下一代網路架構測試平臺 - IxNetwork 5.40
引言
網路多媒體以及P2P的越來越廣泛的應用推動了網路營運商在IP網路上傳送多重播放服務，用戶要求的更快速、更高品質的服務也增加了現代互聯網路和設備的複雜性。設備製造商和營運商驗證這些高性能設備也就對性能測試工具提出了更高的要求。IxNetwork 5.40 版本集成了ViperCore 和TrueView等技術就是對這些複雜測試要求而推出的。
IxNetwork 5.40 新特性全面介紹
IxNetwork特性介紹
IxNetwork 是Ixia 公司最為重要的測試工具之一，主要測試路由器，交換機，以及其他L2/3轉發設備；可以為用戶提供靈活的定制功能，測試由數千個路由或交換設備組成的複雜網路拓撲結構時，可以其滿足多種多樣的要求。在拓撲結構中，可以類比上百萬的路由和可到達的主機；IxNetwork 還可以按照用戶的需求，產生上百萬條的資料流程量，以測試資料平面在壓力下的性能。使用強大的精靈和圖形用戶介面中的柵格控制可以創建複雜的配置；具有強大的即時分析和統計功能，可以報告全面的協定狀態和每條資料流程的詳細的流量性能；主要特性包括：
- 類比網際網路級路由拓撲結構，以測定網路設備的路由容量；
- 類比不穩定的網路，以測定網路收斂的性能；
- 易於使用的精靈，可以迅速準確地設置複雜的拓撲結構；
- 強大的流量精靈，可以按照類比的網路和主機，生成數百萬的資料流程量；
- 靈活的測試時間表，可以即時類比拓撲結構的動態抖動；
- Application Traffic (HTTP, POP3, SMTP, Voice, Video 等) Over Routing；
- RFC2544 基準測試方法 Over Routing；
- “白盒子”測試方法 （通過SNMP 獲取被測設備資訊）；
- Recall 功能比較多次的測試結果；
支援的協定包括
- IGP
- OSPFv2/v3
- ISISv4/v6
- RIPv1/v2/ng
- EIGRP
- EGP
- Multicast
- IGMPv1/v2/v3
- MLDv1/v2
- PIM-SM/SSMv4/v6
- MPLS
- LDP, RSVP-TE
- L2 VPN (Martini), PWE3
- L3 VPN (RFC 2547), 6VPE, 6PE
- VPLS
- Kompella (BGP) VPLS
- Multicast VPNs with Data MDT
- Traffic Engineering FRR
- P2MP-TE
- Layer 2
- STP, RSTP, MSTP
- PVST+, RPVST+
- BFD
- DHCP
- 802.1x, NAC
- PPPoX, L2TP, ANCP
- TWAMP
- OAM – IEEE 802.3ah, 802.1ag, ITU Y.1731, LACP
- PBB-TE
IxNetwork 5.40 ViperCore技術主要定位
IxNetwork 5.40 版本的新特性在上述全面路由協議支援的基礎上，集成了ViperCore技術，在資料流程量的創建、分析和統計方面主要定位下面四種不同的應用場景：
- 超過網際網路級別的模擬上百萬條流量並可以根據需要設置多種流量模型。
- 可以動態控制每種流量模型以驗證設備和網路的服務等級（Services Level Agreements – SLAs），快速隔離和發現服務降級問題。
- 即時查看每種服務和用戶的轉發、丟包、抖動等多種性能指標資訊。
- 業界第一個、正在申請專利的控制層面和轉發層面結合的TrueView收斂時間測試。
不同服務區分測試
營運商需要驗證網路在多種服務混合並有流量擁塞下的服務區分與服務保障測試，某些高優先服務（比如語音）和普通資料服務相比，需要保證有最少的丟包、時延和抖動等指標。IxNetwork 5.40通過表1所列出的特性可以快速進行配置並能夠滿足相應的測試需要。
| 特性 |
優勢 |
高級流量精靈 |
高級流量精靈可以快速並容易配置複雜的具有不同QoS參數的流量，大量減少配置時間 |
Flow Group 配置 |
智慧Flow Group功能可以根據用戶需要快速創建動態流量模型 |
高可擴展性 |
以產生16K條不同的流量模型；可即時追蹤達四百萬條流的性能指標，包括時延、抖動（基於RFC 3393和MEF10.1）、轉發速率、丟包等 |
表1不同服務區分測試用到的主要特性和優勢
使用IxNetwork所提供的“高級流量精靈”可以快速創建複雜的流量模型，使用高級QoS配置精靈選項可以定義多個級別的服務類型；並且可以同時對多個欄位比如IP TOS、VLAN ID、 VLAN優先順序等進行追蹤；多等級的基於每用戶或者每種服務的統計可以快速測試網路的性能並驗證SLAs。
使用IxNetwork可以快速定義多個可控的不同速率的流量模型，比如定義不同的QoS、VLAN值代表不同的服務，使用“Flow Group”對上百萬個不同用戶編成不同的組，具有相同QoS值的所有用戶可以設置為同一組並動態控制其速率，圖1是IxNetwork多QoS、多流映射的示意。在測試結果上，可以即時顯示在網路擁塞下的每個用戶的服務性能。
快速隔離和發現服務降級問題測試
下一代的網路路由器都會支援多種混合服務和超高埠密度以及吞吐量。網路設備製造商面臨複雜測試場景和高擴展性測試的壓力與挑戰，在這種高密度和複雜測試要求下，快速故障定位和問題查詢是測試過程中面臨的重要問題，IxNetwork 5.40 可以在上百個埠、上百萬條流的複雜測試環境中快速進行故障定位和選擇出所關心的服務流量。
IxNetwork可以對多個資料封包欄位根據用戶需要進行即時追蹤；通過多個等級的統計結果可以快速準確的找到所關心的測試服務流量，幫助快速判斷出問題所在；另外，在IxNetwork結果統計上還可以設置過濾功能和搜索條件，快速找到需要的測試結果，表2是該特性測試所用到的主要IxNetwork結果統計特性。
| 特性 |
優勢 |
流量彙聚和統計 |
提供快速全面概括的統計指標，對整體性能有一直觀把握 |
多欄位追蹤和統計結果展開功能 |
可以追蹤多個自定義欄位，並且即時對彙聚流量統計採用下拉展開方式進行單一服務或者單一用戶的性能查看 |
資料流程過濾功能 |
可以對上百萬條資料流程設置篩檢程式，並且可採用搜索的方法找到自己所需要的資料流程，搜索可以根據QoS 值, VLAN ID, VLAN 優先順序, 接收埠、資料流程組等。 |
資料流程探測功能 |
根據丟包率、時延和收到的資料幀自動選擇出“最好”和“最差”性能的資料流程 |
表2快速隔離和發現服務降級問題測試用到的主要特性和優勢
比如，使用IxNetwork 強大的協議精靈功能實現MPLS L3 VPN的擴展性測試，Ixia埠分別模擬大量的CE和PE路由器，每個VPN都可以包括多條路由，IxNetwork的控制層面模擬與每埠的高性能能力結合可以充分對被測設備PE路由器的控制層面產生壓力，結合ViperCore的流量處理功能，產生GE或者10GE的線速流量運行在每個VPN裏面的每條路由上。Ixia 目前最常用的、也是目前業界埠密度最高的測試模組LSM1000XMV16，經過實驗室裏面的測試，並通過第三方實驗室IsoCore的認證，每兩個埠就可以達到下面的性能：
- 800 eBGP peers with 300K routes
- 68 OSPF adjacencies with 10K routes
- 22 OSPFv3 adjacencies with 1K routes
- 4 PEs with 550K VPN routes
- 50 iBGP+ peers with 10K routes
而市場上的同類型性能測試工具，可能需要超過6個埠才能達到上述性能。
TrueView 的收斂時間測試
網路出現故障並進行快速恢復是當前網路設計必須要考慮的一個原則，當網路出現故障時，網路要求具有自動切換到備用鏈路上並進行正常服務轉發的能力。網路收斂是指當網路出現故障或者異常事件時，需要將正常服務從主鏈路上切換到備份鏈路上，一旦流量都切換到備份鏈路上並且沒有流量資料丟失，表示收斂已經發生。因為IP網路採用動態路由協定學習位址的方式，所以當所有的動態路由和相對應路由表之上的流量都切換到備份鏈路上才表示完成了網路路由的收斂。
交換機和路由器等網路設備一般都必須具有出現故障自動倒換的Failover功能，這些功能一般是通過專用協定或者協定的擴展實現的，承載重要資料和服務的網路必須要具有高可靠性，這就需要網路設備具有上述特性。
當鏈路斷掉時，路由協議，比如RIP, OSPF, ISIS和BGP都具有重路由流量（Re-Route Traffic）的特性。在OSI模型的第二層上，STP/RSTP/MSTP和LDP/RSVP-TE等協議也都提供了上述類似的重定向流量（Re-Direct Traffic）的特性。下一代網路要求具有更快速的故障收斂時間以保證高可靠性服務的不中斷，這些技術包括平滑重啟（Graceful Restart）、無中斷重啟（Hitless Restart）、虛擬路由冗餘協議（VRRP）、MPLS快速重路由、雙向轉發檢測協定（BFD）、乙太網OAM/CFM和協定時間的處理等。
引起網路收斂的因素很多，根據OSI模型，這裏將引起收斂的失敗因素也按照“層數”進行分類。物理層：典型的故障類型包括：某系統斷電，鏈路被切斷、設備不能啟動（電源失敗、記憶體損壞、CPU 模組不工作、介面模組不工作等。）
資料連結層：典型的故障類型主要和協定有關，包括：ARP解析失敗，STP/RSTP/MSTP誤配置、系統問題（系統軟體工作異常等），認證失敗（802.1x）等。
網路層：典型的故障類型包括：系統故障（軟體故障等），錯誤的配置，路由相關的問題，包括但不限於鄰居關係失敗、路由震盪，路由過濾和路由重分佈等。
收斂有流量收斂和協議收斂兩種類型。傳統的流量收斂有兩種計算方法：
第一種是收斂時間=(發送資料包數量–接收資料包數量)/發送資料包的速率，測試示意圖見圖2。包括兩種情況。資料平面的切換和恢復。
圖2 資料流程量的收斂測試與時間計算
第二種為時間戳計算方法：測試儀錶會對網路收斂前主鏈路收到的最後一個資料包進行計時，稱為Last Timestamp，並且也會對收斂成功後從相應的備份鏈路上收到的第一個資料包進行計時，稱為First Timestamp，First Timestamp減去Last Timestamp就是精確的網路收斂時間。
另外還有協定收斂時間的測試，同樣需要測試儀錶能夠記錄協定從”Down”狀態到”Up”狀態的時間差 ，這種協定收斂通常和相應協定本身的計時設計有關。測試示意見圖3。
圖3 協定狀態的重收斂測試（以OSPF為例）
上述計算方法比較簡單直觀，也很容量理解，但是不適合用於大量位址表存在下的收斂測試，因為在這種情況下，更新所有位址資訊到備份鏈路上需要較長時間，這也就需要較長的時間恢復相應的服務流量到故障之前的數值。
另外還有一種常見的收斂時間測試方法，就是在接收側採用高速採樣和捕獲緩存的方法。這種方法非常有效並且可以分析抖動等指標，但受限於高速採樣的頻率和捕獲緩存的大小，並且不能即時分析。目前該計算方法被廣泛接受，可以比較準確地計算出檢測到故障到故障恢復的時間，但有一定的局限性，就是只能在接收側進行分析，並且和引起故障的事件沒有關係。
Ixia IxNetwork 5.40 引入了業界當前最為完整、也是當前惟一的控制層面和轉發平面結合的稱為TrueView的收斂時間測試方法，這一測試方法目前正在申請專利。圖4是Ixia TrueView 收斂時間測試的各個參數定義示意。
圖4 TrueView各個參數定義
為了得到真實的收斂時間，IxNetwork能夠對下面所列出的相關參數指標進行統計：
- 每一個資料包的時間戳
- 埠每條資料流程第一個和最後一個資料包的時間戳
- 能夠捕獲協議報文事件的能力
- 能夠捕獲鏈路事件的能力
- 能夠監測接收速率低於所設定門檻值和統計時間戳的能力
- 能夠監測接收速率高於所設定門檻值和統計時間戳的能力
- 能夠對鏈路事件增加時間戳的能力
利用上述關鍵參數指標，IxNetwork得到下面表3關鍵指標
| Control-Plane / Data-Plane 收斂時間 = min (secondary port ATT) – start event timestamp |
DP-DP 收斂時間 = min (secondary port ATT) – min (primary port BTT) |
主鏈路流量下降收斂時間 = max (primary port last timestamp) – min (primary port BTT) |
備份鏈路上升收斂時間 = max (secondary port ATT) – min (secondary port first timestamp) |
表3 IxNetwork TrueView 收斂時間測試得到的統計結果
表4是進行TrueView收斂時間測試時用到的主要特性和優勢列表。
| 特性 |
優勢 |
控制層面（CP）事件監測 |
監測可觸發的控制層面時間，比如OSPFv2/v3, BGP/BGP+, L3 ISISv4/v6? 路由震盪和對路由撤銷和路由廣播等事件進行計時 |
資料平面 (DP) 事件監測 |
當資料流程量超過或者低於可自定義的資料平面吞吐量門限值時，監測資料流程量並記錄每條資料流程的時間。這一獨特功能允許用戶根據吞吐量變化計算收斂時間而不是根據丟包率進行計算 |
鏈路通/斷事件監測 |
當Ixia埠類比鏈路通/斷狀態變化時，監測埠狀態並記錄相應時間，用於計算相應的收斂時間 |
預定義的 CP/DP 和 DP/DP 收斂時間計算 |
準確測量完整的從控制層面到轉發平面的收斂時間，為業界惟一的真實收斂時間測試方案 |
表4 TrueView收斂時間測試用到的主要特性和優勢
IxNetwork具有針對每條路由或者每個子網進行收斂時間測試的能力，並且和IETF 草案推薦的網路收斂時間測試方法保持一致。最新的相關IETF草案見下面的鏈結。http://www.ietf.org/internet-drafts/draft-ietf-bmwg-igp-dataplane-conv-meth-18.txt。
集成了ViperCore的IxNetwork 5.40除了上述重要特性實現最為複雜的測試外，還有其他很多特性幫助用戶實現快速測試。表5列出了IxNetwork的重要特性。
| 特性 |
IxNetwork 5.40支援情況 |
埠可擴展性 |
一個測試支撐400個埠，每個埠都可以運行不同的協定 |
可追蹤的流數量 |
四百萬條 |
流追蹤能力 |
多欄位追蹤和出口流量追蹤能力 |
一個測試中支援的可配置速率的流量模型數量 |
16,000 |
統計報告功能 |
即時的基於硬體的發送/接收統計能力並且可以即時統計丟包率 |
即時調試和診斷能力 |
即時統計彙聚功能，並且採用分級模式準確快速找出大規模拓撲中服務降級的流量；
即時流量過濾功能，可自定義的搜索方法快速找到感興趣的流量
單一彙聚的入口/出口統計介面並且具備即時展開統計顯示功能 |
收斂時間測試 |
基於硬體的收斂時間測試統計，統計指標包括：控制層面到資料層面的倒換時間計算；資料平面到資料平面的倒換時間計算
接收側速率可配置門限值 |
自動化 |
一鍵生成TCL/PERL腳本或者HLTAPI腳本的能力 |
表5 IxNetwork 5.40 其他重要特性列表結束語
在2009年9月份北京中國國際資訊
通信展覽會上，Ixia會在現場展示上述特性，IxNetwork 5.40的發佈，必將重新定義交換路由設備複雜測試的格局，為設備製造商、營運商所進行的相關測試帶來方便。
