1  與流量相關(guān)的L2-3層高級(jí)測(cè)試技術(shù)探討

對(duì)于一個(gè)L2-3層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，最基本、最重要的測(cè)試是流量轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試。作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，首先要保證可以高速、低時(shí)延、穩(wěn)定地轉(zhuǎn)發(fā)流量。
 
相關(guān)的性能測(cè)試通常是通過(guò)流量生成器（一般是硬件測(cè)試儀表，可以發(fā)出線(xiàn)速的流量）來(lái)生成相應(yīng)的流量讓被測(cè)試設(shè)備承受不同的負(fù)載，檢驗(yàn)其表現(xiàn)。通常會(huì)測(cè)試被測(cè)設(shè)備的容量（比如吞吐量），以及處理業(yè)務(wù)的特征如何（比如時(shí)延）。以交換機(jī)為例，不同的交換機(jī)由于采用了不同的硬件架構(gòu)，性能表現(xiàn)會(huì)有所不同；同一個(gè)交換機(jī)在不同負(fù)載時(shí)會(huì)有不同的表現(xiàn)（例如重載時(shí)延和輕載時(shí)延的差異）；交換機(jī)配置的不同也會(huì)引起不同的表現(xiàn)。 
 
為了盡量獨(dú)立、公正（不受廠(chǎng)家的技術(shù)指標(biāo)影響），IETF測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)化工作組（BMWG）針對(duì)交換機(jī)的測(cè)試公布了下面這些主要的RFC（如RFC1242、RFC2544、RFC2285、RFC2889、RFC2432、RFC3918、RFC5180等）。這些RFC定義了測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語(yǔ)和方法，其中最重要的兩個(gè)測(cè)試規(guī)范是RFC2544和RFC2889。 
我們不去討論RFC2544和RFC2889的內(nèi)容，只是來(lái)探討一下這兩個(gè)規(guī)范中的測(cè)試方法是否足夠，在測(cè)試過(guò)程中是否考慮了如下內(nèi)容：
 （1）包長(zhǎng)的選擇是否過(guò)于簡(jiǎn)單？ 
 （2）可以隨機(jī)變換發(fā)包間隔（發(fā)包速率）嗎？
 （3）發(fā)包序列是否靈活多變？
 （4）數(shù)據(jù)包的地址數(shù)可以增加嗎？
 （5）流量類(lèi)型是否足夠多？流量是否可以混合？
 （6）是否可以詳細(xì)地統(tǒng)計(jì)成千上萬(wàn)條數(shù)據(jù)流，并從中快速找出你所需要的數(shù)據(jù)流？
 （7）是否可以跟蹤數(shù)據(jù)流里的多個(gè)字段？
 （8）除了時(shí)延和抖動(dòng)，是否可以清晰地知道數(shù)據(jù)包的時(shí)延分布？
 下面我們來(lái)逐條探討上述提到的內(nèi)容：
 （1）在流量包長(zhǎng)的選擇上，我們的測(cè)試應(yīng)該支持更加豐富的包長(zhǎng)類(lèi)型。包長(zhǎng)的選擇應(yīng)該支持遞增、遞減、定制、IMIX、高斯分布等，豐富的包長(zhǎng)類(lèi)型更加貼近網(wǎng)絡(luò)上的真實(shí)情況。
 （2）在發(fā)包速率的選擇上，數(shù)據(jù)包與數(shù)據(jù)包間隔（IPG）的變化，Burst與Burst之間間隔（IBG）的變化，Stream和Stream之間間隔（ISG）的變化都應(yīng)該是可以配置的。流量數(shù)據(jù)包間隔的變化導(dǎo)致速率的不均勻性，直接可以考驗(yàn)被測(cè)試設(shè)備的速率計(jì)量以及限速準(zhǔn)確性；而且這種變化的速率能模擬突發(fā)效果，反映真實(shí)數(shù)據(jù)流特性。
 （3）選擇不同的發(fā)包序列。例如構(gòu)造了2條流量，第1條是ICMP流，IP地址變化了100次，第2條是TCP流，端口號(hào)變化了100次，那么我就有了發(fā)包序列的選擇。第一種發(fā)包序列是ICMP流和TCP流按照設(shè)定的速率同時(shí)發(fā)送。第二種發(fā)包序列是順序發(fā)送：先把第一條流里的100個(gè)ICMP包都發(fā)送出去后，再發(fā)送第二條流里的100個(gè)TCP包，周而復(fù)始。通過(guò)調(diào)整發(fā)包順序，使被測(cè)試設(shè)備經(jīng)受更多情況的測(cè)試。
 （4）盡可能多地選擇目的地址（IP、MAC等），在每一個(gè)方向上構(gòu)造大量的DMAC、DIP，考驗(yàn)被測(cè)試設(shè)備在存在大量MAC或者ARP表項(xiàng)時(shí)的轉(zhuǎn)發(fā)性能。
 （5）在測(cè)試過(guò)程中，我們應(yīng)該選擇盡可能多的流量類(lèi)型（MAC、VLAN、IPv4、IPv6、TCP/UDP、MPLS等），甚至一些錯(cuò)誤報(bào)文（如IP/TCP/UDP Checksum錯(cuò)誤、IP TTL為0、FCS錯(cuò)誤）、真實(shí)的應(yīng)用層流量。豐富的流量類(lèi)型可以更全面地檢驗(yàn)被測(cè)試設(shè)備在應(yīng)對(duì)不同業(yè)務(wù)流時(shí)的表現(xiàn)。
 （6）測(cè)試應(yīng)該能夠快速找出所需的測(cè)試數(shù)據(jù)流。目前測(cè)試儀表都可以發(fā)送數(shù)以百萬(wàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)流，并且可以對(duì)這些數(shù)據(jù)流進(jìn)行跟蹤統(tǒng)計(jì)。但是由于測(cè)試流量條目眾多，如何從這百萬(wàn)的測(cè)試流量中找出需要的測(cè)試流量，對(duì)于問(wèn)題定位至關(guān)重要。例如：需要能快速地從這100萬(wàn)條流量中找出哪100條轉(zhuǎn)發(fā)平均時(shí)延最大，或者哪100條流量丟包最嚴(yán)重。只有能夠快速地找到所需要的流量，才能提高測(cè)試效率，減少問(wèn)題定位的時(shí)間。
 （7）測(cè)試方法以及測(cè)試工具應(yīng)該能夠跟蹤數(shù)據(jù)流里的多個(gè)字段。例如我們首先可以根據(jù)數(shù)據(jù)流的源IP地址進(jìn)行跟蹤，然后又想看到這條流的TOS是多少。能夠同時(shí)跟蹤數(shù)據(jù)流里多個(gè)字段的測(cè)試工具可以極大地提高測(cè)試效率。
 （8）不僅僅要測(cè)試時(shí)延和抖動(dòng)，而且要能夠清晰地得到時(shí)延分布。知道精確的時(shí)延分布，可以幫助研發(fā)人員更好地優(yōu)化被測(cè)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)性能。 
 

2 與路由相關(guān)的L2-3層高級(jí)測(cè)試技術(shù)探討

 對(duì)于路由設(shè)備，其最基本最重要的測(cè)試包括：路由容量測(cè)試（路由條目、路由鄰居數(shù)等）、大路由表情況下轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試、路由收斂測(cè)試、路由震蕩測(cè)試。那么，我們?cè)谧鲞@些測(cè)試時(shí)，是否考慮了下面的情況：
 （1）仿真的路由條目掩碼是否過(guò)于單一？ 
 （2）仿真的路由拓?fù)涫欠襁^(guò)于簡(jiǎn)單？
 （3）是否考慮了應(yīng)用層數(shù)據(jù)流在轉(zhuǎn)發(fā)和路由收斂時(shí)的情況？
 （4）是否考慮了多種協(xié)議共同工作時(shí)的情況？
 （5）路由收斂時(shí)間測(cè)試的精度是否可以更高？
 （6）是否考慮了路由震蕩的多種情況？ 
下面我們來(lái)逐條分析上述提到的問(wèn)題：
 （1）仿真的路由條目是否過(guò)于單一？現(xiàn)網(wǎng)上的路由設(shè)備中的路由條目掩碼非常復(fù)雜，因此我們?cè)趯?duì)路由設(shè)備進(jìn)行測(cè)試時(shí)，模擬的路由條目也要盡可能地模擬現(xiàn)網(wǎng)的情況，通告的路由條目的掩碼要具有多樣性，甚至把現(xiàn)網(wǎng)的路由條目灌入路由設(shè)備。
 （2）仿真的路由拓?fù)涫欠襁^(guò)于簡(jiǎn)單？以O(shè)SPF為例：我們是否只仿真了3類(lèi)LSA或5類(lèi)LSA？我們需要仿真出更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，具有更多?lèi)型LSA的拓?fù)洹?br /> （3）是否考慮了應(yīng)用層數(shù)據(jù)流在轉(zhuǎn)發(fā)和路由收斂時(shí)的情況？
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首先來(lái)看看轉(zhuǎn)發(fā)的情況：傳統(tǒng)的路由轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試只是使用測(cè)試儀給被測(cè)試設(shè)備通告了路由后，打入無(wú)狀態(tài)的L2/3流量，來(lái)檢驗(yàn)路由設(shè)備在大路由表下的轉(zhuǎn)發(fā)性能。由于這種測(cè)試方法并不能檢驗(yàn)路由設(shè)備是否能在現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境下高效地運(yùn)行，因此我們不僅僅應(yīng)該完成無(wú)狀態(tài)數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)測(cè)試，更要測(cè)試L4/7應(yīng)用層流量跑在通告的路由拓?fù)渖系那闆r。
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我們?cè)賮?lái)看看應(yīng)用層流量和無(wú)狀態(tài)流量在路由震蕩時(shí)的收斂情況，可以很清楚地看出，無(wú)狀態(tài)流量可以很快地收斂，但是真實(shí)業(yè)務(wù)的流量收斂起來(lái)就慢了許多。
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 （4）是否考慮了多種協(xié)議共同工作時(shí)的情況？在測(cè)試中，路由設(shè)備應(yīng)該同時(shí)啟動(dòng)多種路由協(xié)議，應(yīng)該考慮組播路由協(xié)議和單播路由協(xié)議的協(xié)同工作，BFD和路由協(xié)議的協(xié)同工作，IPv4/v6路由協(xié)議的協(xié)同工作，甚至協(xié)議over協(xié)議的情況。
 （5）路由收斂時(shí)間測(cè)試的精度是否可以更高？傳統(tǒng)的路由收斂測(cè)試方法是：（Frames Delta）/（TX Frame Rate）=Tconvergence，精度不高，并且隨traffic的包長(zhǎng)不同而造成測(cè)試精度不同。更先進(jìn)的測(cè)試方法是：Tport3，first timestamp–Tport2，last timestamp=Tconvergence，精度高（20ns），測(cè)試精度只和測(cè)試儀背板時(shí)鐘晶振有關(guān)，精度穩(wěn)定。
  (6）是否考慮了路由震蕩的多種情況？
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通告/撤銷(xiāo)路由條目造成的震蕩（鄰居關(guān)系仍在，路由條目可能部分震蕩，或者全部震蕩；鄰居關(guān)系震蕩（鄰居關(guān)系建立/斷開(kāi)），路由條目全部震蕩）。
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鄰居關(guān)系震蕩又有很多種情況，例如：有Graceful Restart和沒(méi)有Graceful Restart，相關(guān)路由協(xié)議Start/Stop，主備控制板倒換，相關(guān)鏈路UP/Down，路由設(shè)備出現(xiàn)重啟現(xiàn)象等。
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除了上述情況，我們?cè)谧鯨2-3層測(cè)試時(shí)，還有哪些地方需要注意呢？
（1）QoS（部署QoS時(shí)和沒(méi)有部署QoS時(shí)，流量轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)果的比較）。
（2）訪(fǎng)控列表（部署ACL時(shí)和沒(méi)有部署ACL時(shí)，流量轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)果的比較）。
（3）系統(tǒng)測(cè)試（非單臺(tái)被測(cè)試設(shè)備-DUT、多臺(tái)設(shè)備組成的被測(cè)試系統(tǒng)-SUT、多協(xié)議、多種應(yīng)用）。
（4）穩(wěn)定性測(cè)試（多端口、滿(mǎn)負(fù)載、長(zhǎng)時(shí)間、大流量、正常/異常情況）。
（5）DUT狀態(tài)（測(cè)試過(guò)程中，DUT的CPU利用率，內(nèi)存占用狀態(tài)等重要指標(biāo)）等。
 

3  結(jié)束語(yǔ)

在越來(lái)越復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，測(cè)試內(nèi)容日趨復(fù)雜，高性能、功能強(qiáng)大且穩(wěn)定的測(cè)試工具能夠給測(cè)試工作者的工作帶來(lái)極大的便利。在與流量相關(guān)的L2-3層高級(jí)測(cè)試項(xiàng)目中，測(cè)試儀表可以方便地構(gòu)造出各種增強(qiáng)型測(cè)試方法學(xué)所需的流量模型，可以方便地對(duì)接收流量進(jìn)行各種所需的統(tǒng)計(jì)，極大地提高了測(cè)試效率。對(duì)與路由相關(guān)的L2-3層高級(jí)測(cè)試，測(cè)試儀表支持的路由協(xié)議齊全，在同一測(cè)試端口上能同時(shí)進(jìn)行多個(gè)協(xié)議的仿真，并且協(xié)議仿真、流量生成均有配置向?qū)?，極大地節(jié)約了學(xué)習(xí)成本，提高了測(cè)試效率。