Методика тестування ITU-T Y.1564 для активації сервісів Ethernet: опис, ключові особливості та переваги застосування

Методика тестування ITU-T Y.1564 для активації сервісів Ethernet: опис, приклади застосування, переваги над RFC 2544

Короткий вступ

Рекомендація ITU-T Y.1564 стандартизує методику проведення вимірювань, необхідні перевірки якості сервісів, переданих через Ethernet. В результаті вимірювань, виконаних за цією методикою, для кожного сервісу можна визначити: гарантовану швидкість передачі даних (CIR), допустиме перевищення гарантованої швидкості (EIR), затримку пакетів (FTD), джиттер пакетів (FDV), коефіцієнт втрати пакетів (FLR) та низку інших важливих параметрів.

Рекомендація ITU-T Y.1564 має на увазі два етапи проведення вимірювань: на першому етапі трафік кожного сервісу генерується та перевіряється окремо від інших сервісів, а на другому етапі всі сервіси генеруються та перевіряються одночасно. Для отримання максимально повних та достовірних результатів рекомендується використовувати два окремі прилади. У такому разі вимірювання будуть виконані індивідуально для кожного з двох напрямків передачі даних.

До розробки рекомендації ITU-T Y.1564 більшість мереж Ethernet тестувалося на підставі методики RFC 2544, опублікованої в 1999 році. Але методика RFC 2544 спочатку була розроблена для перевірки в лабораторних умовах комутаторів Ethernet та аналогічного обладнання 2-го рівня моделі OSI, тому RFC 2544 не є оптимальною методикою проведення вимірювань у сучасних мережах. У RFC 2544 немає можливості протестувати джиттер пакетів, а це важливо для додатків реального часу. У RFC 2544 немає можливості тестувати кілька сервісів одночасно. При проведенні за методикою RFC 2544 тесту пропускної спроможності (Throughput) можливе навантаження та відмова обладнання працюючої мережі.

Тому рекомендація ITU-T Y.1564, якій присвячена ця стаття, є оптимальною на сьогоднішній день методикою проведення вимірювань для реальних мереж Ethernet. Ця методика дозволяє детально і швидко протестувати кожен сервіс, що надається клієнту, а також перевірити одночасну роботу всіх сервісів протягом тривалого періоду часу.

Незалежні результати вимірювань у двох напрямках

У рекомендації ITU-T Y.1564 особливо підкреслюється, що сучасні мережі передачі даних, як правило, є несиметричними з точки зору швидкості інформації, що передається в мережу та отримується від мережі. Причин несиметричності трафіку Ethernet може бути багато: несиметричність проміжних інтерфейсів (наприклад xDSL), політика виділення смуги пропускання провайдера, налаштування маршрутизаторів і т.д.

Тому для точного визначення ділянок та елементів мережі, які обмежують швидкість передачі або є джерелом помилок, необхідно використовувати два окремі вимірювальні прилади, що підключаються в різних точках мережі, що перевіряється.

На малюнку нижче показано приклад вимірювання за методикою ITU-T Y.1564, в якому використовується два прилади. Обидва пристрої підключені до мережі за фізичним інтерфейсом Ethernet 100 Мбіт/с. При цьому на шляху проходження даних є дві обмежуючі швидкість ділянки: 30 Мбіт/с у напрямку від A до B і 70 Мбіт/с у напрямку від B до A. Очевидно, що використання двох приладів дозволяє отримати більше інформації про реальну продуктивність мережі і більше точно виявити джерела проблем.

Вимірювання за методикою ITU-T Y.1564 за допомогою двох аналізаторів Ethernet дає максимум інформації про реальну продуктивність мережі — Вимір за допомогою двох аналізаторів Ethernet дає максимум інформації.

Для спеціальних випадків рекомендація ITU-T Y.1564 припускає вимірювання за допомогою одного приладу. У такому випадку пакети на дальній ділянці мережі, що тестується, повинні загортатися за допомогою маршрутизатора або другого приладу, що знаходиться в режимі відбивача пакетів. Проведення вимірювань за такою схемою можливе, але не рекомендується з двох причин: по-перше, результати вимірювань (швидкості, затримки, втрата пакетів та ін.) в обох напрямках будуть об'єднані в одну цифру і ви не зможете визначити в якому з напрямків є проблема, по-друге всі обмеження та затримки пристрою, що виконує заворот пакетів будуть додані до результатів вимірювань і їх не можна буде відокремити.

На малюнку нижче показаний приклад вимірювання за методикою ITU-T Y.1564, в якому використовується один прилад спільно з відбивачем пакетів на дальньому кінці ділянки мережі, що аналізується. Прилад підключено за фізичним інтерфейсом Ethernet 100 Мбіт/с. Також як і в попередньому прикладі на шляху проходження даних є дві обмежуючі швидкість ділянки: 30 Мбіт/с у напрямку від A до B і 70 Мбіт/с у напрямку від B до A. Але в результаті такого вимірювання ми отримаємо цифру 30 Мбіт/с і не зможемо сказати у якому з напрямів виникає це обмеження. Очевидно, що використання одного приладу не дає повної картини реальної продуктивності мережі і не дозволяє точно визначати джерела проблем.

Вимірювання за методикою ITU-T Y.1564 за допомогою одного аналізатора Ethernet не дає повної картини реальної продуктивності мережі — Вимір за допомогою одного аналізатора Ethernet не дає повної картини.

Етап 1. Процедура перевірки кожного сервісу окремо за методикою ITU-T Y.1564

У сучасних мережах трафік, що надсилається та отримується абонентом у точці підключення до оператора, як правило, містить кілька потоків даних, які формуються незалежно один від одного різними пристроями та програмами абонента. Якщо розглянути для прикладу офісний центр, якому оператор надає 10 Гбіт виділеного оптоволокна, то трафік такого абонента складатиметься з безлічі окремих потоків даних, кожен з яких забезпечує певний сервіс (передача даних, голосовий зв'язок, перегляд відео тощо).

Деякі види сервісів дуже чутливі до втрати або затримки пакетів, а також до нерівномірності приходу до одержувача (джиттера пакетів). До сервісів такого типу відносяться: відеозв'язок, голосовий зв'язок, онлайн-ігри та інші подібні програми реального часу. З іншого боку, є безліч сервісів, які мало чутливі до затримок або втрати пакетів. До них відносяться: завантаження файлів через інтернет, перегляд веб-сайтів, деякі види запитів до баз даних тощо.

Зрозуміло, що для стабільної та коректної роботи всього обладнання офісного центру з нашого прикладу через фіксований канал 10 Гбіт необхідно правильно налаштувати обмеження та пріоритети для різного типу трафіку. Така настройка, зазвичай, виконується самим оператором з метою забезпечення абонента заздалегідь обумовленим рівнем сервісу, що у англомовних документах називається SLA (Service Level Agreement). Для цього можуть використовуватись віртуальні локальні мережі VLAN та інші подібні методи.

Методика ITU-T Y.1564 була спеціально розроблена для того, щоб оператори (провайдери) могли виміряти ключові показники сервісу, що надаються ними, імітуючи реальне навантаження мережі одночасно кількома потоками трафіку різного типу. Вимірювання за методикою ITU-T Y.1564 зазвичай проводять у місцях підключення абонентів до оператора або у місцях підключення операторів один до одного.

На першому етапі вимірювань, який у методиці ITU-T Y.1564 називається Service Configuration Test, кожен сервіс перевіряється окремо від інших сервісів. Це необхідно для того, щоб переконатися в коректності налаштування мережного обладнання, можливості передавати цей сервіс на максимальній швидкості та можливості обмежувати швидкість сервісу при перевищенні заданої величини (Traffic Policing). Кількість та тип кожного сервісу (незалежного потоку даних) вибирає користувач у меню вимірювального приладу перед початком тесту. Оскільки методика ITU-T Y.1564 не встановлює вимог до кількості сервісів або їх типу, виробники вимірювальних приладів включають у свої вироби ті можливості, які, на їхню думку, реально необхідні на практиці.

Хороший прилад, як правило, підтримує одночасну генерацію до 10 сервісів. Формат кадру Ethernet може бути заданий індивідуально кожному за сервісу: Ethernet II, 802.3 SNAP тощо. Розмір кадру Ethernet може встановлюватись фіксованим або може бути сформована послідовність кадрів різної довжини (EMIX). Кадр Ethernet може містити теги VLAN: C-VLAN, S-VLAN, E-VLAN та ін. Додатково можна включити до кадру Ethernet протокол мережевого рівня: IPv4, IPv6 і т.д. Також можна додати протоколи транспортного рівня: UDP, TCP тощо. Тип кожного сервісу може бути встановлений як дані, голос (VoIP G.711, G.723.1 і т.д.) або відео (MPEG-2, MPEG-4 і т.д.). Весь цей функціонал допомагає за допомогою приладу сформувати такий потік даних,

На цьому малюнку показано послідовність дій, яку виконує вимірювальний пристрій під час тестування одного сервісу за методикою ITU-T Y.1564. Детальний опис кожного кроку дивіться далі.

Послідовність дій під час тестування одного сервісу за методикою ITU-T Y.1564.

Крок 1: протягом 10 секунд формувати потік даних Сервісу 1 на швидкості, що дорівнює 50% CIR (Committed Information Rate – гарантована швидкість передачі даних). Одночасно другий прилад на стороні, що приймає, вимірює параметри отриманого потоку Сервісу 1: реальну швидкість прийому, затримку пакетів FTD (Frame Transfer Delay), джиттер пакетів FDV (Frame Delay Variation) і коефіцієнт втрати пакетів FLR (Frame Loss Ratio). Усі виміряні параметри мають бути в заданих межах, тобто відповідати SLA (Service Level Agreement).

Крок 2: протягом 10 секунд формувати потік даних Сервісу 1 на швидкості, що дорівнює 75% CIR. Другий прилад на стороні, що приймає, вимірює параметри отриманого потоку. Усі виміряні параметри (швидкість, FTD, FDV та FLR) повинні відповідати SLA.

Крок 3: протягом 10 секунд формувати потік даних Сервісу 1 на швидкості, що дорівнює 90% CIR. Другий прилад на стороні, що приймає, вимірює параметри отриманого потоку. Усі виміряні параметри (швидкість, FTD, FDV та FLR) повинні відповідати SLA.

Крок 4: протягом 10 секунд формувати потік даних Сервісу 1 на швидкості, що дорівнює 100% CIR. Другий прилад на стороні, що приймає, вимірює параметри отриманого потоку. Усі виміряні параметри (швидкість, FTD, FDV та FLR) повинні відповідати SLA.

Крок 5: протягом 10 секунд формувати потік даних Сервісу 1 на швидкості, що дорівнює CIR + EIR (Excess Information Rate – перевищення гарантованої швидкості передачі даних). Одночасно другий прилад на стороні, що приймає, вимірює реальну швидкість прийому отриманого потоку. Параметри FTD, FDV та FLR вимірюються, але їх відповідність заданим межам не перевіряється, оскільки на швидкості CIR + EIR час затримки та джиттер пакетів не гарантуються.

Крок 6: протягом 10 секунд формувати потік даних Сервісу 1 на швидкості, що дорівнює CIR + 125% EIR. Другий прилад на стороні, що приймає, вимірює реальну швидкість прийому отриманого потоку, яка при правильно налаштованому Traffic Policing повинна бути більшою або дорівнює CIR, але менше або дорівнює CIR + EIR. Параметри FTD, FDV та FLR вимірюються, але їх відповідність заданим межам не перевіряється.

Методика ITU-T Y.1564 рекомендує встановлювати тривалість кожного кроку від 1 до 60 секунд і дозволяє вибирати різний крок наближення до CIR. На малюнку вище показані типові значення наближення до CIR (50%, 75% і 90%), а також оптимальна тривалість одного кроку 10 секунд.

Для кращого розуміння того, як це працює, на малюнку нижче показаний скріншот екрану вимірювального приладу з основними налаштуваннями, необхідні перевірки одного сервісу за методикою ITU-T Y.1564. Якщо перевіряється кілька сервісів, а типовому тесті їх як мінімум три, то аналогічні налаштування необхідно виконати кожному з них. Додатково в окремому меню приладу для кожного сервісу треба вибрати формат та розмір кадру Ethernet, теги VLAN, протоколи мережного та транспортного рівнів тощо.

Тепер кілька коментарів щодо цього скріншоту. Позначення L->R та R->L визначають напрямок тестування: L->R означає Local -> Remote (від Близького приладу до Далекого) і навпаки. Параметри Burst Max Rate та Burst Size (CBS та EBS) відносяться до додаткового тесту сплеску пакетів, описаного нижче. Параметри Max Jitter, Latency і Frame Loss Rate задають рівень гарантованої продуктивності, вони беруться з SLA (Service Level Agreement) і повинні забезпечуватися мережею, що перевіряється, для кожного сервісу, що передається на швидкості меншої або рівної CIR.

Основні налаштування вимірювального приладу, необхідні перевірки одного сервісу за методикою ITU-T Y.1564 — Основні налаштування, необхідні перевірки одного сервісу за методикою ITU-T Y.1564.

Тест сплесками пакетів (Burst Test)

Рекомендація ITU-T Y.1564 розглядає цей тест як те, що знаходиться в стадії розробки і не є обов'язковим. Але, при цьому, підкреслюється корисність цього тесту, оскільки він дозволяє навантажити та протестувати буфери мережевих пристроїв, а також коректність їхньої роботи під час сплесків трафіку. Тест сплесками пакетів виконується для кожного сервісу окремо і слідує відразу після перевірки сервісу на швидкостях CIR, EIR та Traffic Policing.

У рекомендації ITU-T Y.1564 є важливе зауваження: "Зауважте, що пакетне тестування є найбільш значущим для мережевих інтерфейсів користувача Ethernet з високою пропускною здатністю, які мають невелику частку пропускної здатності лінії, призначеної для передачі трафіку клієнтів. У міру того, як EIR або CIR зростає, щоб наблизитися до повної швидкості лінії, корисність пакетного тестування знижується, і виконання пакетного тестування відповідно до цих процедур може зайняти значно більше часу. Ці процедури вибухового тестування розроблені для найкращої роботи при встановленій і надлишковій швидкості передачі інформації до 67% від максимально досяжної швидкості передачі інформації".

Переклад цього зауваження: "Зверніть увагу, що тестування сплесками пакетів найбільш значуще для високошвидкісних Ethernet інтерфейсів, в яких лише невелика частина доступної смуги задіяна для передачі трафіку користувача. У міру зростання EIR або CIR до рівня повної швидкості інтерфейсу, корисність цього тесту знижується і час, необхідний його виконання за цими процедурами, істотно зростає. Ці процедури тестування сплесками пакетів розроблені таким чином, щоб добре працювати на швидкостях CIR та EIR, що не перевищують 67% від максимально досяжної швидкості передачі інформації".

Фактично цей тест зводиться до того, щоб навантажити мережу потоком пакетів вибраного сервісу, що передаються на швидкості більшій, ніж CIR (для тесту CBS) або більшій, ніж CIR + EIR (для тесту EBS), а після цього передавати пакети на швидкості, що дорівнює CIR (для тесту CBS) або рівною CIR + EIR (для тесту EBS). Точне значення швидкості сплеску пакетів (Burst Max Rate) задається користувачем. Також користувач може встановити сумарну кількість байт, що передаються при тестуванні CBS та окремо сумарну кількість байт, що передаються при тестуванні EBS. Тест CBS означає Committed Burst Size, тобто гарантований розмір сплеску. Тест EBS означає Excess Burst Size, тобто перевищення гарантованого розміру сплеску. Обидва тести навантажують буфери мережевих пристроїв двома різними видами навантаження.

На цьому малюнку у графічному вигляді показано послідовність дій при тестах CBS та EBS. Спочатку прилад витримує паузу, коли дані не передаються. Потім починає передавати сплеск Ethernet кадрів з мінімальним міжфреймовим інтервалом. Швидкість сплеску та кількість байт у ньому задаються користувачем. У тесті CBS після передачі сплеску прилад знову витримує паузу, а потім слідує потік Ethernet кадрів на швидкості CIR. У тесті EBS відразу після передачі сплеску слідує потік Ethernet фреймів на швидкості CIR і відразу за ним слідує потік фреймів на швидкості CIR + EIR. Користувач може сам задавати процентне співвідношення першої та другої паузи, а також відношення кількості кадрів у сплеску до кількості кадрів в основному потоці.

Послідовність дій при тестах CBS та EBS за методикою ITU-T Y.1564.

При виконанні тесту типу CBS виміряні параметри FTD (затримка), FDV (джиттер) і FLR (коефіцієнт втрати пакетів) повинні відповідати SLA. А при виконанні тесту типу EBS параметри FTD, FDV та FLR просто вимірюються, але їхня відповідність заданим межам не перевіряється.

Етап 2. Процедура перевірки всіх сервісів разом з методикою ITU-T Y.1564

Якщо при перевірці кожного сервісу окремо за методикою ITU-T Y.1564 не було виявлено помилок конфігурації мережі, що тестується, і всі ключові показники переданого трафіку сервісів перебували в заданих межах, то можна переходити до другого етапу тестування, а саме до перевірки одночасної роботи всіх сервісів. на швидкості їхньої гарантованої передачі CIR (Committed Information Rate). Цей тест називається Service Performance Test. Він простий за виконанням, але тривалий за часом.

Простий виконання тому, що всі необхідні налаштування для кожного сервісу були задані перед виконанням попередніх тестів. Тривалий за часом тому, що мета цього тесту у перевірці можливості мережі передавати всі сервіси одночасно, на максимальній гарантованій швидкості та протягом тривалого часу. Тому методика ITU-T Y.1564 встановлює три стандартні періоди вимірювань: 15 хвилин, 2 години і 24 години.

Час вимірювання 15 хвилин рекомендується при підключенні нового абонента до мережі оператора. Час вимірювання 2:00 рекомендується для перевірки магістральних з'єднань між містами в мережі одного оператора. Час вимірювання 24 години рекомендується для перевірки з'єднань, що включають мережі кількох операторів, а також міжнародних з'єднань. Крім трьох стандартних періодів, у разі потреби методика ITU-T Y.1564 дозволяє встановлювати інший час вимірювання.

На цьому малюнку зображено проведення тесту за одночасної генерації чотирьох різних сервісів. Кожен сервіс передається на своїй індивідуальній швидкості передачі CIR. Другий прилад на дальньому кінці мережі безперервно вимірює всі ключові показники кожного сервісу та порівнює їх із заданими критеріями продуктивності, які, як правило, беруться із SLA.

До ключових показників, що вимірюються, належать п'ять параметрів: IR (Information Rate - швидкість передачі інформації), FTD (Frame Transfer Delay - затримка передачі кадру (пакета)), FDV (Frame Delay Variation - варіація затримки кадру (джиттер пакетів)), FLR (Frame Loss Ratio – коефіцієнт втрати фреймів (пакетів)) та AVAIL (Availability – доступність). Докладніше про параметр AVAIL, який враховує періоди зникнення зв'язку, читайте у тексті рекомендації ITU-T Y.1564.

Проведення тесту за методикою ITU-T Y.1564 за одночасної генерації чотирьох різних сервісів — Проведення тесту з ITU-T Y.1564 за одночасної генерації чотирьох різних сервісів.

Послідовність дій під час тестування мережі за методикою ITU-T Y.1564

Типова послідовність дій під час тестування за методикою ITU-T Y.1564 показана на малюнку нижче.

Спочатку необхідно підключити два вимірювальні прилади в точках мережі, між якими буде проводитися вимірювання. Потім у меню приладу задати скільки та яких сервісів, що передаються через Ethernet, перевірятиметься. Для кожного сервісу необхідно вибрати формат та розмір кадру Ethernet, теги VLAN, протоколи мережного та транспортного рівнів та інші параметри. Для кожного сервісу необхідно встановити гарантовану швидкість передачі даних (CIR), допустиме перевищення гарантованої швидкості (EIR), затримку пакетів (FTD), джиттер пакетів (FDV) та коефіцієнт втрати пакетів (FLR). Якщо в мережі використовується примусове обмеження швидкості передачі окремих сервісів (Traffic Policing), необхідно встановити швидкість цього обмеження. Якщо методика тестування передбачає тест сплесками пакетів, то для кожного сервісу необхідно встановити розмір CBS, розмір EBS і швидкість сплесків. На малюнку все перераховане називається "Enter Test Configuration".

Після того, як конфігурація тесту задано, запускається перша фаза вимірювання (Phase 1: Service Configuration Test). Якщо при проведенні цієї фази вимірювання хоча б в одному з сервісів відбулася помилка, то необхідно перевірити та виправити конфігурацію обладнання мережі (Review Network Configuration) та після цього знову повторити тест "Service Configuration Test". Якщо всі послуги були по черзі перевірені і помилок не сталося, то можна переходити до наступного кроку.

Наступний крок – це тест сплесками пакетів (Burst (CBS/EBS) Test). Як мовилося раніше, цей тест є обов'язковим. Якщо вирішено його проводити, результат цього тесту повинен показати відсутність помилок конфігурації мережі. Якщо при проведенні Burst Test хоча б в одному з сервісів відбулася помилка, то необхідно перевірити та виправити конфігурацію обладнання мережі (Review Network Configuration), а потім знову виконати тест "Service Configuration Test" і потім знову провести тест сплесками пакетів. Якщо ж помилки були виявлено, можна переходити до наступного кроку.

Наступний крок – це процедура перевірки всіх сервісів разом (Phase 2: Service Performance Test). Під час цього тесту всі сконфігуровані послуги передаються в мережу одночасно. Кожен сервіс генерується на швидкості гарантованої передачі CIR. Тест проводиться тривалий час, зазвичай це або 15 хвилин, або дві години, або 24 години. Якщо під час проведення тесту "Service Performance Test" були виявлені помилки, необхідно шукати та усувати їх причини (Troubleshoot Ethernet Services) і після усунення почати всю процедуру вимірювань з самого початку. Якщо ж помилки були виявлено і всі виміряні ключові показники відповідали встановленим критеріям, можна оформляти протокол вимірювань і надавати сервіс замовнику (Deliver Service to End Customer).

Типова послідовність дій під час тестування за методикою ITU-T Y.1564.

Додаткова інформація на цю тему

На цій сторінці розказано про основні особливості рекомендації ITU-T Y.1564, які дозволять Вам оцінити переваги цієї методики та одразу розпочати практичні вимірювання. Для тих, хто хоче глибше розібратися в деталях, рекомендуємо прочитати оригінальний текст першоджерела у форматі PDF:

Також Вам може бути цікава ця стаття:

Тестування мереж 40G, 100G, 200G та 400G - опис технологій

Для спрощення процесу вибору аналізатора Ethernet/IP, Ви можете скористатися нашим досвідом та рекомендаціями. У нас більше 20 років практичного досвіду поставок і ми відразу зможемо відповісти на багато питань щодо моделей, опцій, термінів поставки, цін та знижок. Це збереже Ваш час та гроші. Для цього просто зателефонуйте нам або напишіть нам по Електронна пошта і ми з радістю відповімо на Ваші запитання.