思博伦通信40G/100G测试解决方案

1  引言

下一代网络以IP为中心，同时支持包括数据、语音和视频的融合网络。随着IPTV等视频业务和P2P业务的快速发展，带宽要求越来越高。根据中国电信估计，未来5年我国干线流量年增长率依然高达56%~80%。随着40G和100G系统的部署， 如何进行40G/100G测试成为业界关注的焦点。本文介绍了业界领先的Spirent TestCenter 40G/100G测试解决方案。

2  40G/100G 概述

IEEE标准定义了一系列40G和100G物理接口，表1是各种接口的介质和距离极限。

表1  各种接口的介质和距离极限

一条40G/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40G/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40G/100G 流。 与传统的以太网物理接口一样，40G/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子层则为10个；在PMD子层为4个通道。

图1  100G BASE-R实现

3  40G/100G测试

虽然40G/100G以太网仍然是更"快"的以太网，但是在很多方面改变了传统以太网特性，对测试提出了挑战。

（1）L2~L7层     

对于高层应用来说，40G/100G接口要求设备中的组件要在更短的时间内完成工作。比如，一台路由器需要对进来的数据包剥离低层协议头，排队，进行路由表查询，然后转发到相应的出口队列。在这个过程中，还要完成分类、监管、优先级调度、整形等工作。另外，路由器还要完成路由信息更新，组播路由树的创建，MPLS 标签信息交换，统计，告警，日志，防火墙和安全功能等。一台具有100G接口的路由器，需要以10倍于当前速度的能力完成上述功能。而且在上述功能中，理想情况下不能出现丢包、过大的抖动、乱序等性能问题。

测试40G/100G系统，首先要验证线速情况下的的转发性能， 其次需要验证负载下的功能、性能、扩展性、进行数据和协议平面的集成测试。 另外，需要从用户体验角度对系统承载的真实业务的质量进行评估。

（2）物理层

物理层的测试最关键的问题是消除误码。在不同的子层，有不同的测试重点。

●Physical Medium Dependent (PMD)

PMD层的测试需要一些硬件测试工具，如示波器。

●Physical Medium Attachment (PMA)

PMA层的测试，需要测试仪表发送各种bit Pattern，如伪随机码序列(PRBS)， 经过系统后检测错误，如误码率，Pattern 同步问题等。Loopback测试也是PMA层测试的重要内容。

●Physical Coding Sublayer (PCS)

PCS层的测试主要集中在通道交换(Lane Swapping)和通道偏差(Lane Skew)测试。测试系统通过交换通道，来验证被测设备能否检测到通道交换并补偿。在偏差测试中，测试系统在发送端口产生一定的偏差，在接收端口，统计经过被测系统补偿以后的偏差值。IEEE对能补偿的偏差范围做了定义。偏差测试就是验证系统能否支持这个范围内的补偿，或者测试系统和标准多大程度上的匹配。

（3）测试系统本身的挑战

40G/100G系统性能测试，除了比特速率的变化以外，性能的衡量指标并没有太大的变化，如丢包率、时延、抖动、顺序/乱序等指标。现有的测试系统能否在40G/100G性能下继续提供准确的统计值。在这里测试仪表的时钟测量精度起了关键的作用。

为了测试时延、抖动、帧的顺序性等信息，测试仪表会在发送的每个数据帧中插入一个签名字段(Signature)，包含发送时间戳、序号等信息。当测试仪表的接收端口收到数据帧时，提取出签名字段中的发送时间戳，然后和接收时间进行比较，就可以计算出时延、抖动等指标。在40G/100G测试中，能够准确提供时延、抖动等指标，测量精度至关重要。

作者：赵隽琪 思博伦通信   来源：电信网技术