路由器測(cè)試技術(shù)方法大全
路由器需要連接兩個(gè)或多個(gè)邏輯端口，至少擁有一個(gè)物理端口。路由器根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包中網(wǎng)絡(luò)層地址以及路由器內(nèi)部維護(hù)的路由表決定輸出端口以及下一條路由器地址或主機(jī)地址，并且重寫鏈路層數(shù)據(jù)包頭。路由表必須動(dòng)態(tài)維護(hù)來(lái)反映當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。路由器通常通過(guò)與其他路由器交換路由信息來(lái)完成動(dòng)態(tài)維護(hù)路由表。
一、測(cè)試的目的和內(nèi)容
路由器是通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備，可以支持多種協(xié)議(例如TCP/IP，SPX/IPX，AppleTalk)，可以在多個(gè)層次上轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包(例如數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層)。
路由器需要連接兩個(gè)或多個(gè)邏輯端口，至少擁有一個(gè)物理端口。路由器根據(jù)收到的數(shù)據(jù)包中網(wǎng)絡(luò)層地址以及路由器內(nèi)部維護(hù)的路由表決定輸出端口以及下一條路由器地址或主機(jī)地址，并且重寫鏈路層數(shù)據(jù)包頭。路由表必須動(dòng)態(tài)維護(hù)來(lái)反映當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｂ酚善魍ǔＭㄟ^(guò)與其他路由器交換路由信息來(lái)完成動(dòng)態(tài)維護(hù)路由表。
(一)路由器分類
當(dāng)前路由器分類方法各異。各種分類方法有一定的關(guān)聯(lián)，但是并不完全一致。通?？梢园凑章酚善髂芰Ψ诸悺⒔Y(jié)構(gòu)分類、網(wǎng)絡(luò)中位置分類、功能分類和性能分類等方法。在路由器標(biāo)準(zhǔn)制定中主要按照能力分類，按能力分為高端路由器和低端路由器。背板交換能力大于20Gbit/s，吞吐量大于20Mbit/s的路由器稱為高端路由器。交換能力在上述數(shù)據(jù)以下的路由器成為低端路由器。與此對(duì)應(yīng)，路由器測(cè)試規(guī)范分為高端路由器測(cè)試規(guī)范和低端路由器測(cè)試規(guī)范。
(二)測(cè)試目的及內(nèi)容
通過(guò)測(cè)試路由器，可以了解到哪些路由器能提供最好的性能、路由器在不同負(fù)載下的行為、模型化網(wǎng)絡(luò)使用路由器的設(shè)計(jì)參數(shù)、路由器能否處理突發(fā)流量、路由器的性能限制、路由器能否提供不同服務(wù)質(zhì)量、路由器不同體系結(jié)構(gòu)對(duì)功能和性能的影響、路由器的功能特性和性能指標(biāo)、路由器的使用是否影響網(wǎng)絡(luò)安全、路由器協(xié)議實(shí)現(xiàn)的一致性以及路由器可靠性和路由器產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)等內(nèi)容。
低端路由器設(shè)備測(cè)試主要包括：常規(guī)測(cè)試，即電氣安全性測(cè)試;環(huán)境測(cè)試，包括高低溫、濕度測(cè)試和高低溫存儲(chǔ)測(cè)試;物理接口測(cè)試，測(cè)試低端路由器可能擁有接口的電氣和物理測(cè)性;協(xié)議一致性測(cè)試，測(cè)試協(xié)議實(shí)現(xiàn)的一致性;性能測(cè)試，測(cè)試路由器的主要性能;管理測(cè)試，主要測(cè)試路由器對(duì)無(wú)大項(xiàng)網(wǎng)管功能的支持。
高端路由器測(cè)試主要包括：接口測(cè)試，高端路由器可能擁有的接口測(cè)試;ATM協(xié)議測(cè)試，測(cè)試ATM協(xié)議要求;PPP協(xié)議測(cè)試，測(cè)試PPP協(xié)議的一致性;IP協(xié)議測(cè)試，測(cè)試IP協(xié)議一致性;路由協(xié)議測(cè)試，測(cè)試路由協(xié)議一致性;網(wǎng)管功能測(cè)試，驗(yàn)證測(cè)試網(wǎng)關(guān)功能;性能和QoS測(cè)試，測(cè)試路由器性能和QoS能力驗(yàn)證;網(wǎng)絡(luò)同步測(cè)試，測(cè)試設(shè)備同步定時(shí)能力;可靠性測(cè)試，驗(yàn)證設(shè)備可靠性;供電測(cè)試，測(cè)試整機(jī)功耗等內(nèi)容;環(huán)境測(cè)試，包括高低溫、濕度測(cè)試和高低溫存儲(chǔ)測(cè)試。
上述兩個(gè)測(cè)試規(guī)范由于起草單位以及起草時(shí)間不同，組織安排有所不同。除上述測(cè)試外，建議在測(cè)試中考慮下面所列測(cè)試項(xiàng)目。(1)功能測(cè)試：主要來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品是否具備了設(shè)計(jì)的每一項(xiàng)功能。(2)穩(wěn)定性和可靠性測(cè)試：一般采取加重負(fù)載的辦法來(lái)評(píng)估和分析設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間、高負(fù)載的情況下的運(yùn)行能力。(3)互操作性測(cè)試：不同的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間必須能夠互操作?；ゲ僮餍詼y(cè)試考察一個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品是否能在一個(gè)由不同廠家的多種網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品互連的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中很好地工作，如驗(yàn)證路由器與Cisco產(chǎn)品的互操作，交換機(jī)與Cisco、3Com、Lucent、Intel等的互操作等。
二、測(cè)試方法
路由器測(cè)試方法通常分為本地測(cè)試法、分布測(cè)試法、遠(yuǎn)端測(cè)試法和協(xié)同測(cè)試法。由于篇幅限制，本文不介紹其他測(cè)試法的特點(diǎn)以及適用范圍，只列出路由器測(cè)試中最常用到的遠(yuǎn)端測(cè)試法。
其中，控制觀察點(diǎn)(PCO)：通常由兩個(gè)先入先出(FIFO)隊(duì)列組成，其功能類似于一對(duì)輸入輸出端口，向隊(duì)列一端發(fā)送命令，從同一隊(duì)列的另一端接收應(yīng)答信號(hào);被測(cè)實(shí)體(IUT)：Item Under Test;下測(cè)試器(LT)：通過(guò)位于被測(cè)試實(shí)體下層的PCO與被測(cè)試層交互的測(cè)試系統(tǒng)稱為下層測(cè)試系統(tǒng)。
三、測(cè)試分類
綜合上文中的測(cè)試內(nèi)容，路由器測(cè)試一般可以分成以下幾類：功能測(cè)試、性能測(cè)試、穩(wěn)定性可靠性測(cè)試、一致性測(cè)試、互操作性測(cè)試以及網(wǎng)管測(cè)試。
(一)功能測(cè)試
路由器功能通常可以劃分為如下方面。
(1)接口功能：該功能用作將路由器連接到網(wǎng)絡(luò)?？梢苑譃榫钟蚓W(wǎng)接口及廣域網(wǎng)接口兩種。局域網(wǎng)接口主要包括以太網(wǎng)、令牌環(huán)、令牌總線、FDDI等網(wǎng)絡(luò)接口。廣域網(wǎng)接口主要包括E1/T1、E3/T3、DS3、通用串行口(可轉(zhuǎn)換成X.21DTE/DCE、V.35DTE/DCE、RS232DTE/DCE、RS449DTE/DCE、EIA530DTE)等網(wǎng)絡(luò)接口。(2)通信協(xié)議功能：該功能負(fù)責(zé)處理通信協(xié)議，可以包括TCP/IP、PPP、X.25、幀中繼等協(xié)議。(3)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)功能：該功能主要負(fù)責(zé)按照路由表內(nèi)容在各端口(包括邏輯端口)間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包并且改寫鏈路層數(shù)據(jù)包頭信息。(4)路由信息維護(hù)功能：該功能負(fù)責(zé)運(yùn)行路由協(xié)議，維護(hù)路由表。路由協(xié)議可包括RIP、OSPF、BGP等協(xié)議。(5)管理控制功能：路由器管理控制功能包括五個(gè)功能，SNMP代理功能，Telnet服務(wù)器功能，本地管理、遠(yuǎn)端監(jiān)控和RMON功能。通過(guò)多種不同的途徑對(duì)路由器進(jìn)行控制管理，并且允許紀(jì)錄日志。(6)安全功能：用于完成數(shù)據(jù)包過(guò)濾，地址轉(zhuǎn)換，訪問(wèn)控制，數(shù)據(jù)加密，防火墻，地址分配等功能。
路由器對(duì)上述功能并非必要完全實(shí)現(xiàn)。但是由于路由器作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，存在最小功能集，對(duì)最小功能集所規(guī)定的功能，路由器必須支持。因?yàn)榻^大多數(shù)功能測(cè)試可以由接口測(cè)試、性能測(cè)試、協(xié)議一致性測(cè)試和網(wǎng)管測(cè)試所函蓋，所以路由器功能測(cè)試一般可以只對(duì)其他測(cè)試無(wú)法涵蓋的功能作驗(yàn)證性測(cè)試。路由器功能測(cè)試一般采用遠(yuǎn)端測(cè)試法。
(二)性能測(cè)試
路由器是IP網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備，其性能的好壞直接影響IP網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性以及網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性。由于IETF沒(méi)有對(duì)路由器性能測(cè)試作專門規(guī)定，一般來(lái)說(shuō)只能按照RFC2544( Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices)作測(cè)試。但路由器區(qū)別于一般簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，在性能測(cè)試時(shí)還應(yīng)該加上路由器特有的性能測(cè)試。例如路由表容量、路由協(xié)議收斂時(shí)間等指標(biāo)。
路由器性能測(cè)試應(yīng)當(dāng)包括下列指標(biāo)。
(1)吞吐量：測(cè)試路由器包轉(zhuǎn)發(fā)的能力。通常指路由器在不丟包條件下每秒轉(zhuǎn)發(fā)包的極限，一般可以采用二分法查找該極限點(diǎn)。(2)時(shí)延：測(cè)試路由器在吞吐量范圍內(nèi)從收到包到轉(zhuǎn)發(fā)出該包的時(shí)間間隔。時(shí)延測(cè)試應(yīng)當(dāng)重復(fù)20次然后取其平均值。(3)丟包率：測(cè)試路由器在不同負(fù)荷下丟棄包占收到包的比例。不同負(fù)荷通常指從吞吐量測(cè)試到線速(線路上傳輸包的最高速率)，步長(zhǎng)一般使用線速的10%。(4)背靠背幀數(shù)：測(cè)試路由器在接收到以最小包間隔傳輸時(shí)不丟包條件下所能處理的最大包數(shù)。該測(cè)試實(shí)際考驗(yàn)路由器緩存能力，如果路由器具備線速能力(吞吐量=接口媒體線速)，則該測(cè)試沒(méi)有意義。(5)系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間：測(cè)試路由器在過(guò)載后恢復(fù)正常工作的時(shí)間。測(cè)試方法可以采用向路由器端口發(fā)送吞吐量110%和線速間的較小值，持續(xù)60秒后將速率下降到50%的時(shí)刻到最后一個(gè)丟包的時(shí)間間隔。如果路由器具備線速能力，則該測(cè)試沒(méi)有意義。(6)系統(tǒng)復(fù)位：測(cè)試路由器從軟件復(fù)位或關(guān)電重啟到正常工作的時(shí)間間隔。正常工作指能以吞吐量轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。
在測(cè)試上述RFC2544中規(guī)定的指標(biāo)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮下列因素。
幀格式：建議按照RFC2544所規(guī)定的幀格式測(cè)試;幀長(zhǎng)：從最小幀長(zhǎng)到MTU順序遞增，例如在以太網(wǎng)上采用64, 128, 256, 512, 1024, 1280, 1518字節(jié);認(rèn)證接收幀：排除收到的非測(cè)試幀，例如控制幀、路由更新幀等;廣播幀：驗(yàn)證廣播幀對(duì)路由器性能的影響，上述測(cè)試后在測(cè)試幀中夾雜1%廣播幀再測(cè)試;管理幀：驗(yàn)證管理幀對(duì)路由器性能的影響，上述測(cè)試后在測(cè)試幀中夾雜每秒一個(gè)管理幀再測(cè)試;路由更新：路由更新即下一跳端口改變對(duì)性能的影響;過(guò)濾器：在設(shè)置過(guò)濾器條件下對(duì)路由器性能的影響，建議設(shè)置25個(gè)過(guò)濾條件測(cè)試;協(xié)議地址：測(cè)試路由器收到隨機(jī)處于256個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的地址時(shí)對(duì)性能的影響;雙向流量：測(cè)試路由器端口雙向收發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)性能的影響;多端口測(cè)試：考慮流量全連接分布或非全連接分布對(duì)性能的影響;多協(xié)議測(cè)試：考慮路由器同時(shí)處理多種協(xié)議對(duì)性能的影響;混合包長(zhǎng)：除測(cè)試所建議的遞增包長(zhǎng)外，檢查混合包長(zhǎng)對(duì)路由器性能的影響，RFC2544除要求包含所有測(cè)試包長(zhǎng)外沒(méi)有對(duì)混合包長(zhǎng)中各包長(zhǎng)所占比例作規(guī)定。筆者建議按照實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中各包長(zhǎng)的分布測(cè)試，例如在沒(méi)有特殊應(yīng)用要求時(shí)以太網(wǎng)接口上可采用60字節(jié)包50%，128字節(jié)包10%，256字節(jié)包15%，512字節(jié)包10%，1500字節(jié)包15%。除上述RFC2544建議的測(cè)試項(xiàng)外還建議測(cè)試如下內(nèi)容。
?、俾酚烧鹗帲郝酚烧鹗帉?duì)路由器轉(zhuǎn)發(fā)能力的影響。路由震蕩程度即每秒更新路由的數(shù)量可以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)條件而定。路由更新協(xié)議可采用BGP。②路由表容量：測(cè)試路由表大小。骨干網(wǎng)路由器通常運(yùn)行BGP，路由表包含全球路由。一般來(lái)說(shuō)要求超過(guò)10萬(wàn)條路由，建議通過(guò)采用BGP輸入導(dǎo)出路由計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)試。③時(shí)鐘同步：在包含相應(yīng)端口例如POS口的路由器上測(cè)試內(nèi)鐘精度以及同步能力。④協(xié)議收斂時(shí)間：測(cè)試路由變化通知到全網(wǎng)所用時(shí)間。該指標(biāo)雖然與路由器單機(jī)性能有關(guān)，但是一般只能在網(wǎng)絡(luò)上測(cè)試，而且會(huì)因配置改變而變化?？梢栽诰W(wǎng)絡(luò)配置完成后通過(guò)檢查該指標(biāo)來(lái)衡量全網(wǎng)性能。測(cè)試時(shí)間應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體項(xiàng)目以及測(cè)試目標(biāo)而定。一般認(rèn)為測(cè)試時(shí)間應(yīng)當(dāng)介于60秒到300秒之間。另外一般可以根據(jù)用戶要求和測(cè)試目標(biāo)作設(shè)定選擇。路由器性能測(cè)試一般可采用遠(yuǎn)端測(cè)試法。
(三)一致性測(cè)試
路由器一致性測(cè)試通常采用“黑箱”方法，被測(cè)試設(shè)備IUT叫做“黑箱”。測(cè)試系統(tǒng)通過(guò)控制觀察點(diǎn)PCO與被測(cè)試設(shè)備接口。
不同的測(cè)試事件是通過(guò)不同的PCO來(lái)控制和觀察的，按照其應(yīng)答是否遵守規(guī)范，即定時(shí)關(guān)系和數(shù)據(jù)匹配限制，測(cè)試的結(jié)果可分為通過(guò)、失敗、無(wú)結(jié)果3種。路由器是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，需要在各個(gè)通信層上實(shí)現(xiàn)多種協(xié)議。例如相應(yīng)的接口的物理層和鏈路層協(xié)議、IP/ICMP等互聯(lián)網(wǎng)層協(xié)議、TCP/UDP等傳輸層協(xié)議、Telnet/SNMP等應(yīng)用層協(xié)議以及RIP/OSPF/BGP等路由協(xié)議。
協(xié)議一致性測(cè)試應(yīng)當(dāng)包含路由器所實(shí)現(xiàn)的所有協(xié)議。由于該測(cè)試內(nèi)容繁多測(cè)試復(fù)雜，在測(cè)試中可以選擇重要的協(xié)議以及所關(guān)心的內(nèi)容測(cè)試。由于骨干網(wǎng)上路有器可能影響全球路由，所以在路由器測(cè)試中應(yīng)特別重視路由協(xié)議一致性測(cè)試?yán)鏞SPF和BGP協(xié)議。由于一致性測(cè)試只能選擇有限測(cè)試?yán)郎y(cè)試，一般無(wú)法涵蓋協(xié)議所有內(nèi)容。所以即使通過(guò)測(cè)試也無(wú)法保證設(shè)備完全實(shí)現(xiàn)協(xié)議所有內(nèi)容，所以最好的辦法是在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中試運(yùn)行。路由器一致性測(cè)試一般采用分布式測(cè)試法或遠(yuǎn)端測(cè)試法。
(四)互操作測(cè)試
由于通信協(xié)議、路由協(xié)議非常復(fù)雜且擁有眾多選項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)同一協(xié)議的路由器并不能保證互通互操作。并且因?yàn)橐恢滦詼y(cè)試能力有限，即使通過(guò)協(xié)議一致性測(cè)試也未必能保證完全實(shí)現(xiàn)協(xié)議。所以有必要對(duì)設(shè)備進(jìn)行互操作測(cè)試。
互操作測(cè)試實(shí)際上是將一致性測(cè)試中所用的儀表替換成需要與之互通互操作的設(shè)備，選擇一些重要且典型的互連方式配置，觀察兩設(shè)備是否能按照預(yù)期正常工作。
(五)穩(wěn)定性、可靠性測(cè)試
由于大多數(shù)路由器需要每天24小時(shí)，每周7天連續(xù)工作，作為Internet核心設(shè)備的骨干路由器的穩(wěn)定性和可靠性尤其重要。所以用戶需要了解露由器的穩(wěn)定性和可靠性。
路由器的穩(wěn)定性和可靠性很難測(cè)試。一般可以通過(guò)兩種途徑的到：(1)廠家通過(guò)關(guān)鍵部件的可靠性以及備份程度計(jì)算系統(tǒng)可靠性;(2)用戶或廠家通過(guò)大量相同產(chǎn)品使用中的故障率統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)然，用戶也可以通過(guò)在一定時(shí)間內(nèi)對(duì)試運(yùn)行結(jié)果的要求來(lái)在一定程度上保證路由器的可靠性與穩(wěn)定性。
(六)網(wǎng)管測(cè)試
網(wǎng)管測(cè)試一般測(cè)試網(wǎng)管軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的管理能力。由于路由器是IP網(wǎng)的核心設(shè)備，所以必須測(cè)試路由器對(duì)網(wǎng)管的支持度。如果路由器附帶網(wǎng)管軟件，可以通過(guò)使用所附帶的網(wǎng)管軟件來(lái)檢查網(wǎng)管軟件所實(shí)現(xiàn)的配置管理、安全管理、性能管理、計(jì)帳管理、故障管理、拓?fù)涔芾砗鸵晥D管理等功能。如果路由器不附帶網(wǎng)管軟件，則應(yīng)當(dāng)測(cè)試路由器對(duì)SNMP協(xié)議實(shí)現(xiàn)的一致性以及對(duì)MIB實(shí)現(xiàn)的程度。由于路由器需要實(shí)現(xiàn)的MIB非常多，每個(gè)MIB都包含大量?jī)?nèi)容，很難對(duì)MIB實(shí)現(xiàn)完全測(cè)試。一般可以通過(guò)抽測(cè)重要的MIB項(xiàng)來(lái)檢查路由器對(duì)MIB的實(shí)現(xiàn)情況。