SmartBits测试交换机.doc

使用SmartBits来测试Switch课程教师:黄肇嘉 实验助教: 张政贤/魏焕云一、 实验目的学习使用交换器测试器SmartBits来测试交换器，并了解这些测试结果的意义。透过测试软件AST (Advenced Switch Test)来驱动SmartBits对待测交换器进行测试，AST提供了以下十种交换器测试项目：X-Stream Switch Throughput Test、L3 One to One、Many to One Switching、Head-of-Line Blocking Test、BackBone Switching Test、Fanout Switching Test、Filter Illegal Frames Test、Broadcast Frame Handling and Latency Test、Maximum Forwarding Rate/Minimum Interframe Gap Test与Address Handling Test。此外您也可以练习把一份报告写得很完整、逻辑很正确、文句很流畅。将此实验报告应该当成一篇测试报告来撰写，一篇写得很好的报告可被投稿至专业的网络杂志。实验报告的内容应包含：实验题目、参与人员及单位、目的、设备、方法、纪录、问题讨论及心得、参考数据。二、 设备本实验需要的硬件为SmartBits 2000与执行AST的计算机，连同待测的switch都一同放置在工三229室（机房）。不过由于本实验的软、硬件都十分地贵重，所以希望大家在实验时需要格外地小心、爱护这些设备。在使用SmartBits来测试switch通常会搭配几套软件来做测试，在表一中，我们列出这些软件的比较表来。(在本实验中一定需要的软件为AST) 软件名称功能SmartWindow使用SmartBits最基本的软件，可以控制所有SmartBits的功能，也以用来设计、组合各种测试项目，可是需要较多时间、步骤来完成测试，操作也十分繁杂。SmartApplication依据RFC 1242及1944提供了四种简单却重要的测试项目：Throughput、Latency、Frame Loss Rate及Back-to-Back。AST提供了十项进阶的测试项目，于本文中详述。SmartLibrary提供和SmartBits沟通的链接库，使用者可以利用SmartLibrary自行写作合适的测试程序。表一：搭配SmartBits的软件比较而在本实验中使用到的硬件器材型号我们制作一列表如表二：厂商型号网络接口Port个数测试机架(SmartBits 2000 多埠测试仪)NetCom SystemsSmartBits 2000EthernetML7710*4受测以太交换器AcctonSwitcHub-7sEthernet10Mbps*7, 100Mbps*1AddtronAES-720TXEthernet10Mbps*7, 100Mbps*2WhitetreeWS3000-000Ethernet，ATM(10Mbps or ATM 25)*12,ATM 155Mbps*1KalpanaEtherSwitch Pro16Ethernet10Mbps*16, 100Mbps*2ODSODS 6007Ethernet10Mbps*24, 100MBps*14SynOpticsModel 28115Ethernet10Mbps*16表二：本实验的硬件器材规格列表三、 背景SmartBits 2000为一机架，上面可以安装不同类型网络适配卡，借着产生封包、封包截取与网络数据流的分析来完成复杂的网络测试。目前您可以在SmartBits的机架上插上不同的Smartcard来支援Ethernet, Gigabit Ethernet, Token Ring, ATM and Frame Relay等等的网络架构。那使用SmartBits来当作网络装置的测试平台又有什么好处呢？以测试Ethernet Switch为例，我们需要使用多个埠的封包输入与截取，由于在SmartBits上可以安装多块的Smartcard，所以我们可以轻易地达到这一个需求；又在测试一个Switch时，我们常常需要产生wire-speed的大量封包来测试这个switch的效能，使用SmartBits时，我们的Test Program只会将封包的pattern传送给SmartBits，由Smartcard的硬件实际地产生数据封包，如此一来可以确实产生wire-speed的封包量，甚至是超越规格的封包数量都可以产生出来。使用SmartBits产生出来的封包，除了可以接近wire-speed外，也因为是由硬件产生封包，所以不会产生封包pattern不符设计的情形发生。而AST是一套在SmartBits环境上执行的测试套件，它共设计了X-Stream Switch Throughput Test、L3 One to One、Many to One Switching、Head-of-Line Blocking Test、BackBone Switching Test、Fanout Switching Test、Filter Illegal Frames Test、Broadcast Frame Handling and Latency Test、Maximum Forwarding Rate/Minimum Interframe Gap Test与Address Handling Test此十套测试，由AST产生的结果窗口内的数据，您可以拷贝到ClipBoard再贴到微软的Excel内以方便统计及制做图表。由于我们要测试的EtherSwitch没有Layer 3的能力，且测试的主要目标为单一switch的能力，所以我们在本实验中就不实作L3 One to One及BackBone Switching Test此二项测试项目。设定AST与SmartBits的联机由于在本实验中我们是使用通讯端口来连接SmartBits与执行AST的个人计算机，所以您只需要将通讯端口连接线确实接在SmartBits的CONSOLE接头与个人计算机上面的通讯端口接头即可(如COM1)。启动SmartBits与AST在启动SmartBits与AST时要稍微注意一下启动的顺序，我们要先打开SmartBits的电源，在电源接通后，SmartBits会执行开机的动作，当我们看到它面板上的LINK灯号先亮起而后熄灭时，就代表了这一台SmartBits已经启动完毕了，此时您可以在个人计算机上面执行AST(如果之前AST已经有设定过联机方式，此时AST会自动地连接上SmartBits)。那万一您没有接照这一个步验，或是AST内的联机方式尚未设定好时，AST在开启后会告诉我们找不到SmartBits而联机失败，此时，如果您是没有等到SmartBits启动完毕就执行了AST，您只需要等到SmartBits启动完毕后再选择AST内的MENU-Actions-Connect指令即可，如果您是没有设定AST的联机方式的话，请先执行AST内的MENU-Options-Comm. SetUp，设定联机的通讯端口(如COM1或是COM2)及速度(可以从最快的速度开始试试看)，设定完后再执行AST内的MENU-Actions-Connect指令即可。连接SmartBits与待测物在实验室内会准备好所需要的连接用的网络线材，这是没有跳线过的RJ45接线，这些接线的作法，您可以参考实验十：局域网络布线、软件设定实验手册。由于本实验提供的SmartBits 2000上面只有安装了四片编号为ML-7710的Smartcard，所以我们只可以连接每一个switch的其中四个埠来作测试之用，在switch上受测埠的选择您可以选择是连续的埠(如1、2、3与4号埠)或是随机数选择一些埠(如1、3、6与8号埠)来做为测试埠之用，也许测试的结果会有不同之处。AST的十项测试说明名称目的输出结果方法X-Stream Switch Throughput Test测试一个switch的每个port都在send和receive时的状态下其throughput为何。1. Lost Packets 2. % Loss Packets3. Flooded Packets4. Rate and Rate Max Valueshalf duplex：port 1 - port2，port 3- port 4full duplex：port 1 - port2，port 2- port 3，port 3- port 4(这种traffic的特性是整个频宽的使用率是最高的，而且没有碰撞的情形发生)L3 One to One Test测试一个Layer 3 switch的两个port之间在传输时的Latency、Jitter、Rate和封包重组的Loss。1. number of packet2. average latency3. maximum latency4. minimum latency对每个传送的封包的Time-stamps和Sequence做读写等记录性的工作。Many to One Switching测试一个switch从多个port传送到一个port或是从一个port传送到多个port时的能力，这个实验和X-Stream Switch Throughput Test在switch的测试上占了很重要的地位，这个测试检验了一个switch可否在某一定的程度下做到无loss的switching及当traffic是来自多个port时能有效地使用频宽。1. Fast Ethernet Port Counters2. Individual Ethernet Port Counters3. Group Counters for Ethernet Ports依Traffic Direction的参数来产生uni- or bi-directional的数据流Head-of-Line Blocking Test测试一个switch是否有处理congestion？是否有做到congestion control？而发生congestion的port是否会影响到没有congestion的port？1. Congestion Control2. Forwarding Rate on Congested and Un-congested Port资料流：port1 - port2 (50%),port1 - port4 (50%)port3 - port4 (100%)BackBone Switching Test测试两个之间有高速uplink连接的交换器的处理能力。1. Lost Packets2. % Loss Packets3. Flooded Packets4. Rate and Rate Max Values在这项测试中，每个SmartBits的port都会产生local或是跨BankBone(经过uplink到另一switch)的 multiple streams。Fanout Switching Test测试当一个switch有各一半的port在read和write unidirectional的multiple streams时的throughput为何？1. Lost Packets2. % Loss Packets3. Flooded Packets4. Rate and Rate Max Values在这项测试中，每个埠只会做读取或是送出封包其中之一，所以是不会有碰撞这件事情发生的，除非交换器错误地处理封包。Filter Illegal Frames Test测试一个switch会不会把错误的packet过滤掉，如：CRC Error、Dribble Bit Error、Alignment Error，测试结果会显示这个switch是否有实作这方面的机制。1. Error Packet Number产生CRC Error、Dribble Bit Error、Alignment Error的封包，看看接受埠会不会收到错误的封包Broadcast Frame Handling and Latency Test测试一个switch在处理broadcast时的效能与封包的latency。1. Broadcast packets counter prt port2. Latency per port从傅送埠输出Broadcast Packet到各个埠。Maximum Forwarding Rate/Minimum Interframe Gap Test测试一个switch在最大的forwarding rate。1. Maximum Forwarding Rate2. Minimum IFG以比标准还要小的inter frame gaps来传送封包。Address Handling Test测试一个switch的每个port可以记住多少个MAC address及它记忆的速度为何？1. Address number2. Learning speed从port 2 送出封包以记忆地址，再从port 1以各种已被port2学过的地址送封包给port 2，如果已学过的地址因新地址的记忆而被覆盖时，port 3就会收到这个封包。四、 实验方法本实验进行方式条列如下：1. 设定AST与SmartBits的联机。(请参照本文背景)2. 启动SmartBits与AST。(请参照本文背景)3. 连接SmartBits与待测物。(请参照本文背景)4. 使用AST测试套件依不同项目个别测试：a. 设定测试埠连结。b. 参数设定。c. 执行测试及结果收集、统计。五、 实验步骤对于初始联机、启动之步骤，请参照背景中之做法，之后再对四个待测交换器进行如下八项测试。1. X-Stream Switch Throughput Test：a. 将Avaiable Port物件内的4个port一一拉入左方的Ports Under Test物件内。b. 参数设定：l Frame Size: 64l Address per port: 1l Stagger Start: Uncheckl Load/Port: 100%l Test Duration Time: 10sl 10Mbit/s, Half Duplexc. 按下Run执行测试，AST会产生一个Group的数据窗口，请记录其数据。记录一d. 将参数改成Full Duplex再执行一次，并记录其数据。记录二2. Many to One Switching：a. 将Avaiable Port对象内的其中3个port一一拉入左方的Ports Under Test物件内，再将Avaiable Port对象内的其中1个port拉入右方的Ports Under Test物件内。b. 参数设定：l Frame Size: 64l Address per port: 1l Load/Port: 100%l Test Duration Time: 10sl 10Mbit/s, Half Duplexl Traffic Direction：c. 按下Run执行测试后，在图标上按鼠标右键，点选左、右Group的数据窗口，请记录其数据并算出loss。记录三d. 将参数改成Full Duplex，Traffic Direction：，再执行一次，并记录其数据。记录四3. Head-of-Line Blocking Test：a. 将Avaiable Port对象内的其中2个port分别拉入左上方和左下方的Tramitter Ports物件内，再将Avaiable Port对象内的其中1个port拉入右上方的Uncongested Ports对象内，最后将Avaiable Port对象内的其中1个port拉入右下方的Congested Ports物件内。b. 参数设定：l Frame Size: 64l Address per port: 1l Load/Port: 100%l Test Duration Time: 10sl 10Mbit/s, Half Duplexc. 按下Run执行测试，AST会产生HOLB的数据窗口，请记录其数据。记录五4. Fanout Switching Test：a. 将Avaiable Port对象内的其中2个port拉入左方的Tramitter Ports物件内，再将Avaiable Port对象内的另外2个port拉入右方的Receiver Ports物件内。b. 参数设定：l Frame Size: 64l Address per port: 1l Load/Port: 100%l 10Mbit/s, Half Duplexc. 按下Run执行测试，在图标上按鼠标右键，点选Display Test Counters，此外，您尚可以在AST的程序选单Windows-Counters叫出有记载每一个port的counter记录，请记录其数据。记录六5. Filter Illegal Frames Test：a. 将Avaiable Port对象内的其中1个port拉入左方的Tramitter Ports物件内，再将Avaiable Port对象内的另外1个port拉入右方的Receiver Ports物件内。b. 参数设定：l Frame Size: 64l Load/Port: 100%l 10Mbit/s, Half Duplexc. 分别选择CRC、Dribble Bit、Alignment这三种error packet做三次测试。d. 按下Run执行测试，在图标上按鼠标右键，点选Display Test Counters，请记录其数据。记录七6. Broadcast Frame Handling and Latency Test：a. 将Avaiable Port对象内的其中1个port拉入左方的Tramitter Ports物件内，再将Avaiable Port对象内的另外3个port拉入右方的Receiver Ports物件内。b. 参数设定：l Frame Size: 64l Load/Port: 100%l 10Mbit/s, Half Duplexl Address per port: 1c. 按下Run执行测试，在图标上按鼠标右键，点选Display Group Counters及Display Port Counters，请记录其数据。记录八d. 在Run键上面按下鼠标右键，点选Latency功能，即会出现接收端的latency值，请记录其值。记录九7. Maximum Forwarding Rate/Minimum Interframe Gap Test：a. 将Avaiable Port对象内的其中1个port拉入左方的Tramitter Ports物件内，再将Avaiable Port对象内的另外1个port拉入右方的Receiver Ports物件内。b. 参数设定：l 10Mbit/s, Half Duplexc. 按下Run执行测试，请记录其数据。记录十8. Address Handling Test：a. 将Avaiable Port对象内的其中1个port拉入左方的Tramitter Ports物件内，再将Avaiable Port对象内的另外3个port拉入右方的Receiver Ports物件内。b. 参数设定：l Forwarding Rate: 10000 Frames/sl Initial Value: 128 Address/Portl 10Mbit/s, Half Duplexl Aging Time: 1 secondc. 在Run键上面按下鼠标右键，点选Number of Addresses / Port功能，即会慢慢测试出每个port可以记住的MAC Address数，请记录其值。记录十一d. 在Run键上面按下鼠标右键，点选Learning Speed功能，即会慢慢测试出记忆MAC Address速度，请记录其值。记录十二六、 实验记录请将每一个测试的记录项目记录下来，并在这几台switch中自行挑选四台来测试(请先考虑问题7)，把结果数据做成比较图表，并写成一份效能的评估比较报告。宾验项目记录X-Stream Switch Throughput Test记录一、记录二Many to One Switching记录三、记录四Head-of-Line Blocking Test记录五Fanout Switching Test记录六Filter Illegal Frames Test记录七Broadcast Frame Handling and Latency Test记录八、记录九Maximum Forwarding Rate/Minimum Interframe Gap Test记录十Address Handling Test记录十一、记录十二七、 问题和讨论 1. 可以使用Ether Hub来充当待测物吗？结果有何不同？2. 请分别解释一下AST内的十项测试的设计哲学。3. 试解释与比较这四台switch的测试结果。4. 请试由测试结果指出或猜测这四台switch的实作架构。(如：switch fabric architecture, input or output queueing, cut-through or store-and-forward等等)5. 为什么在测试时在switch上受测埠上的选择会影响受测的结果？(亦即说明背景之连接SmartBits与待测物段落内受测埠的选择是连续或随机数选择对测试结果可能会产生差异之原因)6. 有些测试项目(如Address Handling Te