Методика тестирования ITU-T Y.1564 для активации сервисов Ethernet: описание, ключевые особенности и преимущества применения

Методика тестирования ITU-T Y.1564 для активации сервисов Ethernet: описание, примеры применения, преимущества над RFC 2544

Краткое вступление

Рекомендация ITU-T Y.1564 стандартизирует методику проведения измерений, необходимых для проверки качества сервисов, передаваемых через Ethernet. В результате измерений, выполненных по этой методике, для каждого сервиса можно определить: гарантированную скорость передачи данных (CIR), допустимое превышение гарантированной скорости (EIR), задержку пакетов (FTD), джиттер пакетов (FDV), коэффициент потери пакетов (FLR) и ряд других важных параметров.

Рекомендация ITU-T Y.1564 подразумевает два этапа проведения измерений: на первом этапе трафик каждого сервиса генерируется и проверяется отдельно от других сервисов, а на втором этапе все сервисы генерируются и проверяются одновременно. Для получения максимально полных и достоверных результатов, рекомендуется использовать два отдельных прибора. В таком случае измерения будут выполнены индивидуально для каждого из двух направлений передачи данных.

До разработки рекомендации ITU-T Y.1564 большинство Ethernet сетей тестировалось на основании методики RFC 2544, опубликованной в 1999 году. Но методика RFC 2544 изначально была разработана для проверки в лабораторных условиях коммутаторов Ethernet и аналогичного оборудования 2-го уровня модели OSI, поэтому RFC 2544 не является оптимальной методикой проведения измерений в современных сетях. В RFC 2544 нет возможности протестировать джиттер пакетов, а это важно для приложений реального времени. В RFC 2544 нет возможности тестировать несколько сервисов одновременно. При проведении по методике RFC 2544 теста пропускной способности (Throughput) возможна перегрузка и отказ оборудования работающей сети.

Поэтому рекомендация ITU-T Y.1564, которой посвящена эта статья, является оптимальной на сегодняшний день методикой проведения измерений для реальных Ethernet сетей. Эта методика позволяет детально и быстро протестировать каждый предоставляемый клиенту сервис, а также проверить одновременную работу всех сервисов на протяжении длительного периода времени.

Независимые результаты измерений в двух направлениях

В рекомендации ITU-T Y.1564 особо подчёркивается, что современные сети передачи данных, как правило, являются несимметричными с точки зрения скорости информации, передаваемой в сеть и получаемой от сети. Причин несимметричности Ethernet трафика может быть много: несимметричность промежуточных интерфейсов (например xDSL), политика выделения полосы пропускания провайдера, настройки маршрутизаторов и т.д.

Поэтому для точного определения участков и элементов сети, которые ограничивают скорость передачи или являются источником ошибок, необходимо использовать два отдельных измерительных прибора, подключаемых в разных точках проверяемой сети.

На рисунке ниже показан пример измерения по методике ITU-T Y.1564, в котором используется два прибора. Оба прибора подключены к сети по физическому интерфейсу Ethernet 100 Мбит/с. При этом на пути прохождения данных есть два ограничивающих скорость участка: 30 Мбит/с в направлении от A к B и 70 Мбит/с в направлении от B к A. Очевидно, что использование двух приборов позволяет получить больше информации о реальной производительности сети и более точно выявить источники проблем.

Измерение по методике ITU-T Y.1564 с помощью двух анализаторов Ethernet даёт максимум информации о реальной производительности сети — Измерение с помощью двух анализаторов Ethernet даёт максимум информации.

Для специальных случаев рекомендация ITU-T Y.1564 допускает измерение с помощью одного прибора. В таком случае пакеты на дальнем участке тестируемой сети должны заворачиваться с помощью маршрутизатора или второго прибора, находящегося в режиме отражателя пакетов. Проведение измерений по такой схеме возможно, но не рекомендуется по двум причинам: во-первых, результаты измерений (скорости, задержки, потеря пакетов и др.) в обоих направлениях будут объединены в одну цифру и вы не сможете определить в каком из направлений находится проблема, во-вторых все ограничения и задержки устройства, выполняющего заворот пакетов будут добавлены в результаты измерений и их нельзя будет отделить.

На рисунке ниже показан пример измерения по методике ITU-T Y.1564, в котором используется один прибор совместно с отражателем пакетов на дальнем конце анализируемого участка сети. Прибор подключён по физическому интерфейсу Ethernet 100 Мбит/с. Также как и в предыдущем примере на пути прохождения данных есть два ограничивающих скорость участка: 30 Мбит/с в направлении от A к B и 70 Мбит/с в направлении от B к A. Но в результате такого измерения мы получим цифру 30 Мбит/с и не сможем сказать в каком из направлений возникает это ограничение. Очевидно, что использование одного прибора не даёт полной картины о реальной производительности сети и не позволяет точно определять источники проблем.

Измерение по методике ITU-T Y.1564 с помощью одного анализатора Ethernet не даёт полной картины о реальной производительности сети — Измерение с помощью одного анализатора Ethernet не даёт полной картины.

Этап 1. Процедура проверки каждого сервиса в отдельности по методике ITU-T Y.1564

В современных сетях трафик, отправляемый и получаемый абонентом в точке подключения к оператору, как правило, содержит несколько потоков данных, которые формируются независимо друг от друга разными устройствами и программами абонента. Если рассмотреть для примера офисный центр, которому оператор предоставляет 10 Гбит по выделенному оптоволокну, то трафик такого абонента будет состоять из множества отдельных потоков данных, каждый из которых обеспечивает определённый сервис (передача данных, голосовая связь, просмотр видео и т.д).

Некоторые виды сервисов очень чувствительны к потере или задержке пакетов, а также к неравномерности их прихода к получателю (джиттеру пакетов). К сервисам такого типа относятся: видеосвязь, голосовая связь, онлайн игры и другие подобные приложения реального времени. С другой стороны есть множество сервисов, которые мало чувствительны к задержкам или потере пакетов. К ним относятся: загрузка файлов через интернет, просмотр web-сайтов, некоторые виды запросов к базам данных и т.д.

Понятно, что для стабильной и корректной работы всего оборудования офисного центра из нашего примера через фиксированный канал 10 Гбит, необходимо правильно настроить ограничения и приоритеты для разного типа трафика. Такая настройка, как правило, выполняется самим оператором с целью обеспечения абонента заранее оговоренным уровнем сервиса, который в англоязычных документах именуется SLA (Service Level Agreement). Для этого могут использоваться виртуальные локальные сети VLAN и другие подобные методы.

Методика ITU-T Y.1564 была специально разработана для того, чтобы операторы (провайдеры) могли измерить ключевые показатели предоставляемого ими сервиса, имитируя реальную нагрузку сети одновременно несколькими потоками трафика разного типа. Измерения по методике ITU-T Y.1564 обычно проводят в местах подключения абонентов к оператору или в местах подключения операторов друг к другу.

На первом этапе измерений, который в методике ITU-T Y.1564 называется Service Configuration Test, каждый сервис проверяется отдельно от других сервисов. Это необходимо для того, чтобы убедиться в корректности настройки сетевого оборудования, возможности передавать этот сервис на максимальной скорости и возможности ограничивать скорость сервиса при превышении им заданной величины (Traffic Policing). Количество и тип каждого сервиса (независимого потока данных) выбирает пользователь в меню измерительного прибора перед началом теста. Так как методика ITU-T Y.1564 не устанавливает требования к количеству сервисов или их типу, производители измерительных приборов включают в свои изделия те возможности, которые, по их мнению, реально необходимы на практике.

Хороший прибор, как правило, поддерживает одновременную генерацию до 10-ти сервисов. Формат кадра Ethernet может быть задан индивидуально для каждого сервиса: Ethernet II, 802.3 SNAP и т.д. Размер кадра Ethernet может устанавливаться фиксированным или может быть сформирована последовательность кадров разной длины (EMIX). Кадр Ethernet может содержать теги VLAN: C-VLAN, S-VLAN, E-VLAN и др. Дополнительно можно включить в кадр Ethernet протокол сетевого уровня: IPv4, IPv6 и т.д. Также можно добавить протоколы транспортного уровня: UDP, TCP и т.д. Тип каждого сервиса может быть установлен как: данные, голос (VoIP G.711, G.723.1 и т.д.) или видео (MPEG-2, MPEG-4 и т.д.). Весь этот функционал помогает с помощью прибора сформировать такой поток данных, который максимально соответствует реальному трафику и с его помощью проверить правильность настройки оборудования и фактические характеристики тестируемой сети.

На этом рисунке показана последовательность действий, которую выполняет измерительный прибор во время тестирования одного сервиса по методике ITU-T Y.1564. Подробное описание каждого шага смотрите далее.

Последовательность действий при тестировании одного сервиса по методике ITU-T Y.1564.

Шаг 1: в течении 10-ти секунд формировать поток данных Сервиса 1 на скорости, равной 50% CIR (Committed Information Rate - гарантированная скорость передачи данных). Одновременно второй прибор на принимающей стороне измеряет параметры полученного потока Сервиса 1: реальную скорость приёма, задержку пакетов FTD (Frame Transfer Delay), джиттер пакетов FDV (Frame Delay Variation) и коэффициент потери пакетов FLR (Frame Loss Ratio). Все измеренные параметры должны быть в заданных пределах, то есть соответствовать SLA (Service Level Agreement).

Шаг 2: в течении 10-ти секунд формировать поток данных Сервиса 1 на скорости, равной 75% CIR. Второй прибор на принимающей стороне измеряет параметры полученного потока. Все измеренные параметры (скорость, FTD, FDV и FLR) должны соответствовать SLA.

Шаг 3: в течении 10-ти секунд формировать поток данных Сервиса 1 на скорости, равной 90% CIR. Второй прибор на принимающей стороне измеряет параметры полученного потока. Все измеренные параметры (скорость, FTD, FDV и FLR) должны соответствовать SLA.

Шаг 4: в течении 10-ти секунд формировать поток данных Сервиса 1 на скорости, равной 100% CIR. Второй прибор на принимающей стороне измеряет параметры полученного потока. Все измеренные параметры (скорость, FTD, FDV и FLR) должны соответствовать SLA.

Шаг 5: в течении 10-ти секунд формировать поток данных Сервиса 1 на скорости, равной CIR + EIR (Excess Information Rate - превышение гарантированной скорости передачи данных). Одновременно второй прибор на принимающей стороне измеряет реальную скорость приёма полученного потока. Параметры FTD, FDV и FLR измеряются, но их соответствие заданным пределам не проверяется, так как на скорости CIR + EIR время задержки и джиттер пакетов не гарантируются.

Шаг 6: в течении 10-ти секунд формировать поток данных Сервиса 1 на скорости, равной CIR + 125% EIR. Второй прибор на принимающей стороне измеряет реальную скорость приёма полученного потока, которая при правильно настроенном Traffic Policing должна быть больше или равна CIR, но меньше или равна CIR + EIR. Параметры FTD, FDV и FLR измеряются, но их соответствие заданным пределам не проверяется.

Методика ITU-T Y.1564 рекомендует устанавливать длительность каждого шага в пределах от 1 до 60 секунд и позволяет выбирать разный шаг приближения к CIR. На рисунке выше показаны типовые значения приближения к CIR (50%, 75% и 90%), а также оптимальная длительность одного шага, равная 10 секунд.

Для лучшего понимания того, как это работает, на рисунке ниже показан скриншот экрана измерительного прибора с основными настройками, необходимыми для проверки одного сервиса по методике ITU-T Y.1564. Если проверяется несколько сервисов, а в типовом тесте их как минимум три, то аналогичные настройки необходимо выполнить для каждого из них. Дополнительно в отдельном меню прибора для каждого сервиса надо выбрать формат и размер кадра Ethernet, теги VLAN, протоколы сетевого и транспортного уровней и т.д.

Теперь несколько комментариев по этому скриншоту. Обозначения L->R и R->L определяют направление тестирования: L->R означает Local -> Remote (от Ближнего прибора к Дальнему) и наоборот. Параметры Burst Max Rate и Burst Size (CBS и EBS) относятся к дополнительному тесту всплеска пакетов, который описан ниже. Параметры Max Jitter, Latency и Frame Loss Rate задают уровень гарантированной производительности, они берутся из SLA (Service Level Agreement) и должны обеспечиваться проверяемой сетью для каждого сервиса, передаваемого на скорости меньшей или равной CIR.

Основные настройки измерительного прибора, необходимые для проверки одного сервиса по методике ITU-T Y.1564 — Основные настройки, необходимые для проверки одного сервиса по методике ITU-T Y.1564.

Тест всплесками пакетов (Burst Test)

Рекомендация ITU-T Y.1564 рассматривает этот тест в качестве находящегося в стадии разработки и не являющегося обязательным. Но, при этом, подчёркивается полезность этого теста, так как он позволяет нагрузить и протестировать буферы сетевых устройств, а также корректность их работы при всплесках трафика. Тест всплесками пакетов выполняется для каждого сервиса в отдельности и следует сразу после проверки сервиса на скоростях CIR, EIR и Traffic Policing.

В рекомендации ITU-T Y.1564 есть важное замечание: "Note that burst testing is most meaningful for high bandwidth Ethernet user network interfaces that have a small fraction of the line capacity provisioned to carry customer traffic. As the EIR or CIR grow to approach full line rate, the usefulness of burst testing declines, and it can take significantly longer to perform a burst test according to these procedures. These burst test procedures are designed to work best at committed and excess information rates up to 67% of maximum attainable information rate".

Перевод этого замечания: "Обратите внимание, что тестирование всплесками пакетов наиболее значимо для высокоскоростных Ethernet интерфейсов, в которых лишь небольшая часть доступной полосы задействована для передачи пользовательского трафика. По мере роста EIR или CIR до уровня полной скорости интерфейса, полезность этого теста снижается и время, необходимое на его выполнение по этим процедурам, существенно возрастает. Эти процедуры тестирования всплесками пакетов разработаны таким образом, чтобы хорошо работать на скоростях CIR и EIR, не превышающих 67% от максимально достижимой скорости передачи информации".

Фактически, этот тест сводится к тому, чтобы нагрузить сеть потоком пакетов выбранного сервиса, передаваемых на скорости большей, чем CIR (для теста CBS) или большей, чем CIR + EIR (для теста EBS), а после этого передавать пакеты на скорости, равной CIR (для теста CBS) или равной CIR + EIR (для теста EBS). Точное значение скорости всплеска пакетов (Burst Max Rate) задаётся пользователем. Также пользователь может установить суммарное количество байт, передаваемых при тесте CBS и отдельно суммарное количество байт, передаваемых при тесте EBS. Тест CBS означает Committed Burst Size, то есть гарантированный размер всплеска. Тест EBS означает Excess Burst Size, то есть превышение гарантированного размера всплеска. Оба теста нагружают буферы сетевых устройств двумя отличающимися видами нагрузки.

На этом рисунке в графическом виде показана последовательность действий при тестах CBS и EBS. Вначале прибор выдерживает паузу, при которой данные не передаются. Затем начинает передавать всплеск Ethernet фреймов с минимальным межфреймовым интервалом. Скорость всплеска и количество байт в нём задаются пользователем. В тесте CBS после передачи всплеска прибор снова выдерживает паузу, а затем следует поток Ethernet фреймов на скорости CIR. В тесте EBS сразу после передачи всплеска следует поток Ethernet фреймов на скорости CIR и тут же за ним следует поток фреймов на скорости CIR + EIR. Пользователь может сам задавать процентное соотношение первой и второй паузы, а также отношение количества фреймов во всплеске к количеству фреймов в основном потоке.

Последовательность действий при тестах CBS и EBS по методике ITU-T Y.1564.

При выполнении теста типа CBS, измеренные параметры FTD (задержка), FDV (джиттер) и FLR (коэффициент потери пакетов) должны соответствовать SLA. А при выполнении теста типа EBS параметры FTD, FDV и FLR просто измеряются, но их соответствие заданным пределам не проверяется.

Этап 2. Процедура проверки всех сервисов вместе по методике ITU-T Y.1564

Если при проверке каждого сервиса в отдельности по методике ITU-T Y.1564 не было обнаружено ошибок конфигурации тестируемой сети и все ключевые показатели передаваемого трафика сервисов находились в заданных пределах, то можно переходить ко второму этапу тестирования, а именно к проверке одновременной работы всех сервисов на скорости их гарантированной передачи CIR (Committed Information Rate). Этот тест называется Service Performance Test. Он простой по исполнению, но длительный по времени.

Простой по исполнению потому, что все необходимые настройки для каждого сервиса были заданы перед выполнением предыдущих тестов. Длительный по времени потому, что цель этого теста в проверке возможности сети передавать все сервисы одновременно, на максимальной гарантированной скорости и в течение длительного времени. Поэтому методика ITU-T Y.1564 устанавливает три стандартных периода измерений: 15 минут, 2 часа и 24 часа.

Время измерения 15 минут рекомендуется при подключении нового абонента к уже работающей сети оператора. Время измерения 2 часа рекомендуется для проверки магистральных соединений между городами в сети одного оператора. Время измерения 24 часа рекомендуется для проверки соединений, включающих сети нескольких операторов, а также для международных соединений. Кроме трёх стандартных периодов, в случае необходимости, методика ITU-T Y.1564 позволяет устанавливать другое время измерения.

На этом рисунке изображено проведение теста при одновременной генерации четырёх разных сервисов. Каждый сервис передаётся на своей индивидуальной гарантированной скорости передачи CIR. Второй прибор на дальнем конце сети непрерывно измеряет все ключевые показатели каждого сервиса и сравнивает их с заданными критериями производительности, которые, как правило, берутся из SLA.

К измеряемым ключевым показателям относятся пять параметров: IR (Information Rate - скорость передачи информации), FTD (Frame Transfer Delay - задержка передачи фрейма (пакета)), FDV (Frame Delay Variation - вариация задержки фрейма (джиттер пакетов)), FLR (Frame Loss Ratio - коэффициент потери фреймов (пакетов)) и AVAIL (Availability - доступность). Подробнее про параметр AVAIL, который учитывает периоды пропадания связи, читайте в тексте рекомендации ITU-T Y.1564.

Проведение теста по методике ITU-T Y.1564 при одновременной генерации четырёх разных сервисов — Проведение теста по ITU-T Y.1564 при одновременной генерации четырёх разных сервисов.

Последовательность действий при тестировании сети по методике ITU-T Y.1564

Типовая последовательность действий при тестировании по методике ITU-T Y.1564 показана на рисунке ниже.

Вначале необходимо подключить два измерительных прибора в точках сети, между которыми будет проводиться измерение. Затем в меню прибора задать сколько и каких сервисов, передаваемых через Ethernet, будет проверяться. Для каждого сервиса необходимо выбрать формат и размер кадра Ethernet, теги VLAN, протоколы сетевого и транспортного уровней и другие параметры. Для каждого сервиса необходимо задать гарантированную скорость передачи данных (CIR), допустимое превышение гарантированной скорости (EIR), задержку пакетов (FTD), джиттер пакетов (FDV) и коэффициент потери пакетов (FLR). Если в сети используется принудительное ограничение скорости передачи отдельных сервисов (Traffic Policing), то необходимо задать скорость этого ограничения. Если методика тестирования предусматривает тест всплесками пакетов, то для каждого сервиса необходимо задать размер CBS, размер EBS и скорость всплесков. На рисунке всё перечисленное называется "Enter Test Configuration".

После того, как конфигурация теста задана, запускается первая фаза измерения (Phase 1: Service Configuration Test). Если при проведении этой фазы измерения хотя бы в одном из сервисов произошла ошибка, то необходимо проверить и исправить конфигурацию оборудования сети (Review Network Configuration) и после этого снова повторить тест "Service Configuration Test". Если все сервисы были поочерёдно проверены и ошибок не произошло, то можно переходить к следующему шагу.

Следующий шаг - это тест всплесками пакетов (Burst (CBS/EBS) Test). Как уже говорилось, этот тест не является обязательным. Если решено его проводить, то результат этого теста должен показать отсутствие ошибок конфигурации сети. Если при проведении Burst Test хотя бы в одном из сервисов произошла ошибка, то необходимо проверить и исправить конфигурацию оборудования сети (Review Network Configuration), а после этого снова выполнить тест "Service Configuration Test" и затем опять провести тест всплесками пакетов. Если же ошибки не были выявлены, то можно переходить к следующему шагу.

Следующий шаг - это процедура проверки всех сервисов вместе (Phase 2: Service Performance Test). Во время этого теста все сконфигурированные сервисы передаются в сеть одновременно. Каждый сервис генерируется на своей скорости гарантированной передачи CIR. Тест проводится длительное время, обычно это либо 15 минут, либо 2 часа, либо 24 часа. Если во время проведения теста "Service Performance Test" были обнаружены ошибки, то необходимо искать и устранять их причины (Troubleshoot Ethernet Services) и после устранения начать всю процедуру измерений с самого начала. Если же ошибки не были выявлены и все измеренные ключевые показатели соответствовали установленным критериям, то можно оформлять протокол измерений и предоставлять сервис заказчику (Deliver Service to End Customer).

Типовая последовательность действий при тестировании по методике ITU-T Y.1564.

Дополнительная информация по этой теме

На этой странице рассказано про главные особенности рекомендации ITU-T Y.1564, которые позволят Вам оценить преимущества этой методики и сразу приступить к практическим измерениям. Для тех, кто хочет глубже разобраться в деталях, рекомендуем прочитать оригинальный текст первоисточника в формате PDF:

Также Вам может быть интересна эта статья:

Тестирование сетей 40G, 100G, 200G и 400G - описание технологий

Для упрощения процесса выбора анализатора Ethernet / IP, Вы можете воспользоваться нашим опытом и рекомендациями. У нас более 20 лет практического опыта поставок и мы сразу сможем ответить на многие вопросы по моделям, опциям, срокам поставки, ценам и скидкам. Это сбережёт Ваше время и деньги. Для этого просто позвоните нам или напишите нам по E-mail и мы с радостью ответим на Ваши вопросы.