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。
传统的测试仪表，以测试10G及以下的系统为主，典型的测量精度为20ns。但是20ns的测量精度对于40G/100G系统来说是不够的。传输一个64字节的以太网帧，线路上需要传送672bits，计算公式：(64字节+8字节前导码+12字节帧间隔)×8=672bits。在10G线路上传输一个64字节的数据帧，需要67.2ns，20ns的测量精度足够了，可以为发送的每一个帧标识出惟一的发送时间戳。
对于40G线路来说，传送一个64字节的以太网帧，需要16.8ns，有可能在一个Clock Tick中间出现两个帧，在这种场景下，时延和抖动测量就出现不准确。
而在100G线路上，这个问题就更加突出。在100G线路上，传送一个64字节的以太网帧，只需要6.72ns，每个时间戳Clock Tick包含3个帧，在这种情况下，测试仪表完全不能准确的标识出每个帧的发送时间。提供这些关键的统计量，要求测试仪表的测量精度要小于在线路上传送一个64字节帧的时间。
在多机框测试，或者异地测试中，要求机框之间的时钟必须准确同步。
4、 Sprient Testcenter 40G/100G测试系统
Spirent TestCenterHyperMetrics 40/100G以太网模块为网络设备制造商和服务商提供了集成OSI L1-L7 的测试解决方案。HyperMetrics 40/100G以太网模块可应用于以下目的：
(1)服务商和IP系统厂商可利用线速率转发性能分析，验证路由和MPLS服务是否能够扩展到100G以太网核心和边缘接口上。
(2)数据中心交换机厂商可利用纳秒级精度的时延测量能力，对用于互连服务器和存储系统的新型40G以太网交换结构进行基准测试。
(3)光传输厂商可以生成并分析OTN、OTU-3 40G和OTU-4 100G传输网络中客户端接口上的线速率流量，测量第2至3层性能和第1层PRBS和通道偏差。
(4)服务商可以测试所有上述对象并测量有状态HTTP/FTP应用、VoIP和具备Video MOS等质量统计数据的视频的用户体验质量(QoE)。
Spirent Testcenter 40G/100G测试模块提供以下测试能力：
(1)第1层通道偏差(Layer 1 Lane Skew)和PRBS测试。
(2)线速率第2层、以太网和MPLS转发性能基准测试。
(3)最大规模路由和MPLS VPN网络仿真。
(4)线速率第3层IP流量生成和分析。
(5)高性能有状态HTTP、FTP及VoIP流量生成和分析。
(6)利用思博伦拓扑结构仿真(Spirent Topology
Emulation)在MPLS和IP路由上测量MPEG-2和H.264等实时视频流的视频体验质量。
Spirent Testcenter 40G/100G测试模块集成了Spirent Testcenter
优秀的架构，包括HyperMetrics多核处理、NoCodeTM Automation、Intelligent
ResultsTM和基于专利技术的Spirent Topology Emulation等。在次基础上，提供了业界领先的40G/100G测试功能，包括：
●单端口40/100G以太网模块(每个机箱最多支持6个端口，每个机架最多支持30个端口)，支持现有的9U机架式机框和2U 便携式HS机框。
●CFP MSA光接口，支持可访问CFP光口的MDIO寄存器。
●高性能HyperMetrics多核处理，保证高性能的L2-L7测试。
●支持内部或外部时钟，可调节PPM 。
●PMA PRBS 测试模式生成和探测。
●每个通道的PCVS Skew注入和测量。
●PCS lane swapping和交换探测。
●PCS通道校准验证。
●每端口多stream线速流量生成和分析，集成了Spirent Testcenter 所有的统计量。
●5ns测量时戳精度，保证40G和100G线速下的准确测量。并通过特有的专利技术，保证不同Spirent Testcenter 机箱之间的精确同步，确保多机框级联测试的稳定性。
●支持的第2层协议包括802.3，Ethernet II，802.1Q，802.1ad，802.1ah，802.1Qay，FCoE，PPP。
●支持的交换，路由，MPLS和城域以太网协议包括所有主要的IPv4和IPv6单播和组播路由协议，RSVP-TE，LDP，VPLS-LDP，VPLS-BGP，BGP/MPLS-VPN，Fast Re-route，Mvpn，P2MP-TE，BFD，LACP，STP，RSTP和MSTP，802.1ag CFM，Y.1731，PBB，PBB-TE，Link OAM等。
●支持的接入协议包括AN CP，PPPoE，DH CP，L2TP，IGMPv1/v2/v3，MLDv1/v2等。
●支持的数据中心测试方案中包括DCE/CEE测试，FCoE，FIP。
●L4-L7真实应用层协议包括 HTTP，SIP，FTP和视频协议。
5 结束语
Spirent Testcenter
40G/100G测试解决方案，提供全面的测试功能和精确的测试结果，能够帮助客户缩短40G/100G系统的研发周期，降低成本，把产品快速推入市场。