網(wǎng)絡測試以太網(wǎng)測試

以太網(wǎng)測試1.第二層測試的必要性2.以太網(wǎng)技術(shù)概述3.決定交換以太網(wǎng)性能的主要技術(shù)指標4.以太網(wǎng)測試相關(guān)RFC文檔5.以太網(wǎng)測試基本方法內(nèi)容提要為什么要進行二層網(wǎng)絡測試？二層測試的必要性OSI二層功能概述物理層涉及原始比特流的傳輸。數(shù)據(jù)鏈路層為相鄰節(jié)點間提供可靠的幀傳輸服務。

應用層

表示層

會話層

傳輸層

網(wǎng)絡層數(shù)據(jù)鏈路層

物理層

APDU

PPDU

SPDU

分段

分組

幀比特流主機X主機Y應用層協(xié)議

表示層協(xié)議

會話層協(xié)議

傳輸層協(xié)議

網(wǎng)絡層協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議

物理媒介

應用層接口

表示層接口

會話層接口

傳輸層接口

網(wǎng)絡層

接口

數(shù)據(jù)鏈路層

接口

物理層TCP/IP模型中的網(wǎng)絡訪問層該層包括了所有的局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術(shù)；計算機網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A，構(gòu)成了互連網(wǎng)通信的基礎平臺。HTTPSMTPFTPTFTPDNS

IPInternet

ICMPYour

LANTELNETUDPTCPARP

Many

LANs

and

WANs應用層傳輸層

網(wǎng)際層網(wǎng)絡訪問層RARP

根據(jù)網(wǎng)絡分層模型，上層的功能實現(xiàn)是以下層所提供的服務為基礎的；

不同的技術(shù)選擇、不同的設備選型、不同的網(wǎng)絡拓撲都會直接影響第二層服務質(zhì)量(如服務類型、數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量等)

，最終影響網(wǎng)絡高層的功能與性能。二層測試的必要性

網(wǎng)絡設備的研發(fā)與生產(chǎn)過程

階段測試為產(chǎn)品研發(fā)過程提供有效的反饋信息；

交換機產(chǎn)品研發(fā)完成時的合格測試；

為在運營商網(wǎng)絡中使用的高端交換機產(chǎn)品進行的入網(wǎng)認

證測試。

網(wǎng)絡規(guī)劃與設計過程

設備選型，特別是對指標有特殊要求，對功能與性

能有嚴格規(guī)定，或?qū)S商承諾的指標有懷疑時。

網(wǎng)絡運行過程

故障診斷

性能評價與分析

網(wǎng)絡升級或優(yōu)化二層測試的運用1.第二層測試的必要性2.以太網(wǎng)技術(shù)概述3.決定交換以太網(wǎng)性能的主要技術(shù)指標4.以太網(wǎng)測試相關(guān)RFC文檔5.以太網(wǎng)測試基本方法內(nèi)容提要2.1以太網(wǎng)技術(shù)2.2以太網(wǎng)地址2.3共享以太網(wǎng)和交換以太網(wǎng)2.4以太網(wǎng)幀2.5以太網(wǎng)交換機的工作原理2.6以太網(wǎng)交換機的體系結(jié)構(gòu)2.7以太網(wǎng)交換機的轉(zhuǎn)發(fā)方式2.8VLAN內(nèi)容提要2.1以太網(wǎng)技術(shù)家族

名稱標準以太網(wǎng)快速以太網(wǎng)千兆以太網(wǎng)帶寬10M100M

1G

拓撲總線/星型

星型

星型

組網(wǎng)方式共享/交換共享/交換

交換

標準

IEEE802.3IEEE802.3

uIEEE802.3z/IEEE802.3a

b適用范圍

局域網(wǎng)

局域網(wǎng)

局域網(wǎng)萬兆以太網(wǎng)10G星型/點對點交換IEEE802.3

ae局域網(wǎng)/城域網(wǎng)以太網(wǎng)組成共享媒體和電纜：雙絞線，同軸細纜，同軸粗纜，光纖；轉(zhuǎn)發(fā)器或集線器；網(wǎng)橋；交換機。2.2以太網(wǎng)地址為了標識以太網(wǎng)上的每臺主機，需要給每臺主機上的網(wǎng)絡適配器分配一個唯一的通信地址，即Ethernet地址或稱為網(wǎng)卡的物理地址、MAC地址。IEEE負責為每個網(wǎng)絡適配器或者網(wǎng)絡設備制造廠商分配一個唯一的廠商代碼，各廠商為自己生產(chǎn)的每塊網(wǎng)絡適配器分配一個唯一的Ethernet地址。每塊網(wǎng)卡的Ethernet地址就是這兩者的結(jié)合，所以每塊網(wǎng)卡擁有自己唯一的地址。2.2以太網(wǎng)地址00-D0-F8-00-11-22廠商代碼適配器編號Ethernet地址長度為48比特，共6個字節(jié)，其中，前3字節(jié)為IEEE分配給廠商的廠商代碼，后3字節(jié)為網(wǎng)絡適配器編號。2.2以太網(wǎng)地址2.3共享以太網(wǎng)與交換以太網(wǎng)共享以太網(wǎng)早期的以太網(wǎng)采用基于總線結(jié)構(gòu)的共享廣播式網(wǎng)絡，以及基于HUB的星型拓撲。在以太網(wǎng)中，數(shù)據(jù)都是以“幀”的形式傳輸?shù)?。共享式以太網(wǎng)是基于廣播的方式來發(fā)送數(shù)據(jù)的，因為集線器不能識別幀，所以它就不知道一個端口收到的幀應該轉(zhuǎn)發(fā)到哪個端口，它只好把幀發(fā)送到除源端口以外的所有端口。

2.3共享以太網(wǎng)與交換以太網(wǎng)共享以太網(wǎng)在這種工作方式下，所有設備與節(jié)點位于同一個沖突域，同一時刻網(wǎng)絡上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊，對共享介質(zhì)的爭用造成節(jié)點間的碰撞或沖突，如果發(fā)生碰撞還得重試，影響了網(wǎng)絡的運行性能。2.3共享以太網(wǎng)與交換以太網(wǎng)2.3共享以太網(wǎng)與交換以太網(wǎng)2.3共享以太網(wǎng)與交換以太網(wǎng)交換的提出：通常，解決共享以太網(wǎng)存在的問題就是利用“分段”的方法。即將一個大型的以太網(wǎng)分割成兩個或多個小型的以太網(wǎng)，使各網(wǎng)段成為隔離開的沖突域。2.3共享以太網(wǎng)與交換以太網(wǎng)

交換以太網(wǎng)是指以數(shù)據(jù)鏈路層的幀為數(shù)據(jù)交換單位，以以太網(wǎng)交換機為基礎構(gòu)成的網(wǎng)絡，交換機為星狀拓撲或擴展星狀拓撲的中心節(jié)點。交換機的沖突域僅局限于交換機的一個端口上。交換以太網(wǎng)允許多對節(jié)點同時通信，每個節(jié)點可以獨占傳輸通道和帶寬。2.3共享以太網(wǎng)與交換以太網(wǎng)時鐘同步幀開始標志目標主機源主機高層數(shù)據(jù)

C

R

C校驗高層協(xié)議類數(shù)據(jù)字段長度2.4以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)IEEE802.3幀判斷幀的長度是否符合最短幀長度的要求以確定是否為有效幀；判斷目標地址是否與本節(jié)點的MAC地址匹配以決定是否接收該幀；

1）與本節(jié)點的單播

地址匹配

2）與本節(jié)點所在的組播

組相同的組播地址

3）廣播地址。判斷幀的正確性以決定是否丟棄該幀。以太網(wǎng)幀的接收過程2.5以太網(wǎng)交換機的工作原理交換機是工作在數(shù)據(jù)鏈路層的設備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部緩存的地址表中，該表給出關(guān)于交換機不同接口所連主機的MAC地址信息。交換機收到一個數(shù)據(jù)幀后，能夠識別出這個幀的結(jié)構(gòu)，根據(jù)幀的目的地址，將這個幀轉(zhuǎn)發(fā)到對應的某個端口上去，而不是廣播到其它所有的端口。交換機具有基于MAC地址進行幀過濾和轉(zhuǎn)發(fā)的能力。端口MAC地址100-1d-09-35-68-2a300-1d-09-35-67-2a600-1d-09-35-66-2a900-1d-09-35-65-2a根據(jù)幀中的目的地址，通過查找地址表決定轉(zhuǎn)發(fā)行為：若地址表顯示目的節(jié)點與源節(jié)點位于交換機的同一端口

，忽略幀；若地址表顯示目的節(jié)點在交換機所連的某一端口，且與源節(jié)點不在同一端口

，轉(zhuǎn)發(fā)到目的端口；若目的MAC地址為廣播地址，向除源端口外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)幀；若地址表中找不到目的地址，向除源端口外的所有端口轉(zhuǎn)發(fā)幀。

主機A00-1d-09-35-68-2a交換表

主機B00-1d-09-35-67-2a

主機C00-1d-09-35-66-2a

主機D00-1d-09-35-65-2a2.5以太網(wǎng)交換機的工作原理背板是交換機的中央交換部件，用于交換機的各個端口之間傳送數(shù)據(jù)。背板的結(jié)構(gòu)和容量決定了一個交換機的性能。交換機背板主要有三種結(jié)構(gòu)：共享總線（Shared-bus）共享存儲（Shared-memory）交叉矩陣（Cross-bar）2.6以太網(wǎng)交換機的體系結(jié)構(gòu)交換端口通過ASIC芯片同高速總線相連，數(shù)據(jù)由端口傳輸至ASIC芯片，ASIC芯片根據(jù)目的地址通過高速總線將數(shù)據(jù)傳至目的端口。為了解決多個端口并發(fā)訪問共享數(shù)據(jù)總線所產(chǎn)生的競爭或沖突，還引入了仲裁機制。交換機的體系結(jié)構(gòu)--共享總線型兩種數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)方式集中式交換方式分布式交換方式交換機的體系結(jié)構(gòu)--共享總線型兩種數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)方式集中式交換方式中，由交換機中心處理器保存端口與目的MAC地址的映射表。

一旦某端口接收到分組，該端口將該分組中的目的MAC地址通過高速總線送至交換機仲裁處理器，仲裁處理器通過訪問中央數(shù)據(jù)庫，確定MAC地址所對應的目的交換端口，然后仲裁處理器對共享總線進行控制，使得來自源端口的數(shù)據(jù)幀經(jīng)由共享總線傳至目的端口。交換機的體系結(jié)構(gòu)--共享總線型兩種數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)方式分布式交換方式中，每個端口在本地維持一個端口與目的MAC地址的映射表。

當數(shù)據(jù)進入交換機端口時，由該端口的ASIC芯片截獲分組的目的MAC地址，ASIC芯片將該地址在本地數(shù)據(jù)庫進行檢索，尋找對應的目的端口，如果發(fā)現(xiàn)目的端口，就將分組通過共享總線發(fā)送至目的端口；如果沒有發(fā)現(xiàn)目的端口，該端口將目的MAC地址發(fā)送至所有的交換端口，由知道該目的MAC地址的交換端口通知源端口，然后再進行數(shù)據(jù)交換。交換機的體系結(jié)構(gòu)--共享總線型使用一個全局共享存儲池進行數(shù)據(jù)傳輸交換。進入交換機的數(shù)據(jù)首先存儲在共享RAM中，共享RAM一般由專用集成電路（ASIC）芯片管理。ASIC芯片通過查找地址表，找到與目的地址對應的目的端口，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送至所對應的目的端口。共享內(nèi)存結(jié)構(gòu)實現(xiàn)簡單，但受內(nèi)存容量與速度限制，無法支持大容量交換(一般限制在20G-80G)，且交換延時比較大。交換機的體系結(jié)構(gòu)--共享存儲器交換機的體系結(jié)構(gòu)--縱橫式矩陣當端口數(shù)據(jù)量大，網(wǎng)絡負載重的情況下會因交叉點的瓶頸而造成阻塞。早期的交叉結(jié)構(gòu)中，所有的端口連接匯聚到一個交叉點，交叉點結(jié)構(gòu)中，數(shù)據(jù)傳輸通過交叉點進行當交叉點正在進行端口交換時，端口輸入的數(shù)據(jù)必須暫時存儲在輸入端口的本地緩存中，等待別的數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，再傳輸至目的端口。交換機的體系結(jié)構(gòu)--縱橫式矩陣交叉開關(guān)矩陣或縱橫式交換矩陣(Crossbar)是大容量高端交換機中普通采用的結(jié)構(gòu)。內(nèi)部的交換機矩陣和仲裁矩陣實現(xiàn)了無阻塞交換。交換機擁有一條很高帶寬的高性能背部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上。控制電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的MAC地址對照表以確定目的MAC的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣直接將數(shù)據(jù)包迅速傳送到目的節(jié)點，目的MAC若不存在才廣播到所有的端口。這種方式我們可以明顯地看出一方面效率高，不會浪費網(wǎng)絡資源，只是對目的地址發(fā)送數(shù)據(jù)，一般來說不易產(chǎn)生網(wǎng)絡堵塞；另一個方面數(shù)據(jù)傳輸安全，因為它不是對所有節(jié)點都同時發(fā)送，發(fā)送數(shù)據(jù)時其它節(jié)點很難偵聽到所發(fā)送的信息。但連接交叉矩陣的總線成為新的性能瓶頸。交換機的體系結(jié)構(gòu)--縱橫式矩陣類型：直接交換（cut-through）和存儲轉(zhuǎn)發(fā)（store-and-forward）直接交換模式又分成快速轉(zhuǎn)發(fā)（fast-forward）與無碎片（Fragment-free）交換。2.7交換機的轉(zhuǎn)發(fā)方式

交換機將數(shù)據(jù)從一個端口轉(zhuǎn)發(fā)至到另一個端口的處理方式稱為交換模式。

字節(jié)716先導字段幀開始標識

目的地址長度源地址數(shù)據(jù)246~150046校驗和快速轉(zhuǎn)發(fā)具有最小的延時不提供幀的錯誤檢測快速轉(zhuǎn)發(fā)交換方式在快速轉(zhuǎn)發(fā)交換方式下，交換機只讀出數(shù)據(jù)幀的前6個字節(jié)(即交換機確定目的MAC地址)，就會查找轉(zhuǎn)發(fā)表，將數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)较鄳妮敵龆丝冢瑢l(fā)出去。優(yōu)點：轉(zhuǎn)發(fā)速率快、減少延時和提高整體吞吐率缺點：在整個幀還未全部接收到之前就開始轉(zhuǎn)發(fā)幀，因此錯誤

幀也會被轉(zhuǎn)發(fā)出去，導致網(wǎng)絡資源的浪費。適用環(huán)境：網(wǎng)絡鏈路質(zhì)量較好、錯誤數(shù)據(jù)包較少的網(wǎng)絡環(huán)境。快速轉(zhuǎn)發(fā)交換方式

字節(jié)716先導字段幀開始標識

目的地址長度源地址數(shù)據(jù)246~150046校驗和快速轉(zhuǎn)發(fā)具有最小的延時不提供幀的錯誤檢測快速轉(zhuǎn)發(fā)有兩個問題：（1）它會轉(zhuǎn)發(fā)小于64字節(jié)的破碎幀和錯誤幀；（2）該方法要求交換機的所有端口要以同樣的速率工作。也就是說，如果交換機的大部分端口是10Mbps的，那么這臺交換機上就不能有快速以太網(wǎng)的端口。

原因在于快速轉(zhuǎn)發(fā)法在轉(zhuǎn)發(fā)幀的過程中不能有任何間隙，而任何時候從低速率轉(zhuǎn)換到高速率時都會有一個間隙，除非使用某種類型的緩沖?？焖俎D(zhuǎn)發(fā)交換方式在無碎片交換方式下，交換機通過對無效碎片幀的過濾來降低直接交換錯誤幀的概率。它檢查數(shù)據(jù)包的長度是否夠64個字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說明是碎片幀，則丟棄該幀；如果大于等于64字節(jié)，則發(fā)送該幀。無碎片交換方式

字節(jié)716先導字段幀開始標識

目的地址長度源地址數(shù)據(jù)246~150046校驗和無碎片交換低延時，可過濾碎片幀優(yōu)點：數(shù)據(jù)處理速度比存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式快缺點：比快速轉(zhuǎn)發(fā)交換方式慢適用環(huán)境：一般的通訊鏈路

字節(jié)716先導字段幀開始標識

目的地址長度源地址數(shù)據(jù)246~150046校驗和無碎片交換低延時，可過濾碎片幀無碎片交換方式在存儲轉(zhuǎn)發(fā)時，交換機將幀向目的端口轉(zhuǎn)發(fā)之前要先接收完整的幀，將數(shù)據(jù)幀存儲到緩沖器中，進行CRC循環(huán)冗余校驗，如果這個數(shù)據(jù)包有CRC錯誤，則該包將被丟棄；如果數(shù)據(jù)包完整，交換機查詢地址映射表將其轉(zhuǎn)發(fā)至相應的端口。存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式716先導字段幀開始標識

目的地址長度源地址數(shù)據(jù)246~150046校驗和存儲轉(zhuǎn)發(fā)高延時可過濾所有錯誤幀優(yōu)點：沒有殘缺數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，減少不必要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)缺點：轉(zhuǎn)發(fā)速率比直接轉(zhuǎn)發(fā)方式慢。適用環(huán)境：適用于普通鏈路質(zhì)量或較為惡劣的網(wǎng)絡環(huán)境存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式716先導字段幀開始標識

目的地址長度源地址數(shù)據(jù)246~150046校驗和存儲轉(zhuǎn)發(fā)高延時可過濾所有錯誤幀2.7交換機的轉(zhuǎn)發(fā)方式（續(xù)）實際交換機產(chǎn)品中，通常引入智能控制方式來進行選擇。設置幀錯誤率的閾值，先采用直接交換，一旦幀錯誤率超過閾值，改用存儲轉(zhuǎn)發(fā)。2.8VLANVLAN（虛擬局域網(wǎng)）是指網(wǎng)絡中的站點不拘泥于所處的物理位置，根據(jù)需要靈活地加入不同的邏輯子網(wǎng)中的一種網(wǎng)絡技術(shù)。

基于交換式以太網(wǎng)的VLAN在交換式以太網(wǎng)中，利用VLAN技術(shù)，可以將由交換機連接成的物理網(wǎng)絡劃分成多個邏輯子網(wǎng)。位于不同樓層的用戶或者不同部門的用戶可以根據(jù)需要加入不同的虛擬局域網(wǎng)。2.8VLAN2.8VLAN一個虛擬局域網(wǎng)中的站點所發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)包將僅轉(zhuǎn)發(fā)至屬于同一VLAN的站點。

在交換式以太網(wǎng)中，各站點可以分別屬于不同的虛擬局域網(wǎng)。構(gòu)成虛擬局域網(wǎng)的站點不拘泥于所處的物理位置，它們既可以掛接在同一個交換機中，可以掛接在不同交換機中。VLAN幀格式（IEEE802.1Q）類型標識符（TyPeID，TPID）：2B，用于標識幀的類型，其值為0x8100時表示802.1Q/802.1P的幀，當設備檢測源地址后的兩個字節(jié)值是0x8100時，就知道現(xiàn)在插入了4B的VLAN標記。用戶優(yōu)先級：占3bit，表示幀的優(yōu)先級，取值范圍0~7，值越大優(yōu)先級越高。VID：占12bit，它是VLAN的標識符，唯一的標志了這個以太網(wǎng)幀是屬于哪一個VLAN，范圍是1~4094，支持VLAN數(shù)255個。2.8VLAN虛擬局域網(wǎng)是一種軟技術(shù)，如何分類，將決定此技術(shù)在網(wǎng)絡中能否發(fā)揮到預期作用。常見的虛擬局域網(wǎng)分類有5種：

基于端口劃分VLAN

基于MAC地址劃分VLAN

基于網(wǎng)絡層劃分VLAN

基于IP組播劃分VLAN

基于策略劃分VLAN

2.8VLAN虛擬局域網(wǎng)的劃分方式1.基于端口劃分VLAN許多VLAN廠商都利用交換機的端口來劃分VLAN成員，被設定的端口都在同一個廣播域中。

例如，一個交換機的1~4端口為VLAN10，5~17端口為VLAN20，18~24端口為VLAN30。當然，這些屬于同一VLAN的端口可以不連續(xù)，如何配置由管理員決定。

優(yōu)點：定義VLAN成員時非常簡單，配置過程簡單，只要將所有端口都定義就可以了。

缺點：如果VLAN的用戶離開原來的端口，就必須重新定義。

2.8VLAN虛擬局域網(wǎng)的劃分方式基于端口劃分VLAN2.8VLAN端口12345678VIDxxyxyyyy2.8VLAN2.基于MAC地址劃分VLAN這種方法是根據(jù)每個主機的MAC地址來劃分，即對每個MAC地址的主機都配置它屬于哪個組。優(yōu)點：當用戶物理位置移動時，即從一個交換機換到其他的交換機時，VLAN不用重新配置，所以，可以認為這種根據(jù)MAC地址的劃分方法是基于用戶的VLAN。缺點：（1）所有的用戶都必須進行配置，如果有幾百個甚至上千個用戶的話，配置是非常累的。（2）這種劃分的方法也導致了交換機執(zhí)行效率的降低，因為在每一個交換機的端口都可能存在很多個VLAN組的成員，這樣就無法限制廣播包了。（3）對于使用筆記本電腦的用戶來說，他們的網(wǎng)卡可能經(jīng)常更換，這樣，VLAN就必須不停地配置。2.8VLAN虛擬局域網(wǎng)的劃分方式MAC地址ABCDEFGHVIDxxxyxyyy2.8VLAN3.基于網(wǎng)絡層劃分VLAN這種方法是根據(jù)每個主機的網(wǎng)絡層地址或協(xié)議類型（如果支持多協(xié)議）劃分的，可分為IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan等VLAN網(wǎng)絡。

優(yōu)點：（1）用戶的物理位置改變了，不需要重新配置所屬的VLAN。（2）這種按網(wǎng)絡層協(xié)議來組成的VLAN，可使廣播域跨越多個

VLAN交換機，這對于網(wǎng)絡管理員來說是非常具有吸引力的。（3）這種方法不需要附加的幀標簽來識別VLAN，這樣可以減少網(wǎng)絡的通信量

缺點：效率低，因為檢查每一個數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡層地址是需要消耗處理時間的(相對于前面兩種方法)，一般的交換機芯片都可以自動檢查網(wǎng)絡上數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)幀頭，但要讓芯片能檢查IP幀頭，需要更高的技術(shù)，同時也更費時。2.8VLAN虛擬局域網(wǎng)的劃分方式IP地址VIDxxxxyyyy2.8VLAN4.基于IP組播劃分VLANIP組播實際上也是一種VLAN的定義，即認為一個組播組就是一個VLAN，這種劃分的方法將VLAN擴大到了廣域網(wǎng)，因此這種方法具有更大的靈活性，而且也很容易通過路由器進行擴展，當然這種方法不適合局域網(wǎng)，主要是效率不高。2.8VLAN虛擬局域網(wǎng)的劃分方式5.基于策略劃分VLAN這是最靈活的VLAN劃分方法，具有自動配置的能力，能夠把相關(guān)的用戶連成一體，在邏輯劃分上稱為“關(guān)系網(wǎng)絡”。網(wǎng)絡管理員只需在網(wǎng)管軟件中確定劃分VLAN的規(guī)則（或?qū)傩裕?，那么當一個站點加入網(wǎng)絡中時，將會被“感知”，并被自動地包含進正確的VLAN中。同時，對站點的移動和改變也可自動識別和跟蹤。

2.8VLAN虛擬局域網(wǎng)的劃分方式VLANMAC學習機制如下：SVL（共享VLAN學習）

交換機將所有在VLAN端口學習到的MAC地址表項全部記錄到一張共享的MAC地址表內(nèi)，從任意VLAN內(nèi)的任意端口接收的報文都參照此表中的信息進行轉(zhuǎn)發(fā)。交換機維護一張映射表，維護3個元素端口、VLANID和MAC。IVL（獨立VLAN學習）

交換機為每個VLAN維護獨立的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表。由某個VLAN內(nèi)的端口接收的報文，其源MAC地址只被記錄到該VLAN的MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)表中，且報文的轉(zhuǎn)發(fā)只以該表中的信息作為依據(jù)。2.8VLAN使用VLAN的交換機的MAC學習方法交換機上的端口分為兩種：Access：只屬于一個VLAN，且僅向該VLAN轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的端口。大多數(shù)情況下，所連的是PC機或路由器的端口，并且是通過手動設置指定VLAN的。Trunk：一個trunk端口在默認情況下允許多個VLAN通過，能夠轉(zhuǎn)發(fā)多個不同VLAN的的數(shù)據(jù)幀，是一種交換機和交換機之間的端口，用于需要設置跨越多臺交換機的VLAN時。

2.8VLANVLAN中數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)當交換機端口是Access時：只允許缺省VLAN通過，一個access端口只能屬于一個VLAN，它的缺省VLAN就是它所在的VLAN，僅接收和發(fā)送一個VLAN的數(shù)據(jù)幀。收到數(shù)據(jù)幀后，如果這個數(shù)據(jù)幀沒有標記，交換機給這個數(shù)據(jù)幀加上PVID（PortVLANID），即端口VID，然后交換機開始轉(zhuǎn)發(fā)這個數(shù)據(jù)幀。端口發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，如果端口是Access，它將剝離PVID發(fā)送出去，以保證傳送給終端設備的幀沒有被變動過。2.8VLANVLAN中數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)當交換機端口是Access時：當PCB要發(fā)送一個數(shù)據(jù)幀給PCA時，數(shù)據(jù)幀通過PCB發(fā)送到SWA的ACCESS端口時，SWA給該數(shù)據(jù)幀打上VLAN10的標簽，然后將該數(shù)據(jù)幀傳送到連接PCA端口的ACCESS端口上。

該端口接受到數(shù)據(jù)幀后，剝離標簽后，發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)幀是發(fā)送給PCA的，然后直接發(fā)送給PCA。

2.8VLANVLAN中數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)當交換機端口是Trunk時：人們想辦法讓交換機間互聯(lián)的網(wǎng)線集中到一根上，這時使用的就是匯聚鏈接（TrunkLink）。匯聚鏈接指的是能夠轉(zhuǎn)發(fā)多個不同VLAN的通信的端口。2.8VLANVLAN中數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)當交換機端口是Trunk時：當PCB要發(fā)送數(shù)據(jù)幀給PCD，PCB將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給SWA的E1/0/2端口，PCA通過該端口接受到數(shù)據(jù)幀后，給該數(shù)據(jù)幀打上VLAN20的標簽，發(fā)送到該交換機的E1/0/24端口，由于該端口是TRUNK口，并且默認VLAN是VLAN20，所以該端口在接受到該數(shù)據(jù)幀后，剝離標簽后轉(zhuǎn)發(fā)到SWB的E1/0/24端口上。2.8VLANVLAN中數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)由于該數(shù)據(jù)幀沒有帶有任何標簽，所以SWB在接收到該數(shù)據(jù)幀后，給該數(shù)據(jù)幀打上默認VLAN標簽VLAN20，然后發(fā)送到該交換機的E1/0/2端口上，該端口接受到數(shù)據(jù)幀后，剝離標簽，發(fā)現(xiàn)是發(fā)送給PCD的，于是通過該端口發(fā)送給PCD。1.第二層測試的必要性2.以太網(wǎng)技術(shù)概述3.決定交換以太網(wǎng)性能的主要技術(shù)指標4.以太網(wǎng)測試相關(guān)RFC文檔5.以太網(wǎng)測試基本方法內(nèi)容提要

二層功能包括：

幀的封裝與拆封

基于MAC地址的幀接收與轉(zhuǎn)發(fā)

流量控制

簡單的差錯控制

將這些功能可以分別歸類兩個不同層面上：

數(shù)據(jù)傳輸層面

傳輸控制層面決定交換以太網(wǎng)性能的主要指標背板帶寬負載交換機時延轉(zhuǎn)發(fā)速率丟幀率吞吐量突發(fā)3.1數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標背板帶寬

背板帶寬：是交換機接口處理器或接口卡和數(shù)據(jù)總線間所能吞吐的最大數(shù)據(jù)量。背板帶寬標志了交換機總的數(shù)據(jù)交換能力，單位為Gbps，也叫交換帶寬，一般的交換機的背板帶寬從幾Gbps到上百Gbps不等。一臺交換機的背板帶寬越高，所能處理數(shù)據(jù)的能力就越強，但同時設計成本也會越高。背板帶寬資源的利用率與交換機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)息息相關(guān)。當交換機所有端口容量乘以端口數(shù)量之和的2倍小于背板帶寬時，能實現(xiàn)全雙工無阻塞交換，證明交換機具有發(fā)揮最大數(shù)據(jù)交換性能的條件。

信道或設備在單位時間內(nèi)所承受的通信流量被稱為負載。在網(wǎng)絡第二層，通常以單位時間內(nèi)設備或網(wǎng)絡所承載的幀數(shù)來衡量。

負載過量會導致網(wǎng)絡擁塞或設備工作狀態(tài)不正常。負載交換機時延

交換機時延（Latency）：是指從交換機接收到數(shù)據(jù)包到開始向目的端口復制數(shù)據(jù)包之間的時間間隔。有許多因素會影響延時大小，比如轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)等等。采用直接轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的交換機有固定的延時。因為直接式交換機不管數(shù)據(jù)包的整體大小，而只根據(jù)目的地址來決定轉(zhuǎn)發(fā)方向。所以它的延時取決于交換機解讀數(shù)據(jù)包前6個字節(jié)中目的地址的解讀速率。采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的交換機由于必須要接收完整的數(shù)據(jù)包才開始轉(zhuǎn)發(fā)，所以它的延時與數(shù)據(jù)包大小有關(guān)。數(shù)據(jù)包大，則延時大；數(shù)據(jù)包小，則延時小。

轉(zhuǎn)發(fā)速率用以描述交換設備幀轉(zhuǎn)發(fā)能力的指標。被定義成在某個特定負載下，交換機設備在單位時間內(nèi)向目標端口成功轉(zhuǎn)發(fā)的幀數(shù)。

不同設備的轉(zhuǎn)發(fā)速率與交換機的體系結(jié)構(gòu)、端口帶寬、轉(zhuǎn)發(fā)模式、設備的負載狀況等因素有關(guān)。

對于給定的設備，在沒有丟幀的理想狀態(tài)下，轉(zhuǎn)發(fā)率應該隨著負載的增加而增加。但當負載增加并接近線路傳輸容量時，會因丟幀而導致轉(zhuǎn)發(fā)速率下降。轉(zhuǎn)發(fā)速率(forwardingrate)

丟失的數(shù)據(jù)幀占應轉(zhuǎn)發(fā)幀的比例。應轉(zhuǎn)發(fā)幀指那些應該被轉(zhuǎn)發(fā)的合法幀，不包括那些過長、過短和錯誤的無效幀。

丟幀主要出現(xiàn)在負載過大時，因交換機存儲容量、地址表查找、端口擁塞等方面的瓶頸而產(chǎn)生。丟幀率(framelossratio)

這是另一個描述交換設備數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)能力的指標，用以衡量交換機在不丟幀條件下每秒轉(zhuǎn)發(fā)幀的極限能力。

定義成：在沒有出現(xiàn)丟幀的條件下，能夠傳輸給交換機讓其轉(zhuǎn)發(fā)到指定輸出端口的每秒最大幀數(shù)。吞吐量(Throughput)

在某個時間段內(nèi)，一組以合法最小幀間隔傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)幀被稱為突發(fā)。

一次突發(fā)傳輸中所包含的幀數(shù)被稱為突發(fā)量(Burstsize)。突發(fā)量為1時，相當于無突發(fā)傳輸?shù)暮愣ㄘ撦d。

兩次突發(fā)之間的時間間隔被稱為突發(fā)間隔

(Inter-burst

gap，簡稱IBG)。

交換機所能承載的突發(fā)量越大，可以處理的突發(fā)間隔越小，突發(fā)量分布的離散性越大，說明交換機處理突發(fā)數(shù)據(jù)流量的性能越好

。突發(fā)(burst)對于負載、轉(zhuǎn)發(fā)速率和吞吐量等指標，是從單位時間內(nèi)能處理的幀數(shù)（fps）來描述的。在衡量網(wǎng)絡的物理傳輸質(zhì)量時，采用數(shù)據(jù)傳輸速率和誤碼率來描述。數(shù)據(jù)傳輸速率：單位時間內(nèi)所傳輸?shù)谋忍財?shù)。誤碼率：錯誤傳輸?shù)谋忍財?shù)占全部傳輸比特數(shù)的比例。

在物理層，是從“比特”的角度來描述網(wǎng)絡性能的。

原因：當性能關(guān)注點或測試問題與對象所對應的網(wǎng)絡分層不同時，需要采用不同的描述粒度。3.1數(shù)據(jù)傳輸層面相關(guān)的指標

傳輸控制功能是為了正確實現(xiàn)基于二層地址的幀轉(zhuǎn)發(fā)，避免或減少因擁塞而產(chǎn)生的丟幀，而提供的控制功能，如：

地址處理

擁塞控制(流量控制)錯誤幀過濾

廣播處理

流量隔離

控制功能實現(xiàn)或正確與否，直接影響數(shù)據(jù)層面上的轉(zhuǎn)發(fā)性能。3.2傳輸控制層面相關(guān)的指標

擁塞控制

擁塞控制也稱流量控制，是指控制源端發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)量及速度使其不超過接收端所能承受的能力，以避免產(chǎn)生幀的丟失。

當交換機發(fā)生擁塞時，產(chǎn)生的直接后果就是幀的丟失，從而導致網(wǎng)絡性能的下降。即使在高層使用了TCP的可靠傳輸協(xié)議，仍然會因為TCP的重傳機制所產(chǎn)生的延遲而引起數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛唷?/p>

擁塞控制

下圖給出了在不同TCP重傳定時器的設置下，以太網(wǎng)丟幀率對網(wǎng)絡響應性能的影響。

可以看出，即使有TCP重傳機制，在丟幀率達到一定水平后，網(wǎng)絡響應性能仍然會出現(xiàn)急劇的下降。

例如，對于5s的TCP重傳確認定時器，1%的丟幀率就將導致網(wǎng)絡響應性能降低98%。（1）過載(overload)（2）線端阻塞(Headoflineblocking)因某個外出端口上的擁塞而阻礙了其他通往非擁塞端口流量的現(xiàn)象。對于在輸入隊列中采用共享存儲的交換機，當隊列頭有轉(zhuǎn)發(fā)到阻塞端口的幀時，造成后繼轉(zhuǎn)發(fā)到非阻塞端口幀也必須等待。產(chǎn)生擁塞的主要原因背壓(Backpressure)

當外出或輸出端口出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象時，被交換機用來通知發(fā)送端降低幀發(fā)送速度，以阻止外部數(shù)據(jù)源繼續(xù)向擁塞端口傳輸幀的那些方法。常用方法（1）在半雙工方式下，通過向發(fā)送源發(fā)送擁塞（jamming）信號使得信息源降低發(fā)送速度。（2）在全雙工方式下，一般遵循IEEE802.3x標準，由交換機向信息源發(fā)送“pause”幀令其暫停發(fā)送。背壓機制使發(fā)送到擁塞端口的流量得到減緩，可能會導致到非擁塞輸出端口的發(fā)送流量也被減緩。

擁塞控制機制-背壓 前壓(Forwardpressure)

當上游設備以小于最小幀間隙的間隔或以超過線速的速率向下游交換機發(fā)送流量時，往往會導致下游交換機出現(xiàn)接收緩沖(buffer)溢出甚至阻塞。

某些交換機可通過減緩輸出隊列的飽和程度、禁止上游設備發(fā)送幀等強制性機制來消除或減少上述丟幀現(xiàn)象。

具有上述功能的交換機被認為具有前壓機制。擁塞控制機制-前壓 前壓(Forwardpressure)

正常情況下，在處理交換機內(nèi)部共享資源爭用時，會使用類似CSMA/CD協(xié)議（載波監(jiān)聽多點接入/碰撞檢測）中的后退算法，但在具備前壓機制的交換機中，當對資源的爭用加劇時，會通過禁用或放棄后退算法來獲得對共享介質(zhì)如緩存的強行訪問，來加快幀的轉(zhuǎn)發(fā)，并借此減輕輸出隊伍的擁塞或飽和程度。

不是以太網(wǎng)標準或協(xié)議所推薦的，因而不是所有的交換機都提供前壓。擁塞控制機制-前壓線速什么是線速（Wirespeed）？線速是指以介質(zhì)允許的最大傳輸速率向設備發(fā)送流量的狀態(tài)。線速即無阻塞轉(zhuǎn)發(fā)。那么線速究竟是多快呢？以10Mbps的Ethernet來說，最小的數(shù)據(jù)幀長度為64bytes即512bit，幀間隙最小96bits，幀的前同步位8bytes，因此10MbpsEthernets所能達到的幀的最快轉(zhuǎn)發(fā)速度為：10Mbps/(512+96+64)=14,880.95pps。（pps：Packet/Second）。

與交換機在二層地址學習與處理能力相關(guān)的指標，包括：地址緩存容量(AddressCachingCapacity)：指交換機的MAC地址表中可以最多存儲的MAC地址數(shù)量，存儲的MAC地址數(shù)量越多，那么數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的速度和效率也就越高。地址學習速率(AddressLearningRate)：指交換機在不用丟棄數(shù)據(jù)幀的情況下，可以學習新的MAC地址的速度，該指標用于網(wǎng)絡重啟后地址表的建立速度。地址處理(addresshandling)

錯誤幀(error

frame)是指所有過長、過短、錯位或含有錯誤校驗序列的幀。IEEE802.3標準規(guī)定以太網(wǎng)幀的合法長度為64~1518B，長度小于64B的幀稱為過短幀，長度大于1518B的幀稱為過長幀。

錯位幀由物理傳輸過程中的位錯引起。

含有錯誤校驗序列的幀是指那些因幀中含有錯誤的CRC碼而不能通過的校驗的幀。

錯誤幀過濾可減少或避免因傳輸錯誤幀而產(chǎn)生的帶寬浪費，以及后續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)設備因處理這些錯誤幀而付出不必要的資源消耗。錯誤幀過濾（Erroredframefiltering）當交換機的輸入端口收到一個幀，并且在地址表中找不到與幀的目的MAC地址所對應的目的端口時，就會采用向所有端口洪泛廣播的方法來轉(zhuǎn)發(fā)該幀。用兩個指標來衡量交換機的廣播性能：廣播轉(zhuǎn)發(fā)速率(Broadcastforwardingrate)

一臺交換設備在某個指定的廣播負載下，一秒內(nèi)向它所在廣播域的所有端口發(fā)送的廣播幀的數(shù)量。廣播時延(Broadcastlatency)

交換機將廣播幀轉(zhuǎn)發(fā)到位于同一個廣播域中的每個端口所需的時間。 廣播(broadcast)

流量隔離是用于衡量交換機對于VLAN流量隔離的功能的指標。VLAN的最大特點就是就是它實現(xiàn)了不同VLAN間的流量隔離。每個VLAN都是一個獨立的廣播域，當交換機收到廣播數(shù)據(jù)時，將在本VLAN中廣播，不會廣播到其它VLAN；不同VLAN中的節(jié)點，相互之間不能直接進行流量的轉(zhuǎn)發(fā)；即使是位于同一交換機上的兩個端口，只要不在同一VLAN中，相互之間也不能滲透流量。 流量隔離（trafficfiltering）1.第二層測試的必要性2.以太網(wǎng)技術(shù)概述3.決定交換以太網(wǎng)性能的主要技術(shù)指標4.以太網(wǎng)測試相關(guān)RFC文檔5.以太網(wǎng)測試基本方法內(nèi)容提要相關(guān)的RFC文檔包括RFC1242、RFC2544、RFC2285和RFC2889。RFC1242和RFC2544具有一般性的指導意義，涵蓋了OSI全部七層的測試。RFC2285為以太網(wǎng)交換設備基準測試提供了基本術(shù)語。RFC2889為以太網(wǎng)交換設備基準測試提供基本方法學。二層測試相關(guān)的RFC文檔

DUT和SUT

DUT指被測試設備（Device

under

test）

SUT指被測試系統(tǒng)（System

under

test）RFC2285中的基本術(shù)語單向流量和雙向流量

單向流量（Unidirectional

traffic）是指測試流在被測設備中以單向方式傳輸。

即由測試儀發(fā)送的測試幀從DUT的輸入端口進入DUT，由DUT上的輸出端口發(fā)送回測試儀，DUT上的輸出端口本身不從測試儀接收任何流量。當測試者為DUT加載單向流量時，是由DUT上的不同端口處理幀的接收與發(fā)送，輸入端口與輸出端口的角色是不重疊的。RFC2285中的基本術(shù)語單向流量和雙向流量

雙向流量（Bidirectional

traffic）是指每個端口在進行接收流量的同時也在進行發(fā)送流量。

當測試者為DUT加載雙向流量時，所有從測試儀表接收測試流量的端口同時也在向測試儀表回送測試流量，每個端口同時承擔輸入端口與輸出端口的角色。RFC2285中的基本術(shù)語

非網(wǎng)狀流量、部分網(wǎng)狀流量和全網(wǎng)狀流量

非網(wǎng)狀流量(Non-meshed

traffic)，也稱端口對（Port

Pair）方式。 DUT上的接口被設置為輸入和輸出兩類。每一個輸入接口和一個輸出接口對應，流量從一個輸入端口加載后發(fā)送到另一個輸出端口，形成一對一關(guān)系。

不同的對（組）之間是互斥的，流量不會相互泄漏。RFC2285中的基本術(shù)語

非網(wǎng)狀流量、部分網(wǎng)狀流量和全網(wǎng)狀流量

部分網(wǎng)狀流量(Partially

meshed

traffic)，也被稱作骨干（Back

Bone）方式。 DUT/SUT的每個接口也被設置為輸入和輸出兩類。輸入和輸出端口仍被捆綁成組來發(fā)送和接收幀，組與組之間互斥。但在組內(nèi)，輸入和輸出接口的模式變成了一對多、多對一或多對多模式。RFC2285中的基本術(shù)語

非網(wǎng)狀流量、部分網(wǎng)狀流量和全網(wǎng)狀流量

全網(wǎng)狀流量(Fullymeshedtraffic)模式下，DUT上的每個被測試接口既可以向所有其他的測試端口發(fā)送流量，也可以接收來自所有其他被測端口的流量，是一種完全多對多的關(guān)系。

對于一個有n個被測端口的交換機而言，在單向流量時，將會形成n(n-1)/2的端口對，在雙向流量時，相當于有n(n-1)的端口對。RFC2285中的基本術(shù)語

非網(wǎng)狀流量、部分網(wǎng)狀流量和全網(wǎng)狀流量

定義3種不同流量模式是為了適應不同目的的測試。

以一款具有24個快速以太網(wǎng)接口（FE）和2個千兆以太網(wǎng)端口（GE）的非對稱交換機為例。若要對交換機的FE端口轉(zhuǎn)發(fā)性能進行測試，宜采用非網(wǎng)狀流量模式，即將交換機上的FE端口組成端口對來運行相應的測試。若要對2個GE接口作為上行/下行鏈路的轉(zhuǎn)發(fā)性能進行測試，就需要采用部分網(wǎng)狀流量模式，即將每個GE端口與其他24個FE端口組成一個一對多的模式進行測試。若對交換機進行整機性能測試，將會采用全網(wǎng)狀流量模式進行測試，因為這種流量分布最能模擬真實網(wǎng)絡環(huán)境下交換機所承載的大量并發(fā)數(shù)據(jù)流量。RFC2285中的基本術(shù)語期望負載、提交負載、最大提交負載、過載

期望負載(Intended

load，簡稱Iload）指外部信息源企圖傳輸給DUT/SUT讓其轉(zhuǎn)發(fā)到指定輸出端口的每秒幀數(shù)。RFC2285中的基本術(shù)語計劃負載期望負載、提交負載、最大提交負載、過載

提交負載（Offered

load，簡稱Oload）指外部信息源能夠被觀察或測量到的傳輸給DUT/SUT讓其轉(zhuǎn)發(fā)到指定輸出端口的每秒幀數(shù)。

實際中，由于網(wǎng)絡沖突的存在，提交負載將小于期望負載。RFC2285中的基本術(shù)語實際負載期望負載、提交負載、最大提交負載、過載

最大提交負載（Maximum

offered

load，MOL）指外部信息源每秒能夠傳送給DUT/SUT并讓其向指定輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)的最大幀數(shù)。

理想狀態(tài)下，最大提交負載可以達到線速發(fā)送下的負載。但實際上，最大提交負載不一定等于介質(zhì)所允許的最大負載。例如，當外部信息源未能按最小的合法幀間隔來發(fā)送幀時，介質(zhì)所能提供的信道帶寬就不能得到最大限度的利用，最大提交負載就會小于介質(zhì)所允許的最大負載。RFC2285中的基本術(shù)語最大實際負載期望負載、提交負載、最大提交負載、過載

過載（Overloading）：指以超過介質(zhì)允許的最大傳輸速率向DUT／SUT施加負載。過載會導致網(wǎng)絡擁塞并可能因此引發(fā)幀的丟失，但如果交換機啟用了有效的擁塞控制機制，則擁塞不一定會引起幀的丟失。RFC2285中的基本術(shù)語轉(zhuǎn)發(fā)速率相關(guān)的術(shù)語轉(zhuǎn)發(fā)速率(Forwardingrate，簡稱FR)

指定提交負載下，一臺設備能夠被觀測到的每秒鐘內(nèi)成功向正確目的端口傳送的幀數(shù)。最大提交負載下的轉(zhuǎn)發(fā)速率(Forwardingrateatmaximumofferedload，簡稱FRMOL)

一臺設備在最大提交負載的情況下能夠被觀測到的每秒鐘內(nèi)成功向正確目的端口轉(zhuǎn)發(fā)的幀數(shù)。最大轉(zhuǎn)發(fā)速率(Maximumforwardingrate，簡稱MFR)

一系列經(jīng)過重復或迭代測試所獲得的轉(zhuǎn)發(fā)速率測量值中的最大值。RFC2285中的基本術(shù)語

為LAN交換設備的基準測試提供方法學，由RFC

2544的方法學擴展而來測試對象：

交換機轉(zhuǎn)發(fā)性能（Forwarding

performance）、擁塞控制（Congestion

control）、延遲（Latency）、地址處理（Address

handling）和錯誤過濾（Error

filtering）文檔結(jié)構(gòu)：

備忘錄、介紹、要求以及安全機制、參考文獻等輔助性說明外，核心內(nèi)容分為測試設置、幀格式與長度和基準測試三大部分?；鶞蕼y試：

涉及測試目標、參數(shù)設置、測試過程、測量方法和測試報告格式等方面。RFC2889簡介全網(wǎng)狀互聯(lián)條件下的吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率（Fullymeshed

throughput,

frame

loss

andforwarding

rates）部分網(wǎng)狀互連條件下的一對多/多對一（Partiallymeshed

one-to-many/many-to-one）部分互連的多個設備（Partially

meshed

multipledevices）部分網(wǎng)狀互連條件下的單向通信流量（Partiallymeshed

unidirectional

traffic）擁塞控制（Congestion

Control）轉(zhuǎn)發(fā)壓力和最大轉(zhuǎn)發(fā)速率（ForwardPressureandMaximumForwardingRate）地址緩沖容量（AddressCachingCapacity）地址學習速率（AddressLearningRate）錯誤幀過濾（Erredframesfiltering）廣播幀轉(zhuǎn)發(fā)和延遲（BroadcastframeForwardingandLatency）RFC2889所提供的基準測試1.第二層測試的必要性2.以太網(wǎng)技術(shù)概述3.決定交換以太網(wǎng)性能的主要技術(shù)指標4.以太網(wǎng)測試相關(guān)RFC文檔5.以太網(wǎng)測試基本方法內(nèi)容提要

測試方法是指針對一項具體的測試目標，圍繞如

何實施測試所提出的方法與方案。

主要內(nèi)容包括：

測試目標

測試環(huán)境

(包括測試拓撲、測試流、測試參數(shù)與

變量)

測試相關(guān)的算法設計

測試結(jié)果的統(tǒng)計與報告

測試前的準備工作測試方法及基本內(nèi)容目的：

在測試開始之前，讓被測試交換機學習測試中將要用

到的MAC地址。

因為任何地址未被學習的幀都會被DUT作為洪泛幀（FloodedFrames）轉(zhuǎn)發(fā)，從而減少了測試過程中被正確轉(zhuǎn)發(fā)幀的數(shù)量。要求：

先學習（MAC地址）

再驗證（地址學習結(jié)果）

后測試5.1測試設置中的二層地址學習注意1：

測試儀表向DUT發(fā)送地址學習幀的速率不可太大，以免因DUT地址學習速率上的限制而導致地址學習失敗。

建議：地址學習速率<=50幀每秒5.1測試設置中的二層地址學習注意2：

交換機地址表的地址老化（AgeOut）是指對于一個當前地址表中的地址項，若在地址老化時間（AgingTime）內(nèi)未被調(diào)用，則該地址將會從地址表緩存中被自動刪除。調(diào)整被測試交換機的地址老化時間，使其足夠長，確保在測試結(jié)束前所學到的地址都不被老化。建議：大于測試學習時間、測試持續(xù)時間、配置測試設備時間之和。5.1測試設置中的二層地址學習

測試拓撲：測試儀表上的Card#1作為發(fā)送方要向作為接收方Card#2發(fā)送數(shù)據(jù)流，兩者構(gòu)成了一對一的非網(wǎng)狀流。Card#2向二層DUT設備發(fā)送地址學習幀DUT設備完成Card#2的MAC地址的學習學習完成之后，Card#1才向Card#2開始發(fā)送測試數(shù)據(jù)流，執(zhí)行相關(guān)的測試二層地址學習舉例理論上，選擇任何一種長度在64字節(jié)到1518字節(jié)之間的測試幀都是被允許的。

幀長選擇影響交換機的轉(zhuǎn)發(fā)性能。

幀長越大，交換機在單位時間內(nèi)所要處理的幀數(shù)就越少；幀長越小，交換機在單位時間內(nèi)所要處理的幀數(shù)就越多，交換機在幀接收、地址處理、幀轉(zhuǎn)發(fā)以及擁塞控制上的壓力就越大，并最終影響交換機的轉(zhuǎn)發(fā)速率、丟幀率和吞吐量等性能指標。5.2測試幀的長度選擇與格式為了全面地反映被測試設備的性能，有必要在不同的幀長度下運行有關(guān)的以太網(wǎng)測試。三種常見的測試幀長方案完備性的測試方案：對所有長度的幀，進行測試?？焖俚臏y試方案：選擇某些有代表性的幀長進行測試。

例如，RFC1242文檔建議，以太網(wǎng)快速測試可以采用64、128、512、1024、1280、1518字節(jié)等不同長度的幀?；诮y(tǒng)計的測試方案：以對設備所在網(wǎng)絡環(huán)境的幀長監(jiān)測與幀長分布統(tǒng)計信息為基礎，確定相應的測試幀長。5.2測試幀的長度選擇與格式

測試儀表僅對測試幀進行統(tǒng)計，為此需要對普通幀與測試幀加以必要的區(qū)分。方法：在基本格式上，測試幀與普通以太網(wǎng)幀相同，但需要加入一個獨特的簽名字段(signature

field)。該字段出現(xiàn)在以太網(wǎng)幀的第56字節(jié)之后或位于整個幀的結(jié)尾處。要求：簽名字段(signature

field)要有足夠的可區(qū)分性，以幫助測試儀表從所接收的流量中提取出測試幀流量，并過濾掉那些不屬于提交負載的普通幀流量。5.2測試幀的長度選擇與格式

下圖給出了一個來自思博倫通信公司的簽名字段的實例，該字段共20B。流標識（StreamID）：長度為4B，用于區(qū)分不同的測試流，具有相同流標識的幀屬于同一測試流。序列號（Sequence）：長度為6B，用來指出幀在所在測試流中的順序。時間戳（Timestamp）：長度為4B，用來計算幀的傳輸時延。5.2測試幀的長度選擇與格式

轉(zhuǎn)發(fā)率、丟幀率和吞吐量是描述交換機轉(zhuǎn)發(fā)性能的主要技術(shù)指標。RFC2889中，半數(shù)的基準測試直接針對上述指標。

首先對負載、轉(zhuǎn)發(fā)率、丟幀率和吞吐量等概念做進一步的說明。5.3關(guān)于負載、吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)率的深入理解負載、吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率的關(guān)系可以用FR-Load曲線描述。

5.3關(guān)于負載、吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)率的深入理解轉(zhuǎn)發(fā)速率(FR)負載(Load)Load_TLoad_MaxF0%Load_MOL

100%MFR吞吐量FRMOLX軸：負載（Load）Y軸：轉(zhuǎn)發(fā)速率在沒有丟幀的狀態(tài)下：隨著負載從零開始逐漸增大到線速，轉(zhuǎn)發(fā)速率應該隨著負載的增加而線性增加，而且兩者應該相等。在實際設備中：當負載超過某個臨界值之后，因擁塞而導致幀丟失。5.3關(guān)于負載、吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)率的深入理解轉(zhuǎn)發(fā)速率(FR)負載(Load)Load_TLoad_MaxF0%Load_MOL

100%MFR吞吐量FRMOLLoad_T：在沒有丟幀時的最大轉(zhuǎn)發(fā)速率，即吞吐量。Load_MaxF：在有幀丟失時，最大轉(zhuǎn)發(fā)速率（MFR）。

最大轉(zhuǎn)發(fā)速率與吞吐量的區(qū)別：最大轉(zhuǎn)發(fā)速率不關(guān)心DUT是否丟幀，而吞吐量以零丟幀為前提。Load_MOL：丟幀率增加，達到最大提交負載下的轉(zhuǎn)發(fā)速率（FRMOL）。5.3關(guān)于負載、吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)率的深入理解轉(zhuǎn)發(fā)速率(FR)負載(Load)Load_TLoad_MaxF0%Load_MOL

100%MFR吞吐量FRMOL過載

在測量吞吐量時，需要提供相應的查找算法。目標：該算法必須能夠通過調(diào)整加載在DUT上的負載來逼近或找到在零丟幀率下的最大轉(zhuǎn)發(fā)速率。常用查找方法：步進查找法二分迭代法混合算法5.3關(guān)于負載、吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)率的深入理解吞吐量測量的步進查找法

定義變量當前負載Load與丟幀率，定義初始負載Load0，

步進長度△Load

將初始負載Load0賦值給當前負載，并判斷當前負載下的

丟幀率是否為零If

為零，

Load=Load+

△Load，再度觀測丟幀率

若丟幀率不為零，停止對Load的步進，并將該負載下的轉(zhuǎn)發(fā)率作為所要查找的吞吐量；否則，繼續(xù)步進。If

不為零，

Load=Load-

△Load

，再度觀測丟幀率

若丟幀率為零，停止對Load的繼續(xù)步進，并將該負載下的轉(zhuǎn)發(fā)率作為所要查找的吞吐量；否則，繼續(xù)步進。測試準確度取決于步長的大小，步長越小，所報告的吞吐量越接近實際結(jié)果，但步進次數(shù)越多，查找速率越慢。吞吐量測量的二分迭代查找法

定義最小負載Load_Min、最大負載Load_Max、初始負載Load0和迭代分辨率(Resolution)。

將初始負載Load0賦值給當前負載，并判斷當前負載下的丟

幀率是否為零If

為零，

Load=Load

+(Load_Max-Load)/2

，再度觀測丟幀率，反復迭代，一旦丟幀率不為零或間隔小于迭代分辨率時停止迭代，并將當前負載下的轉(zhuǎn)發(fā)率作為所要查找的吞吐量；If

不為零，

Load=Load

-

(Load

-Load_Min)/2

，再度觀測丟幀率，反復迭代，一旦丟幀率為零或間隔小于迭代分辨率時停止迭代，并將當前負載下的轉(zhuǎn)發(fā)率作為所要查找的吞吐量。測試準確度由迭代分辨率決定，迭代分辨率越小，吞吐量越接近實際結(jié)果，迭代次數(shù)越多。吞吐量測量的混合查找法

步進算法具有較二分迭代更快的查找速率，而二分迭代法

具有較步進算法更準確的查找結(jié)果。

混合算法的思想

兼顧查找速率與查找準確度。

首先，采用步進查找算法來快速找到或逼近DUT的吞吐量所對應的負載大概范圍或區(qū)間；

然后，在上述區(qū)間內(nèi)進行二分迭代查找。

舉例：

初始負載Load0

時，未有丟幀現(xiàn)象。在第n次步進時

首次觀測到丟幀，那么就中止后續(xù)的步進過程，轉(zhuǎn)而在區(qū)

間[Load0+(n-1)△Load，Load0+n△Load]內(nèi)進行二分迭代查找。

若事先對DUT吞吐量所對應的區(qū)間有所了解，可直接在該

區(qū)間內(nèi)運行二分迭代查找算法，以加快整個測試進程。目的：全網(wǎng)狀吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)率測試是為了確定DUT在全網(wǎng)狀流量下的吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)率，可反映出交換機的整機交換轉(zhuǎn)發(fā)性能。5.4.1全網(wǎng)狀吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率測試測試拓撲：在全網(wǎng)狀雙向流量模式下，測試儀表生成相應的測試流被發(fā)往被測交換機（DUT）的各個端口，測試儀表觀測在DUT各個目標端口所能成功收到的幀數(shù)，通過對結(jié)果的統(tǒng)計計算轉(zhuǎn)發(fā)速率和丟幀率。

通過調(diào)整負載的大小，可以測試DUT在不同負載下的轉(zhuǎn)發(fā)速率和丟幀率，并從中找到零丟幀率下的吞吐量。5.4.1全網(wǎng)狀吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率測試測試參數(shù)設置測試幀長設定為64,128,256,512,1024,1280和1518字節(jié)，至少要選擇其中的五個不同幀長實施測試；突發(fā)幀（burst）中的幀間隙（IFG）被指定成96比特長度的最小合法幀間隔，以能夠反映極限IFG下的交換機性能。這個間隔在10Mbps以太網(wǎng)中相當于9.6μs，在100Mbps以太網(wǎng)中相當于960ns，

1Gbps以太網(wǎng)中相當于96ns。突發(fā)幀的長度被設定成在1到930幀之間變化，以更接近實際網(wǎng)絡環(huán)境中的突發(fā)幀分布狀況；在端口工作模式上，可選擇半雙工或者全雙工。

5.4.1全網(wǎng)狀吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率測試為了反映DUT在執(zhí)行不同數(shù)量地址查找時的交換能力，需要讓測試儀表所生成的測試流中包含若干不同的幀目的地址：按照2n的方式來進行，即按照1，2，4，8，16，32，64，128，256，……這樣的數(shù)量去改變設置，參考值為1。對于在每端口采用多個地址的測試來講，測試幀中的源地址和目標地址對還應是隨機分布的，以真實反映DUT的地址查找性能。5.4.1全網(wǎng)狀吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率測試整個測試期間所有的端口平等而且滿負載工作，以確保整個測試的平衡：在不同的目的端口上，發(fā)往每個端口的目的地址在數(shù)量上有相等的分布，每一個目的端口都不會超負荷。每個端口以循環(huán)輪轉(zhuǎn)的方式發(fā)送測試幀給其它端口。測試時長，RFC2889建議在1至300秒之間調(diào)整，推薦的測試時間為30秒。5.4.1全網(wǎng)狀吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率測試對測試結(jié)果進行統(tǒng)計時，測試儀表的接收端口必須只將那些源自測試儀表的測試幀才能被統(tǒng)計成接收幀(Received

Frames)，而忽略任何源于DUT

的非測試幀。測試結(jié)果的報告對于負載，規(guī)定以媒質(zhì)的最大理論負載的百分比表示；對于丟幀率，應當在測試結(jié)束時度量，而不應該以傳輸過程中的每秒為單位進行度量。對于轉(zhuǎn)發(fā)率，應當報告為每秒內(nèi)設備能夠被觀察到的成功轉(zhuǎn)發(fā)到正確目的接口的測試幀的數(shù)量，同時作為對一個特定提交負載的響應，要指出所對應的提交負載值

。5.4.1全網(wǎng)狀吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率測試目的：為了確定當從DUT的一個端口傳輸?shù)蕉鄠€端口或從多個端口傳輸?shù)揭粋€端口時的吞吐量。被用來確定DUT利用一個以太網(wǎng)端口轉(zhuǎn)發(fā)來自多個以太網(wǎng)端口的交換流量的能力，如用于確定一款非對稱交換機上行端口為所有其他非上行端口進行數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)的能力。5.4.2部分網(wǎng)狀一對多/多對一吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率測試主要的測試參數(shù)設置、測試過程、測試結(jié)果的統(tǒng)計以及測試結(jié)果的報告方式均可參照全網(wǎng)狀吞吐量測試。與全網(wǎng)狀吞吐量測試的主要區(qū)別在于流量方式：當測試為多對一時，來自多個端口的測試幀必須發(fā)往一個端口；當測試為一對多時，來自一個端口的測試幀必須以循環(huán)輪轉(zhuǎn)方式發(fā)往多個端口。（思考？）5.4.2部分網(wǎng)狀一對多/多對一吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)速率測試5.5前壓和最大轉(zhuǎn)發(fā)速率的測試-前壓測試前壓測試目的：當前端設備以超線速發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，就會引起輸入端口的過載，前壓測試為了度量DUT在輸入過載的情況下，輸出端口對過載的反應。在進行前壓測試時，為了人為造成輸入端口的過載，需要將測試幀的幀間隙設置成小于96位，通常將測試幀間隔設置成88位比特長度。5.5前壓和最大轉(zhuǎn)發(fā)速率的測試-前壓測試前壓測試的拓撲：使用了DUT上的一對端口，并采用了單向流量模式。測試儀表生成的測試幀作為負載傳輸?shù)紻UT的第一個端口（端口1），接收與觀測在DUT的第二個端口（端口2）進行。

5.5前壓和最大轉(zhuǎn)發(fā)速率的測試-前壓測試前壓測試的結(jié)果：當幀間隔為88位比特長度的測試幀加載到DUT后，若在觀測用的端口2上，發(fā)現(xiàn)幀轉(zhuǎn)發(fā)速率大于最大提交負載或介質(zhì)的最大理論利用率，則表明DUT啟用前壓機制；若在觀測用的端口2上，發(fā)現(xiàn)幀轉(zhuǎn)發(fā)速率小于最大提交負載或介質(zhì)的最大理論利用率，則表明DUT不具備前壓機制。最大轉(zhuǎn)發(fā)速率測試的目的：為了度量DUT設備在負載發(fā)生變化時的轉(zhuǎn)發(fā)率峰值。最大轉(zhuǎn)發(fā)速率測試的拓撲：測試儀表生成的測試幀作為負載傳輸?shù)紻UT的第一個端口(port1)，觀測與度量在DUT的第二個端口(port2)進行。5.5前壓和最大轉(zhuǎn)發(fā)速率的測試-最大轉(zhuǎn)發(fā)速率測試轉(zhuǎn)發(fā)速率(FR)為

了

能

夠

在

負

載

Load_T

和Load_MOL之間找到最大轉(zhuǎn)發(fā)速率，須引入步進查找算法設置一個合適的步進長度(Step，簡稱步長)，對負載進行步進，從一組重復的DUT轉(zhuǎn)發(fā)率測試結(jié)果中找到其中的峰值作為最大轉(zhuǎn)發(fā)率(MFR)最終報告值。步長值越小，測量結(jié)果越精確，但測試所需要的次數(shù)就越多。負載(Load)Load_TLoad_MaxF0%Load_MOL

100%5.5前壓和最大轉(zhuǎn)發(fā)速率的測試-最大轉(zhuǎn)發(fā)速率測試擁塞控制測試的目的：確定一個DUT是否執(zhí)行了擁塞控制功能、是否使用了背壓機制以及DUT上是否存在列頭阻塞現(xiàn)象。5.6擁塞控制功能的測試傳輸控制層面功能或性能測試的設計思路思路一：直接給出一些傳輸控制層面的功能或性能指標，然后對這些指標進行直接的測試；思路二：控制層面的功能實現(xiàn)與否及其效果最終必然會反映到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面上來，提出一些測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面的性能指標，通過對些指標的測試來間接反映傳輸控制層面的功能與性能。比較兩種思路：

思路二采用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面的指標來測試控制層面

功能，更具有說服力。5.6擁塞控制功能的測試（1）設計測試拓撲由DUT上的4個具有相同MOL的端口組成一個測試塊。兩個端口作為源發(fā)送端口，另兩個為目標接收端口且分別被配置成擁塞(congested)端口和非擁塞(uncongested)端口。5.6擁塞控制功能的測試（2）為DUT造成擁塞發(fā)送端口1以MOL的速率發(fā)送測試幀，且測試幀交互地分別以兩個接收端口為幀的目的地址。同時，發(fā)送端口2以MOL的速率將全部測試幀發(fā)送到接收端口2。

接收端口1：承受了50%的負載，為非擁塞端口。

接收端口2：承受了150%的負載，為擁塞端口。5.6擁塞控制功能的測試（3）測試參數(shù)的設置

測試幀幀長、幀間隔、雙工模式、每端口地址數(shù)和測試時長等，可參照前面吞吐量、丟幀率和轉(zhuǎn)發(fā)率測試中的做法。5.6擁塞控制功能的測試（4）測試結(jié)果的統(tǒng)計主要通過測試擁塞端口和非擁塞端口的的幀丟失率，以及非擁塞端口的轉(zhuǎn)發(fā)速率來反映DUT的擁塞控制功能。

5.6擁塞控制功能的測試（6）判斷DUT中是否存在線端阻塞

若非擁塞端口檢測到有幀丟失，即非擁塞端口的丟幀率不等于零時，則表明DUT中出現(xiàn)了列頭阻塞現(xiàn)象。

線端阻塞通常發(fā)生在采用了輸入隊列的DUT上。

由于輸入隊列頭有轉(zhuǎn)發(fā)到擁塞端口的幀，而DUT不能將這些幀及時轉(zhuǎn)發(fā)到擁塞端口，結(jié)果造成隊列中后繼轉(zhuǎn)發(fā)到非擁塞端口的幀也必須等待，而導致非擁塞端口的幀丟失。5.6擁塞控制功能的測試

目的：地址緩沖容量的測試是為了確定在RFC2285中定義的LAN交換設備地址緩沖的能力。

設計思想：地址處理屬于傳輸控制層面的功能

，利用數(shù)

據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面指標測試來驗證傳輸控制層面功能。5.7.1地址處理功能的測試-地址容量測試方法：使用DUT上的至少三個端口，分別作為學習端口(LearningPort)、測試端口(TestPort)和監(jiān)聽端口(MonitorPort)。5.7.1地址處理功能的測試-地址容量測試1.測試儀表通過學習端口將所生成的多個帶有不同源地址和同一個確定目的地址的學習幀傳送到DUT，該確定的目的地址和連接到DUT測試端口上的測試設備的MAC地址相同。2.通過讓測試端口接收這些具有不同源地址的幀，DUT就可以學到這些新地址，并將所學到的地址寫入地址表。5.7.1地址處理功能的測試-地址容量測試3.將測試端口所接收的測試幀回傳到學習端口，并由DUT上的監(jiān)聽端口擔當檢查端口，以監(jiān)聽是否有洪泛幀或錯誤轉(zhuǎn)發(fā)的幀：（1）若監(jiān)聽端口所統(tǒng)計到的洪泛幀計數(shù)不等于零，即它收到了洪泛幀，說明在此前的地址學習過程中，地址表已經(jīng)發(fā)生溢出，導致部分源地址沒有被DUT學習并寫入地址表。5.7.1地址處理功能的測試-地址容量測試3.將測試端口所接收的測試幀回傳到學習端口，并由DUT上的監(jiān)聽端口擔當檢查端口，以監(jiān)聽是否有洪泛幀或錯誤轉(zhuǎn)發(fā)的幀：（2）若監(jiān)聽端口的洪泛幀計數(shù)為零，即它沒有收到洪泛幀，說明在此前的地址習中，DUT還擁有足夠的地址緩存空間，來確保所有的源地址被DUT所學習并寫入地址表。采用二分迭代算法時，需要設定的測試參數(shù)包括最小地址數(shù)Low、最大地址數(shù)High和初始地址數(shù)N。

測試端口以初始地址數(shù)發(fā)送測試幀，并判斷監(jiān)聽端口的洪泛幀計數(shù)是否為零If

為零，

NN

+(High-N)/2

，再度觀測監(jiān)聽端口的洪泛幀計數(shù)，反復迭代，一旦監(jiān)聽端口的洪泛幀計數(shù)不為零時停止迭代，且將當前地址學習數(shù)作為地址表容量；If

不為零，

N

N

-(N-Low)/2

，

再度觀測監(jiān)聽端口的洪泛幀計數(shù)，反復迭代，一旦監(jiān)聽端口的洪泛幀計數(shù)為零時停止迭代，且將當前地址學習數(shù)作為地址表容量。為了確定地址表容量，也需要采用某種查找算法來進行反復的測試，以找到DUT所能支持的最大地址數(shù)目。二分迭代是目前普遍采用的算法。地址容量測試中的查找算法地址容量二分迭代查找算法偽代碼示例

AddressLearning(LPort);

{N

frameswith

varying

source

addresses

to

Test

Port}#學習端口TPort發(fā)送具有不同源地址的學習幀

Transmit(TPort);

{N

frames

with

varyingdestination

addressescorresponding

to

Learning

Port}#

TPort向LPort回送幀

IF

(MPort

receive

frame

!=

0)

OR

(LPort

receive

frames

<

TPorttransmit)

THEN

BE