以太网测试指导书推荐.docx
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以太网测试指导书推荐
以太网测试指导书
目次
1范围
5
2规范性引用文件
5
3术语和定义
5
4概述
6
4.1技术特点
6
4.2测试关注点
6
4.2.1基本功能性能测试
7
4.2.2针对物理层/MAC层的测试
8
4.2.3针对Switch的测试
10
4.2.4VLAN测试
11
4.2.5优先级测试
13
4.2.6统计计数功能测试
13
4.2.7容错性测试
14
5测试项目列表
15
6测试用例
16
子项目：
以太网帧格式测试
16
子项目：
以太网帧长测试
17
子项目：
单播帧处理测试
18
子项目：
组播帧处理测试
19
子项目：
广播帧处理测试
20
子项目：
吞吐量测试
21
子项目：
时延或Delay测试
22
子项目：
丢包率测试
23
子项目：
背靠背帧数测试
24
子项目：
混合包长吞吐量测试
25
子项目：
包长遍历测试
26
子项目：
接口速率测试
27
子项目：
全/半双工测试
28
子项目：
自协商测试
29
子项目：
流控测试
30
子项目：
流控自协商测试
31
子项目：
反压测试
32
子项目：
IPG测试
33
子项目：
MDI/MDI-X自动配置测试
34
子项目：
接口互通测试
35
子项目：
MAC地址学习功能测试
36
子项目：
MAC地址表容量测试
37
子项目：
MAC地址学习速度测试
38
子项目：
MAC地址老化功能测试
39
子项目：
PortTrunking测试
40
子项目：
负载均衡测试
41
子项目：
生成树测试
42
子项目：
镜像功能测试
43
子项目：
拥塞处理测试
44
子项目：
802.1QVLAN功能测试
45
子项目：
基于端口的VLAN功能测试
46
子项目：
基于MAC的VLAN功能测试
47
子项目：
802.1p优先级测试
48
子项目：
基于端口的优先级测试
49
子项目：
基于数据的优先级测试
50
子项目：
接收统计计数功能测试
51
子项目：
发送统计计数功能测试
52
子项目：
错帧处理能力测试
53
子项目：
异常对接测试
54
子项目：
链路故障告警测试
55
7参考文献
56
前言
以太网测试指导书
1范围
本规范规定了在宽带系统测试中如何进行以太网的测试
本规范适用于支持以太网接口的宽带产品系统测试
2规范性引用文件
序号
编号
名称
1
IEEE802.3
CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection（CSMA/CD）accessmethodandphysicallayerspecifications
2
IEEE802.1Q
VirtualBridgedLocalAreaNetworks
3
IEEE802.1D
MediaAccessControl（MAC）Bridges
4
RFC2544
BenchmarkingMethodologyforNetworkInterconnectDevices
5
YD/T1099-2001
千兆比以太网交换机设备技术规范
1术语和定义
Ethernet以太网
CSMA/CD带冲突检测的载波监听多路访问
LANLocalAreaNetwork局域网
WANWideAreaNetwork广域网
IPGInter-PackerGap包间隔
VLANVirtualLAN虚拟局域网
GEGigabitEthernet千兆以太网
FEFastEthernet快速以太网
MACMediaAccessControl媒质访问控制
LanSwitch以太网交换机
1
概述
.1技术特点
以太网作为在宽带设备中应用最广泛的接口类型，最初由Xerox公司于1975年研制成功，是一种采用CSMA/CD（带冲突检测的载波监听多路访问）介质访问控制方式的局域网技术，1979年7月-1982年间，由DEC、Intel和Xerox三家公司制定了以太网的技术规范DIX，以此为基础形成的IEEE802.3以太网标准在1989年正式成为国际标准。
在20多年中以太网技术不断发展，产生了多种技术标准。
包括10Base5、10Base2、10Base-T、10Base-F、100Base-TX、100Base-FX、100Base-T4、100Base-T2、1000Base-CX、1000Base-SX、1000Base-LX、1000Base-T等。
其中比较常用的包括：
10Base-T：
10M传输速率，在3/5类双绞线上传输，网络直径为500m
100Base-TX：
100M传输速度，使用两对5类非屏蔽双绞线或屏蔽双绞线，最大网段长度100m
100Base-FX：
100M传输速度，使用多模或单模光缆
1000Base-LX：
1000M传输速率，采用单模或多模长波激光器
1000Base-SX：
1000M传输速率，采用多模短波激光器
另外IEEE已经完成10G以太网的草案（IEEE802.3ae），10GE只支持全双工和光纤传输，不支持载波侦听。
IEEE802.3ae定义了2种不同的PHY类型：
LANPHY和WANPHY，将以太网由LAN/MAN扩展到了WAN。
LANPHY包括2种，一种是普通串行64B/66B编码，速率10.3G；另一种是WWDM（宽波分复用），采用4路8B/10B编码，速率4*3.125G。
WANPHY采用串行64B/66B编码，包括一个SDH成帧器，可以直接与SDH系统连接，实际速率9.29G。
以太网包括2种不同形式的封装，分别在RFC894（EthernetII）和RFC1042（802.3）中定义，常用的以太网接口包括10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-FX、1000BASE-X等。
以太网接口通常支持全/半双工、自协商。
.2测试关注点
在这里以太网测试指对2层的以太网设备或其它支持以太网接口的设备的以太网部分的测试，基本只涉及2层的测试。
对以太网的测试关注点应包括：
1、基本功能性能测试
2、针对物理层/MAC层的测试（包括速率、全/半双工、自协商、流控自协商、流控、反压、IPG、MDI/MDI-X等）
3、针对Switch的测试（包括MAC地址学习能力、生成树、PortTrunking、负载均衡、镜像、拥塞处理等）
4、VLAN测试（对不同类型的VLAN：
802.1QVLAN、基于端口的VLAN和基于MAC的VLAN的支持情况，包括是否实现VLAN的隔离、对于TAG和UNTAG帧的处理情况、VLANID的范围，支持VLAN的数量等）
5、优先级测试（针对不同类型优先级：
802.1p优先级、基于端口的优先级、基于数据的优先级，测试被测设备对优先级的保证情况）
6、统计计数功能测试
7、容错性测试
.1基本功能性能测试
•基本数据转发功能
1、设备的以太网口应能够接收和发送EthernetII和802.3帧类型的以太网帧，其中对EthernetII帧类型的支持是必须的。
EthernetII和802.3帧结构定义如下：
EthernetII封装：
目的MAC地址
源MAC地址
类型
净荷
PAD
FCS
Bytes66215004
802.3封装：
目的MAC地址
源MAC地址
长度
LLC
PAD
FCS
Bytes66215004
2、以太网支持的最小帧长度：
64字节，对于短于该长度的帧应该丢弃。
以太网支持的最大帧长度为1518、1522（支持802.1QTag）字节或更长（例如1536、1538字节，根据芯片不同有所区别），对于超过该长度的帧应该丢弃。
3、单播帧、广播帧和组播帧的处理
广播帧是目的MAC地址为全一的帧（FF-FF-FF-FF-FF-FF），组播帧是除广播帧外目的MAC地址第8bit为1的帧（xxxxxxx1-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxxx-xxxxxxx）,其它帧为单播帧。
1）单播帧的处理：
对于L2设备，如果设备支持地址学习，若目的地址在MAC地址表中查到，应将单播帧转发到对应的端口和VLAN；若不能查到则转发到本设备或本VLAN所有端口；对于L3设备，若目的MAC地址为设备地址或其它管理地址，则将该帧交3层处理，否则应丢弃。
2）广播帧的处理：
对于L2设备，应将广播帧转发到本设备或本VLAN所有端口；对于L3设备，应将广播帧交软件处理。
3）组播帧的处理：
对于支持组播的设备，若其目的MAC地址在组播地址表中查到，则应将帧在本组播组内转发，否则应丢弃或交软件处理。
•性能测试：
吞吐量、时延（或delay）、丢包率、背靠背帧数、系统恢复时间、系统复位时间、混合包长吞吐量、包长遍历测试。
具体的测试方法参见基本性能测试方法，另外在以太网L2性能测试中需要注意，对于有MAC地址学习能力的设备，在正式测试前需要发送学习帧使设备完成地址学习过程。
.1针对物理层/MAC层的测试
目前最常用的以太网接口包括10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-FX、1000BASE-LX/SX和1000BASE-T；通常在每种速率下还有全双工、半双工和自协商等工作模式。
其中的FE电口（100BASE-TX）通常支持自协商，兼容10BASE-T；GE电口（1000BASE-T）通常支持自协商，兼容100BASE-TX和10BASE-T。
1）100BSAE-TX/10BASE-T
多数网络设备的以太网口都支持自协商。
支持自协商的以太网口对接，可以用一种标准的物理层信号FLP（对于FASTETHERNET）或NLP（对于ETHERNET），通过一种协商机制，将双方的模式设置为双方都支持的最高速率。
例如，双方都支持自协商，2端的最高速率都是100M全双工，协商结果应是100M全双工；如果双方都支持自协商，1端的最高速率是100M全双工，另1端是100M半双工，协商结果应是100M半双工；10M全/半双工以此类推。
通过自协商机制可以保证双方的速率和双工模式一致并且达到双方都支持的最高速率，保证最高的传输效率。
但是如果一个支持自协商的网口与一个不支持自协商的网口对接，则可能出现问题。
支持自协商的网口通过接收的信号可以判断出对方的速率是100M还是10M，但因为没有携带足够信息的FLP或NLP，无法判断出对方的全/半双工模式，所以通常只能根据对端的速率将自己设为100M半双工或10M半双工。
例如：
一个支持自协商的网口与1个固定100M半双工网口对接，自协商网口通常会将自己的模式设为100M半双工，2端模式一致，可正常通讯；但是如果一个支持自协商的网口与1个固定100M全双工网口对接，自协商网口通常会将自己的模式设为100M半双工，这样链路一端半双工一端全双工，通讯时链路上会出现碰撞，导致丢包错包。
2）100BASE-FX
与电口不同，100BASE-FX不兼容10M模式，而且往往不支持自协商。
3）1000BASE-LX/SX
1000BASE-LX/SX的自动协商仅限于千兆位的操作，它不协商数据率,无法做到10/100/1000M的自适应，因此不兼容100M和10M光口。
1000BASE-LX/SX自动协商信令使用普通数据交换所用的8B/10B编码和行驱动器/接收器，而非UTP上的FLP/NLP，所以它对于设备间相互对接要求较为苛刻，自协商对接往往存在较多问题。
而且1000BASE-LX/SX自协商仅解决双工操作和流控的一致问题，而目前的GE光接口基本上都不支持半双工的工作方式，所以自协商的作用仅限于流控。
通常自协商模式的GE光口无法同非自协商模式的GE光口对接。
4）1000BASE-T
1000BASE-T接口通常支持自协商，兼容100BASE-TX和10BASE-T。
•自协商
自协商（Auto-Negotiation）包括速率的自协商（1000/100/10M）、双工的自协商（全/半双工）和流控的自协商。
我们通常所说的自协商指速率和双工的自协商，支持自协商的网口对接时，通过一种标准的协商机制，可以向对端通告自己支持的速率和双工模式，协商完成后自动将双方的速率（包括双工模式）设为双方都支持的最高速率（包括双工模式）。
•流控自协商
通过流控自协商，以太网口可以向对端通告自己对流控的支持情况，并自动将双方对流控的支持设置为一致。
端口对流控的支持情况可以分为非对称（AsymmetricPAUSE）、对称（SymmetricPAUSE）、完全（BothAsymmetricAndSymmetricPAUSE），根据协商双方对流控支持情况不同，流控自协商的结果见下表。
•流控
以太网在全双工工作方式下可采用PAUSE帧进行流量控制。
以太网流控的机制是这样的，如果一个以太网口的接收队列发送拥塞（入口buffer中的数据超过一定的阈值），且该网口支持PAUSE流控，则该网口向外发送PAUSE帧，帧中的pause-time域的值为N（0这样会避免因为接收端口拥塞而导致丢包。
如果接收端口的拥塞已经消除（入口buffer中的数据低于一定的阈值）而此时pause-time还没有结束，该端口将发送一个pause-time为0的PAUSE帧，通知对端开始发送数据。
具体的buffer阈值应根据设备的buffer容量、接口类型（接口速率、传输距离），原则是保证在对端响应PAUSE前线路上的数据不会使接收端Buffer溢出造成丢包。
另外考虑高速接口长距离传输的情况，如果设备本身的处理能力与线路传输速度差别很大，即使将buffer的阈值设为很低，在对端响应PAUSE帧前，因为线路上的数据量很大，也会导致buffer溢出造成丢包。
对于这种情况可能需要进行特殊的处理，例如定时发送PAUSE帧，具体的时间间隔根据设备的特点和传输距离确定。
PAUSE帧的格式在802.331B中定义：
目的地址为多播地址01-80-C2-00-00-01；源地址为源端口的MAC地址；类型/长度域为88-08，表示MAC控制帧；2字节的MAC操控码为00-01，表示PAUSE帧；2字节的pause时间，指示对端端口暂停发送的时间，该域为0表示通知对端暂停发送的端口可以开始发送数据。
________________________________________________________________________
|01-80-C2-00-00-01|XX-XX-XX-XX-XX-XX|88-08|00-01|XX-XX|.........
________________________________________________________________________
16712131415161718............
目的MAC地址源MAC地址类型操控码pause时间
流控包括几种不同的模式：
非对称（AsymmetricPAUSE）、对称（SymmetricPAUSE）、完全（非对称+对称BothAsymmetricAndSymmetricPAUSE）。
其中非对称表示该端口在拥塞时可以发送PAUSE帧，但不能处理接收到的PAUSE（丢弃或作为普通多播帧处理）；对称表示该端口既可以发送PAUSE也能够处理接收的PAUSE帧。
完全模式只用于流控的自协商，请参见流控自协商部分。
以太网口的流控可以通过手工设置或通过流控自协商机制自动设置，具体参见流控自协商部分。
•反压
以太网在半双工模式下可采用反压（Backpressure）进行流量控制。
如果一个以太网口的接收队列发送拥塞（入口buffer中的数据超过一定的阈值），该网口可向外发送Jam信号，以模拟线路的拥塞，重而使对端的发送速率降低，达到避免拥塞丢包的效果。
•IPG
IPG（GAP）是指以太网帧的包间隔，根据802.3的规定，以太网接口发送包间隔（IPG）应大于等于96（对于10M以太网为9.6us，对于100M以太网为0.96us，对于GE为0.096us）；以太网口可正常接收帧的IPG为大于等于64（对于10M以太网为6.4us，对于100M以太网为0.64us，对于GE为0.064us）。
目前部分设备支持最小GAP的调整，可以发出IGP小于96的帧。
•MDI/MDI-X自动配置
100BASE-TX、1000BASE-T接口可能支持MDI/MDI-X自动配置。
所谓MDI/MDI-X自动配置是指以太网口自动检测链路对端发送和接收电缆的顺序，根据检测结果调整自己发发送和接收电缆顺序。
通过MDI/MDI-X自动配置，可以避免选择网线的麻烦，2个网口无论是使用普通网线还是交叉网线连接都可以正常通讯。
.2针对Switch的测试
针对Switch的测试（包括拥塞处理、HOL处理、MAC地址学习能力、包括MAC地址表的容量、地址学习速度、地址老化等）
•MAC地址学习
LanSwitch或支持Switch功能的其它设备支持MAC地址学习功能。
所谓MAC地址学习功能是指当一个接口收到一个以太网帧时，会在MAC地址表中查找该帧源MAC，如果在地址表中没有该MAC地址，则会将该MAC地址与端口的组合加入MAC地址表。
如果设备支持802.1QVLAN，则会进行源MAC地址和VLANID组合的查找，如果没有查到，则将该MAC地址、VID与端口的组合加入地址表。
这样当LanSwitch从其它端口收到发往该MAC地址的（或MAC+VID）的帧时，会直接转发到对应的端口，而不需要象HUB一样广播。
MAC地址表的容量和MAC地址学习速度是衡量LanSwitch地址学习能力的两项重要指标。
•PortTrunking/负载均衡
PortTrunking/负载均衡是指，通过将几条链路捆绑成一条干路（Trunk），在两台设备之间提供更高的数据传输速率。
PortTrunking与负载均衡有一定的区别，PortTrunking是基于MAC地址的，发给某个MAC地址的所有数据总是通过Trunk中的同一个端口发送；而负载均衡是基于流量的逐包转发。
所以一般PortTrunking端口是不能与负载均衡端口对接的。
•生成树（SpanningTree）
通过生成树算法可以在网络中创建备用链路。
当主链路工作时，备用链路处于空闲状态；当主链路出现问题是，自动切换到备用链路。
由此可见生成树算法实现两个功能：
网络环路的侦测和预防、拓扑自动重构。
生成树参数包括桥优先级、呼叫时间、最大老化时间、转发时延、端口优先级等。
生成树可以是设备级的也可以每VLAN独立的。
•镜像功能
利用镜像功能，可以将其它端口的数据复制到另外一个端口，利用镜像功能可以进行网络监视和故障排除。
镜像的方式可以有多种，例如某端口的发送数据镜像、接收数据镜像、收发数据镜像，某VLAN的收发数据镜像，所有端口的收发数据镜像，发往某地址的数据镜像，来自某端口的数据镜像等。
•拥塞处理
所谓拥塞是指设备接收数据超出了其处理能力，而造成设备内BUFFER耗尽而无法继续处理数据的现象。
例如接收速率超出了设备某接口的转发能力（高速接口向低速接口转发，或多对一转发），造成数据在缓存中堆积，设备无法接收数据，没有发生拥塞的端口也无法进行数据转发。
这种问题在共享缓存的设备中非常严重，称为HOL（队列头）阻塞，会导致整个设备无法正常工作；解决拥塞问题一定程度上可以通过流控或反压避免拥塞的产生，对于不能采用流控或反压的情况，需要采用特殊的HOL阻塞避免机制，避免因为一个接口的拥塞导致整个设备的异常。
.3VLAN测试
通过对VLAN的支持，可将设备划分为独立的广播域或组播域，限制广播帧和未知帧的传播范围，提高带宽利用率、保证安全性和使用的方便性；另外在宽带接入应用中，还可以利用VLAN实现用户的隔离。
设备对VLAN的支持方式可以分为802.1QVLAN、基于端口的VLAN、基于MAC的VLAN等。
•基于802.1Q的VLAN
根据802.1Q的规定，在以太网MAC头（源MAC地址）之后增加一个TAG字段，该TAG字段的定义如下：
通常我们只使用4个字节的Tag。
其中TPID为81-00，表示802.1QTag；TCI的定义如下，包括3bit的用户优先级，1bit的CFI（通常为0，表示Tag中无E-RIF域），12bit的VLANID：
实际包括2种VLANID，一种是802.1QTag中的VID，一种是对应设备端口的PVID。
VID和PVID都是12bit（0-4095）。
其中0表示无效的VLANID，如果Tag中的VID域为0，表示Tag中只携带用户优先级信息，0不能用于PVID。
1为缺省的PVID值，FFF保留。
设备具体支持的VLANID范围可能是其子集（例如1-1024）。
一个支持802.1Q的设备可以将接口配置为Tag或UnTag模式。
通常UnTag的接口接收和发送的帧都不带Tag，并认为包的VLANID为端口缺省的PVID；Tag端口可接收和发送带802.1QTag的帧，对于接收到的不带Tag的帧认为其VLANID为端口缺省的PVID，对于需要发送的VLANID与PVID相同的帧，去掉Tag作为UnTag帧发送。
•基于端口的VLAN
部分设备支持基于端口的VLAN划分。
属于同一VLAN的端口之间可以互通，属于不同VLAN的端口之间互相隔离，包括广播包的隔离。
基于端口的VLAN实际上是802.1QVLAN的一种简化形式。
•基于MAC的VLAN
所谓基于MAC的VLAN是指可以将一组MAC地址划入一个VLAN，使用这一组MAC地址的计算机无论连接于设备的哪个端口，都自动保持其广播域。
通过基于MAC的VLAN，VLAN的划分不以设备的物理位置为基础，为需要频繁移动的设备使用网络提供了方便。
.4优先级测试
根据802.1P的规定，以太网优先级包括802.1QTag中定义的用户优先级和端口优先级。
在802.1Q中定义的优先级3bit长度，共8个优先级，由0到7优先级逐步升高，缺省的优先级为0。
另外还可以为设备的每个端口定义一个端口优先级。
在缺省情况下，设备不改变包的优先级，并根据包的优先级进行优先级排队和调度；对于不携带用户优先级信息（无802.1QTag）的帧，根据设备具体实现不同，可使用端口的缺省优先级或作为最低优先级（0）处理。
如果设备不信任数据帧中携带的用户优先级，可根据端口的优先级来进行优先级排队和调度，并将帧的优先级域修改为端口优先级（前提是发送的帧为Tag帧）。
另外设备还可以根据帧中的其它信息如VID、MAC地址或其它的流分类方法进行优先级排队和调度，并根据分类情况在出口为数据帧打上正确的优先级（前提是发送的帧为Tag帧）。
.5统计计数功能测试
通常以太网接口支持统计计数功能，
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