以太网测试仪（共6篇）
以太网测试仪 篇1
0引言
计算机技术的不断发展引入了新兴的应用,例如大型的分布式数据库和高速的视频图像传输。这类应用对带宽的需求已经不能为传统的快速以太网(100M)所满足,速度为1000M的以太网,即所谓千兆以太网(Gigabit Ethernet)应运而生。千兆以太网不止应用于计算机互联,高速网络设备互联以及城域网用户接入也越来越广泛的采用千兆以太网技术,也就是说,从骨干网到接入网、从计算机网到工业应用,都无处不见千兆以太网技术的应用。然而随着千兆以太网应用规模的不断扩大,其网络互联设备的核心地位愈加明显。网络互联设备性能的好坏直接影响网络规模、网络稳定性以及可靠性。
本文所依据项目设计实现了手持式千兆以太网测试仪,主要描述基于WinCE平台的测试仪软件开发。
1测试指标
测试仪采用的测试指标是在RFC 2544中描述的。作为评测网络互联设备性能的国际标准,RFC 2544是由IETF(Internet Engineering Task Force,Internet工程任务组)制定的,它对RFC 1242中定义的性能测试指标提出了具体的测试方法,并对测试报告的格式作了详细的规定。主要性能指标包括Throughput(吞吐量)、Latency(时延)、Frame Loss Rate(帧丢失率)、Back-to-Back Frame(背靠背帧)。
测试配置方式包括两种,如图1所示。图1中左图采用的是两台测试仪在这种配置下,要么必须采用某台计算机远程控制两台测试仪,要么必须由其中一台测试来进行同步控制,而这两种方法都过于复杂而不推荐采用。最理想的测试配置为图1中右图所示的配置,即由一台同时具备收发功能的测试仪对DUT(待测设备)进行测试。本项目设计的测试仪就是基于这种单测试仪的配置。
2设计软件
2.1应用开发环境、流程
测试仪的软件开发是在Windows CE环境下进行的。
Windows CE是一个具有强占式多进程功能,并具有强大通信能力的嵌入式操作系统。Windows CE是微软专门为通信设备、移动应用、消费类电子产品、嵌入式应用等非PC领域而全新设计的策略性操作系统产品。Windows CE的设计目标及特点:模块化操作系统、多硬件平台支持、有线和无线的网络支持、稳健的实时性支持、多媒体和多语言支持和强大的开发工具链,主要包括平台定制工具Platform Builder(PB)和应用程序开发工具Embedded Visual C++(EVC)。
微软针对Windows CE的模块化特点,推出了Platform Builder集成开发环境,开发人员利用Platform Builder对Windows CE操作系统进行定制、构建、下载、调试及发布。
测试仪的软件开发是在EVC中进行的。它是类似于Visual C++的应用开发环境。
图2描述了利用上述工具开发Windows CE应用的流程。
2.2测试仪模块、功能描述
图3描述了软件的功能模块结构。
2.3设计要素
2.3.1 软件架构
测试仪软件采用模块化设计,如图3所示,即功能模块化。在设计过程中要求对功能实现方法进行封装,并为主控程序提供调用说明和接口。通过对功能实现采用模块化封装设计,软件可以方便的添加和删除模块,并且各模块内部的实现细节的改动不影响其他模块的正常运作,只要模块之间有一定的明确的接口。
2.3.2 软硬件交互
测试仪驱动采用标准的流式(Steam)驱动结构。应用程序通过文件API对设备进行访问。文件API被操作系统转发到系统的文件管理进程中(系统启动的时候加载的),然后由文件管理进程将执行交给设备管理器,设备管理器调用不同的流式接口驱动程序的接口,与硬件交互。标准的接口包括CreatFile,ReadFile,WriteFile和DeviceIoControl等。
2.3.3 多线程
响应用户的操作的主控制部分与测试实现部分采用多线程技术设计。例如测试仪启动后即开始对测试仪的端口利用率进行实时测试,并在用户操作界面中实时更新显示利用率测试结果。此时需要响应用户的其他操作,因此基于这样的特点,软件设计过程中必须采用多线程技术。
2.3.4 数据管理
数据内容包括用户的测试配置信息和测试结果数据。因为大量的数据包分析和统计过程由FPGA完成,并将相对而言小数据量的分析统计结果交给软件。对于这种小数据量的数据可以采用XML文件格式进行保存。XML文件解析处理的库包括目前比较流行的CMarkup类以及微软的MSXML。
下面是利用XML文件形式保存用户基准测试配置的示例,
2.3.5 数据图表
桌面PC上Visual C++环境下的软件开发拥有大量的第三方软件支持,其中包括第三方提供的强大的图表生成和处理库,例如Teechart。但是Windows CE上eVC环境下的的软件开发缺乏这样的第三方软件支持,因此需要自己开发图形化处理模块。本项目自行修改和设计了一个简单的图形处理库,主要完成折线和柱状图的绘制。图形化处理过程往往需要占用大量的资源(数据占用内存资源,绘图操作占用其他的描述设备环境的资源,等),所以在设计图形化处理模块时,应尽量优化实现方法,减少资源占用。
图4示意了Latency测试结果的图表效果。
3结束语
在所描述的整体架构背景下,本文介绍了测试仪的软件开发。在模拟数据输入的条件下对软件进行测试,结果显示测试仪软件能够稳定运行,并能正确准确且实时的显示测试数据结果。
摘要：千兆以太网技术应用规模在不断扩大,其网络互联设备的核心地位愈加明显,因为网络互联设备性能的好坏直接影响网络规模、网络稳定性以及可靠性。首先简单介绍了网络互联设备性能测试规范。接着详细讲述了Windows CE中软件开发的流程、工具和本测试仪的软件设计。
关键词：RFC2544测试规范,微处理器,模块化,多线程
参考文献
[1]Bradner S,McQuaid J.RFC2544,BenchmarkingMethodology for Network Interconnect Devices,1999.
[2]章淼,吴建平,盛立杰,等.网络互联设备的性能测试[J].原理和实践.
[3]何宗键.Windows CE嵌入式系统[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
以太网测试仪 篇2
随着电信行业的迅猛发展, 以太网设备越来越多, 对于以太网设备生产厂商来说, 产测过程中需要进行大量的以太网收发包测试, 目前大部分生产厂商的以太网收发包测试全部基于用电脑ping包的手段。用以太网ping包的手段进行收发包测试存在以下弊端:第一, 以太网ping包带宽低, 不能进行有效的带宽测试;第二, 每一对以太网设备进行收发包测试时需要两台电脑配合, 当待测设备众多时, 会浪费大量的PC资源;第三, ping包一旦出现问题, 无法精确定位出现问题的时刻, 亦没有精确的数据统计。
为了解决上述问题, 以太网设备生产商急需一种价格低廉、使用方便, 且能提供多路以太网测试的测试仪。目前市场上已经出现了多种以太网测试仪, 比如思博伦公司的smartbits测试仪、台湾的Nu Stream测试仪等, 但上述测试仪普遍存在价格昂贵, 操作复杂、以太网口数少的问题, 究其原因是这些测试仪面向的是以太网设备的研发部门。为了满足生产部门的需要, 我们设计并实现了一种生产专用集中型以太网测试仪。
1 系统介绍
该测试仪用标准的19英寸5U的机箱实现, 最多支持13个以太网测试板卡, 每个板卡支持8路以太网测试, 因此该设备最多支持104路以太网同时测试, 该测试仪提供简易的PC界面, 方便操作。该系统有1块管理盘和最多13块的以太网测试板卡实现, 其中机箱的第一槽位为管理盘, 第2-14槽位可以插以太网测试板卡, 背板提供电源和管理盘到各测试板卡的管理总线。以太网测试板卡, 实现简单, 主要由一颗FPGA和两颗RTL8208B芯片组成, 结构如图1所示:
管理盘通过背板管理接口来访问各以太网测试板卡的单片机, 单片机可以同时管理FPGA和两片PHY芯片RTL8208B。
2 系统功能特点
(1) 符合IEEE802.3、IEEE802.3u标准
(2) 提供8 (RJ45电接口) 个独立以太网测试接口 (发送统一配置、接收独立检测) , 对通测试时, 1、2口为关联端口, 3、4口为关联端口, 5、6口为关联端口, 7、8口为关联端口
(3) 发包控制功能
(1) 发包长度可固定或随机
(2) 目的地址、源地址8路独立设置, 除此之外, 其它设置全部8路统一设置
(3) 发包内容可固定、随机或按字节递增、递减,
(4) 支持4种数据流传送方式:Continuous (连续) 、Single Burst (单次突发) Multi Burst (多次突发) 、Continuous Burst (持续突发)
(5) 可线速发送10/100Mbit/s以太网业务
(6) 测试发包速率从38bit/s~100Mbit/s, 满足窄带到宽带的各种链路测试需求
(7) 具有强大的发包控制与接收包统计功能
(1) 发送包数、发送字节数、冲突次数
(2) 发送端可对发包内容、发包间隔与发包长度等进行控制, 同时对发送包数、发送字节等进行统计
(3) 接收包数、接收字节数、帧校验错误数、超长帧数、超短帧数、帧长非整数错误数、流控包数、广播包数、组播包数、单播包数
(4) 接收端可以进行接收包数、接收字节数与接收各种错包统计
(8) 速率模式选择:10M/100M
(9) 全双工/半双工可选
(10) 错包告警可通过指示灯指示
(11) 使用灵活:支持热插拔, 每槽位的板卡可以单独测试4组待测设备, 通过管理盘统一管理, 为集中测试节省了资源
3 FPGA实现
我们选用XILINX公司的的SPARTAN3E系列的FPGA产品XC3S1600E-FG320作为母片, 设计包含6个功能模块, 功能框图如图2所示。
MT_BLK和MR_BLK是设计的核心模块, 分别完成以太网的成解帧处理, 对外提供标准的RMII接口, 对MT_MIB和MR_MIB提供收发统计所需要的各种脉冲信号, 比如包计数累加脉冲、字节计数累加脉冲和错包计数累加脉冲。SEND_CONFIG模块完成各发送配置, 并转换成相应的控制信号, 控制MT_BLK的发包间隔、发包包长等。MT_MIB和MR_MIB完成收发包的各种统计功能。MP_BLK完成8bit非复用处理器接口到内部同步化管理接口的转换。
4 PC界面设计
PC界面设计的基本要求就是简便易用, 13个以太网测试板卡在一个界面统一显示, 因为每个板卡的8路统一设置, 因此大大简化了配置界面, 接收统计和发送统计后给出1比特的正确与否指示放到界面上, 因此界面很直观, 当测试出错, 需要看具体统计值时才需进入下一级界面。
5 测试仪自身测试
该测试仪与SMARTBITS以太网测试仪进行了大量的对通测试, 测试功能全部正确, 接口完全符合IEEE Std802.3规范。
6 结束语
该测试仪在公司生产部门得到了大量应用, 经过几年的实践检验, 该测试仪性能稳定, 大大提高了生产测试效率的同时保证了公司生产设备的质量。
参考文献
[1] IEEE Std 802.3, 2000 Edition
[2] RFC2544.Benchmarking methodology for Network Interconnect Devices, 1999
以太网测试仪 篇3
1月25日, 应用性能和安全弹性解决方案供应商I xia宣布在业内率先推出以太网速度创新解决方案, 帮助I xia客户能够成功部署50Gb E, 从而满足日益增长的带宽需要, 并降低超大规模数据中心和云中心的成本和占用空间。Ixia的50Gb E验证解决方案于2015年5月在I nterop大会上首次进行了概念验证演示, 进一步增强了其在支持最新以太网协议和网络接口领域的领导地位。该解决方案基于Ixia的Xcellon-Multis系列模块, 测试速度达到50Gb E。该系列解决方案速度为10Gb E, 25Gb E, 40Gb E, 100Gb E的产品已经上市。
Ixia致力于与行业领导厂商合作, 推动最新以太网速度的部署和普及。作为25G/50 G以太网联盟成员, 以及国际电气与电子工程学会 (IEEE) 25Gb E P802.3标准贡献者, Ixia参与制定了25Gb E与50Gb E标准。
以太网测试仪 篇4
在当前最热门的数据中心和云计算环境下,以太网标准由万兆开始向40G/100G迈进,我国各类数据中心和机房总量已接近60万个。以IP协议为核心的理念深入人心,各类电信技术都得到不断地发展,相互取长补短,并表现出融合的趋势。但传统高带宽专线产品中ATM技术的发展已经进入瓶颈,而SDH技术只能提供2Mb/s,34M b/s,155Mb/s,622M b/s,2.5Gb/s等速率,无中间速率供用户选择,那么有没有一种更为合理的接入方式可以提供呢?MSTP技术就是答案。
二、MSTP技术的主要特点
MSTP (多业务传送平台)是运营商基于SONET/SDH平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送,提供统一网管的多业务网络平台。MSTP技术的主要特点如下:
⊙MSTP继承了SDH技术的诸多优点,如良好的网络保护倒换性能、对TDM业务较好的支持能力等。
⊙支持多种物理接口。由于MSTP设备负责业务的接入、汇聚和传输,所以MSTP能支持多种物理接口,从而支持多种业务的接入和处理。常见的接口类型有TDM接口(T1/E1、T3/E3)、SDH接口、以太网接口(10//100BaseT,GE)、POS接口等。
⊙支持多种协议。MSTP对多业务的支持要求其必须具有对多种协议的支持能力,通过对多种协议的支持来增强网络边缘的智能性;通过对不同业务的聚合、交换或路由来提供对不同类型传输流的分离。
⊙链路的高效建立能力。面对用户不断提高的即时带宽要求和IP业务流量的增加,MSTP能够提供高效的链路配置、维护和管理能力。
三、MSTP以太网业务的分类
目前,MSTP主要能提供EPL,EVPL,EMAPL,EMAVPL,EPLAN,EVPLAN等六种以太网业务。
(1)以太网私有专线业务(EPL)。EPL有两个业务接入点,实现对用户以太网M A C帧进行点到点的透明传送,每个EPL用户的业务由专用的SDH通道承载.不同用户不需要共享通道带宽,因此具有严格的带宽保证和安全性能。EPL作为高质量的以太网业务,可以用于满足银行、证券、政府部门等重要用户的专线业务需求。
(2)以太网虚拟专线业务(EVPL)。EVPL与EPL的主要区别是不同的用户需要共享SDH带宽,因此需要使用VLAN ID或其他机制来区分不同用户的数据(不同用户的VLAN不能相同,除非使用QinQ等技术)。如果需要对不同用户提供不同的服务质量,则需要采用相应的QoS机制。EVPL通过统计复用提高了带宽的利用率,业务提供成本要低于EPL。EVPL业务适用于对QoS有一定要求,并接受逻辑隔离方式的用户。
(3)以太网多点接入专线业务(EMAPL)。EMAPL是多点到点的汇聚型业务,它将多个点的业务汇聚到中心节点的一个以太网物理接口输出。分支节点之间相互隔离,不能直接通信。EMAPL适用于银行、证券、政府部门等重要用户总部和各分部之间的互联.以及高质量的互联网接入业务。
(4)以太网多点接入虚拟专线业务(EMAVPL)。EMAVPL和EMAPL的主要区别是EMAVPL的点到点连接由EVPL构成,因此可以实现带宽共享。EMAVPL适用于对QoS有一定要求,并接受逻辑隔离方式的用户,可用于实现多点到点的以太网业务汇聚,如互联网接入业务等。
(5)以太网私有局域网业务(EPLAN)。EPLAN属于多点到多点的以太网业务,不同用户不需要共享链路带宽,因此具有严格的带宽保障和用户隔离,不需要采用其他的QoS机制和安全机制。由于具有多个节点,因此需要基于MAC地址进行数据转发并进行MAC地址学习。EPLAN可以在城域网和广域网范围提供高质量的LAN业务.适用于银行、证券、政府部门等重要用户多点互联的需求。
(6)以太网虚拟局域网业务(EVPLAN)。EVPLAN与EPLAN的主要区别是不同的用户需要共享SDH带宽。因此需要使用VLAN ID或其他机制来区分不同用户的数据。如果需要对不同用户提供不同的服务质量,则需要采用相应的QoS机制。EVPLAN属于多点到多点的L2 VPN业务,适用于对QoS和安全性有一定要求的用户,如校园和小区接入。
四、MSTP以太网电路专线开通的主要配置
MSTP以太网专线在开通前期需要进行SDH层业务配置、端口属性配置、TAG属性、封装协议等较多设置(见图1)。
在线路开通过程中,也往往会出现线路不通、丢包、延迟大等现象,此时可参照“先告警后性能、先SDH后以太网、先日志后测试,先内部后外部”的原则,从以下几方面进行重点排查。
(1)业务时隙配置问题。由于不同厂家时隙顺序不一致导致对接不通、或者是误操作等其他原因造成原SDH业务配置被更改或丢失,从而导致以太网业务中断情况。此类情况发生时,一般同时有SDH业务层面的相关告警上报,如TU_AIS、TU_LOP等。
(2)以太网单盘端口基本属性配置问题.包括下列内容:
⊙端口使能问题:开启与否决定端口是否收发数据和上报告警。
⊙端口工作模式问题,以太网接口主要有Auto,10Mhalf,10M full,100M half,100M full,1000M full等六种模式,设置时必须与对接设备的网口工作模式保持一致,避免出现Auto对100M full等类似问题。
⊙MTU (最大传送单元)值问题:MTU值即一次传送单元的最大长度,取值受硬件限制(一般情况下设置MTU值为1522)。若端口接收到大于MTU值的数据帧,则无条件丢弃,直接导致业务异常。可以在了解硬件限制和业务基础上设置最大传送单元。
(3)以太网Tag属性和VLAN ID配置问题。以太网TAG属性用以判断对端设备发出的数据帧在本端能否正确的进行识别。TAG属性的配置正确与否直接导致数据包能否被正常传送。以太网端口配置属性和数据单盘对VLAN处理方法见表1。
(4)以太网数据封装协议问题。以太网封装协议是将变长的以太网数据帧放到字节同步的SDH网络中传输,有效进行定帧。以太网封装协议主要包括GFP,LAPS,HDLC,ML-PPP等。互通业务的VCTRUNK必须使用相同的封装协议,且相同协议的参数必须保持一致,目前各厂家间互通主要采用GFP封装协议。
(5)开销字节的设置问题。必须考虑到C2,V5等开销字节设置情况,应发与应收字节内容必须保持一致。此外,需要注意的是部分厂家设备要求J0,J1,J2字节的期望值与应收值一致,否则会导致相应告警而使业务中断。
(6)不同厂家间或者同一厂家不同型号的以太网单板的工作匹配问题。由于各个厂家生产的不同型号的以太网单板分别采用不同的封装协议,所以在用不同厂家或同一厂家不同型号的以太网单板业务对接时,需要先了解是否可以匹配。而单板可以对接前提是:封装协议相同;封装颗粒相同;映射方式相同。
五、MSTP以太网专线的测试
1.专线的测试指标
RFC2544是IETF(Internet工程任务组)提出的一个测试基准。它规定了一系列的测试过程和方法,使得服务提供商和用户间,可以在同一个基准下,对测试的实施和结果达成共识。对MSTP以太网专线电路的测试,应该依照RFC2544的规程进行,主要包括以下几个测试项目:
(1)吞吐量。当发送帧数目和经过被测线路传输后的帧数目保持一致时的最大传输速率。在实际测试环境下,我们向被测线路以特定速率传输以太帧,然后计算经过被测线路传输后返回的帧数目,当二者数目相同时,最大的传输速率就是吞吐量,这是线路可靠性测试的最重要的一个指标。一般来说,对于所测试的特定帧长的数据包,在测试时间范围内,测试结果应满足所开通专线的额定带宽,吞吐量指标为100%。
(2)延时。对于储存和转发设备,某一个测试帧的最后一个比特到达输入口和这一个帧的第一个比特离开输出口的时间差称为延时。
(3)帧丢失率。由于线路问题导致本应以连续稳定速率通过设备转发而没有被转发的帧的百分比。测试方法如下:向被测线路以特定速率发送以太帧,然后计算经过被测线路返回收到的以太数目。帧丢失率用=(发送帧数目-收到帧数目)×100%÷发送帧数目。对于所测试的特定帧长的数据包,在测试时间范围内,丢帧率测试结果应小于0.01%,线路在额定带宽基本不出现丢帧。
(4) Back-to-Back。在最大速率和不发生报文丢失前提下,被测设备可以接收的最大的突发报文序列(Burst)的长度,背靠背性能反映网络设备对于突发报文的容纳能力。
2.专线测试方法
对MSTP以太网专线电路的测试,可通过以下几种方式实现:
(1)软件环回测试。以太网单板提供一种验证VCTRU N K端口之间互通性的、使用GFP管理帧实现的测试帧。可以用于验证单板之间VCTRU N K连接的配置正确与否,即SDH业务配置和VCTRUNK通道绑定配置是否正确。业务正常情况下,发送测试帧的数量和收到的应答帧数量应该相同。
(2) Ping测试。A端、Z端工程师在线路传输设备的以太板端口接上笔记本电脑,配置同一网段的私网地址,关闭防火墙及杀毒软件,进行Ping测试。这种测试方法比较方便,无需测试仪表,只需普通的笔记本电脑即可。Ping测试是IP层的测试,其目的主要是验证IP层的连通性,为用户业务的开展作铺垫,因此不能满速率测试,也不能验证线路带宽。
(3)硬件环回测试。A端工程师在传输设备的以太板端口挂测试仪表,Z端工程师在相应传输设备的以太板端口打硬环的环回测试方法。硬件环回测试是针对线路的传输层测试,属于基于2层以太帧的测试,其优点在于可以验证线路的带宽和丢帧率等重要指标,对线路质量进行全方位测试,当测试通过后可以代表运营商方线路合格。但这种测试要求较高,需要A端配置以太网测试仪表、Z端准备环路头。
六、结束语
以太网测试仪 篇5
关键词：RFC2544标准,以太网,软硬件交互,数据管理
1 概述
随着通信、计算机技术和网络技术的快速发展, 互联网的传输速度节节上升, 互联网的拓扑结构越来越复杂, 怎样保证网络的畅通与安全是网络维护将要面临的又一个重大难题。以太网实时性能测试是对网络控制系统信息传输能力的一种综合评判, 通过给出网络信息传输能力综合指标, 为网络系统设计提供依据。RFC2544作为评测网络互连设备性能的国际标准, 定义了一系列实时以太网性能指标, 如吞吐量、时延、丢帧率和背靠背帧, 这些指标相互关联和影响, 并可以综合地反映网络通信能力和信息传输的实时性。
研究了以太网测试平台的技术基础与设计实现, 对于系统开通测试方面则侧重于测试网络对实际业务的支持能力;研究了在于面向确定的测试仪功能, 设计一种基于RFC 2544的以太网测试软件实现方案。该软件应具有较好的兼容性和广泛的适用性, 支持RFC2544标准规定的各项测试指标的实时提取与呈现。同时具有丰富的配置功能, 良好的界面可操控性, 并兼备相应的数据管理功能;使得该软件在硬件平台上运行稳定, 功能执行正确, 其代码具有较好的健壮性、有效性和可扩展性。
2 以太网测试软件设计
2.1 性能指标的选取
对网络性能的测试和分析是以太网性能测试技术的核心。所有网络性能测试指标的开发都有其适用范围, 测试指标的选取直接影响到对以太网性能的准确判断, 本论述采用的评测网络互连设备性能的标准为RFC2544, 现在对其进行选取分析。
2.1.1 吞吐量
吞吐量测试的是设备的包转发能力, 是非常重要的一个指标, 因为即使是数据流中的一个帧丢失, 便可以导致长时间的等待, 直达高层协议的时间栈耗尽。这对于确切地了解设备所能支持的最大数据速率是很有帮助的, 而且测试是针对不同的帧长, 对于同时支持路由和网桥功能的设备要分别进行路由和网桥功能的数据测试。
2.1.2 时延
测试设备在吞吐量范围内从收到包到转发出该包的时间间隔。时延的可变性会引发一系列问题, 不少协议与应用程序都是与时延紧密相关的, 网络时延的增加将会减小网络的有效直径范围。测试的理想状况是消除数据速率对时延的影响, 使得测试结果反应出DUT的精确时延, 当然也需要在不改变设备配置的情况下针对不同的帧长进行测试。
对所有DUT的测试应该从帧导码部分后的第一个实际位开始, 同时DUT必须是一个直通型的存储转发设备, 能在还没有完全接收到所有数据的情况下开始进行数据帧转发。
2.1.3 丢包率
该指标可以用来衡量DUT在超负荷状态下的性能, 对于处于负荷过重网络下的DUT, 可以通过丢帧率来反应DUT的运行状态。
2.1.4 背靠背帧
测试DUT的缓存能力。网络中越来越多的设备能产生突发背靠背帧组, 对于只能传送相对较小的MTU (最大传送单元) 的以太网来说, 必须将其分成多个网络片段进行转发, 因此, 接收方只有接收到所有的网络片段后, 才能进行重组。如果网络中某些设备无法对连续帧进行处理使得网络片段丢失, 将造成发送方陷入无限循环中, 不断地尝试发送大量数据来使接收方完整收到所有片段。背靠背帧参数测试目的就是要确定DUT数据缓存范围的大小。
2.2 以太网测试的实现环境
测试平台的软件开发是在windows环境下进行的, 以Windows操作系统作为平台实现以太网测试平台软件开发。这主要基于以下几方面考虑:
(1) 兼容性:支持多种CPU类型:ARM系列、MIPS系列、SHx系列、X86系列处理器;
(2) 实时性:支持256个优先级别和嵌套中断, 能够满足各种设备类型的苛刻性能要求。它使用“硬”实时响应这些中断请求, 并具有μs级别超低的中断服务例程和中断服务线程延迟;
(3) 内存管理:支持将应用程序虚拟地址空间扩展到64MB, 同时还支持内存映射文件。除了允许数据文件映射到内存当中并建立类似于内存指针的引用之外, 还可以分配能够在多个进程之间进行共享的内存。虚拟内存空问映射可确保设备能对内存进行最佳管理, 以便于应用程序能够有效和无缝地运行;
(4) 通信平台及其网络性能:支持TCP/IP、Ipv6、Network Driver Interface Specification (NDIS) 5.1、蓝牙 (Bluetooth) 协议栈;提供核心服务器、FTP (File Transfer Protocol, 文件传输协议) 服务器、远程访问/点对点隧协议服务器、文件和打印服务器支持;
(5) 采用Windows传统界面, 具备良好的人机交互窗口, 易用性很高。具备出色的媒体播放能力、安全性能以及文档编辑和浏览的性能;支持的接口丰富。
整个软件系统的源程序由一系列的C语言源程序文件组成, 具有较好的可读性和可移植性。
2.3 软硬件交互设计方案
测试仪的主要测试功能如RFC2544基准测试、误码率测试、抖动测试和统计功能等, 都是通过底层硬件实现的, 而上层软件接收测试结果, 对数据进行统计分析后显示给测试人员。在以太网性能测试仪中, 软件平台与硬件模块不能够直接进行通信, 而需要设计中间接口来实现上层和底层的数据交互即软硬件数据交互。可以通过驱动程序接口来完成这项功能, 该接口应介于驱动层和软件层之间, 上层软件调用不同的接口来向不同的驱动发送命令, 从而驱使底层硬件完成相应的测试功能。
传统的嵌入式系统设计中通常采取“先硬件, 后软件”原则, 即将硬件和软件作为两个独立的部分分开进行设计。显然, 这种设计方式有一定的盲目性, 在硬件设计过程在, 无法了解软件的架构和实现。本论述采用的是一种新的系统设计思想“软硬件协同设计”, 它最大的优点体现在协同概念上, 使硬件和软件两个部分同时进行。根据系统目标的要求, 综合分析系统硬件, 软件功能及现有资源, 最大限度地发掘出系统硬件和软件之间的并发性, 协同设计系统硬件和软件结构, 同时考虑软硬件接口部分, 使系统工作在最佳状态。
3 RFC2544测试模块实现
RFC2544作为评测网络互连设备性能的国际标准, 讨论并定义了大量被用于描述网络互连设备表现特征的测试, 对网络性能基准测试提出了具体测试方法, 并描述了特定的用于报告测试结果的相关格式, 同时列出了测试的相关条件、测试实践的补充信息, 测试的帧格式以及不同媒介上特定帧长的最大帧频等。下面对RFC2544中几项与本课题相关的定义:测试方法设置, 是使用一个同时带发送端口和接收端口的测试仪。将测试仪的发送端口和测试设备DUT的接收端口连接, 将DUT的发送端口连接回测试仪的接收端口;帧大小设置, 选取测试帧长最大1518bit和最小帧长64bit以及处于两者之间为了达到更小帧长和更高帧频的值, 包含64、128、156、512、1024、1280、1518 (bit) 等。
RFC2544标准测试模块主要性能指标包括吞吐量 (Throughput) 、时延 (Latecy) 、丢帧率 (Frame Loss Rate) 和背靠背帧 (Back-to-Back Frame) 。
3.1 吞吐量测试子模块
吞吐量:在不发生报文丢失的情况下, 被测设备可以支持的最大传输率。测试条件如下:
测试时间:一般测试时间设定为20秒;
测试次数:为了克服随机性的影响, 每一个测试案例的测试次数一般定为20次;
测试粒度:一般采用折半算法;
测试帧长:以太网来说, 一般测试帧长取64、128、256、512、1024、1280、1518字节。
吞吐量模块测试实现流程图见图1所示。
3.2 时延测试子模块
时延:数据帧进入与离开网络互联设备之间的时间间隔。测试时需要考虑以下测试条件。
测试持续时间:首先决定各种帧大小下DUT的吞吐量, 以已确定的吞吐量速率通过DUT连续发送特定大小的数据帧到指定的目的地。这个发送过程至少要持续120秒。
测试次数:测试必须重复至少20次, 报告结果取其平均值, 同时应对不同帧长的数据帧进行测试。
时延模块测试实现流程图见图2所示。
3.3 丢包率测试子模块
丢包率:测试交换设备在不同负荷下由于缺乏资源而丢弃的数据包占应转发包的比例。不同负荷通常指从吞吐量测试到线速 (线路上传输包的最高速率) 。丢包率的计算公式是:丢包率=[ (输入帧个数-输出帧个数) ×100]/输入帧个数。测试时, 网络测试仪发送测试帧的速率从传输介质的最大理论值开始, 以后每次发送速率递减10%, 直到两次测试没有丢帧为止。测试时需要考虑如下测试条件。
测试次数:因为数据帧丢失是一个随机行为, 对每一个测试案例都要重复测量多次以便获得统计数据, 最后给出丢包率的平均值, 测试次数可设定为20次。
测试帧长:针对不同长度的帧分别测量其丢包率。
丢包率模块测试实现流程图见图3所示。
3.4 背靠背帧测试子模块
背靠背帧:最大速率下, 在不发报文丢失前提下被测设备可以接收的最大的突发报文序列的长度。测试时需要考虑如下测试条件。
测试时间:测试时间必须足够大, 保证出现丢包。对于吞吐量等于物理介质的理论速率的被测设备, 该项测试没有意义, RFC1242中规定时间至少为2秒。
迭代次数:对于每一个测试案例, 测试都要重复至少20次, 然后求出帧突发量的平均值。
背靠背帧模块测试实现流程图见图4所示。
4 结论与仿真结果
本论述是在Windows平台下, 设计了一种基于RFC2544标准的以太网测试性能测试方案, 并完成了以太网吞吐量、时延、丢帧率、背靠背帧等主要性能指标的测试, 并用matlab进行仿真, 对比分析了仿真结果, 测试方案基本实现了设计要求, 具有较强的实用推广性。仿真结果见图5、图6、图7、图8所示。
仿真结果:在大于128bit时, 吞吐量不小于80%;
仿真结果:在小于128bit时, 时延不超过1 ms;
仿真结果:在小于吞吐量时, 短期丢包率为0, 大于吞吐量时, 短期丢包率不超过实际流量与吞吐量之差。
仿真结果:在大于256bit时, 帧突发量较大。
参考文献
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[2]徐波, 韦韬, 邹维, 等.RFC2544网络设备评测协议实现技术[J].计算机工程, 2003, 29 (10) .
[3]高巍, 马军锋.关于时延测试方法的探讨[J].电信网技术, 2003 (10) .
[4]S.Bradner, J.McQuaid.RFC2544, Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices.1999.
[5]黄惟公, 邓成中, 王燕.单片机原理及应用技术[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2007.
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[9]马忠梅.单片机C语言应用程序设计 (第四版) [M].北京:北京航空航天大学出版社, 2007.
[10]冯邦成.以太网在变电站自动化系统通信中的应用前景[J].电力自动化设备, 2006, 26 (7) :62—65, 68.
以太网测试仪 篇6
1 虚拟仪器软件平台介绍
Lab Windows/CVI和Lab VIEW是美国国家仪器 (NI) 公司研制开发的软件程序开发环境。LabWindows/CVI是交互式C语言开发平台, 它的集成化开发环境、交互式编程方法、函数面板和丰富的库函数大大增强了语言的功能。它是一种面向计算机测控领域的虚拟仪器软件开发工具, 可在多操作系统下运行。是以ANIS C为核心的交互式虚拟仪器开发环境, 将功能强大的C语言与测控技术有机结合[1,2,3]。
Lab VIEW类似于C和BASIC开发环境, 但是Lab VIEW与其他计算机语言的显著区别是其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码, 而Lab VIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序, 产生的程序是框图的形式。如今, 大多数主流测试仪器数据采集设备都拥有Lab VIEW驱动程序, 使用Lab VIEW可以非常便捷的控制硬件设备。
Lab Windows/CVI主要应用在各种测试、控制、故障分析及信息处理软件的开发中, 与NI公司开发的另一个虚拟仪器开发工具Lab VIEW相比, 其更适合中、大型复杂测试软件的开发。基于LabWindows/CVI设计的虚拟仪器在无损检测、电力仪表系统、温控系统、流程控制系统、故障诊断和医疗等领域中发挥着重要作用[4]。
2 软件的应用背景
在一个复杂的数据采集系统中, 如航空领域飞机的测试系统, 航天领域导弹的发射系统等数据量大采集通道多的系统, 通常由多个采集单元构成, 每个单元内包含不同功能的采集板卡, 这些采集单元和交换机、计算机、服务器通过网线连接组成分布式系统。采集单元的控制一般采用Lab VIEW软件来实现, 对仪器和设备的控制程序开发更方便快捷, 而计算机和服务器软件会选用测控领域比较常见的虚拟仪器软件Lab Windows/CVI[5]。这种选择需要Lab VIEW和Lab Windows/CVI两种软件开发平台之间进行网络通信, 实现数据和命令等的传输。
3 平台间网络通信的实现方法
由于数采系统对于数据传输的准确性和可靠性要求, 笔者选用TCP方式进行网络通信。Lab VIEW和Lab Windows/CVI软件平台对于TCP方式都提供了相应的库函数来实现数据的发送, 接收和对应的中断响应方式。从两个软件平台提供的函数Write Message (TCP) 、Send Message (TCP) 和ClientTCPWrite、Client TCPRead可以看出Lab VIEW软件平台的发送接收均以字符串的形式进行, 而Lab Windows/CVI软件平台可以发送接收任意类型的数据。在Lab VIEW软件平台下使用TCP发送需要把不同类型的数据转换成字符串形式, 接收到字符串后再还原成之前的数据类型这种方式进行通信。Lab Windows/CVI软件平台没有对发送接收的数据进行限制, 只需要知道数据长度, 见表1。
如果Lab VIEW软件平台作为TCP发送端需要把要发送的信息以一定的协议组合成字符串进行发送, Lab Windows/CVI软件平台接收端按照同样的协议解析出字符串中的信息。如果Lab Windows/CVI软件平台作为TCP发送端可以直接发送数据, 不需要先转换成字符串, Lab VIEW软件平台接收时按照发送的数据类型解析出收到的字符串中的信息。
如果Lab Windows/CVI发送如下的结构体
Lab VIEW软件平台接收到的字符串是20个字节长度的字符串, 按顺序解析8个字节的A、8个字节的B和4个字节的C即可。
在网络数据通信量大, 数据长度很长时, Lab VIEW软件平台发送数据, Lab Windows/CVI软件平台接收。经过程序调试测试, 当发送数据长度大于等于8 000字节时, 接收端不能一次接收完整数据信息, 如果忽略此处, 将造成数据的丢失。所以接收端需要根据到的数据包的总长度和本次接收的实际长度来判断是否读取完整, 如果没有读完循环读取知道接收完整为止。程序设计流程见图1。
程序主要代码如下
4 结束语
将虚拟仪器技术能够有效的提高其工作效率, 缩短软件开发周期, 方便快捷的控制仪器设备, 如今Lab Windows/CVI和Lab VIEW广泛用于各种领域, 网络通信技术和虚拟仪器技术是最主要的软件基础, 在基于虚拟仪器技术的发展过程中, 数据采集和测试领域也将会得到更快更好的发展。
摘要：Lab Windows/CVI和Lab VIEW虚拟仪器软件平台已经在测试测量领域得到了广泛的应用。阐述了在常见的测试系统中Lab VIEW和Lab Windows/CVI虚拟仪器软件的应用, 详细介绍了两个软件平台之间以太网TCP方式通信的方法和实现过程。对基于虚拟仪器技术的其他测试系统和类似应用有借鉴作用。
关键词：LabWindows/CVI,LabVIEW,虚拟仪器
参考文献
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[2]刘龙启, 李银.基于Lab VIEW的以太网数据监听与通信[J].国外电子测量技术, 2012 (7) :51-52.
[3]马富华.基于以太网通信和μC/OS-Ⅱ的微网监控系统[J].合肥工业大学, 2012 (4) :67-68.
[4]陆扬, 付斌, 游江.W5100在单片机实现以太网通信中的应用[J].黑龙江科技信息, 2011 (2) :89-91.