒以内收敛。因此，根据CN2网络的工程技术施工规范，在设备上配置快速收敛机制和相关时间参数。分析CN2的网络结构，将一个充分体现其结构特征的模拟拓扑用仪表广播给被测设备。模拟网络拓扑包含 1200个节点设备、6000条链路；包括核心、汇接、边缘三层网络结构，一级全Full-Mesh、2级到1级双归、3级到2级双归；核心、汇接、边缘之间的节点数比例是1∶4∶20。拓扑中的路由网段先取节点互联链路所在子网，不够的从边缘层节点补充子网路由。模拟网络上常见的单电路或单路由器故障类型，测试出设备在这个模拟网络中的快速收敛能力。

　　科学全面组织网络测试

　　在CN2上进行如此大规模的、复杂而深入的网络测试，要解决的技术问题主要包括：在测试标准上确定完善科学的验收指标，在测试方法上以有限的资源全面考察如此大规模网络诸多方面的功能、性能和容量。为此，中国电信在指标体系的确定和量化、测试方法学、仪表和设备能力、测试选点、误差校准等方面进行了深入细致的研究。

　　在CN2网络测试中的科学全面考虑有如下几个方面：

　　选点抽样

　　采用科学的抽样方法。综合考虑业务运营模式、预测业务流量、网络层次、设备类型、链路类型、地理位置及机房分布等，选择测试节点；测试路径的选择全面涵盖不同层次节点组成的路径，包括核心之间、核心到非北方省（区、市）汇接、核心到非北方边缘业务控制点等。

　　误差校准

　　在所有与时延相关的测试条目中，在所有测试节点采用精密的时钟同步仪表GPS校准时间，以消除NTP同步机制所产生的时间误差。同时，将通过仪表测试数据矫正和补偿网络管理软件测试的结果。

　　多测试手段对照互补

　　功能测试:“黑箱”测试，通过应用（www、dns、telnet、ping、trace等）测试和检查网络运行状态（如查看路由表、QoS队列信息等）进行。

　　性能测试:以设备内置性能测试代理为主、仪表测试为辅（主要用于校验前者；受仪表数量限制，只能选取有限节点），在背景流基础上发送测试流，然后统计数据，计算结果。

　　业务体验验证：通过使用应用系统主观感受网络的业务能力。

　　容量测试:通过仪表模拟网络设备，发送大量控制信息(如BGP路由)。由于控制信息会自动传播至全网，故对仪表数量、节点选择并无过多要求。

　　多角度全面测试

　　功能测试:测试网络功能，如路由、QoS、VPN、组播、安全、网管功能是否正常，这是最基本也是最重要的测试工作。

　　业务性能测试:测试网络时延、丢包率、抖动、故障倒换速度等。性能测试的结果将说明CN2网络未来可能的业务质量。

　　网络容量测试:测试网络容量，主要是控制层面的容量，如支持的IGP、BGP路由数量，组播组数量等。容量测试的数据代表了CN2网络的扩展性。

　业务叠加

　　多年的测试经验表明，许多设备单项测试结果很好，但是在进行业务叠加时测试数据发生很大变化。对选型测试而言，业务叠加可以更全面、深入地考验设备的实际工作能力；对网络测试而言，业务叠加是更妙的“试运行”分析，可以提前找出网络承载业务的隐患。CN2网络测试发现了现有协议和主流设备100多个缺陷并对网络进行了相应优化，解决了互联网转型方面急需解决的大量问题，为将来的网络运维和业务设计、推广提供了基础。CN2网络测试能取得这样的成果，业务叠加测试功不可没。

　　在CN2网络测试中，中国电信是这样进行业务叠加的。

　　全网导入背景流量：各测试节点同时用仪表产生持续的、IP包长为IMIX混合的泊松背景流量，并使各测试路径上各条链路的带宽利用率达50%左右。在背景流量持续存在的同时，又通过仪表产生2M的测试流模拟CN2的任意一个专线接入业务流，考察该业务流的各项性能参数指标。同时模拟CN2承载的所有关键业务，如QoS、VPN、组播、视频等。

　　IGP路由叠加:用仪表端口在多个点同时导入不同的ISIS模拟拓扑，设置拓扑中的部分链路按一定频率和方式持续循环波动，模拟IGP全网路由振荡。

　　BGP路由叠加:在两个核心节点导入从Internet上读取的国际路由表，同时在多个汇接节点导入城域网路由和IBGP路由；并设置这些路由表中的部分路由条目的持续循环波动频率和方式,模拟BGP全网路由振荡。

　　组播业务叠加：用与P设备相连的仪表端口模拟4个不同的组播源；在其他有测试仪表的节点上，用与PE设备相连的仪表端口模拟两个普通组播用户，加入600 个组播组；同时在所有无测试仪表的节点的PE上开启PIM-SM，用其loopback100端口模拟1个组播用户，该用户加入所有组。观察CN2全网的组播流接收情况。

　　MPLS叠加测试：将测试仪表与PE设备直连的GE端口划出多个子端口，子端口1到子端口250模拟成PE设备的直连VPN用户，与PE已配置的子端口建立E－BGP或OSPF邻居关系。全网共建立1000个VPN，每个VPN注入不同的40条VPN路由；各VPN多个接入站点间向注入的VPN路由网段两两发送双向测试流量，测试MPLSVPN的业务性能。

　　QoS叠加测试：从5个节点同时打入ToS=6的关键业务流和ToS=0缺省业务流的两种QoS模拟流，按CN2施工规范设置模拟流的带宽；将 MPLSVPN用户流标记成两种队列：前100个用户标记成EXP=6的关键业务流，其余VPN用户标记成EXP=0的缺省业务流。观察此时的模拟业务流、MPLSVPN两种不同的流量和组播流的服务质量保证效果。在5个测试节点P设备的上行端口增加流分类配置，将目的地址为组播组地址的流量标记为 ToS="6的关键业务流"，并关闭QoS模拟业务流中的高等级流量；然后再观察此时的模拟业务流、MPLSVPN两种不同的流量和组播流的服务质量保证效果。在上述各项业务测试都已获取测试结果，并且全业务都正常运行的条件下进行故障测试，包括IGP收敛测试、BGP收敛测试、MPLSLDP收敛测试。