измерительное оборудование Ethernet

Курочкин Павел, НТЦ Метротек специально для linkmeup.ru2014

Всё, что вы хотели знать о том,

Как работает измерительное

оборудование Ethernet

,но боялись спросить

1


Цель

Рассказать про измерения и устройство

измерительного оборудования

2


План

● классификация измерений

● первичные и производные параметры

● архитектура оборудования

● измерение первичных параметров на

аппаратном уровне

● 10M/100М/1G/10G/100G - что меняется?

3


По назначению

● паспортизация, SLA

● troubleshooting

● ввод в эксплуатацию, Turn Up Testing

● демаркация

● мониторинг

4


По времени выполнения

● Краткосрочные - подключился, измерил,

отключился

● Периодические - подключился, периодически

измеряем

● Мониторинг - постоянные 365/7/24

5


По топологии

● Двусторонние измерения

● Односторонние измерения

6

Измеритель Шлейф

Измеритель

Сеть

Шлейф/

Измеритель

Трафик

Управление Сеть


По уровням

● L1 - BERT, Рефлектометрия, skew, комм. пар

● L2 - RFC2544, OAM, Шлейф

● IP/UDP - RFC2544

● UDP - Y.1564, TWAMP, OWAMP

● UDP/TCP - iperf

● Application layer - RTP/RTCP

Ну и куда же без ping и traceroute?

7


L1, Физика

● медная рефлектометрия: расстояние до

обрыва, замыкания

● оптическая рефлектометрия: обрывы, сварки,

соединения, потери мощности

● BERT (bit error rate test)

● skew - временная дистанция между lane’ами или

витыми парами

● коммутация lane’ов и витых пар

8


L2: MAC

● RFC2544 - нагрузочное тестирование

● OAM - управляемый шлейф для тестирования

● BERT - ПСП упаковывается в Ethernet-фрейм

9

● Коммутаторы отбрасывают битые

пакеты

● Далеко не все коммутаторы

выдерживают пиковые нагрузки

● Есть оборудование, которое имеет

L2 стык, а за ним идёт другая среда

(РРЛС, TDM)


L3/L4 - IP/UDP

● RFC2544 - нагрузочное тестирование

● Y.1564 - тестирование сервисов на SLA

● BERT - ПСП упаковывается в IP/UDP payload

● TWAMP/OWAMP - определяет формат

управления и тестового трафика

10


Шлейф, он же loopback

● “отражает” трафик

● меняет поля местами

● ведёт статистику

● может измерять задержку (OWAMP)

● работает в паре с тестером

● может дифференцировать трафик

● управляется, как правило, дистанционно

11


Тестовые пакеты

● Со специальной сигнатурой

● С заданным портом

● С псевдо-случайным содержимым

● C фиксированным содержимым

● Фиксированного размера

● Случайного размера

12


Нагрузка

● равномерная

● нарастающая

● burst-ная

13


Информационная скорость

inf_rate = line_rate * (L2_frame_size - overhead_size ) / ( L2_frame_size + IFG ) (1)

IFG = 20 Байт

14

Уровень overhead_size

L2 0 байт

L3 14 байт

L4 14 + 20 байт


Как работает BERT?

15

Генератор

ПСПканал

Приёмник

ПСП

...01101010100... ...01101110100...

+

+

=


Как работает RFC2544

● Throughputo ищет ту нагрузку, на которой не теряются пакеты

● Latencyo измеряет задержку по кадрам выборочно

● Frame Losso промеряет зависимость потерь от нагрузки

● Back-To-Backo измеряет длительность работы при заданной

нагрузке

16


Как работает Y.1564

● Проверка конфигурацииo проверяет корректность настройки сервисов

● Тест производительности, одновременно для

всех сервисов:o измеряет гарантированную проп. способность

o измеряет, на сколько она может быть превышена

o задержку

o джиттер

17


Y.1564 vs RFC2544: Fight!

18

Y.1564 RFC2544

Измерение нескольких

параметров

Параллельно Последовательно

Длительность Меньше Больше

Вероятность ошибки при

настройке

Исключается тестом

конфигурации

не исключена

Классификация теста SLA Benchmarking

Джиттер да нет

Задержка да, по всем пакетам! да, по выборочным

пакетам

Пропускная способность по факту по отсутствию потерь


ХВАТИТ ТЕОРИИ!

19


На чём “держатся” все измерения?

● Генерация пакетов с заданной нагрузкой

● Приём и подсчёт пакетов

● Задержка

● Джиттер

● Битовые ошибки

20

Это первичные

параметры!


Что влияет на точность?

● Буферизация o создаётся burst’ность, увеличивается задержка

● Часыo увеличивается задержка, джиттер

● Скорость обработкиo могут быть потери, burst’ность, задержка

● scheduling o может быть неточная нагрузка

21


Архитектура

22

CPU/MCU FPGA Transceiver PHY Cable

third-partythird-partyIntellectual

property

Intellectual

Property,

Open Source


Что уже готово, а что нужно сделать?

● “из коробки” нам достаются:o трансивер

o трансформаторы

o SERDES

● Всё остальное ручками:o MAC-контроллер

o Генератор

o Анализатор

o Иногда PTP

o плюс всё железо (PCB, корпус, etc…)

23

MAC

Трансивер

Генератор Анализатор

PTP

PTP


Как измеряется нагрузка

24

Генератор

пакета

size = x

Счётчик

x + IFG

● Вычисляется IFG по формуле 1 (см. 14 слайд)

● Планировщик считает байты

MAC

● Каждый x+IFG байт генератору даётся строб “огонь!”

● Пакет уходит в мак-контроллер и далее - в среду и сеть

Метод даёт абсолютную

точность!


Как измеряется 2-way задержка● Тактовый генератор отсчитывает время

● “снимаются” показания и попадают в пакет

● На приёме достаются из пакета и сравниваются с

показаниями

25

Генератор

пакета

MACСеть

Приёмник

пакета


Как измеряется 1-way задержка● нужна точная синхронизация времени (PTP/NTP)

● PTP: высокие требования к сети и к измерительному оборудованию

26

Генератор

пакетаMAC

Приёмник

пакетаMAC

PTP

Master


Как измеряется джиттер● относительная вариация задержки = d(i) - d(i-1)

● абсолютная вариация задержки = d(i) - d(0)

● алгоритм не требует синхронизации времени!

27

Должно

быть

T = const

real lifeT = variable

t

t


Уточняем архитектуру

28

CPU/MCU FPGA Transceiver PHY Cable

third-partythird-partyIntellectual

property

Intellectual

Property,

Open Source

рефлектометрия,

skew, пары

линк,

синхронизация,

auto-negotiation

Первичные

параметры,

передача и

приём

пакетов

RFC2544

Y.1564

BERT

UI/GUI/CLI


Разные скорости (10M-100G)

Меняется:

● тактовая частота

● время на обработку

● разрядность

Неизменно:

● точность нагрузки

29


Таблица для разных linerate

30

10M 100M 1G 10G 100G

Тактовая

частота

(внутри FPGA)

125 МГц 125 МГц 125 МГц 156.25 МГц 315 МГц

Разрядность

(FPGA)

8 бит 8 бит 8 бит 32 бит 512 бит

Тактовая частота

(трансивер)

2.5 МГц 25 МГц 125 МГц 4 x 3.125

ГГц

10 x 10.3125

ГГц

Время прихода

пакета, минимум

67 мкс 6.72 мкс 672 нс 67.2 нс 6.72 нс


Ссылки

● http://wiki.metrotek.spb.ru/wiki/BERT_и_пакетные_сети

● http://metrotek.spb.ru/y1564.html -- сравнение Y.1564 и RFC2544

● https://www.ietf.org/rfc/rfc2544.txt -- RFC2544 в оригинале

● https://www.itu.int/rec/T-REC-Y.1564/en -- рекомендация Y.1564

31

http://wiki.metrotek.spb.ru/wiki/BERT_

http://metrotek.spb.ru/y1564.html

https://www.ietf.org/rfc/rfc2544.txt

https://www.itu.int/rec/T-REC-Y.1564/en

Technology

измерительное оборудование Ethernet