核心网网络测试技术比较及案例说明

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    建设一张电信级的IP网络，在此网络上承载多种业务，已经成为业界绝大多数人的共识。在此背景下，过去几年中，中国的电信运营商相继开始建设电信级IP承载网，如中国电信的CN2、中国网通的IP承载网和中国移动的IP专网等。

    随着网络建设的升级，网络测试的重要性日益突出，网络测试是网络建设中的重要环节。首先，网络测试能够为电信运营商被测网络提供一个客观的技术参数，帮助电信运营商进行网络评估验收；其次，网络测试还能够为电信运营商提供未来网络规划和业务开展的依据。

    一、网络测试各种技术比较

    在网络测试中，被测网络在实际运营业务，因此测量方法的选择是非常重要的，所选择的测试方法既要能够完整、简便地测量网络，又不能对被测网络造成冲击。网络测试的一个特点是地域上的分散性，因此测试中的控制权问题、时钟同步问题也需要在网络测试中认真对待；同时，不同的网络承载不同的业务，对各种技术参数的要求也不一样，因此在测试中，需要根据具体情况制定具体的测试内容。

    另外，网络测试和单机测试相比，具有更高的复杂度和灵活性，需要在测试前进行完善的测试规划，以保证测试顺利、正确的完成。

    下面，我们分别从网络测试的测试方法、测试控制、时钟同步、测试内容等方面对网络测试技术进行阐述。

    1．网络测试方法比较

    网络测试有多种测试方法，根据测试中是否向被测网络注入测试流量，可以将网络测试方法分为主动测量和被动测量。

    主动测量是指在测试前选定的测试点上，利用测量工具有目的地主动向被测网络注入测试流量，并根据这些测试流量的传送情况来分析网络技术参数的测试方法。主动测量具备良好的灵活性，它能够根据测量环境明确控制测量中所产生的测量流量的特征，如特性、采样技术、时标频率、调度、包大小、类型（模拟各种应用）等，主动测量使得测量能够按照测量者的意图进行，容易进行场景仿真，对QoS和SLA的检验简单明确。

    主动测量的问题在于安全性。主动测量主动向被测网络注入测试流量，是“入侵式”的测量，必然会带来一定的安全隐患。如果在测试中进行细致的测试规划，可以降低主动测量的安全隐患。

    被动测量是指利用特定测试工具收集网络中活动的元素（包括路由器、交换机、服务器等网络设备）的特定信息，以这些信息作为参考，通过量化分析，实现对网络性能、功能进行测量的方法。常用的被动测量方式包括：通过SNMP协议读取相关MIB信息，通过Sniffer、Ethereal等专用数据包捕获分析工具进行测量。

    被动测量的优点是它的安全性。被动测量不会主动向被测网络注入测试流量，因此就不会存在注入DDoS、网络欺骗等安全隐患；被动测量的缺点是不够灵活，局限性较大，而且因为是被动的收集信息，并不能按照测量者的意愿进行测量，会受到网络机构、测试工具等多方面的限制；另外，被动测量的参数也不够全面，尤其在网络连接性和QoS测量方面。

    主动测量和被动测量各自特点如表1所示。


主动测量
被动测量

难易程度
一般
低

灵活性
好
差

全面性
好
差

安全性
有安全威胁
较为安全

后续数据处理
工作量一般
工作量很大



    2．网络测试控制比较

    网络测试中，对网络测试的控制可以分为集中控制和分布式控制。

    集中控制是指在网络测试中，选择一个测试点对测试进行统一控制，统一进行测试任务的管理、分发和测试结果的收集。集中控制的优点在于具备良好的测试同步性，参与测试的所有测试点统一开始/停止测试，便于及时发现问题和进行测试调度。缺点是测试中的控制信令必须经由被测网络，因此，测试中被测网络的任何故障都会影响到测试的控制，严重时，特别是出现网络拥塞时，会导致测试控制信令的丢失，从而失去测试控制权。

    分布式控制是指在网络测试中，由各个测试点本地对测试进行控制，独自控制测试进程,本地收集测试结果。分布式控制的优点恰好是集中控制的缺点，而它的缺点也就是集中控制的优点。表2为两种方式的比较。


集中控制
分布式控制

难易程度
较高
一般

测试同步性
好
差

依赖性
依赖被测网络
不依赖被测网络

后续数据处理
工作量一般
工作量很大



    由于两种控制方式都有各自的适用场合，因此在具体测试中，需要根据具体的测试项目选择不同的控制方式。例如，在一般测试项目中，可以选择集中控制，具有良好的测试同步性；而在QoS测试中，由于网络拥塞的出现，需要选择分布式控制。

    3．时钟同步方式比较

    时钟问题是网络测试中一个非常重要的问题，由时钟带来的误差是网络测试中测量误差的主要来源，尤其对单向时延的测量，参与测量的两个测量点时钟同步程度的好坏直接影响测试结果的正确性。

    目前常用的时钟同步方法是NTP（NetworkTimeProtocol，网络时间协议）时钟同步和GPS（GlobalPosition System，全球定位系统）时钟同步。

    NTP时钟同步是目前Internet上采用最为广泛的一种时钟同步方式，NTP的同步结构采用树型结构，处于同步树顶端的是一级时间服务器（Stratum1），它通过精确的外部时钟源获取时间，一级向下是二级时间服务器（Stratum2），NTP最多允许有15级时间服务器。

    NTP时钟同步采用灵活的C/S模型，它有三种工作方式：C/S模式、Peer模式、广播/组播模式。在C/S模式中，客户端向服务器发送Request，服务器通过Response回应该请求，客户端根据Response信息调整自己的时钟；在Peer模式下，对等体互为服务器和客户端互相调整自己的时钟和对端同步；在广播/组播模式下，服务器周期性地向客户端发送广播/组播包进行时钟同步。

    NTP时钟同步方式目前比较成熟，应用也比较广泛，实施难度不大，但是NTP的精度有限，在广域网内，NTP只能保证10ms级别的精度，对于核心网测试来说，这远远不能满足要求。而且，NTP时钟同步所利用的网络恰好也正是需要被测量的网络，因此时钟同步的精度很难保证。

    GPS时钟同步通过卫星授时，精度可以达到μs级，而且GPS时钟同步中，同步信息不经过被测网络，同步精度不会受到被测网络的影响。随着技术的发展，目前GPS系统的成本正在下降，已经得到了广泛应用。但是GPS时钟同步系统对环境的要求较高，而测试点的地理位置和物理结构往往并不能满足这些要求，导致GPS时钟同步无法进行。

    二、测试内容

    虽然从目前运营商的网络建设思路看，运营商倾向于建设专用网络，但作为一张电信级的IP承载网，从现有网络的实际部署来看，核心网络应该具备一些共性的内容，即全网部署MPLS技术，支持BGP/MPLSVPN，提供QoS支持并具备高可靠性。因此，在网络测试中应该以这些技术为依据，具体制定测试内容。

    另外，运营商根据自身的业务需要和网络规划，核心网络分别承载着不同的业务，例如，NGN长途网、3G承载网等。所以，除测试共性的内容外，还应该根据不同网络的业务特点测试一些特性内容。

    具体测试内容主要包括以下几种测试。

    性能测试：性能测试是所有测试都必须包括的内容，是评估一个网络好坏的重要指标。它包括可用带宽测试、网络延时测试（单、双向）、网络丢包率测试、QoS性能测试以及TriplePlay测试等；

    MPLS测试：目前核心网全网已经部署MPLS技术，对MPLS的测试包括MPLS性能测试、LSP容量测试、MPLSVPN容量测试；

    QoS测试：包括IntServ、DiffServ测试；

    可靠性测试：在网络测试中，可靠性测试是一个重要的内容。可靠性测试包括路由协议快速收敛、FRR（快速重路由）测试、MPLSTE测试、倒换测试等；

    其他特性测试：需要根据具体网络现状具体制定。

    在网络测试中，除了上述几个要点外，详细周密的测试规划也是不可或缺的。在测试前，需要对被测网络有全面的了解，包括网络设备种类、链路状况、接口类型；同时，对测试点的选择也必须做到科学全面，条件允许的情况下，尽量选择较多的测试点，以求全面反映被测网络的状况；最后，需要结合测试方法、测试内容等因素，做细致全面的网络地址规划。

    三、具体案例

    本文结合某运营商IP承载网骨干网络的实际测试情况，具体讲述核心网络测试技术。

    为满足软交换、3G以及大客户业务的承载需求，该运营商采用万兆路由器构建全国性IP承载网骨干网络，该网络提供MPLSVPN的支持和QoS保证，部署了路由协议快速收敛技术、快速重路由技术、BFD等技术，采用2.5G链路进行互联，下行采用GE链路。

    根据网络实际情况，测试采用主动测量方法，集中控制，适用GPS时钟同步，以提高测试精度；选取北京、上海、西安和成都四个核心节点作为测量点，测试拓扑如图1所示。



    具体测试内容如下。

    网络极限性能测试：网络可用带宽测试、时延测试、丢包率测试；核心网优先级保障测试。

    网络性能测试：特定时间段网络性能测试；7×24小时网络性能测试。

    可靠性测试：IBGP、IS-IS、LDP快速收敛测试；快速探测及切换测试，插拔光纤、插拔业务板卡、插拔主控板卡、断电等；MPLSTE快速重路由。

    TMG倒换测试；

    业务测试：语音业务；流媒体业务；大客户业务。

    VPN测试：BGP/MPLSVPN功能、性能测试。

    随着电信业的发展，网络建设的升级，电信运营商会进行越来越多的网络测试，但是目前国内外还没有关于网络测试的标准颁布，无法形成一个科学的体系。但随着电信业的发展，未来若干年内对网络测试技术的研究会越来越深入，网络测试的体系结构也会越来越清晰，并最终形成网络测试的标准。