路由器測試技術方法大全

　　路由器需要連接兩個或多個邏輯端口，至少擁有一個物理端口。路由器根據收到的數據包中網絡層地址以及路由器內部維護的路由表決定輸出端口以及下一條路由器地址或主機地址，並且重寫鏈路層數據包頭。路由表必須動態維護來反映當前的網絡拓撲。路由器通常通過與其他路由器交換路由信息來完成動態維護路由表。

　　一、測試的目的和內容

　　路由器是通過轉發數據包來實現網絡互連的設備，可以支持多種協議(例如TCP/IP，SPX/IPX，AppleTalk)，可以在多個層次上轉發數據包(例如數據鏈路層、網絡層、應用層)。

　　路由器需要連接兩個或多個邏輯端口，至少擁有一個物理端口。路由器根據收到的數據包中網絡層地址以及路由器內部維護的路由表決定輸出端口以及下一條路由器地址或主機地址，並且重寫鏈路層數據包頭。路由表必須動態維護來反映當前的網絡拓撲。路由器通常通過與其他路由器交換路由信息來完成動態維護路由表。

　　(一)路由器分類

　　當前路由器分類方法各異。各種分類方法有一定的關聯，但是並不完全一致。通常可以按照路由器能力分類、結構分類、網絡中位置分類、功能分類和性能分類等方法。在路由器標准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。背板交換能力大於20Gbit/s，吞吐量大於20Mbit/s的路由器稱為高端路由器。交換能力在上述數據以下的路由器成為低端路由器。與此對應，路由器測試規范分為高端路由器測試規范和低端路由器測試規范。

　　(二)測試目的及內容

　　通過測試路由器，可以了解到哪些路由器能提供最好的性能、路由器在不同負載下的行為、模型化網絡使用路由器的設計參數、路由器能否處理突發流量、路由器的性能限制、路由器能否提供不同服務質量、路由器不同體系結構對功能和性能的影響、路由器的功能特性和性能指標、路由器的使用是否影響網絡安全、路由器協議實現的一致性以及路由器可靠性和路由器產品的優勢和劣勢等內容。

　　低端路由器設備測試主要包括：常規測試，即電氣安全性測試;環境測試，包括高低溫、濕度測試和高低溫存儲測試;物理接口測試，測試低端路由器可能擁有接口的電氣和物理測性;協議一致性測試，測試協議實現的一致性;性能測試，測試路由器的主要性能;管理測試，主要測試路由器對無大項網管功能的支持。

　　高端路由器測試主要包括：接口測試，高端路由器可能擁有的接口測試;ATM協議測試，測試ATM協議要求;PPP協議測試，測試PPP協議的一致性;IP協議測試，測試IP協議一致性;路由協議測試，測試路由協議一致性;網管功能測試，驗證測試網關功能;性能和QoS測試，測試路由器性能和QoS能力驗證;網絡同步測試，測試設備同步定時能力;可靠性測試，驗證設備可靠性;供電測試，測試整機功耗等內容;環境測試，包括高低溫、濕度測試和高低溫存儲測試。

　　上述兩個測試規范由於起草單位以及起草時間不同，組織安排有所不同。除上述測試外，建議在測試中考慮下面所列測試項目。(1)功能測試：主要來驗證產品是否具備了設計的每一項功能。(2)穩定性和可靠性測試：一般采取加重負載的辦法來評估和分析設備在長時間、高負載的情況下的運行能力。(3)互操作性測試：不同的網絡產品之間必須能夠互操作。互操作性測試考察一個網絡產品是否能在一個由不同廠家的多種網絡產品互連的網絡環境中很好地工作，如驗證路由器與Cisco產品的互操作，交換機與Cisco、3Com、Lucent、Intel等的互操作等。

　　二、測試方法

　　路由器測試方法通常分為本地測試法、分布測試法、遠端測試法和協同測試法。由於篇幅限制，本文不介紹其他測試法的特點以及適用范圍，只列出路由器測試中最常用到的遠端測試法。

　　其中，控制觀察點(PCO)：通常由兩個先入先出(FIFO)隊列組成，其功能類似於一對輸入輸出端口，向隊列一端發送命令，從同一隊列的另一端接收應答信號;被測實體(IUT)：Item Under Test;下測試器(LT)：通過位於被測試實體下層的PCO與被測試層交互的測試系統稱為下層測試系統。

　　三、測試分類

　　綜合上文中的測試內容，路由器測試一般可以分成以下幾類：功能測試、性能測試、穩定性可靠性測試、一致性測試、互操作性測試以及網管測試。

　　(一)功能測試

　　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絡。可以分為局域網接口及廣域網接口兩種。局域網接口主要包括以太網、令牌環、令牌總線、FDDI等網絡接口。廣域網接口主要包括E1/T1、E3/T3、DS3、通用串行口(可轉換成X.21DTE/DCE、V.35DTE/DCE、RS232DTE/DCE、RS449DTE/DCE、EIA530DTE)等網絡接口。(2)通信協議功能：該功能負責處理通信協議，可以包括TCP/IP、PPP、X.25、幀中繼等協議。(3)數據包轉發功能：該功能主要負責按照路由表內容在各端口(包括邏輯端口)間轉發數據包並且改寫鏈路層數據包頭信息。(4)路由信息維護功能：該功能負責運行路由協議，維護路由表。路由協議可包括RIP、OSPF、BGP等協議。(5)管理控制功能：路由器管理控制功能包括五個功能，SNMP代理功能，Telnet服務器功能，本地管理、遠端監控和RMON功能。通過多種不同的途徑對路由器進行控制管理，並且允許紀錄日志。(6)安全功能：用於完成數據包過濾，地址轉換，訪問控制，數據加密，防火牆，地址分配等功能。

　　路由器對上述功能並非必要完全實現。但是由於路由器作為網絡設備，存在最小功能集，對最小功能集所規定的功能，路由器必須支持。因為絕大多數功能測試可以由接口測試、性能測試、協議一致性測試和網管測試所函蓋，所以路由器功能測試一般可以只對其他測試無法涵蓋的功能作驗證性測試。路由器功能測試一般采用遠端測試法。

　　(二)性能測試

　　路由器是IP網絡的核心設備，其性能的好壞直接影響IP網網絡規模、網絡穩定性以及網絡可擴展性。由於IETF沒有對路由器性能測試作專門規定，一般來說只能按照RFC2544( Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices)作測試。但路由器區別於一般簡單的網絡互連設備，在性能測試時還應該加上路由器特有的性能測試。例如路由表容量、路由協議收斂時間等指標。

　　路由器性能測試應當包括下列指標。

　　(1)吞吐量：測試路由器包轉發的能力。通常指路由器在不丟包條件下每秒轉發包的極限，一般可以采用二分法查找該極限點。(2)時延：測試路由器在吞吐量范圍內從收到包到轉發出該包的時間間隔。時延測試應當重復20次然後取其平均值。(3)丟包率：測試路由器在不同負荷下丟棄包占收到包的比例。不同負荷通常指從吞吐量測試到線速(線路上傳輸包的最高速率)，步長一般使用線速的10%。(4)背靠背幀數：測試路由器在接收到以最小包間隔傳輸時不丟包條件下所能處理的最大包數。該測試實際考驗路由器緩存能力，如果路由器具備線速能力(吞吐量=接口媒體線速)，則該測試沒有意義。(5)系統恢復時間：測試路由器在過載後恢復正常工作的時間。測試方法可以采用向路由器端口發送吞吐量110%和線速間的較小值，持續60秒後將速率下降到50%的時刻到最後一個丟包的時間間隔。如果路由器具備線速能力，則該測試沒有意義。(6)系統復位：測試路由器從軟件復位或關電重啟到正常工作的時間間隔。正常工作指能以吞吐量轉發數據。

　　在測試上述RFC2544中規定的指標時應當考慮下列因素。

　　幀格式：建議按照RFC2544所規定的幀格式測試;幀長：從最小幀長到MTU順序遞增，例如在以太網上采用64, 128, 256, 512, 1024, 1280, 1518字節;認證接收幀：排除收到的非測試幀，例如控制幀、路由更新幀等;廣播幀：驗證廣播幀對路由器性能的影響，上述測試後在測試幀中夾雜1%廣播幀再測試;管理幀：驗證管理幀對路由器性能的影響，上述測試後在測試幀中夾雜每秒一個管理幀再測試;路由更新：路由更新即下一跳端口改變對性能的影響;過濾器：在設置過濾器條件下對路由器性能的影響，建議設置25個過濾條件測試;協議地址：測試路由器收到隨機處於256個網絡中的地址時對性能的影響;雙向流量：測試路由器端口雙向收發數據對性能的影響;多端口測試：考慮流量全連接分布或非全連接分布對性能的影響;多協議測試：考慮路由器同時處理多種協議對性能的影響;混合包長：除測試所建議的遞增包長外，檢查混合包長對路由器性能的影響，RFC2544除要求包含所有測試包長外沒有對混合包長中各包長所占比例作規定。筆者建議按照實際網絡中各包長的分布測試，例如在沒有特殊應用要求時以太網接口上可采用60字節包50%，128字節包10%，256字節包15%，512字節包10%，1500字節包15%。除上述RFC2544建議的測試項外還建議測試如下內容。

　　①路由震蕩：路由震蕩對路由器轉發能力的影響。路由震蕩程度即每秒更新路由的數量可以依據網絡條件而定。路由更新協議可采用BGP。②路由表容量：測試路由表大小。骨干網路由器通常運行BGP，路由表包含全球路由。一般來說要求超過10萬條路由，建議通過采用BGP輸入導出路由計數來測試。③時鐘同步：在包含相應端口例如POS口的路由器上測試內鐘精度以及同步能力。④協議收斂時間：測試路由變化通知到全網所用時間。該指標雖然與路由器單機性能有關，但是一般只能在網絡上測試，而且會因配置改變而變化。可以在網絡配置完成後通過檢查該指標來衡量全網性能。測試時間應當根據具體項目以及測試目標而定。一般認為測試時間應當介於60秒到300秒之間。另外一般可以根據用戶要求和測試目標作設定選擇。路由器性能測試一般可采用遠端測試法。

　　(三)一致性測試

　　路由器一致性測試通常采用“黑箱”方法，被測試設備IUT叫做“黑箱”。測試系統通過控制觀察點PCO與被測試設備接口。

　　不同