路由器測試的類型和方法

一、測試的目的和內(nèi)容

　路由器是通過轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包來實現(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或多個邏輯端口，至少擁有一個物理端口。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，并且重寫鏈路層數(shù)據(jù)包頭。路由表必須動態(tài)維護來反映當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。路由器通常通過與其他路由器交換路由信息來完成動態(tài)維護路由表。

（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?、結(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。與此對應(yīng)，路由器測試規(guī)范分為高端路由器測試規(guī)范和低端路由器測試規(guī)范。

（二）測試目的及內(nèi)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(fù)載下的行為、模型化網(wǎng)絡(luò)使用路由器的設(shè)計參數(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)勢和劣勢等內(nèi)容。

　　低端路由器設(shè)備測試主要包括：常規(guī)測試，即電氣安全性測試；環(huán)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(xié)議一致性測試，測試協(xié)議實現(xiàn)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(wǎng)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(xié)議測試，測試ATM協(xié)議要求；PPP協(xié)議測試，測試PPP協(xié)議的一致性；IP協(xié)議測試，測試IP協(xié)議一致性；路由協(xié)議測試，測試路由協(xié)議一致性；網(wǎng)管功能測試，驗證測試網(wǎng)關(guān)功能；性能和QoS測試，測試路由器性能和QoS能力驗證；網(wǎng)絡(luò)同步測試，測試設(shè)備同步定時能力；可靠性測試，驗證設(shè)備可靠性；供電測試，測試整機功耗等內(nèi)容；環(huán)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(guī)范由于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(chǎn)品是否具備了設(shè)計的每一項功能。

（2）穩(wěn)定性和可靠性測試：一般采取加重負(fù)載的辦法來評估和分析設(shè)備在長時間、高負(fù)載的情況下的運行能力。

（3）互操作性測試：不同的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間必須能夠互操作。互操作性測試考察一個網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品是否能在一個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，如驗證路由器與Cisco產(chǎn)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(xié)同測試法。由于篇幅限制，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，其功能類似于一對輸入輸出端口，向隊列一端發(fā)送命令，從同一隊列的另一端接收應(yīng)答信號；被測實體（IUT）：Item Under Test；下測試器（LT）：通過位于被測試實體下層的PCO與被測試層交互的測試系統(tǒng)稱為下層測試系統(tǒng)。

三、測試分類

　　綜合上文中的測試內(nèi)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(wěn)定性可靠性測試、一致性測試、互操作性測試以及網(wǎng)管測試。

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　　路由器功能通?？梢詣澐譃槿缦路矫?。

　?。?）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）路由信息維護功能：該功能負(fù)責(zé)運行路由協(xié)議，維護路由表。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功能，SNMP代理功能，Telnet服務(wù)器功能，本地管理、遠端監(jiān)控和RMON功能。通過多種不同的途徑對路由器進行控制管理，并且允許紀(jì)錄日志。

（6）安全功能：用于完成數(shù)據(jù)包過濾，地址轉(zhuǎn)換，訪問控制，數(shù)據(jù)加密，防火墻，地址分配等功能。

　　路由器對上述功能并非必要完全實現(xiàn)。但是由于路由器作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，存在最小功能集，對最小功能集所規(guī)定的功能，路由器必須支持。因為絕大多數(shù)功能測試可以由接口測試、性能測試、協(xié)議一致性測試和網(wǎng)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。

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　　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)可擴展性。由于IETF沒有對路由器性能測試作專門規(guī)定，一般來說只能按照RFC2544( Benchmarking Methodology for Network Interconnect Devices)作測試。但路由器區(qū)別于一般簡單的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，在性能測試時還應(yīng)該加上路由器特有的性能測試。例如路由表容量、路由協(xié)議收斂時間等指標(biāo)。

　　路由器性能測試應(yīng)當(dāng)包括下列指標(biāo)。

　?。?）吞吐量：測試路由器包轉(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。

（2）時延：測試路由器在吞吐量范圍內(nèi)從收到包到轉(zhuǎn)發(fā)出該包的時間間隔。時延測試應(yīng)當(dāng)重復(fù)20次然后取其平均值。

（3）丟包率：測試路由器在不同負(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(shù)：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(shù)。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(tǒng)恢復(fù)時間：測試路由器在過載后恢復(fù)正常工作的時間。測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%的時刻到最后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(tǒng)復(fù)位：測試路由器從軟件復(fù)位或關(guān)電重啟到正常工作的時間間隔。正常工作指能以吞吐量轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

　　在測試上述RFC2544中規(guī)定的指標(biāo)時應(yīng)當(dāng)考慮下列因素。

　　幀格式：建議按照RFC2544所規(guī)定的幀格式測試；幀長：從最小幀長到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，上述測試后在測試幀中夾雜1%廣播幀再測試；管理幀：驗證管理幀對路由器性能的影響，上述測試后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(shè)置過濾器條件下對路由器性能的影響，建議設(shè)置25個過濾條件測試；協(xié)議地址：測試路由器收到隨機處于256個網(wǎng)絡(luò)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(fā)數(shù)據(jù)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(xié)議測試：考慮路由器同時處理多種協(xié)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(guī)定。筆者建議按照實際網(wǎng)絡(luò)中各包長的分布測試，例如在沒有特殊應(yīng)用要求時以太網(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建議的測試項外還建議測試如下內(nèi)容。

　　①路由震蕩：路由震蕩對路由器轉(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：測試路由表大小。骨干網(wǎng)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(dǎo)出路由計數(shù)來測試。

③時鐘同步：在包含相應(yīng)端口例如POS口的路由器上測試內(nèi)鐘精度以及同步能力。

④協(xié)議收斂時間：測試路由變化通知到全網(wǎng)所用時間。該指標(biāo)雖然與路由器單機性能有關(guān)，但是一般只能在網(wǎng)絡(luò)上測試，而且會因配置改變而變化。可以在網(wǎng)絡(luò)配置完成后通過檢查該指標(biāo)來衡量全網(wǎng)性能。測試時間應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體項目以及測試目標(biāo)而定。一般認(rèn)為測試時間應(yīng)當(dāng)介于60秒到300秒之間。另外一般可以根據(jù)用戶要求和測試目標(biāo)作設(shè)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(shè)備IUT叫做“黑箱”。測試系統(tǒng)通過控制觀察點PCO與被測試設(shè)備接口。

　　不同的測試事件是通過不同的PCO來控制和觀察的，按照其應(yīng)答是否遵守規(guī)范，即定時關(guān)系和數(shù)據(jù)匹配限制，測試的結(jié)果可分為通過、失敗、無結(jié)果3種。路由器是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，需要在各個通信層上實現(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)議一致性測試應(yīng)當(dāng)包含路由器所實現(xiàn)的所有協(xié)議。由于該測試內(nèi)容繁多測試復(fù)雜，在測試中可以選擇重要的協(xié)議以及所關(guān)心的內(nèi)容測試。由于骨干網(wǎng)上路有器可能影響全球路由，所以在路由器測試中應(yīng)特別重視路由協(xié)議一致性測試?yán)鏞SPF和BGP協(xié)議。由于一致性測試只能選擇有限測試?yán)郎y試，一般無法涵蓋協(xié)議所有內(nèi)容。所以即使通過測試也無法保證設(shè)備完全實現(xiàn)協(xié)議所有內(nèi)容，所以最好的辦法是在現(xiàn)實環(huán)境中試運行。路由器一致性測試一般采用分布式測試法或遠端測試法。

（四）互操作測試

　　由于通信協(xié)議、路由協(xié)議非常復(fù)雜且擁有眾多選項，實現(xiàn)同一協(xié)議的路由器并不能保證互通互操作。并且因為一致性測試能力有限，即使通過協(xié)議一致性測試也未必能保證完全實現(xiàn)協(xié)議。所以有必要對設(shè)備進行互操作測試。

　　互操作測試實際上是將一致性測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、可靠性測試

　　由于大多數(shù)路由器需要每天24小時，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試。一般可以通過兩種途徑的到：

（1）廠家通過關(guān)鍵部件的可靠性以及備份程度計算系統(tǒng)可靠性；

（2）用戶或廠家通過大量相同產(chǎn)品使用中的故障率統(tǒng)計產(chǎn)品穩(wěn)定性和可靠性。當(dāng)然，用戶也可以通過在一定時間內(nèi)對試運行結(jié)果的要求來在一定程度上保證路由器的可靠性與穩(wěn)定性。

（六）網(wǎng)管測試

　　網(wǎng)管測試一般測試網(wǎng)管軟件對網(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，所以必須測試路由器對網(wǎng)管的支持度。

　　如果路由器附帶網(wǎng)管軟件，可以通過使用所附帶的網(wǎng)管軟件來檢查網(wǎng)管軟件所實現(xiàn)的配置管理、安全管理、性能管理、計帳管理、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)測試路由器對SNMP協(xié)議實現(xiàn)的一致性以及對MIB實現(xiàn)的程度。由于路由器需要實現(xiàn)的MIB非常多，每個MIB都包含大量內(nèi)容，很難對MIB實現(xiàn)完全測試。一般可以通過抽測重要的MIB項來檢查路由器對MIB的實現(xiàn)情況。

　　另外，由于路由器設(shè)備非常復(fù)雜，可能采用的接口和協(xié)議多種多樣，所以對路由器測試所采用的儀表以及儀表的配置必須根據(jù)測試內(nèi)容以及路由器實際配置來決定。一般來說路由器測試所使用的儀表可分為性能測試儀表、協(xié)議測試儀表以及其他種類儀表。

  （1）性能測試儀表主要測試IP包轉(zhuǎn)發(fā)能力。最典型的有NetCom公司的SmartBit、安捷倫公司的Router Tester等。性能測試儀表有時也要求一些協(xié)議仿真能力，例如對BGP、OSPF的仿真

。

（2）屏蔽箱為測試產(chǎn)品提供無干擾的測試環(huán)境，可以采用賽拓ST-SP001系列屏蔽箱，滿足測試不同產(chǎn)品的需求。http://hofele-design.com.cn 

（3）協(xié)議測試儀表主要測試路由器對協(xié)議實現(xiàn)的一致性。主要有路由協(xié)議一致性測試儀表例如安捷倫公司的Router Tester等。其他協(xié)議例如TCP/IP、ATM、ISDN、SNMP等眾多路由器實現(xiàn)的協(xié)議一致性測試所用儀表可使用各種專用或通用儀表。

（4）其他儀表主要包括一些通用儀表，如示波器、萬用表、率耗器、光功率計等。還有在測試儀表的選擇中還應(yīng)當(dāng)考慮儀表的精度以及誤差范圍。綜上所述路由器的測試是一項復(fù)雜但是非常重要的工作，對路有器的測試只有在研究測試方法的基礎(chǔ)上結(jié)合具體測試情況，制定正確測試方案，選擇合適的測試儀表，認(rèn)真測試才能達到測試目的。