CN108023787A - 基于fpga的以太网业务测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的以太网业务测试装置及方法，该方法包括：网管配置业务测量的测试端与反射端；网管启动业务测量，测试端开始按照配置发送测试报文，反射端在接收到测试报文后，不处理测试报文净荷，仅根据配置进行路径字段的替换后将测试报文反射回测试端；测试端对接收到的反射端环回的测试报文进行帧解析，提取时间信息字段；测试端完成发送与接收报文的计数，同时完成时间测试信息的计算与缓存；达到测试时长后，测试端对测试数据进行锁存，并提供CPU接口供CPU读取。本发明大大降低了将以太网业务测量的测试端与反射端功能集成到传输设备中的成本与测试实施难度，提高了测试系统的集成度。

Description

基于FPGA的以太网业务测试装置及方法

技术领域

本发明涉及数据通信技术领域，具体涉及一种基于FPGA的以太网业务测试装置及方法。

背景技术

随着信息时代的发展，数据业务逐渐取代语音业务成为传输网承载的主要业务，技术的进步使以太网应用领域从最初的局域网延伸至城域网和广域网。同时，网络业务的增长也带来了巨大的网络压力，网络性能、服务质量和可靠性已经成为人们关注的焦点。因此，网络业务测试技术在近年来得到快速的发展，为评估网络性能提供了有效的手段。

以太网业务测量主要包括设备性能测试和网络性能测试，RFC2544协议与Y.1564协议均是进行以太网业务测量的标准，RFC2544协议为IETF(Internet Engineering TaskForce，Internet工程任务组)标准，此标准是针对以太网设备进行性能测试而设计的；Y.1564协议为ITUT标准，此标准是针对电信运营商进行网络性能测试而设计的。另外，RFC2544协议为离线测试，得到的测试结果是链路的性能极限；Y.1564协议的测试是针对运营商的SLA(Service-Level Agreement，服务等级协议)，得到的测试结果可以直接跟SLA对应起来。

在现网中进行以太网业务测量时，需要将以太网业务测量的测试端与反射端功能集成到传输设备中，但是，由于传统的以太网业务测量基于仪表测试，其成本高昂且不具备现网测试能力。

有鉴于此，急需一种在现网测试中以较低的成本将以太网业务测量的测试端与反射端功能集成到传输设备中的实现方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在现网测试中以较低的成本将以太网业务测量的测试端与反射端功能集成到传输设备中的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种基于FPGA的以太网业务测试装置，包括CPU接口模块、配置寄存器、测试报文发送器、以太网接口模块、测试报文接收器、测试结果寄存器、时间信息处理模块以及反射端处理模块；

CPU接口模块，与上位机CPU通信，将下行的CPU配置命令转换成写操作并下发；将上行的CPU信息获取命令转换成对测试结果寄存器的读操作；

配置寄存器，接收CPU接口模块下发的写操作，根据写操作中的控制信号配置相应的测试指令并下发至测试报文发送器；

测试报文发送器，根据接收到的测试指令发送测试报文；

以太网接口模块，用于测试报文发送器、测试报文接收器与反射端处理模块之间的数据通信；

测试报文接收器，对接收到的测试报文进行帧解析，提取测试报文的流量测试信息并发送至测试结果寄存器；

测试结果寄存器，对接收到的流量测试信息以及时间信息处理模块发送的时间测试信息进行统计与处理得到测试结果，并将测试结果上报至CPU接口模块；

时间信息处理模块，根据测试报文接收器提取的时间信息，计算得到时间测试信息并发送至测试结果寄存器；

反射端处理模块，在反射端将测试报文接收器接收到的测试报文进行路径字段替换后经以太网接口模块反射回测试报文接收器。

在上述技术方案中，所述测试结果寄存器根据收包计数和测试报文帧长换算业务流量并根据收发包计数换算丢包率；

具体地，根据测试报文的自定义字段中的报文类型和流标识号区分不同的数据流，根据自定义字段中的流报文序列号判断是否丢包。

在上述技术方案中，所述测试报文的时间类测试信息通过自定义字段中的收发时戳字段实现，在测试报文进入测试端时打上收时戳，在测试报文从测试端发出时打上发时戳，在反射端不修改测试报文的收发时戳字段。

在上述技术方案中，所述测试报文为UDP报文，所述测试报文的流量类测试信息通过设置于报文尾部的自定义字段实现，自定义字段中的信息包括：自定义标志4个字节、测试报文类型1个字节、流标识号1个字节、流报文序列号4个字节、报文收时戳4个字节和报文发时戳4个字节。

在上述技术方案中，所述测试指令包括开始或停止测试报文的发送、测试报文的帧间隔、测试报文内容、测试报文帧长以及测试模式。

在上述技术方案中，所述以太网接口模块的物理层与数据链路层采用FPGA实现。

本发明还提供了一种基于FPGA的以太网业务测试方法，包括以下步骤：

网管配置业务测量的测试端与反射端；

网管启动业务测量，测试端开始按照配置发送测试报文，反射端在接收到测试报文后，不处理测试报文净荷，仅根据配置进行路径字段的替换后将测试报文反射回测试端；

测试端对接收到的反射端环回的测试报文进行帧解析，提取时间信息字段；

测试端完成发送与接收报文的计数，同时完成时间测试信息的计算与缓存；

达到测试时长后，测试端对测试数据进行锁存，并提供CPU接口供CPU读取。

本发明具有以下优点：

1、本发明可以集成至传输设备中，从而取代昂贵的测试仪表，降低成本与测试实施难度，提高了测试系统的集成度；

2、本发明支持网管配置，方便实现全网配置同步，方便测试的快速进行与测试结果的远程获取；

3、本发明基于FPGA实现，方便进行测试协议升级或条目规格升级；

4、本发明应用场景广泛，支持离线测试和在线测试两种模式，其中离线测试模式支持对物理接口的极限性能测试，在线测试支持对业务等级的测试；

5、本发明支持报文头的任意配置，适用于任何标准或私有报文格式封装的测试报文的产生，同时采用自定义字段位于报文尾部的方法，方便在帧长未知的情况下对报文头进行提取。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于FPGA的以太网业务测试装置结构示意图；

图2为本发明提供的一种基于FPGA的以太网业务测试方法流程图。

具体实施方式

本发明将以太网测试协议功能集成至传输设备中，其中FPGA作为报文收发引擎、CPU负责主控和转发、上位机实现网管配置。本发明基于FPGA实施，实现报文收发引擎即协议的主体功能。可以同时实现测试端和反射端的功能，其中测试端在发送方向按照配置的帧长、帧间隔、帧头内容和测试时长发送测试报文；此时远端作为反射端，反射端按照配置更改路径信息(不修改净荷内容)后将测试报文反弹回测试端；测试端解决反弹回的测试报文，并记录流量信息、收发包计数和时戳信息。

下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。

本发明实施例提供了一种基于FPGA的以太网业务测试装置，如图1所示，包括CPU接口模块10、配置寄存器20、测试报文发送器30、以太网接口模块40、测试报文接收器50、测试结果寄存器60、时间信息处理模块70以及反射端处理模块80。

CPU接口模块10，与上位机CPU通信，将下行的CPU配置命令转换成写操作下发至配置寄存器20；将上行的CPU信息获取命令转换成对测试结果寄存器60的读操作。

配置寄存器20，接收CPU接口模块10下发的写操作，根据从写操作中获取的控制信号配置相应的测试指令，并将测试指令下发至测试报文发送器30。

测试指令包括开始或停止测试报文的发送、测试报文的帧间隔、测试报文内容、测试报文帧长以及测试模式(离线测试或在线测试)等。

测试报文发送器30，根据配置寄存器20下发的测试指令发送测试报文。

以太网接口模块40，用于测试报文发送器30、测试报文接收器50与反射端处理模块80之间的数据通信，采用FPGA实现以太网接口模块40的物理层与数据链路层。

测试报文接收器50，对接收到的测试报文进行帧解析，提取测试报文的类型、时间信息以及报文计数等流量类测试信息，并将流量类测试信息发送至测试结果寄存器60。

测试结果寄存器60，对测试报文接收器50发送的流量类测试信息以及时间信息处理模块70发送的时间类测试信息进行统计与处理得到测试结果，并以响应下行的CPU信息读操作的方式将测试结果上报至CPU接口模块10。

时间信息处理模块70，根据测试报文接收器50获取的测试报文的时间信息，计算得到测试报文的延时、抖动等时间类测试信息，并将时间类测试信息发送至测试结果寄存器60。

反射端处理模块80，该模块仅在反射端模式下有效，在反射端模式下将测试报文接收器50接收到的测试报文进行格式变换后经以太网接口模块40发送至测试报文接收器50。

本发明实施例中的测试报文采用UDP(User Datagram Protocol，用户数据报协议)报文，其中，以太网业务测量根据目的端口号为7来区分测试报文与非测试报文。

测试报文的流量类测试信息通过自定义字段实现，自定义字段中的信息包括：自定义标志4个字节、报文类型1个字节、流标识号1个字节、流报文序列号4个字节、报文收时戳4个字节和报文发时戳4个字节。

流量类测试信息的统计方法为：根据测试报文的自定义字段中的报文类型和流标识号区分不同的数据流；根据自定义字段中的流报文序列号判断是否丢包；最后，测试结果寄存器60根据收包计数和测试报文帧长换算业务流量，根据收发包计数换算丢包率。

测试报文的时间类测试信息通过自定义字段中的收发时戳字段实现，在测试报文进入测试端时打上收时戳，在测试报文从测试端发出时打上发时戳，在反射端不修改测试报文的收发时戳字段。

测试报文接收器50对接收到的测试报文进行解析并获取收发时戳字段，将收发时戳字段发送至时间信息处理模块70进行计算，报文发时戳与报文收时戳的差值表示当前测试报文的延时；当前测试报文与上一个测试报文的延时差表示抖动。

自定义字段位于测试报文尾部，以实现测试报文接收器50在不解析测试报文的情况下从任意包长的测试报文中正确提取自定义字段中的信息。

本发明实施例还提供了一种基于FPGA的以太网业务测试方法，如图2所示，包括以下步骤：

S101、网管配置业务测量的测试端与反射端。

其中，配置测试端的测试时长、测试报文帧长、测试报文的帧间隔以及测试模式等；配置反射端需反射的报文类型。

S102、网管启动业务测量，测试端开始按照配置发送测试报文，反射端在接收到测试报文后，不处理测试报文净荷，仅根据配置进行路径字段的替换后将测试报文反射回测试端。

S103、测试端对接收到的反射端环回的测试报文进行帧解析，提取时间信息字段。

S104、测试端完成发送与接收报文的计数，同时完成时间测试信息的计算与缓存。

S105、达到测试时长后，测试端对测试数据进行锁存，并提供CPU接口供CPU读取。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于FPGA的以太网业务测试装置，其特征在于，包括CPU接口模块、配置寄存器、测试报文发送器、以太网接口模块、测试报文接收器、测试结果寄存器、时间信息处理模块以及反射端处理模块；

CPU接口模块，与上位机CPU通信，将下行的CPU配置命令转换成写操作并下发；将上行的CPU信息获取命令转换成对测试结果寄存器的读操作；

配置寄存器，接收CPU接口模块下发的写操作，根据写操作中的控制信号配置相应的测试指令并下发至测试报文发送器；

测试报文发送器，根据接收到的测试指令发送测试报文；

以太网接口模块，用于测试报文发送器、测试报文接收器与反射端处理模块之间的数据通信；

测试报文接收器，对接收到的测试报文进行帧解析，提取测试报文的流量测试信息并发送至测试结果寄存器；

测试结果寄存器，对接收到的流量测试信息以及时间信息处理模块发送的时间测试信息进行统计与处理得到测试结果，并将测试结果上报至CPU接口模块；

时间信息处理模块，根据测试报文接收器提取的时间信息，计算得到时间测试信息并发送至测试结果寄存器；

反射端处理模块，在反射端将测试报文接收器接收到的测试报文进行路径字段替换后经以太网接口模块反射回测试报文接收器。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试结果寄存器根据收包计数和测试报文帧长换算业务流量并根据收发包计数换算丢包率；

具体地，根据测试报文的自定义字段中的报文类型和流标识号区分不同的数据流，根据自定义字段中的流报文序列号判断是否丢包。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试报文的时间类测试信息通过自定义字段中的收发时戳字段实现，在测试报文进入测试端时打上收时戳，在测试报文从测试端发出时打上发时戳，在反射端不修改测试报文的收发时戳字段。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试报文为UDP报文，所述测试报文的流量类测试信息通过设置于报文尾部的自定义字段实现，自定义字段中的信息包括：自定义标志4个字节、测试报文类型1个字节、流标识号1个字节、流报文序列号4个字节、报文收时戳4个字节和报文发时戳4个字节。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测试指令包括开始或停止测试报文的发送、测试报文的帧间隔、测试报文内容、测试报文帧长以及测试模式。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述以太网接口模块的物理层与数据链路层采用FPGA实现。

7.一种基于FPGA的以太网业务测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

网管配置业务测量的测试端与反射端；

网管启动业务测量，测试端开始按照配置发送测试报文，反射端在接收到测试报文后，不处理测试报文净荷，仅根据配置进行路径字段的替换后将测试报文反射回测试端；

测试端对接收到的反射端环回的测试报文进行帧解析，提取时间信息字段；

测试端完成发送与接收报文的计数，同时完成时间测试信息的计算与缓存；

达到测试时长后，测试端对测试数据进行锁存，并提供CPU接口供CPU读取。