CN100484041C - 一种在宽带网络中实现大业务量数据测试的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在宽带网络中实现大业务量数据测试的装置，包括：网络处理单元、测试控制模块、以及测试接口；其中，网络处理单元，主要由核心处理器、高速数据处理器、存储接口单元和总线接口单元组成；测试控制模块，包括测试数据管理模块、测试数据处理模块和共享数据存储区；测试接口用于连接被测试设备和总线接口单元；测试数据处理模块控制高速数据处理器将测试数据管理模块配置的发送数据生成测试数据，通过测试接口输出；从测试接口接收的数据，由高速数据处理器送入共享数据存储区，再由测试数据处理模块进行统计、分析和记录。本发明装置能产生大业务量的测试数据，支持宽带网络的各类测试，且成本低，实现方便、简单、灵活。

Description

一种在宽带网络中实现大业务量数据测试的装置

技术领域

本发明涉及数据测试技术，特别是指一种适用于宽带网络中的由网络处理器(NP)产生大业务量数据进行测试的装置。

背景技术

随着计算机宽带网络不断发展，对网络系统的性能测试、兼容性测试、故障诊断定位以及可靠性测试等提出了很高的要求。目前，对于宽带网络主要有三种常用的测试手段：1)利用用户终端完成测试功能；2)采用网络设备完成测试诊断功能；3)采用专用的宽带测试设备实现诊断测试功能。

针对第一种方式，利用用户终端完成测试是最简单、最直接的网络系统测试，借助网络用户终端设备完成。例如：使用一台个人电脑，运行ping命令，指定宽带网上任意一台服务器的IP地址，根据命令执行结果即可检查出个人电脑与服务器之间的宽带网络连接是否正常。但这种方法能提供的信息非常有限，不能进一步测试出网络性能如何，不能测试网络协议处理是否正常以及兼容性如何等信息，尤其在大容量网络设备间，如交换机之间进行数据测试时，该方法产生的测试数据流量小、内容单一，系统中的很多问题不能检测出来。

针对第二种方式，采用网络设备进行测试是指利用网络设备自身的诊断功能，由于现有的网络设备对可维护性、故障自诊断功能都有较高要求，一般都能进行自检环回、业务通道例行测试，通常是借用设备的维护管理通道进行，由系统中的嵌入式CPU通过管理接口产生一定量的数据包插入业务流中，再通过远端环回或响应来判断被检测的数据链路是否正常。这种方法与第一种方法相比检测功能更强，实现更方便、灵活，使用更广泛，但该方法依然难以产生大业务量的测试数据流，不能充分发现被测系统性能方面存在的缺陷。

针对第三种方式，专用宽带测试仪器的功能强大，并有各种不同的网络接口模块和软件协议模块可供选择，可对宽带网络进行全面、多层次的测试与分析，如Spirent公司的SmartBits系列，Ixia公司的IXIA系列，Agilent公司的Router Tester系列等等，但宽带测试设备价格昂贵，一般根据测试功能配置不同需要几万、几十万甚至上百万美元的成本。

在宽带网络中，由于对网络设备灵活性、扩展性和处理能力要求的不断提高，网络处理器(NP)越来越多的被应用于网络设备之中。网络处理器在自身良好的硬件体系结构和专门针对网络处理优化部件结构设计的基础上，提供了可编程控制的软件环境。网络处理器主要包括：构成多处理器系统的多个片内处理器、高速I/O接口单元、内部高速总线、存储器、专用指令集合和专用组件。其中，所有片内处理器按任务分工划分为核心和转发引擎两种类型，核心片内处理器用于系统维护和管理以及复杂数据处理，转发引擎片内处理器用于快速数据处理，提供分类、调度等服务功能，进一步含有多个硬件线程。高速I/O接口单元提供丰富的接口，如：物理链路接口、交换接口、存储器接口以及与其它外部处理单元的接口。内部高速总线具有很强的并行处理能力。存储器包含多种不同性能的存储结构，例如：Flash用于存放硬件启动/引导程序；静态随机存取存储器(SRAM)存放路由表、队列结构等各种查询表格；同步动态随机存取存储器(SDRAM)作为缓冲区存放分组数据。专用指令集是指片内转发引擎针对网络数据处理的优化一般具有专用的精简指令集，数据处理优化指数据读写、状态判断、堆栈操作、哈希查找等等。专用组件也就是协处理器，要求处理速度达到接口支持的最高速度的通用功能模块可以由硬件来实现，作为专用组件，例如路由查找和数据加密等，以提高系统性能。

网络处理器可用于开发从第二层到第七层的各种网络服务和应用，例如交换、路由、虚拟专用网、多协议标记交换、服务质量、计费、负载均衡、安全和监测等。网络处理器能用于各种用户端、网络边缘/接入和网络核心/骨干的设备，例如智能交换机、防火墙、企业路由器、核心路由器、远程访问服务器等。比较典型的网络处理器产品有Intel公司的IXP1200，IXP2400和IXP2800系列、IBM公司的NP4GS1和NP4GS3系列等。

由于网络处理器可应用于多种设备、多种环境下，且具有可编程特性和高速处理能力，能够产生大业务量的数据，因此，可将网络处理器运用于宽带网络的测试中，使其既能将产生大业务量的数据作为测试数据，又能根据用户需求通过编程控制测试的执行。但是，目前尚未有人提出采用网络处理器实现数据测试的技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种在宽带网络中实现大业务量数据测试的装置，使其能产生大业务量的测试数据，支持宽带网络的各类测试，且成本低，实现方便、简单、灵活。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种在宽带网络中实现大业务量数据测试的装置，包括：网络处理单元、测试控制模块、以及测试接口；

其中，网络处理单元包括：通过总线相连的核心处理器、一个以上高速数据处理器、至少一个存储接口单元以及至少一个总线接口单元；

测试控制模块包括：共享数据存储区、以及同时与共享数据存储区相连的测试数据管理模块和测试数据处理模块；

测试接口，用于连接被测试设备和网络处理单元中的总线接口单元；

测试数据管理模块将配置的发送数据放入共享数据存储区，测试数据处理模块读取共享数据存储区中的发送数据，通过存储接口单元循环发送给网络处理单元中的高速数据处理器形成测试数据，并通过总线接口单元和测试接口输出；

从测试接口接收的数据，由测试数据处理模块控制网络处理单元中的高速数据处理器通过存储接口单元送入测试控制模块的共享数据存储区，并由所述测试数据处理模块对共享数据存储区中的数据进行统计、分析和记录。

其中，所述的网络处理单元为网络处理器。所述共享数据存储区进一步分为：存放产生测试数据流数据的发送数据区、存放接收到数据的接收数据区、存放与接收数据进行比较的数据的比较数据区、以及存放统计分析结果的统计数据区。

所述的测试接口为千兆以太网(GE)接口、或10/100M快速以太网接口、或基于光同步数字网的分组传输(POS)接口、或异步传输模式(ATM)接口、或E1/E3接口。

该装置进一步包括只读存储器和SDRAM，均与所述网络处理单元中的存储接口单元相连，所述的测试控制模块存储于与所述只读存储器中，且运行于SDRAM中。

因此，本发明所提供的在宽带网络中实现大业务量数据测试的装置，具有以下的优点和特点：

1)本发明可直接利用现有的各种网络处理器实现，那么，对于具有网络处理器的网络设备只需要简单的改进，对没有网络处理器的网络设备则将本发明的测试装置直接设置与相应的网络设备中，应用简单，易于实施，不仅为大业务量数据测试、诊断提供了解决办法，且降低了设备成本和测试成本。

2)由于本发明的测试装置直接设置于某个或某几个网络设备中，就可以实现自检、环回或配合测试，因此，对已有的组网没有任何影响，一方面能保证网络正常工作，另一方面又能同时实现用户所需的基于宽带网的大业务量数据测试。

3)本发明测试装置中的大业务量测试数据产生，以及对测试数据的统计分析、获取用户所需的测试结果，都是采用硬件支持、软件控制，因此，可根据需要进行调整、配置，实现更方便，运用更灵活。

4)本发明的测试装置在开发制造上，可借助本身强大的测试能力对其自身进行充分的质量检验；同样，在其它设备的开发制造时，可直接利用本发明的测试装置替代专用的测试仪器进行性能上的检验、测试。那么，在达到相同测试效果的前提下，可大大的降低测试费用和设备开发成本。

5)在网络开通或设备调试时，可采用本发明的测试装置完成全面的系统测试验证以及故障诊断定位，而不需要昂贵的或大型的专用测试仪器，可见，本发明在实际应用中非常方便，且实用性强、适用范围广。

6)在实际应用环境中，不需要增加额外设备，可利用本发明配合网管系统实现系统例行测试、远程故障诊断、预警等功能。比如：可定期在空闲网络带宽中插入测试数据流监视网络运行情况，随时发现网络性能下降等隐蔽故障，进而提高系统自诊断能力；在系统出现故障时，通过远程启动不同方向和路径的测试数据流，有助于迅速定位问题点，以便快速排除故障，进而提高网络的整体服务质量。

附图说明

图1为本发明测试装置的组成结构示意图；

图2为本发明一实施例的硬件组成连接示意图；

图3为本发明软件实现组成结构的一实施例示意图；

图4为应用本发明实现自检测试实施例的数据流向示意图；

图5为应用本发明实现对外测试实施例的数据流向示意图；

图6为应用本发明实现对外环回测试实施例的组网结构示意图；

图7为应用本发明实现对外配合测试实施例的组网结构示意图；

图8为应用本发明实现性能参数测试的测试原理示意图。

具体实施方式

图1为本发明测试装置的组成结构示意图，如图1所示，本发明的测试装置主要包括：能生成大业务量数据的网络处理单元，主要由核心处理器、一个以上高速数据处理器、至少一个存储接口单元以及至少一个总线接口单元组成，其中核心处理器、高速数据处理器、存储接口单元和总线接口单元通过总线相连；测试控制模块，用于控制大业务量数据的产生、发送和统计分析，进一步包括测试数据管理模块、测试数据处理模块和共享数据存储区，测试数据管理模块和测试数据处理模块同时与共享数据存储区，用来向存储区内存储数据或从存储区内提取数据进行处理；测试接口，用于连接被测试设备；测试接口与网络处理单元中的总线接口单元相连。

测试数据管理模块将配置的发送数据放入共享数据存储区中，由测试数据处理模块控制网络处理单元中的高速数据处理器利用发送数据产生大业务量的测试数据，通过测试接口输出；从测试接口接收的数据，由网络处理单元中的高速数据处理器送入测试控制模块的共享数据存储区中，进行统计、分析，产生的统计结果可由测试数据管理模块上报。

在实际应用中，本发明测试装置中生成大业务量数据的网络处理单元可由任何的网络处理器实现，下面以Intel公司的网络处理器IXP1200为例，详细说明本发明测试装置实现大业务量数据测试的工作原理。

本实施例中，网络处理器IXP 1200的核心处理器为主频最高达232MHz的处理核心StrongARM Core；高速数据处理器为六个RISC结构的可编程微引擎(Microengine)，每个微引擎又包含四个硬件线程；该网络处理器IXP1200还包括一个32位的SRAM接口单元和一个64位的SDRAM接口单元作为存储接口单元；这里的总线接口单元则是指64位和最高85MHz的IX Bus接口、32位和最高66MHz的PCI总线接口单元。

本实施例中，网络处理器通过一个千兆以太网(GE)接口与被测设备相连进行测试，即：将该GE接口作为测试接口。图2为IXP1200通过GE接口进行测试的硬件结构示意图，如图2所示，IXP1200通过自身的IX Bus总线接口单元经由先入先出总线(FIFO Bus)与GE的MAC层接口单元相连，进而通过GE MAC接口单元、GE物理层(PHY)接口单元与被测设备连接。实际应用时，可根据当前的网络环境或需求在不同的网络接口上实现测试，如：通过10/100M快速以太网接口、POS接口、各种速率的ATM接口、E1/E3接口等与被测设备相连。

参见图2所示，本实施例中，本发明测试装置中的测试控制模块设置于只读存储器(ROM)中，如此可保证加电不丢失。在运行时，测试控制模块中的控制软件加载于SDRAM之中，SDRAM中的存储空间被划分为多块，分别用来存储StrongARM Core核心处理器和多个微引擎的公有信息，以及StrongARMCore核心处理器和不同微引擎各自的私有信息。本实施例可通过SDRAM与IXP1200之间的连接传输控制信令和数据，控制IXP1200中相应的微引擎产生大业务量的测试数据流，或控制StrongARM Core实现对测试数据的管理，或将通过测试接口接收的数据经由GE MAC、FIFO Bus、IXP1200送回SDRAM中进行统计和分析。

本实施例中，测试控制模块进一步分为两大部分：StrongARM Core管理模块和微引擎模块，如图3所示。StrongARM Core管理模块用于完成对测试数据的管理，包括：设置业务数据内容、启动/停止数据流、上报数据统计结果等；微引擎模块用于直接产生数据流，并对接收数据流进行分析比较统计，是系统的核心。StrongARM Core管理模块和微引擎模块通过一个共享存储空间完成数据交换，该共享存储空间按其功能又分为四大部分：发送数据区、接收数据区、比较数据区和统计数据区。其中，发送数据区用于存放产生测试数据流的数据，微引擎模块通过将此数据区中的数据循环发送产生大业务量数据流，StrongARM Core管理模块通过设置此数据区的数据控制产生数据流的内容；接收数据区用来供微引擎模块缓存从数据端口接收到的数据；比较数据区用来存放对接收数据进行比较捕捉的数据，微引擎模块每次接收到一帧数据都会与此数据区中的数据进行比较，如果匹配，就在统计数据区进行记录；此数据区内容由StrongARM Core管理模块根据通过管理通道发来的外部命令进行配置；统计数据区用于存放微引擎模块对数据的统计分析结果，包括发送数据帧数、接收数据帧数、匹配数据帧数、错误帧数等，Strong ARM Core管理模块可从此处读出结果经由管理通道上报。

基于上述网络处理器和测试控制模块的组成，本实施例中的测试数据处理过程是这样的：

对于数据发送，StrongARM Core管理模块首先在发送数据区中设置好要发送的数据内容、数量和发送间隔，并在比较数据区中设置好要接收数据的图案，这里设置发送间隔是为了控制流量；配置完成后，StrongARM Core管理模块启动微引擎模块，控制IXP1200中的微引擎发送测试数据，这时微引擎模块会自动读取发送数据区的内容，并按照指定的间隔时间发送，并在统计数据区中记录发送的个数；直至发送完所有数据，或微引擎模块中止执行。如果发送次数设置为0，则表示循环持续发送，直至微引擎模块中止运行。这里，由于StrongARM Core管理模块的执行速度慢，一般都是设置好数据后再发送，但也可以在发送中填入或更改数据。通常，如果需要在发送中改变数据内容，可准备多个缓存，由微引擎轮流发送。

对于数据接收，微引擎模块控制微引擎接收外部数据，并与比较数据区中设置好的数据图案进行比较，如果相同，表示接收正确，则在统计数据区记录正确接收的数据包个数；如果不同，表示接收错误，则在统计数据区中记录错误包个数，同时还对接收时间等进行记录。每收到一个帧还要将其存放在接收数据区中缓存，接收满后循环覆盖最早的数据内容，也可以随时将统计处理过的数据从接收数据区中删除。

将本发明的装置设置于不同的网络设备中，可在实际应用中实现多种数据测试，比如：自检测试、远端环回测试、设备间配合测试等等。图4～图7分别表示实现不同测试时的设备连接和组网结构。

实施例一：实现设备自身性能测试。

进行自检测试时，使业务流向内，经过网络设备内部功能单元间的接口，完成当前设备自身的检验。本实施例以设置有本发明装置的三层交换机为例，图4为实现自身性能测试时三层交换机的内部连接图。如图4所示，典型的三层交换机主要由核心的交换单元和多个业务接口单元组成，其中，交换单元用于完成数据包交换，多个业务接口单元分别用于实现二层处理以及与不同对外物理接口的连接，图4中每个业务接口单元上的NP即为本发明的测试装置。

实现自检的过程是：业务接口单元1中的NP产生大业务量测试数据流后，沿虚线401所示数据流向送入交换单元，经过交换单元继续沿虚线401所示路径送至业务接口单元n的NP中进行接收分析；同时，业务接口单元n中NP产生的测试数据流，同样沿虚线402所示数据流向经过交换单元送回业务接口单元1的NP中进行接收分析。

如此，多个大业务量的测试数据流穿过交换单元，能够使交换单元达到最大业务负荷，有效地测试系统的交换性能。

可利用设置有本发明测试装置的网络设备提供对外的数据测试，即向外发送大业务量测试数据，仍以三层交换机为例，此种情况下，如图5所示，该三层交换机的内部组成结构和各单元的作用与图4完全相同，只是在实现测试时将数据流改为向外，通过当前网络设备对外的接口进行发送和接收，即可对外提供测试功能，虚线501、504所示即为向外提供的测试数据流，虚线502、503所示为从外部输入进行分析的测试数据流。这里所说的对外测试可以是只涉及一台设置有本发明测试装置的网络设备的环回测试，或是涉及两台或多台设置有本发明测试装置的网络设备的配合测试。

实施例二：实现对外环回测试。

参见图6所示，骨干交换机601同时连接两台接入交换机602，其中一台接入交换机602与设置有本发明测试装置的三层交换机603相连，在骨干交换机601上设置某业务通道的远端环回，则利用三层交换机603产生大业务量的测试数据流，经过骨干交换机601上所设置的环回通道后，返回三层交换机603接收并进行分析，即可完成环回测试。图中虚线所示数据流即为测试数据流，产生发送测试数据的NP和接收分析测试数据的可以是该三层交换机603中的一个NP，即：从501向外提供大业务量测试数据流，经过骨干交换机601环回后，从502返回同一NP进行分析；也可以是该三层交换机603中的两个NP，即：从501向外提供大业务量测试数据流，经过骨干交换机601环回后，从503返回另一NP中进行分析。

实施例三：实现对外配合测试。

参见图7所示，骨干交换机601同时连接两台接入交换机602A和602B，每台接入交换机602又分别与设置有本发明测试装置的一台三层交换机603A和603B相连，两台三层交换机603相互配合完成数据测试。那么，在测试时，三层交换机603A中一个业务接口单元的NP产生大业务的测试数据，沿虚线所示的数据流向，经过接入交换机602A至骨干交换机601，通过骨干交换机601的交换，再经过接入交换机602B，送至三层交换机603B某个业务接口单元的NP中进行分析。图中点划线所示数据流向是指：由三层交换机603B一个业务接口单元的NP产生大业务的测试数据，经过接入交换机602和骨干交换机601，送至三层交换机603A某个业务接口单元的NP中进行分析。

在实现上述基本测试的基础上，由于测试数据流可达到线速且能进行灵活地处理和分析，因此，可进一步根据用户需求测试不同的指标和性能，比如：涉及转发性能的吞吐量(throughput)、时延(latency)、丢包率(frame loss rate)、背靠背帧处理(back-back frame handling)、系统恢复速度(system recovery speed)以及复位恢复速度(reset recovery speed)等参数。

实施例四：测试设备性能参数。

以测试某个设备或系统的吞吐量和时延参数为例，假设要求在指定包长下，测量没有包丢失时，被测设备或系统所能转发包的最大速率，即吞吐量；以及测量无包丢失速率下被转发包的时延。测试框图如图8所示，设备801和802为设置有本发明测试装置的网络设备，被测设备或系统800位于设备801和802之间，其中，对于被测设备或系统800来说，其上输入测试数据的端口称作源端口，输出测试数据的端口称作目的端口。测试过程是：由设备801产生大业务量的测试数据，经由源端口输入被测设备或系统800，被测设备或系统800从一个或多个源端口接收数据流后，通过内部传输，从目的端口输出至设备802进行分析。当然，也可以由设备802产生大业务量的测试数据，由设备801进行接收分析。图中虚线所示为测试数据流的流向。

由于对吞吐量的测试，需要提供流量连续变化的测试业务数据流，因此需要控制测试装置发送包的间隔，只要包的发送间隔不同，流量就不同，间隔为0时，端口的数据流量最高。可见，在基本测试的基础上增加包发送间隔控制，就可以测得被测设备或系统在不同速率下的吞吐量。

那么，对于测试无包丢失下的时延，需要再增加是否出现包丢失的判断，如果出现包丢失，则将当前数据流量减小，重新测试；如果当前没有出现包丢失，则可将数据流量增加，重新测试，直到测出没有丢包的最大速率，然后再在该零包丢失吞吐量速率上测量当前数据包的传输时延。

基于同样的机理，在网络正常运营阶段，设置有本发明测试装置的网络设备可配合网管系统实现各种例行测试、远程故障诊断、预警等测试功能，且能以网络端口线速或接近线速的能力产生数据包，同时能够以相同的速度对接收的数据包进行统计分析、上报分析结果。另外，只要在基本测试上增加相应的机制即可，一般通过软件编程实现性能的完善。这种集成于网络设备内部的测试能力在设备的整个生命周期中可以得到广泛的应用。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种在宽带网络中实现大业务量数据测试的装置，其特征在于，该装置包括：网络处理单元、测试控制模块、以及测试接口；

其中，网络处理单元包括：通过总线相连的核心处理器、一个以上高速数据处理器、至少一个存储接口单元以及至少一个总线接口单元；

测试控制模块包括：共享数据存储区、以及同时与共享数据存储区相连的测试数据管理模块和测试数据处理模块；

测试接口，用于连接被测试设备和网络处理单元中的总线接口单元；

测试数据管理模块将配置的发送数据放入共享数据存储区，测试数据处理模块读取共享数据存储区中的发送数据，通过存储接口单元循环发送给网络处理单元中的高速数据处理器形成测试数据，并通过总线接口单元和测试接口输出；

从测试接口接收的数据，由测试数据处理模块控制网络处理单元中的高速数据处理器通过存储接口单元送入测试控制模块的共享数据存储区，并由所述测试数据处理模块对共享数据存储区中的数据进行统计、分析和记录。

2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的网络处理单元为网络处理器。

3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述共享数据存储区进一步分为：存放产生测试数据流数据的发送数据区、存放接收到数据的接收数据区、存放与接收数据进行比较的数据的比较数据区、以及存放统计分析结果的统计数据区。

4、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的测试接口为千兆以太网GE接口、或10/100M快速以太网接口、或基于光同步数字网的分组传输POS接口、或异步传输模式ATM接口、或E1/E3接口。

5、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括用于存储测试控制模块的只读存储器，该只读存储器与所述网络处理单元中的存储接口单元相连。

6、根据权利要求1或5所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括用于执行测试控制模块中相应操作的同步动态随机存取存储器SDRAM，该SDRAM与所述的网络处理单元的存储接口单元相连。

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