一、新一輪寬帶提速技術概述

2015年5月國務院辦公廳發布” 關于加快高速寬帶網絡建設推進網絡提速降費的指導意見”, 中國寬帶網絡面臨著新一輪的提速和降價。 由于前期多年網絡建設已經大有成就， 所以這一輪的寬帶提速和降價，起點比較高，面臨技術的更新換代，同時降成本的壓力也比較大。此次寬帶提速在技術演進上有下列特點：

 

圖1 寬帶接入網絡演進技術熱點

·局端設備大擴容： 由于xGPON， G.Fast等新的接入線路技術的部署，OLT，DSLAM等設備的交換容量大幅提升，并促使局端設備的上聯端口進行速率升級，傳統的OLT 上聯以千兆和10G為主，NGPON OLT的上聯接口以高密度10G為主， 40G和100G 上聯以太網接口，也已經進入研發周期。由于OLT廠商多是業界領先的設備商，企業還有核心路由器，核心交換機等產品線，所以OLT 上40G和100G接口只是時間和市場問題。

·多種接入線路技術同時演進：接入線路正在進行一輪大的技術升級，這里包括PON從GPON到xGPON升級， xDSL線路通過G.Fast 達到近千兆帶寬，無線接入上，移動通訊從3G逐漸進入4G建設周期， WIFI 接入在近兩年內，也會從802.11n逐步過度到802.11ac

·用戶端設備(MDU，SFU，HGU等) 端口密度增加，交換容量從典型的～2Gbps 向～10Gbps交換容量遞進，在終端市場機遇與挑戰并存。

二、寬帶接入性能測試面臨的挑戰

性能是當前寬帶接入網絡最重要的關注點。要保證好的性能，需要良好的測試。 在局端設備廠商和終端設備廠商來說，面臨的測試挑戰不盡相同。

局端設備

對于局端設備來說，多年來已經建立了成熟的測試床，并且開發了成熟的測試規范，目前面臨的挑戰主要是：

·當設備的端口密度和交換容量成倍增加時候，在原有基礎上，如何建立有效的更大規模測試床，測試出大容量設備的可能故障點，提高測試方法的有效性，既能測試出大容量設備的性能和協議容量極限， 又不降低測試的效率。

·建立新的以太網接口硬件和設備的測試能力，比如高密度10G，40G和100G以太網。

·隨著互聯網的快速發展，寬帶接入設備上承載的應用類型變化也很快，面臨的安全威脅也更大，所以需要局端設備根據現網的流量模型和安全狀況，進行有效的應用層測試和安全性測試，從用戶體驗和系統安全角度去評估系統。

·在增加測試床投資同時，如何有效的控制測試成本。

用戶端設備

寬帶提速對MDU，SFU，HGU(家庭網關)來說是一次量級的提升，設備廠商面臨的挑戰有：

·建立具備10Gbps能力的測試床。傳統的用戶端設備以10/100/1000Mbps 為主。業界新的MDU交換容量正在達到和超過10Gbps， 在上聯側完全超過1Gbps 帶寬。

·WIFI接入越來越普遍，需要在WIFI接口上建立和固定接口以太網一致的測試系統。

·用戶端設備性能對應用層業務質量影響，對于局端設備來說更明顯。而且用戶端設備通常會開啟一些應用層模塊，比如NAT，ALG等。在10Gbps 級別交換容量上，需要進行有效的應用層測試。

·同樣存在如何控制測試成本的問題。

三、思博倫寬帶測試解決方案

思博倫通信寬帶網絡測試解決方案，從2006年起一直廣泛應用于包括中國電信，中國聯通，中國移動和廣電在內的整個寬帶接入網絡Eco-System的選型測試，研發測試和運維測試中，測試解決方案非常完善有效。 解決方案包括Spirent Testcenter 數據網絡測試儀產品，DLS 線路仿真儀和Attero 網絡損傷仿真儀。 在硬件上提供從千兆到100G 各種速率的以太網接口， 軟件上支持L2-L7測試功能。

3.1 Spirent Testcenter 機框和測試板卡

Spirent Testcenter 提供SPT-N4U (2槽位)和SPT-N11U(12槽位) 兩種機框(圖2)，均可以支持滿配高性能千兆到100G各類 測試板卡。 機框和板卡主要用于選型測試和實驗室研發測試。和寬帶接入網絡相關的主要見表1：

 

圖2 Spirent Testcenter N4U和N11U機框

 

100G 測試板卡		單板卡提供4 端口100G 支持所有類型100G 接口，包括CFP2，QSFP28，CFP4接口
40G/10G 雙速率測試板卡		單板卡提供最高5端口40G和20端口10G 每端口可在40G和4×10G之間切換
10G/1G 雙速率測試板卡		單板卡最高提供16個測試端口 每端口可支持10G 或者1G 速率
1G 測試卡		單板卡最高提供16個測試端口 每端口支持千兆光口和10/100/1000Mbps RJ45 接口
WIFI 測試卡		支持802.11 a/b/g/n 和ac 支持全Spirent Testcenter L2-L7功能

這里需要重點介紹一下Spirent Testcenter 10G/1G 雙速率測試卡。此系列測試卡支持4口，8口，12口和16 口型號，具有下列特性：

·每端口支持10G和1G雙速率，用戶可根據需要把不同端口切換成10G或1G 模式。

·10G 支持單模和多模SFP+ 光模塊和DAC

·1G 支持SFP 光模塊和RJ45 SFP 模塊

·支持L2-L7 測試

 

圖3 FX2-10G-S16 16 端口10G/1G 雙速率測試卡

此板卡每個端口可當作10G或者1G使用， 在接入設備測試床中，可根據用戶需要自行設置，方便使用，降低測試床成本，性價比非常高，是寬帶接入設備測試最合適的測試板卡。

3.2 Spirent Testcenter 盒式機箱 C1 和 C50

考慮到多種應用需求，比如外場測試，需要儀表便于攜帶；終端設備測試，需要較少量的測試端口。 Spirent Testcenter 提供盒式型號C1 和C50，詳見表2：

 

SPT-C1		· 便攜： (3.5英寸（高） x 13英寸（寬） x 10英寸（深）  ) · 支持4個10/100/1000Mbps · 支持 2口10G  · 支持1個802.11 a/b/g/n/ac WIFI 接口  · 支持以上接口的組合
SPT-C50		· 最多8個10G/1G 雙速率接口 · 802.11a/b/j/n/ac WIFI 接口 · 以上接口的組合

表2 盒式Spirent Testcenter C1 和C50

3.3 Spirent Testcenter 測試功能

Spirent Testcenter 支持下列和寬帶接入網絡相關的測試應用：

·單播/組播性能測試和QoS 測試，支持RFC2544, RFC 2889和RFC 3918 等基準性能測試標準。其中RFC 2544 支持上下行鏈路不對稱的吞吐量，丟包率和時延測試，非常匹配寬帶接入網絡上下行鏈路不對稱特點。

·接入協議測試(PPPoX,DHCP,IGMP/MLD,L2TP,VLAN，QinQ等)，這里包括協議功能和協議容量測試

·交換測試 包括生成樹協議STP,RSTP,PVST,RPVST,MSTP，鏈路聚合協議LACP等

·路由和MPLS測試，如RIP，OSPF，ISIS，BGP，PIM-SM,PIM-SSM,LDP,RSVP-TE,各種MPLS VPN等。 在歐美運營商的應用中，有需求把OLT 作為一個MPLS PE使用，所以路由和MPLS VPN相關協議仿真也是寬帶接入網絡局端設備的必要測試內容。

·L4-L7 應用層測試(防火墻測試，IDS/IPS測試，各種應用服務器測試,視頻質量測試等)

·安全測試, 從外網對設備帶內網關系統產生各種攻擊流量，驗證設備抗攻擊的能力。

3.4 xDSL 性能測試及一致性測試

xDSL產品的測試項目，都會涉及到線路噪聲模擬和環路模擬相關測試項目，思博倫通信作為業內最為權威的xDSL線路仿真和噪聲發生系統，被國際、國內的主流終端、局端設備生產商所采用。

由于xDSL根據不同的國家和地區定義了不同的頻譜規劃，并且在線纜類型方面也存在差異，因此在xDSL測試中也根據國家和地區不同，定義了不同的測試環路和線纜規格。

 

圖4 各地區頻譜規劃

xDSL測試通常遵循ITU-T /ETSI/BBF的相關測試標準，其中主要的xDSL測試噪聲文件和環路的定義都依據BBF（寬帶論壇）所發布的測試標準進行。主要的測試標準包括:TR-067/TR-100/TR-114 等。 國標測試YD/T 1996.2 等。思博倫通信提供xDSL測試的完整測試系統，包含DLS-5800噪聲發生器和DLS-V2A/DLS-V2E/DLS-A2PA/DLS-A2PE線路仿真系統，分別對應VDSL/ADSL測試所對應的ETSI和ANSI環路規范要求。圖5 是測試拓撲圖：

 

圖5 xDSL 測試系統

隨著VDSL2的演進，通過使用300Mhz甚至更高的頻譜，能夠在現有電話線接入方式不變的情況下，在500米接入距離內實現高達1Gbps的傳輸速率，這種新的調制技術就是G.fast標準。然而更高的頻譜使用范圍也帶來新的噪聲干擾問題，如射頻噪聲、脈沖噪聲，原有xDSL技術對于30Mhz以上頻譜的噪聲干擾并不會產生影響，而G.fast 技術在30Mhz以上頻段也會受到干擾，并導致數據傳輸性能的下降。因此G.fast產品的噪聲測試較其他DSL技術來看顯得更為重要，如果在噪聲干擾下數據性能下降的程度與VDSL相近，則運營商無需更換原有VDSL系統，因此進行全面的噪聲及性能測試是決定G.fast產品是否能夠替代VDSL系統的關鍵。

思博倫通信提供的DLS-5900 G.Fast噪聲測試系統，可以實現最高的300Mhz頻率的噪聲注入，產品提供了4個噪聲通道，能夠獨立或者同時輸出所需加載的噪聲。DLS-5900隨機附帶噪聲編輯軟件，能夠允許用戶制作測試所需的射頻、脈沖噪聲、高斯白噪聲等噪聲類型。

思博倫通信DLS線路測試系統，由噪聲發生器和線路仿真儀兩部分組成，提供xDSL線路仿真，表3 是系統的主要組成和功能。

 

表3 DLS 系統的主要組成和功能

3.5 網絡損傷仿真解決方案

Attero是思博倫公司在損傷仿真領域最新的產品，支持雙向100%全線速的流量下的現網損傷模型精確加載仿真。基于windows平臺的客戶端軟件可以實時配置損傷模型參數而無需停止測試流量，能夠仿真丟包，延時，包抖動，包復制，包錯誤，帶寬限制等網絡損傷模型。在丟包和時延分布模型方面，Attero損傷仿真儀除了能夠支持泊松、高斯、伽馬、均勻分布模型外，還可以通過“自定義”方式，任意設置丟包序列，因此能夠在時延和丟包敏感業務的測試方面具有更深入的測試能力。 在寬帶接入網絡測試中，Attero網絡損傷儀通過網絡仿真，可以輔助Spirent Testcenter 對寬帶網絡在各種網絡條件下的應用質量和用戶體驗進行評估。 Attero和Spirent TestCenter測試儀結合，獲取網絡質量模型，記錄的時間精度可達1ms，最長記錄一周的網絡質量變化情況可以將記錄的網絡質量模型文件，用于實驗室環境下進行“播放”從而實現現網質量的模擬和還原。

Attero儀表具有廣泛的適用性，在實驗室環境下，可以模擬不同接口及網絡連接環境下的損傷特性，同時支持動態的損傷模型加載，以模擬一個網絡在不同時間下的質量動態變化特性。

損傷仿真儀提供兩種產品規格，分別對應于千兆測試環境的Attero和萬兆+千兆以太網測試環境的Attero-X，兩款測試儀表的功能比較如下表：

 

圖6 Attero 網絡損傷儀

 

表4 Attero 網絡損傷仿真儀主要型號和功能

四、寬帶接入典型測試場景

4.1 性能和穩定性測試

性能和穩定性是寬帶網絡最基本的要求，主要體現在以下方面或者指標上：

·吞吐量和丟包率所代表的轉發能力是網絡設備最基本的要求。

·時延，抖動，亂序： 在互聯網和互聯網+ 時代， 寬帶接入系統上承載的應用業務，業務質量對這些L2-L3性能指標有較高要求。比如股票交易，智能家電等應用對于時延要求高，而互聯網視頻，互聯網音樂，互聯網電話等，對抖動和亂序指標要求很高。

·流量和協議捆綁性能: 在寬帶接入網絡中，用戶通常通過PPPoE，DHCP等手段接入網絡，設備會根據業務配置為流量打上不同的VLAN或者QinQ，進行VLAN 1:1 或者n：1轉換。 流量都需要經過協議封裝和解封裝，組播流量需要跨VLAN，跨用戶復制。協議平面上的業務性能，是寬帶接入網絡關注內容之一。

·QoS： 每個用戶的SLA是否可滿足；發生擁塞時候，高優先級流量質量是否有保證。

·穩定性： 大量用戶同時上線時候，系統能否保持穩定，及時處理上線要求；大量PPPoE用戶在振蕩時候，系統能否保持穩定。

 

圖7 寬帶接入網絡基本測試床拓撲

測試床疊加

為了評估一個寬帶接入系統在運營網絡中真實的性能和穩定性，在建立測試床時候，我們認為應該給被測系統疊加超過現網正常運營負載的測試負載，讓被測系統的所有部件都能夠工作起來， 才能在測試中發現系統潛在的問題。所以Spirent Testcenter 向被測系統至少應該疊加下列負載：

·根據不同終端的類型滿配PPPoE 和IPoE 接入用戶

·PPPoE和IPoE 接入協議上的綁定雙向單播業務流量

·寬帶接入系統按照業務類型配置1：1或者N:1 進行VLAN 轉換或者VLAN匯聚， 并按業務要求配置QinQ封裝，分別轉發到不同的邊緣設備。

·疊加組播業務，進行跨VLAN 復制

·測試中疊加復雜協議行為，如批量PPPoE和IPoE 用戶的上線/下線行為(振蕩)， 組播用戶頻道切換。

·對帶內網關疊加DDOS 攻擊，觀察設備防護能力和穩定性。

·加載必要的DSL線路仿真和線路噪聲

流量發生和分析：

Spirent Testcenter 板卡測試端口密度高，少量的測試卡，就可以完成一個1：32系統或者1：64系統的系統測試。 特別是FX2-10G-Sy 系列卡，每個端口都可做為1G或者10G 用，測試床搭建非常靈活。 一個端口下，Spirent Testcenter 可產生RR，WRR，優先級和用戶自定義調度的流量，構造各種現網流量模型。

在統計上，Spirent Testcenter 為每條測試流提供豐富的實時統計量，統計準確，且符合標準定義，能準確分析數據業務和實時業務的質量，簡化問題定位：

·收發包總數和速率，涵蓋L1層統計和以太網/IP/L4 層統計。

·支持MEF10/RFC3393/RFC 4689 抖動統計。

·支持MEF10/RFC4737高級順序性統計，提供實時的丟包，重復，亂序，順序和遲到統計。

·支持1秒實時時延和抖動變化統計

·支持時延分布和抖動分布統計。實時時延/抖動統計和時延/抖動分布統計，測試長時間測試中業務轉發是否一直穩定，能夠反映很多被最大/最小/平均統計量掩蓋的問題。

性能和穩定性測試套件

為了公正有效評估通信設備的性能，業界長期以來形成了一系列基準性能測試標準，應用于研發和比對測試。 Spirent Testcenter上支持大量的基準性能測試自動化套件，自動執行標準化測試，并生成符合標準的測試報告。和寬帶接入網絡相關的套件包括：

RFC 2544 吞吐量，丟包率，時延和背靠背緩沖能力基準性能測試

非對稱RFC2544 測試套件，符合寬帶接入網絡上下行鏈路不對稱的特點。

RFC 5160 IPv6 基準性能測試

RFC 2889 二層交換設備基準性能測試

RFC 3918 組播基準性能測試

IPTV 測試套件，測試組播頻道切換，直觀衡量IPTV 用戶的體驗。

接入穩定性測試套件， 模擬接入協議(DHCP,PPPoX) 振蕩模型，觀察接入系統在異常情況下的長期穩定性。

4.2 WIFI測試

萬物互聯時代WIFI是主要的接入手段，甚至超過了Cable 接入。用戶端設備基本都具備WIFI接口， 特別是SFU和HGU。 過去由于缺乏具備和Cable 以太網接口測試儀同等能力的WIFI 接口測試儀，無法對WIFI 通路上業務的傳輸性能，傳輸質量和各種應用的用戶體驗進行評估。 Spirent Testcenter WIFI 接口卡，是市場上第一款具備L2-L7 全測試能力的WIFI 測試儀表， 所有在Cable 以太網接口上完成的測試，都可以在WIFI 接口上完成。 由于WIFI 接口相對鏈路質量和穩定性都較差， 所以在WIFI 接口上，進行性能和應用質量測試更加有必要。 Spirent Testcenter WIFI 測試端口支持802.11a/b/g/n 和802.11 AC，一個端口可以仿真數百種不同制式的終端。

 

圖8 WIFI設備測試拓撲圖

4.3 應用層真實業務模型測試

SFU，HGU 等設備，通常包含了應用層的能力，單純的L2-L3 測試，無法觸發NAT 表項處理，ALG等L4-L7 組件，而在現網中，這些組件都是使能的。在局端設備上，隊列門限設置是否合理，負載均衡算法是否合理，關鍵信令/TCP 協議消息傳輸優化是否有效，也需要應用層業務來驗證。所以除了傳統的L2-L3吞吐量，丟包率，時延等性能和協議測試外，還應該包括應用層測試功能：

在開啟NAT 情況下的性能指標，包括并發連接數，每秒新建連接數，有效帶寬等。

ALG(應用層網關)性能，開啟NAT以后，SIP, RTSP等協議需要開啟應用層網關，用于應用層協議的地址轉換。 對ALG 網關開啟以后，各種應用層業務的性能需要評估。

視頻質量評估， 互聯網時代，用戶對互聯網視頻的要求越來越高， 需要從用戶體驗角度對傳輸視頻質量進行評估。目前市場認可的評分標準主要是MDI 標準和TVQM評分體系。 這里結合Spirent Testcenter 和Attero 網絡損傷儀的組合測試方案，用Attero網絡損傷儀來仿真網絡中的時延，抖動，亂序的負面條件，觀察整個系統對應用的容錯和容損傷能力。

真實應用層混合業務的傳輸性能。在現網中，由于應用的豐富和帶寬的增加，用戶的應用多樣化，用戶端設備承載的應用層混合業務，業務的比例隨時間的變化而變化。未經充分測試的用戶端設備，在承載多業務時候，可能會出現不同的故障。這就需要對設備進行真實網絡中的混合業務模型測試。

Spirent Testcenter L4-L7 測試應用，可以進行真實的應用層業務的仿真。 連接局端設備的測試端口，仿真VOD, VOIP 核心網，文件服務器，BT網絡端，Web 服務器等各種類型的服務器，連接用戶端的測試端口，則仿真各種應用客戶端，通過仿真客戶端和服務器之間交互，產生有狀態的真實應用層業務，對設備的各種功能和性能進行評估。

Spirent Testcenter L4-L7 測試應用，集成RFC 3511 防火墻基準性能測試，作為最基本的應用層設備性能測試標準，評估指標包括：

吞吐量/時延

最大并發TCP 連接數；最大每秒新建/拆除TCP連接數；HTTP 每秒事務處理數

應用業務有效帶寬

DDOS 攻擊攔擊性能

非法流量處理能力

分片流量處理能力

Spirent Testcenter 支持豐富的應用層協議，并為每種業務提供針對性的統計指標：

數據相關協議，包括： HTTP，FTP，Telnet，DNS，郵件，文件系統訪問(CIFS,NFS)……

視頻相關協議，包括QuickTime RTSP/RTP, Real Networks RTSP/RTP, MMS，組播VOD，直播，RTMP，HTTPABR等，支持多種視頻編碼格式

語音相關協議：SIP 及各種語音編碼方式

用戶接入協議：PPPoE，DHCP，IPSEC，GRE，VLAN，QinQ

網絡攻擊

通過高級抓包回放(SAPEE) 功能， Spirent Testcenter 可以支持任意基于TCP或者UDP的私有協議仿真，這其中包括很多私有定義，但市場影響很廣的Internent 應用，比如BT，QQ，迅雷，MSN，Skype, 電騾，微信，在線游戲……..

Spirent Testcenter 能夠把各種應用層協議按比例混合，混合比例可隨時間變化，產生和現網流量模型一致的真實應用層流量模型， 對寬帶接入設備進行真實性測試。大量實測表明，這種流量模型能測試出大量單一協議測試無法測出的問題，對SFU和HGU設備產生很大的壓力。 圖9是一個混合流量模型測試示例。

 

圖9 應用層混合業務模型測試示例

五、寬帶接入典型測試場景

新一輪寬帶提速大潮中，設備廠家的測試新需求有多方面，包括測試床擴容，新的以太網測試端口和WIFI測試端口引入，有效的L2-L7測試方法學，克服測試投資和降資費的矛盾。 Spirent Testcenter 和DLS 線路仿真儀，Attero 網絡仿真儀組成的系統，提供了包括硬件，軟件，測試方法學在內的完整解決方案，能滿足上述所有測試需求。思博倫寬帶接入網絡測試解決方案10年來在運營商eco-system 中不斷發展，完善，已經被所有運營商幾乎所有的設備廠商采用。這些新的硬件，新的增強，能幫助整個生態鏈克服測試挑戰，保證網絡設備的服務質量，保障寬帶提速。