1、引言
隨著運(yùn)營商IP化網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模建設(shè),越來越多的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和測(cè)試任務(wù)也在同步進(jìn)行中。美國IXIA公司近幾年一直主動(dòng)參與和配合了多個(gè)運(yùn)營商所組織的相關(guān)測(cè)試,為測(cè)試方案設(shè)計(jì)、計(jì)劃制訂提供了建議和保障,本文主要根據(jù)近段時(shí)間來IXIA參與的一些項(xiàng)目,從實(shí)際經(jīng)驗(yàn)出發(fā),總結(jié)出一些運(yùn)營商測(cè)試的典型要求。
需要說明的是,運(yùn)營商所關(guān)心的IP相關(guān)測(cè)試主要包括設(shè)備測(cè)試和網(wǎng)絡(luò)測(cè)試兩個(gè)方面,設(shè)備測(cè)試主要在實(shí)驗(yàn)室里面進(jìn)行,并且以性能測(cè)試、互通測(cè)試為重點(diǎn);網(wǎng)絡(luò)測(cè)試主要在運(yùn)行業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行,評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)承載能力、安全性和可靠性等指標(biāo)。本文主要介紹運(yùn)營商運(yùn)維部門重點(diǎn)關(guān)心的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)測(cè)試。
2、網(wǎng)絡(luò)端到端性能測(cè)試與質(zhì)量評(píng)估
目前,許多網(wǎng)絡(luò)用戶面臨的一個(gè)重要問題是如何評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的帶寬,網(wǎng)絡(luò)速度慢是他們經(jīng)常向運(yùn)營商抱怨和投訴的問題。運(yùn)營商一直為沒有合適的工具而無法向客戶提供有力的數(shù)據(jù)說明。
2.1判斷出現(xiàn)問題的途徑
當(dāng)用戶感覺到網(wǎng)絡(luò)訪問速度慢或者運(yùn)營商接到用戶投訴時(shí),不管是網(wǎng)絡(luò)用戶還是運(yùn)營商,通常都會(huì)使用下面這些途徑來判斷出現(xiàn)的問題:
●使用一些常見的網(wǎng)絡(luò)命令,比如Ping或者TraceRoute等。
●從某個(gè)上下載文件來驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)的帶寬。
●從網(wǎng)絡(luò)上找一些免費(fèi)的測(cè)試工具。
●使用某些提供的速度測(cè)試工具。
這些方法和途徑對(duì)分析網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中存在的問題可以有一個(gè)zui基本的判斷和了解,但是并不能提供一個(gè)非常準(zhǔn)確而詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)狀況分析。這是因?yàn)椋?br />
●如果使用Ping或者TraceRoute,只能告訴你A點(diǎn)到B點(diǎn)的二層時(shí)延情況。
●從某個(gè)上下載文件,瓶頸有可能出在服務(wù)器上,并不能評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的zui大帶寬。
●一些免費(fèi)的測(cè)試工具只做簡(jiǎn)單的測(cè)試,沒有一個(gè)詳細(xì)的、大家都認(rèn)可的結(jié)果。
●使用某些上提供的速度測(cè)試工具,該工具僅僅是做一個(gè)簡(jiǎn)單的HTTP頁面請(qǐng)求,可以簡(jiǎn)單地測(cè)試出你訪問某點(diǎn)網(wǎng)頁的速度,根本不能評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的帶寬。
2.2IxChariot測(cè)試軟件介紹
從運(yùn)營商的角度來看,如果經(jīng)常收到用戶的投訴,客戶資源就會(huì)慢慢地流失到競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手那里。即使不是自己提供的網(wǎng)絡(luò)問題,但常常缺乏有效的工具和有力的數(shù)據(jù)去說服用戶,給運(yùn)營支撐、客戶服務(wù)帶來極大困難。所以,使用的性能測(cè)試工具來量化網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)是解決上述問題、*的辦法。采用美國IXIA公司的測(cè)試工具IxChariot配合IXIA性能測(cè)試儀可以十分方便地解決上述問題。
IxChariot測(cè)試軟件是目前惟一成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的IP網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)用層測(cè)試系統(tǒng)。IxChariot用來評(píng)估網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的性能和容量,對(duì)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備進(jìn)行壓力測(cè)試,以得到設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)在不同應(yīng)用時(shí),不同參數(shù)下的吞吐量、時(shí)延、丟包、反應(yīng)時(shí)間等性能參數(shù)。IxChariot基本測(cè)試原理與測(cè)試流程參見圖1,具體說明如下:
圖1IxChariot測(cè)試原理和流程
(1)IxChariot是控制平臺(tái),可以在網(wǎng)絡(luò)中的任何地方,只要IP可達(dá),與PerformanceEndpoint之間能夠上即可。所要的測(cè)試評(píng)估就是PerformanceEndpoint1和2之間的端到端的性能。
(2)PerformanceEnpoint可以運(yùn)行在電腦終端上。IXIA公司建議它運(yùn)行在IXIA的板塊上以提高性能。
(3)測(cè)試過程中,測(cè)試結(jié)果以圖表的形式實(shí)時(shí)顯示,測(cè)試結(jié)束后,測(cè)試結(jié)果可以以html,文本,圖表等形式保存起來。
2.3運(yùn)營商和大用戶所能達(dá)到的目的
(1)對(duì)于運(yùn)營商
●可以知道提供給用戶的網(wǎng)絡(luò)帶寬,有效吞吐量等關(guān)鍵指標(biāo)。
●在接到用戶投訴時(shí),可以隨時(shí)評(píng)估網(wǎng)絡(luò)的狀況,給用戶一個(gè)量化的指標(biāo)。
●可以和用戶簽訂SLA協(xié)議,定期評(píng)估測(cè)試網(wǎng)絡(luò),給用戶提供可靠的量化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。為決策部門提供參考。
(2)對(duì)于大用戶
●簽訂SLA協(xié)議后,可以知道自己所購買的網(wǎng)絡(luò)帶寬是否能達(dá)到提供商所聲稱的指標(biāo)。
●可以知道自己所購買的網(wǎng)絡(luò)實(shí)際帶寬,有效吞吐量等指標(biāo)。
●可以為網(wǎng)絡(luò)是否需要升級(jí)和擴(kuò)容提供量化的數(shù)據(jù)。為決策部門提供參考。
3、網(wǎng)絡(luò)安全性評(píng)估
設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的安全性一直是運(yùn)營商關(guān)注的重點(diǎn),網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備所存在的安全漏洞對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)存在著嚴(yán)重的威脅。目前,主要采用防火墻等設(shè)備進(jìn)行信息安全的防范,比如防范DDoS攻擊、蠕蟲病毒等。但是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本身所運(yùn)行協(xié)議,比如路由協(xié)議等的漏洞同樣會(huì)是網(wǎng)絡(luò)安全的隱患。
IxDefend是業(yè)界的協(xié)議健壯性(Robustness)和安全性(Security)測(cè)試工具,具有zui為全面的協(xié)議覆蓋面和協(xié)議測(cè)試深度,采用智能協(xié)議模糊(FUZZING)測(cè)試方法,對(duì)協(xié)議的健壯性和安全性進(jìn)行全面評(píng)估。目前支持的協(xié)議分為5大類別,包括網(wǎng)絡(luò)管理、核心IP協(xié)議、路由協(xié)議、VPN相關(guān)的協(xié)議和VoIP協(xié)議等(見表1)。
表1IxDefend支持的5類協(xié)議
IxDefend有兩種版本,一種是純軟件的方式,也就是在客戶端電腦上安裝相應(yīng)的IxDefend軟件就可以方便地執(zhí)行測(cè)試。這種方式的特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)單快捷,成本較低。另外一種方式是采用IXIA業(yè)界的2~7層IP測(cè)試平臺(tái),通過高性能測(cè)試端口執(zhí)行協(xié)議健壯性測(cè)試。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是支持多用戶操作,并且可以和IXIA現(xiàn)有的性能測(cè)試、一致性測(cè)試方案有效結(jié)合。通過現(xiàn)有的硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)真正的、目前業(yè)界惟一的“多重威脅”測(cè)試(Triple-ThreatTesting),代表了目前zui為的測(cè)試方法,是下一代測(cè)試技術(shù)的發(fā)展方向。IxDefend的兩種測(cè)試實(shí)現(xiàn)參見圖2。
圖2IxDefend測(cè)試實(shí)現(xiàn)示意圖
經(jīng)過IXIA公司IxDefend的測(cè)試,對(duì)于運(yùn)營商達(dá)到如下目的:
(1)可以知道網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行設(shè)備是否存在嚴(yán)重安全隱患,對(duì)設(shè)備協(xié)議安全漏洞及時(shí)修復(fù)。
(2)可以使用IxDefend產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)備選型,在IXIA產(chǎn)品所能提供的功能、性能和一致性測(cè)試的基礎(chǔ)上,進(jìn)行協(xié)議健壯性測(cè)試,通過各個(gè)廠家的產(chǎn)品健壯性測(cè)試,以了解其安全漏洞的多少和嚴(yán)重程度;考驗(yàn)廠家在處理漏洞時(shí)的響應(yīng)速度等情況,以便綜合判斷設(shè)備的可用性,為產(chǎn)品的技術(shù)選型提供充分的依據(jù)。
在大型網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中,往往需要多個(gè)設(shè)備廠家的產(chǎn)品來配合,部分廠家產(chǎn)品存在的安全隱患可能影響其他廠家方案的整體安全性。因此,有必要對(duì)運(yùn)行在現(xiàn)網(wǎng)的多個(gè)廠家產(chǎn)品進(jìn)行安全性評(píng)估。
4、IP網(wǎng)絡(luò)2~3層基準(zhǔn)性能測(cè)試和收斂時(shí)間測(cè)試
測(cè)試IP網(wǎng)絡(luò)2~3層端到端性能,主要測(cè)試包括網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)與路由器設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)性能和多廠家設(shè)備之間相互配合下的性能表現(xiàn)。考慮到實(shí)際測(cè)試網(wǎng)絡(luò)分布于距離很遠(yuǎn)的不同位置,設(shè)備之間經(jīng)過大量的傳輸設(shè)備,因此應(yīng)該在不同的節(jié)點(diǎn)放置測(cè)試儀器來進(jìn)行端到端的性能測(cè)試。網(wǎng)絡(luò)異地測(cè)試如圖3所示。
圖3網(wǎng)絡(luò)異地測(cè)試示意圖
首先要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)性能測(cè)試。基準(zhǔn)性能測(cè)試可以根據(jù)RFC2544(標(biāo)準(zhǔn)在2007年6月進(jìn)行了更新)以及相關(guān)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行,驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)能力是否能夠達(dá)到預(yù)期、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、丟包率和抖動(dòng)等指標(biāo)。
(1)網(wǎng)絡(luò)吞吐量測(cè)試:正常情況下,該項(xiàng)測(cè)試很少進(jìn)行,因?yàn)镮P網(wǎng)絡(luò)在設(shè)計(jì)時(shí),都會(huì)留有一定的帶寬盈余,不會(huì)讓網(wǎng)絡(luò)帶寬處于*占用狀態(tài)。所以測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的吞吐量就顯得意義不太大。這是和單機(jī)設(shè)備測(cè)試的一個(gè)非常重要的不同點(diǎn)。
(2)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延測(cè)試:轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延的大小是評(píng)定網(wǎng)絡(luò)基本性能的重要指標(biāo),在通常的單機(jī)設(shè)備測(cè)試中,進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延測(cè)試所產(chǎn)生的流量速率是在設(shè)備zui大吞吐量下進(jìn)行的。但是在網(wǎng)絡(luò)測(cè)試中,采用網(wǎng)絡(luò)帶寬40%~70%的流量速率。如果網(wǎng)絡(luò)帶寬70%都已經(jīng)占用,就要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造。這是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的一個(gè)原則,也是網(wǎng)絡(luò)測(cè)試和單機(jī)測(cè)試在流量設(shè)置方面的不同。
其次是異地實(shí)驗(yàn)測(cè)試。異地時(shí)延測(cè)試的一個(gè)重要問題是如何進(jìn)行時(shí)鐘同步,由時(shí)鐘帶來的誤差是異地網(wǎng)絡(luò)測(cè)試中單向時(shí)延測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確的主要來源,參與測(cè)量的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)時(shí)鐘同步程度的好壞直接影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和正確性。IXIA測(cè)試儀支持NTP(NetworkTimeProtocol,網(wǎng)絡(luò)時(shí)間協(xié)議)時(shí)鐘同步,GPS時(shí)鐘同步等方法,可以根據(jù)測(cè)試要求和測(cè)試條件選擇合適的同步機(jī)制。需要說明的是,單向時(shí)延對(duì)時(shí)鐘同步有很高的要求,而雙向時(shí)延測(cè)試對(duì)時(shí)鐘同步問題并不敏感。
(1)丟包測(cè)試:丟包是影響各種業(yè)務(wù)質(zhì)量的殺手,所以網(wǎng)絡(luò)測(cè)試要在預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)發(fā)速率下,保證系統(tǒng)不能有丟包。否則需要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)絡(luò)、路由走向進(jìn)行檢查,以確保整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)性能。網(wǎng)絡(luò)的丟包測(cè)試從測(cè)試方法上和單機(jī)設(shè)備測(cè)試是不同的。
(2)混合幀長(zhǎng)度測(cè)試:網(wǎng)絡(luò)中存在多種業(yè)務(wù),在2層數(shù)據(jù)幀(Frame)的概念上,表現(xiàn)出有各種不同長(zhǎng)度數(shù)據(jù)幀同時(shí)在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),所以測(cè)試混合幀長(zhǎng)度對(duì)網(wǎng)絡(luò)基準(zhǔn)性能測(cè)試顯得尤為重要。
(3)轉(zhuǎn)發(fā)抖動(dòng)測(cè)試:在IP的概念中,抖動(dòng)是理想的數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間與實(shí)際到達(dá)時(shí)間的時(shí)間差,度量單位用時(shí)間(s)來表示。抖動(dòng)有多種業(yè)務(wù),特別是語音和視頻業(yè)務(wù)影響很大,所以網(wǎng)絡(luò)的抖動(dòng)性能指標(biāo)是一個(gè)非常重要的測(cè)試項(xiàng)。
(4)長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試:運(yùn)營商IP承載網(wǎng)要達(dá)到99.999%的可靠性,長(zhǎng)期穩(wěn)定性測(cè)試是*的測(cè)試項(xiàng)目,從測(cè)試角度看,測(cè)試儀表必須能夠?qū)﹂L(zhǎng)期(1天,1周或者一個(gè)月)測(cè)試運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄,并且有圖形實(shí)時(shí)顯示,這樣可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期測(cè)試情況一目了然,也便于后期結(jié)果分析。
(5)特定時(shí)間性能測(cè)試:網(wǎng)絡(luò)中的流量在不同時(shí)間差別很大,通常早上9~10點(diǎn),下午2~3點(diǎn),晚上8~9點(diǎn)流量對(duì)網(wǎng)絡(luò)的壓力zui大,可以根據(jù)不同的測(cè)試目的和需要選擇忙時(shí)或者閑時(shí)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)測(cè)試,以取得*手資料。
第三是網(wǎng)絡(luò)收斂時(shí)間。網(wǎng)絡(luò)收斂時(shí)間(ConvergenceTime)是網(wǎng)絡(luò)2~3層性能測(cè)試zui為重要的指標(biāo)之一,因?yàn)樵撝笜?biāo)可以反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障后恢復(fù)的時(shí)間。引起網(wǎng)絡(luò)收斂的原因有很多,包括但不限于協(xié)議收斂、硬件故障、主備控制板異常切換、插拔業(yè)務(wù)板卡、光纖等。
根據(jù)測(cè)試的需要,有時(shí)還需要測(cè)試儀表產(chǎn)生2~3層數(shù)據(jù)流量的同時(shí),仿真接入端的路由設(shè)備(比如接入路由器AR)與相連接的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備建立鄰居關(guān)系,并將產(chǎn)生的路由發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)中,實(shí)現(xiàn)控制層面和轉(zhuǎn)發(fā)平面結(jié)合的測(cè)試。
有些運(yùn)營商,為了更好地對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行測(cè)量,還會(huì)支持IEEERFC5357雙向主動(dòng)測(cè)量協(xié)議(TWAMP,Two-WayActiveMeasurementProtocol),該協(xié)議定義了一種測(cè)量網(wǎng)絡(luò)中任意兩臺(tái)支持這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備之間往返IP性能的靈活方法。利用TWAMP可以通過已經(jīng)部署的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的合作,有效地測(cè)試傳輸?shù)耐暾鸌P性能。IXIATWAMP協(xié)議仿真如圖4所示。
圖4IXIATWAMP協(xié)議仿真示意圖
TWAMP定義了兩組協(xié)議:一組用于建立性能測(cè)試會(huì)話,叫做TWAMP控制協(xié)議,用于協(xié)商和啟動(dòng)性能測(cè)量會(huì)話;另一組為測(cè)試協(xié)議,用于性能測(cè)試UDP流量的傳送和接收。
TWAMP架構(gòu)由4個(gè)邏輯實(shí)體組成,包括控制客戶端,服務(wù)器、UDP會(huì)話發(fā)起端和會(huì)話回應(yīng)端,這些實(shí)體負(fù)責(zé)啟動(dòng)監(jiān)測(cè)會(huì)話和交換數(shù)據(jù)包。
IXIA工具可以以TWAMP協(xié)議的全面仿真與設(shè)備測(cè)試,測(cè)試仿真與實(shí)際設(shè)備的對(duì)應(yīng)關(guān)系參見圖4。通過TWAMP的使用和部署,運(yùn)營商可以在避免花巨資部署采用專有協(xié)議性能管理系統(tǒng)的同時(shí),有效地測(cè)量網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)位置上的IP性能。
經(jīng)過IXIA公司專業(yè)工具的測(cè)試評(píng)估了QoS等重要的服務(wù)質(zhì)量等指標(biāo),了解網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)2~3層性能,包括時(shí)延、丟包、網(wǎng)絡(luò)收斂時(shí)間等指標(biāo)。
5、3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)測(cè)試
目前,各個(gè)運(yùn)營商都在準(zhǔn)備推出或者已經(jīng)推出和3G相關(guān)的高速上網(wǎng)、移動(dòng)視頻等相關(guān)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。以中國電信的EV-DO3G業(yè)務(wù)為例,采用美國IXIA公司IxChariot,可以方便快速地進(jìn)行EV-DO3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的測(cè)試驗(yàn)證(見圖5)。
圖5 3G數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)測(cè)試示意圖
(1)IxChariotConsole是控制平臺(tái),可以在網(wǎng)絡(luò)中的任何地方,只要IP可以達(dá)到,并與PerformanceEndpoint之間能夠上即可。所要測(cè)試評(píng)估的就是PerformanceEndpoint之間端到端的性能。
(2)PerformanceEnpoint可以運(yùn)行在電腦終端上,該電腦終端安裝有EV-DO數(shù)據(jù)卡。PerformanceEndpoint也可以安裝在EV-DO3G手機(jī)上。
(3)測(cè)試可以在EV-DO手機(jī)、裝配有EV-DO數(shù)據(jù)卡的電腦或者網(wǎng)絡(luò)中安裝有IxChariotPerformanceEndpoint服務(wù)器任意兩點(diǎn)之間進(jìn)行性能測(cè)試。
(4)測(cè)試業(yè)務(wù)覆蓋數(shù)據(jù)上網(wǎng)業(yè)務(wù)、語音、視頻、數(shù)據(jù)上傳與下載、網(wǎng)絡(luò)游戲和即時(shí)聊天通信等以及這些業(yè)務(wù)類型的并發(fā)混合等。
(5)可以測(cè)試上述業(yè)務(wù)的多種用戶體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)指標(biāo),包括但不限于速率、時(shí)延、抖動(dòng)、語音質(zhì)量(MOS)、視頻質(zhì)量(MDI)等。
(6)可以測(cè)試移動(dòng)終端在移動(dòng)、漫游過程中的網(wǎng)絡(luò)訪問速率以及VoIP語音通話質(zhì)量。
(7)測(cè)試過程中,測(cè)試結(jié)果以圖表的形式實(shí)時(shí)顯示,測(cè)試結(jié)束后,測(cè)試結(jié)果可以以html,文本格式,圖表格式等形式保存起來。
IXIA公司IxChariot工具已經(jīng)在運(yùn)營商的多個(gè)省級(jí)公司進(jìn)行測(cè)試試用,反饋良好。
6、結(jié)束語
美國IXIA公司2~7層IP測(cè)試方案不僅為運(yùn)營商在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行設(shè)備測(cè)試提供了解決方案,更為運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)質(zhì)量(QoS)測(cè)試和用戶體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)提供了可靠保障。目前,IXIA也已經(jīng)推出了針對(duì)運(yùn)營商關(guān)心的IPTV,語音等業(yè)務(wù)與OSS集成的全網(wǎng)實(shí)時(shí)主動(dòng)監(jiān)測(cè)和測(cè)試方案,該方案與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)監(jiān)控方案的zui根本不同點(diǎn)是不需要探針可以有效降低部署硬件或者軟件探針的成本和便利性。