淺析以太網(wǎng)交換機檢測技術(shù)

郭斌 金維

（浙江省機電設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310002）

目前廣泛應(yīng)用于高速公路機電工程的標準是JTG F80/2-2004《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》，該標準對機電系統(tǒng)中的監(jiān)控、通信、收費三大系統(tǒng)以及低壓供配電、照明和隧道的各項設(shè)施的檢查項目、技術(shù)要求和檢查方法都作出了明確的規(guī)定。隨著以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的局域網(wǎng)系統(tǒng)在高速公路機電系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，對以太網(wǎng)交換機的測試，提高以太網(wǎng)的可靠性，也成為評價局域網(wǎng)和接入網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵項目。因此，結(jié)合目前我國國家和通信行業(yè)廣泛使用，基于以太網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)系統(tǒng)的驗收評測規(guī)范。但是在城域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域中仍需要解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)路的相關(guān)問題。不過由于發(fā)布時間較早和機電系統(tǒng)的快速發(fā)展，不同類型的以太網(wǎng)交換機的技術(shù)要求和測試方法等標準，以太網(wǎng)在局域網(wǎng)中取得了巨大的成功，目前交通行業(yè)其他標準也未對應(yīng)用于高速公路機電系統(tǒng)。根據(jù)不同的以太網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，包括生成樹協(xié)議(STP)、以太網(wǎng)環(huán)路保護切換協(xié)議(ERPS)、環(huán)回檢測和成環(huán)點定位技術(shù)[1-3]。其中，成環(huán)點定位技術(shù)新穎實用，非常適合各種以太網(wǎng)局域網(wǎng)和城域網(wǎng)，其中并未涉及以太網(wǎng)交換機網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)內(nèi)容，對于以太網(wǎng)的運行和維護都有很大的意義。目前，全球的標準組織的以太網(wǎng)交換機的產(chǎn)品和以太網(wǎng)工程進行規(guī)范，均正在積極對以太網(wǎng)環(huán)路檢測技術(shù)進行標準化，隨著標準的不斷成熟，以太網(wǎng)的環(huán)路檢測技術(shù)將逐步降低以太網(wǎng)的環(huán)路風險，便于網(wǎng)絡(luò)的管理。

1 高速公路中以太網(wǎng)交換技術(shù)

1.1 現(xiàn)狀

在局域網(wǎng)中，以太網(wǎng)的這種轉(zhuǎn)發(fā)方式非常簡單實用，很容易將廣播幀或未知單播幀轉(zhuǎn)發(fā)給目的主機。局域網(wǎng)的性能也是通過對網(wǎng)絡(luò)吞吐量、傳輸時延、丟包率等性能指標的測量來判斷的。目前高速公路機電系統(tǒng)使用的基本是百兆以太網(wǎng)，交換機節(jié)點通過泛洪的方式，用光纖進行遠距離傳輸。但是當網(wǎng)絡(luò)中有環(huán)路存在時，廣播幀會在環(huán)路中的各個交換機節(jié)點上依次進行泛洪和轉(zhuǎn)發(fā)，最主要的用途是進行路側(cè)監(jiān)控數(shù)據(jù)、隧道內(nèi)設(shè)施的數(shù)據(jù)傳輸，最終回到源交換機節(jié)點并不會丟棄，而是繼續(xù)按照廣播幀的轉(zhuǎn)發(fā)方式進行泛洪，因此廣播幀會永無休止地在環(huán)路的各個交換機節(jié)點上。

1.2 測試方法

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對以太網(wǎng)交換機的檢測一般分為二層和三層的性能測試，也會因為注入測試流量給網(wǎng)絡(luò)增加負擔，行光口性能和交換機性能的測試。網(wǎng)絡(luò)性能測試的方法主要分為主動測量和被動測量兩種。主動測量是通過測試工具有目的地的在測試點上主動產(chǎn)生測量流量注入網(wǎng)絡(luò)并接收，以隧道內(nèi)交換機的檢測為例，目前對于背靠背幀數(shù)還沒有確切的要求。被動測量是一種通過對交換機進行監(jiān)測，所以主要考察前三項是否符合要求。被動測量需要通過一個很復(fù)雜的過程才能得到不太準確的網(wǎng)絡(luò)性能指標，但這種方法因其低效性并不被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)性能判斷中。雖然主動測量會改變網(wǎng)絡(luò)本身的運行情況，進然后再根據(jù)測量出來的數(shù)據(jù)流的傳送情況來分析網(wǎng)絡(luò)的性能。主要通過吞吐量、延時、丟包率和背靠背幀數(shù)等四個性能參數(shù)來判斷以太網(wǎng)交換機的性能，但是其對流量的高度可控性以及對網(wǎng)絡(luò)性能測量的高效性，雖然不會產(chǎn)生額外流量，讓這種方法成為了最主要的網(wǎng)絡(luò)性能測試方式，并被廣泛使用，并不產(chǎn)生流量的測試方法。

2 高速公路中以太網(wǎng)交換機測試

2.1 以太網(wǎng)

以太網(wǎng)的突出優(yōu)勢是可以封裝任何協(xié)議數(shù)據(jù)，根據(jù)以太網(wǎng)的原理，當以太網(wǎng)交換機節(jié)點收到一個廣播幀或未知單播幀時，會向其他所有端口泛洪該幀。易于使用、兼容性強、成本低、靈活性好、標準化成熟，對于用戶而言可以做到即插即用，網(wǎng)絡(luò)的管理和維護都非常簡單[5]。

2.2 以太網(wǎng)測試內(nèi)容

根據(jù)國家標準《基于以太網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)系統(tǒng)驗收測評規(guī)范》，YDT1141-2007《以太網(wǎng)交換機測試方法》、《路由器測試規(guī)范-低端路由器》等標準中的規(guī)定，以太網(wǎng)交換機測試總結(jié)如表1所示。

2.3 測試項目

性能指標則是用專用以太網(wǎng)測試儀器進行測試，同時這些性能指標的測試結(jié)果也可以評價局域網(wǎng)系統(tǒng)是否符合驗收要求。從GBT 21671-2008《基于以太網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)系統(tǒng)驗收測評規(guī)范》中可以知道，局域網(wǎng)的性能也是通過對網(wǎng)絡(luò)吞吐量、傳輸時延、丟包率等性能指標的測量來判斷的。以太網(wǎng)測試儀是適合于現(xiàn)場使用的結(jié)構(gòu)堅固測試平臺，協(xié)議測試和功能測試通過實際數(shù)據(jù)傳輸來驗證，它具有完整的以太網(wǎng)測試特性，具有雙光口和雙電口，以太網(wǎng)業(yè)務(wù)接口模塊，HST-3000支持多個數(shù)據(jù)流的測試，包括10/100/1000M以太網(wǎng)鏈路的流量發(fā)生與故障排查，能夠測試高達1Gbit/s的電口與光口鏈路。由于驗收檢測中各種條件的限制，對于交換機的常規(guī)測試，能支持點到點或者路由網(wǎng)絡(luò)的測試。

3 高速公路中以太網(wǎng)交換機測試合格判據(jù)。

3.1 數(shù)據(jù)包的傳送能力

丟包率指由于資源不足引起的包丟失率，對于百兆以太網(wǎng)的吞吐量的要求一般為大于70%，根據(jù)已測量出的吞吐量進行發(fā)包并測量出不同幀長的數(shù)據(jù)包的丟包率，一般對于其的預(yù)期結(jié)果為0，實際測量中得到的丟包率一般都為0。在實際測量中，不同長度的數(shù)據(jù)幀傳送的吞吐量一般都能達到99%以上。

3.2 延時

對于背靠背幀數(shù)還沒有確切的判定要求，為了防止時鐘不同步的誤差，從實際測量結(jié)果中可以看出，隨著數(shù)據(jù)幀長度的加大，背靠背幀數(shù)相應(yīng)減小。延時是指數(shù)據(jù)包從發(fā)送端口到目的端口所需的時間，在實際測量中，要求在64bit幀長情況下測得的傳輸延時要小于0.1ms。

結(jié)論

隨著我國高速公路的加速發(fā)展，根據(jù)機電系統(tǒng)各項性能指標的合格判據(jù)來判定交換機是否符合具體功能要求，可以對應(yīng)用于高速公路機電系統(tǒng)中的以太網(wǎng)交換機進行檢測，以太網(wǎng)交換機被廣泛使用在高速公路機電系統(tǒng)中。由于目前還沒有出臺專門用于交通行業(yè)交換機檢測的標準，通過上述的抽樣方法和測試方法，以及局域網(wǎng)是否能正常地為數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)服務(wù)。

[1]GBT 21671-2008，基于以太網(wǎng)技術(shù)的局域網(wǎng)系統(tǒng)驗收測評規(guī)范[S].

[2]JTG F80/2-2004，公路工程質(zhì)量檢驗評定標準（第二冊機電工程）[S].

[3]YDT 1381-2005，IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)要求網(wǎng)絡(luò)性能測試方法[S].

[4]YDT 1098-2001，路由器測試規(guī)范-低端路由器[S].

[5]YDT 1141-2001，千兆比以太網(wǎng)交換機測試方法[S].