高效测试宽带接入网络，保障宽带提速－－思博伦宽带接入网络测试解决方案

一、新一轮宽带提速技术概述

2015年5月国务院办公厅发布” 关于加快高速宽带网络建设推进网络提速降费的指导意见”, 中国宽带网络面临着新一轮的提速和降价。 由于前期多年网络建设已经大有成就， 所以这一轮的宽带提速和降价，起点比较高，面临技术的更新换代，同时降成本的压力也比较大。此次宽带提速在技术演进上有下列特点：

图1 宽带接入网络演进技术热点

·局端设备大扩容： 由于xGPON， G.Fast等新的接入线路技术的部署，OLT，DSLAM等设备的交换容量大幅提升，并促使局端设备的上联端口进行速率升级，传统的OLT 上联以千兆和10G为主，NGPON OLT的上联接口以高密度10G为主， 40G和100G 上联以太网接口，也已经进入研发周期。由于OLT厂商多是业界领先的设备商，企业还有核心路由器，核心交换机等产品线，所以OLT 上40G和100G接口只是时间和市场问题。

·多种接入线路技术同时演进：接入线路正在进行一轮大的技术升级，这里包括PON从GPON到xGPON升级， xDSL线路通过G.Fast 达到近千兆带宽，无线接入上，移动通讯从3G逐渐进入4G建设周期， WIFI 接入在近两年内，也会从802.11n逐步过度到802.11ac

·用户端设备(MDU，SFU，HGU等) 端口密度增加，交换容量从典型的～2Gbps 向～10Gbps交换容量递进，在终端市场机遇与挑战并存。

二、宽带接入性能测试面临的挑战

性能是当前宽带接入网络最重要的关注点。要保证好的性能，需要良好的测试。 在局端设备厂商和终端设备厂商来说，面临的测试挑战不尽相同。

局端设备

对于局端设备来说，多年来已经建立了成熟的测试床，并且开发了成熟的测试规范，目前面临的挑战主要是：

·当设备的端口密度和交换容量成倍增加时候，在原有基础上，如何建立有效的更大规模测试床，测试出大容量设备的可能故障点，提高测试方法的有效性，既能测试出大容量设备的性能和协议容量极限， 又不降低测试的效率。

·建立新的以太网接口硬件和设备的测试能力，比如高密度10G，40G和100G以太网。

·随着互联网的快速发展，宽带接入设备上承载的应用类型变化也很快，面临的安全威胁也更大，所以需要局端设备根据现网的流量模型和安全状况，进行有效的应用层测试和安全性测试，从用户体验和系统安全角度去评估系统。

·在增加测试床投资同时，如何有效的控制测试成本。

用户端设备

宽带提速对MDU，SFU，HGU(家庭网关)来说是一次量级的提升，设备厂商面临的挑战有：

·建立具备10Gbps能力的测试床。传统的用户端设备以10/100/1000Mbps 为主。业界新的MDU交换容量正在达到和超过10Gbps， 在上联侧完全超过1Gbps 带宽。

·WIFI接入越来越普遍，需要在WIFI接口上建立和固定接口以太网一致的测试系统。

·用户端设备性能对应用层业务质量影响，对于局端设备来说更明显。而且用户端设备通常会开启一些应用层模块，比如NAT，ALG等。在10Gbps 级别交换容量上，需要进行有效的应用层测试。

·同样存在如何控制测试成本的问题。

三、思博伦宽带测试解决方案

思博伦通信宽带网络测试解决方案，从2006年起一直广泛应用于包括中国电信，中国联通，中国移动和广电在内的整个宽带接入网络Eco-System的选型测试，研发测试和运维测试中，测试解决方案非常完善有效。 解决方案包括Spirent Testcenter 数据网络测试仪产品，DLS 线路仿真仪和Attero 网络损伤仿真仪。 在硬件上提供从千兆到100G 各种速率的以太网接口， 软件上支持L2-L7测试功能。

3.1 Spirent Testcenter 机框和测试板卡

Spirent Testcenter 提供SPT-N4U (2槽位)和SPT-N11U(12槽位) 两种机框(图2)，均可以支持满配高性能千兆到100G各类 测试板卡。 机框和板卡主要用于选型测试和实验室研发测试。和宽带接入网络相关的主要见表1：

图2 Spirent Testcenter N4U和N11U机框

100G 测试板卡		单板卡提供4 端口100G 支持所有类型100G 接口，包括CFP2，QSFP28，CFP4接口
40G/10G 双速率测试板卡		单板卡提供最高5端口40G和20端口10G 每端口可在40G和4×10G之间切换
10G/1G 双速率测试板卡		单板卡最高提供16个测试端口 每端口可支持10G 或者1G 速率
1G 测试卡		单板卡最高提供16个测试端口 每端口支持千兆光口和10/100/1000Mbps RJ45 接口
WIFI 测试卡		支持802.11 a/b/g/n 和ac 支持全Spirent Testcenter L2-L7功能

这里需要重点介绍一下Spirent Testcenter 10G/1G 双速率测试卡。此系列测试卡支持4口，8口，12口和16 口型号，具有下列特性：

·每端口支持10G和1G双速率，用户可根据需要把不同端口切换成10G或1G 模式。

·10G 支持单模和多模SFP+ 光模块和DAC

·1G 支持SFP 光模块和RJ45 SFP 模块

·支持L2-L7 测试

图3 FX2-10G-S16 16 端口10G/1G 双速率测试卡

此板卡每个端口可当作10G或者1G使用， 在接入设备测试床中，可根据用户需要自行设置，方便使用，降低测试床成本，性价比非常高，是宽带接入设备测试最合适的测试板卡。

3.2 Spirent Testcenter 盒式机箱 C1 和 C50

考虑到多种应用需求，比如外场测试，需要仪表便于携带；终端设备测试，需要较少量的测试端口。 Spirent Testcenter 提供盒式型号C1 和C50，详见表2：

SPT-C1		· 便携： (3.5英寸（高） x 13英寸（宽） x 10英寸（深）  ) · 支持4个10/100/1000Mbps · 支持 2口10G  · 支持1个802.11 a/b/g/n/ac WIFI 接口  · 支持以上接口的组合
SPT-C50		· 最多8个10G/1G 双速率接口 · 802.11a/b/j/n/ac WIFI 接口 · 以上接口的组合

表2 盒式Spirent Testcenter C1 和C50

3.3 Spirent Testcenter 测试功能

Spirent Testcenter 支持下列和宽带接入网络相关的测试应用：

·单播/组播性能测试和QoS 测试，支持RFC2544, RFC 2889和RFC 3918 等基准性能测试标准。其中RFC 2544 支持上下行链路不对称的吞吐量，丢包率和时延测试，非常匹配宽带接入网络上下行链路不对称特点。

·接入协议测试(PPPoX,DHCP,IGMP/MLD,L2TP,VLAN，QinQ等)，这里包括协议功能和协议容量测试

·交换测试 包括生成树协议STP,RSTP,PVST,RPVST,MSTP，链路聚合协议LACP等

·路由和MPLS测试，如RIP，OSPF，ISIS，BGP，PIM-SM,PIM-SSM,LDP,RSVP-TE,各种MPLS VPN等。 在欧美运营商的应用中，有需求把OLT 作为一个MPLS PE使用，所以路由和MPLS VPN相关协议仿真也是宽带接入网络局端设备的必要测试内容。

·L4-L7 应用层测试(防火墙测试，IDS/IPS测试，各种应用服务器测试,视频质量测试等)

·安全测试, 从外网对设备带内网关系统产生各种攻击流量，验证设备抗攻击的能力。

3.4 xDSL 性能测试及一致性测试

xDSL产品的测试项目，都会涉及到线路噪声模拟和环路模拟相关测试项目，思博伦通信作为业内最为权威的xDSL线路仿真和噪声发生系统，被国际、国内的主流终端、局端设备生产商所采用。

由于xDSL根据不同的国家和地区定义了不同的频谱规划，并且在线缆类型方面也存在差异，因此在xDSL测试中也根据国家和地区不同，定义了不同的测试环路和线缆规格。

图4 各地区频谱规划

xDSL测试通常遵循ITU-T /ETSI/BBF的相关测试标准，其中主要的xDSL测试噪声文件和环路的定义都依据BBF（宽带论坛）所发布的测试标准进行。主要的测试标准包括:TR-067/TR-100/TR-114 等。 国标测试YD/T 1996.2 等。思博伦通信提供xDSL测试的完整测试系统，包含DLS-5800噪声发生器和DLS-V2A/DLS-V2E/DLS-A2PA/DLS-A2PE线路仿真系统，分别对应VDSL/ADSL测试所对应的ETSI和ANSI环路规范要求。图5 是测试拓扑图：

图5 xDSL 测试系统

随着VDSL2的演进，通过使用300Mhz甚至更高的频谱，能够在现有电话线接入方式不变的情况下，在500米接入距离内实现高达1Gbps的传输速率，这种新的调制技术就是G.fast标准。然而更高的频谱使用范围也带来新的噪声干扰问题，如射频噪声、脉冲噪声，原有xDSL技术对于30Mhz以上频谱的噪声干扰并不会产生影响，而G.fast 技术在30Mhz以上频段也会受到干扰，并导致数据传输性能的下降。因此G.fast产品的噪声测试较其他DSL技术来看显得更为重要，如果在噪声干扰下数据性能下降的程度与VDSL相近，则运营商无需更换原有VDSL系统，因此进行全面的噪声及性能测试是决定G.fast产品是否能够替代VDSL系统的关键。

思博伦通信提供的DLS-5900 G.Fast噪声测试系统，可以实现最高的300Mhz频率的噪声注入，产品提供了4个噪声通道，能够独立或者同时输出所需加载的噪声。DLS-5900随机附带噪声编辑软件，能够允许用户制作测试所需的射频、脉冲噪声、高斯白噪声等噪声类型。

思博伦通信DLS线路测试系统，由噪声发生器和线路仿真仪两部分组成，提供xDSL线路仿真，表3 是系统的主要组成和功能。

表3 DLS 系统的主要组成和功能

3.5 网络损伤仿真解决方案

Attero是思博伦公司在损伤仿真领域最新的产品，支持双向100%全线速的流量下的现网损伤模型精确加载仿真。基于windows平台的客户端软件可以实时配置损伤模型参数而无需停止测试流量，能够仿真丢包，延时，包抖动，包复制，包错误，带宽限制等网络损伤模型。在丢包和时延分布模型方面，Attero损伤仿真仪除了能够支持泊松、高斯、伽马、均匀分布模型外，还可以通过“自定义”方式，任意设置丢包序列，因此能够在时延和丢包敏感业务的测试方面具有更深入的测试能力。 在宽带接入网络测试中，Attero网络损伤仪通过网络仿真，可以辅助Spirent Testcenter 对宽带网络在各种网络条件下的应用质量和用户体验进行评估。 Attero和Spirent TestCenter测试仪结合，获取网络质量模型，记录的时间精度可达1ms，最长记录一周的网络质量变化情况可以将记录的网络质量模型文件，用于实验室环境下进行“播放”从而实现现网质量的模拟和还原。

Attero仪表具有广泛的适用性，在实验室环境下，可以模拟不同接口及网络连接环境下的损伤特性，同时支持动态的损伤模型加载，以模拟一个网络在不同时间下的质量动态变化特性。

损伤仿真仪提供两种产品规格，分别对应于千兆测试环境的Attero和万兆+千兆以太网测试环境的Attero-X，两款测试仪表的功能比较如下表：

图6 Attero 网络损伤仪

表4 Attero 网络损伤仿真仪主要型号和功能

四、宽带接入典型测试场景

4.1 性能和稳定性测试

性能和稳定性是宽带网络最基本的要求，主要体现在以下方面或者指标上：

·吞吐量和丢包率所代表的转发能力是网络设备最基本的要求。

·时延，抖动，乱序： 在互联网和互联网+ 时代， 宽带接入系统上承载的应用业务，业务质量对这些L2-L3性能指标有较高要求。比如股票交易，智能家电等应用对于时延要求高，而互联网视频，互联网音乐，互联网电话等，对抖动和乱序指标要求很高。

·流量和协议捆绑性能: 在宽带接入网络中，用户通常通过PPPoE，DHCP等手段接入网络，设备会根据业务配置为流量打上不同的VLAN或者QinQ，进行VLAN 1:1 或者n：1转换。 流量都需要经过协议封装和解封装，组播流量需要跨VLAN，跨用户复制。协议平面上的业务性能，是宽带接入网络关注内容之一。

·QoS： 每个用户的SLA是否可满足；发生拥塞时候，高优先级流量质量是否有保证。

·稳定性： 大量用户同时上线时候，系统能否保持稳定，及时处理上线要求；大量PPPoE用户在振荡时候，系统能否保持稳定。

图7 宽带接入网络基本测试床拓扑

测试床叠加

为了评估一个宽带接入系统在运营网络中真实的性能和稳定性，在建立测试床时候，我们认为应该给被测系统叠加超过现网正常运营负载的测试负载，让被测系统的所有部件都能够工作起来， 才能在测试中发现系统潜在的问题。所以Spirent Testcenter 向被测系统至少应该叠加下列负载：

·根据不同终端的类型满配PPPoE 和IPoE 接入用户

·PPPoE和IPoE 接入协议上的绑定双向单播业务流量

·宽带接入系统按照业务类型配置1：1或者N:1 进行VLAN 转换或者VLAN汇聚， 并按业务要求配置QinQ封装，分别转发到不同的边缘设备。

·叠加组播业务，进行跨VLAN 复制

·测试中叠加复杂协议行为，如批量PPPoE和IPoE 用户的上线/下线行为(振荡)， 组播用户频道切换。

·对带内网关叠加DDOS 攻击，观察设备防护能力和稳定性。

·加载必要的DSL线路仿真和线路噪声

流量发生和分析：

Spirent Testcenter 板卡测试端口密度高，少量的测试卡，就可以完成一个1：32系统或者1：64系统的系统测试。 特别是FX2-10G-Sy 系列卡，每个端口都可做为1G或者10G 用，测试床搭建非常灵活。 一个端口下，Spirent Testcenter 可产生RR，WRR，优先级和用户自定义调度的流量，构造各种现网流量模型。

在统计上，Spirent Testcenter 为每条测试流提供丰富的实时统计量，统计准确，且符合标准定义，能准确分析数据业务和实时业务的质量，简化问题定位：

·收发包总数和速率，涵盖L1层统计和以太网/IP/L4 层统计。

·支持MEF10/RFC3393/RFC 4689 抖动统计。

·支持MEF10/RFC4737高级顺序性统计，提供实时的丢包，重复，乱序，顺序和迟到统计。

·支持1秒实时时延和抖动变化统计

·支持时延分布和抖动分布统计。实时时延/抖动统计和时延/抖动分布统计，测试长时间测试中业务转发是否一直稳定，能够反映很多被最大/最小/平均统计量掩盖的问题。

性能和稳定性测试套件

为了公正有效评估通信设备的性能，业界长期以来形成了一系列基准性能测试标准，应用于研发和比对测试。 Spirent Testcenter上支持大量的基准性能测试自动化套件，自动执行标准化测试，并生成符合标准的测试报告。和宽带接入网络相关的套件包括：

RFC 2544 吞吐量，丢包率，时延和背靠背缓冲能力基准性能测试

非对称RFC2544 测试套件，符合宽带接入网络上下行链路不对称的特点。

RFC 5160 IPv6 基准性能测试

RFC 2889 二层交换设备基准性能测试

RFC 3918 组播基准性能测试

IPTV 测试套件，测试组播频道切换，直观衡量IPTV 用户的体验。

接入稳定性测试套件， 模拟接入协议(DHCP,PPPoX) 振荡模型，观察接入系统在异常情况下的长期稳定性。

4.2 WIFI测试

万物互联时代WIFI是主要的接入手段，甚至超过了Cable 接入。用户端设备基本都具备WIFI接口， 特别是SFU和HGU。 过去由于缺乏具备和Cable 以太网接口测试仪同等能力的WIFI 接口测试仪，无法对WIFI 通路上业务的传输性能，传输质量和各种应用的用户体验进行评估。 Spirent Testcenter WIFI 接口卡，是市场上第一款具备L2-L7 全测试能力的WIFI 测试仪表， 所有在Cable 以太网接口上完成的测试，都可以在WIFI 接口上完成。 由于WIFI 接口相对链路质量和稳定性都较差， 所以在WIFI 接口上，进行性能和应用质量测试更加有必要。 Spirent Testcenter WIFI 测试端口支持802.11a/b/g/n 和802.11 AC，一个端口可以仿真数百种不同制式的终端。

图8 WIFI设备测试拓扑图

4.3 应用层真实业务模型测试

SFU，HGU 等设备，通常包含了应用层的能力，单纯的L2-L3 测试，无法触发NAT 表项处理，ALG等L4-L7 组件，而在现网中，这些组件都是使能的。在局端设备上，队列门限设置是否合理，负载均衡算法是否合理，关键信令/TCP 协议消息传输优化是否有效，也需要应用层业务来验证。所以除了传统的L2-L3吞吐量，丢包率，时延等性能和协议测试外，还应该包括应用层测试功能：

在开启NAT 情况下的性能指标，包括并发连接数，每秒新建连接数，有效带宽等。

ALG(应用层网关)性能，开启NAT以后，SIP, RTSP等协议需要开启应用层网关，用于应用层协议的地址转换。 对ALG 网关开启以后，各种应用层业务的性能需要评估。

视频质量评估， 互联网时代，用户对互联网视频的要求越来越高， 需要从用户体验角度对传输视频质量进行评估。目前市场认可的评分标准主要是MDI 标准和TVQM评分体系。 这里结合Spirent Testcenter 和Attero 网络损伤仪的组合测试方案，用Attero网络损伤仪来仿真网络中的时延，抖动，乱序的负面条件，观察整个系统对应用的容错和容损伤能力。

真实应用层混合业务的传输性能。在现网中，由于应用的丰富和带宽的增加，用户的应用多样化，用户端设备承载的应用层混合业务，业务的比例随时间的变化而变化。未经充分测试的用户端设备，在承载多业务时候，可能会出现不同的故障。这就需要对设备进行真实网络中的混合业务模型测试。

Spirent Testcenter L4-L7 测试应用，可以进行真实的应用层业务的仿真。 连接局端设备的测试端口，仿真VOD, VOIP 核心网，文件服务器，BT网络端，Web 服务器等各种类型的服务器，连接用户端的测试端口，则仿真各种应用客户端，通过仿真客户端和服务器之间交互，产生有状态的真实应用层业务，对设备的各种功能和性能进行评估。

Spirent Testcenter L4-L7 测试应用，集成RFC 3511 防火墙基准性能测试，作为最基本的应用层设备性能测试标准，评估指标包括：

吞吐量/时延

最大并发TCP 连接数；最大每秒新建/拆除TCP连接数；HTTP 每秒事务处理数

应用业务有效带宽

DDOS 攻击拦击性能

非法流量处理能力

分片流量处理能力

Spirent Testcenter 支持丰富的应用层协议，并为每种业务提供针对性的统计指标：

数据相关协议，包括： HTTP，FTP，Telnet，DNS，邮件，文件系统访问(CIFS,NFS)……

视频相关协议，包括QuickTime RTSP/RTP, Real Networks RTSP/RTP, MMS，组播VOD，直播，RTMP，HTTPABR等，支持多种视频编码格式

语音相关协议：SIP 及各种语音编码方式

用户接入协议：PPPoE，DHCP，IPSEC，GRE，VLAN，QinQ

网络攻击

通过高级抓包回放(SAPEE) 功能， Spirent Testcenter 可以支持任意基于TCP或者UDP的私有协议仿真，这其中包括很多私有定义，但市场影响很广的Internent 应用，比如BT，QQ，迅雷，MSN，Skype, 电骡，微信，在线游戏……..

Spirent Testcenter 能够把各种应用层协议按比例混合，混合比例可随时间变化，产生和现网流量模型一致的真实应用层流量模型， 对宽带接入设备进行真实性测试。大量实测表明，这种流量模型能测试出大量单一协议测试无法测出的问题，对SFU和HGU设备产生很大的压力。 图9是一个混合流量模型测试示例。

图9 应用层混合业务模型测试示例

五、宽带接入典型测试场景

新一轮宽带提速大潮中，设备厂家的测试新需求有多方面，包括测试床扩容，新的以太网测试端口和WIFI测试端口引入，有效的L2-L7测试方法学，克服测试投资和降资费的矛盾。 Spirent Testcenter 和DLS 线路仿真仪，Attero 网络仿真仪组成的系统，提供了包括硬件，软件，测试方法学在内的完整解决方案，能满足上述所有测试需求。思博伦宽带接入网络测试解决方案10年来在运营商eco-system 中不断发展，完善，已经被所有运营商几乎所有的设备厂商采用。这些新的硬件，新的增强，能帮助整个生态链克服测试挑战，保证网络设备的服务质量，保障宽带提速。