Главная | TSSonline

В рубрику "Решения операторского класса" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Комплексный анализ каналов Ethernet

А.С. Есенин, инженер ООО "Мостком"
С.Н. Кузнецов, директор центра информационных технологий ООО "Мостком"
И.В. Огнев, заместитель технического директора ГРПЗ
А.А. Паршин, инженер-программист ООО "Мостком"
С.Ю. Поляков, директор ООО "Мостком"

Одним из направлений развития телекоммуникаций является в настоящее время все более широкое использование сетей Ethernet. Данный стандарт применяется уже не только в локальных вычислительных сетях, увеличивается его доля в каналах "последней мили" и сетях масштаба города. Кроме эволюции в отношении пространственных масштабов, технология Ethernet, двигаясь по пути предоставления услуг Triple Play и создания сетей NGN, все чаще востребована и для передачи разнородного трафика, обеспечивая голосовой, видео и другие сервисы. Указанные тенденции поддерживаются еще и наличием широкого спектра коммуникационного оборудования для сетей Ethernet. Немаловажным фактором становится демократичная цена этого оборудования.

Измеряя Ethernet-каналы

Однако наряду с тенденцией роста доли Ethernet-каналов все более остро встает проблема их тестирования, в частности при сдаче каналов в эксплуатацию. Связано это с тем, что в таких сетях используется технология коммутации пакетов, которая значительно более сложна в анализе результатов по сравнению с традиционными синхронными цифровыми каналами. В нашей первой статье (см. журнал ТСС № 4, 2005 г.) был предложен способ применения хорошо отработанной методологии тестирования синхронных каналов в анализе Ethernet-соединений.

Как отмечалось в первой статье, существующие программные средства имеют ограниченные возможности тестирования вследствие зависимости от типа используемого компьютера и операционной системы. Предлагаемые на рынке самые простые аппаратные средства тестирования работают на физическом уровне, измеряя сопротивление, перекрестные наводки и другие характеристики кабельных линий. Следующий уровень оборудования представляет собой, как правило, дорогостоящие протокольные анализаторы, которые работают, начиная с 3-го сетевого уровня согласно классификации OSI. Они не позволяют измерять параметры, соответствующие стандартным нормируемым параметрам в синхронных сетях, которые (несмотря на невозможность их полного переноса в сети пакетной передачи) являются достаточно информативными.

Анализ потенциальных решений выявил необходимость создания аппаратного тестера, обеспечивающего весь комплекс измерений, приведенный в предыдущей статье и независимый от какого-либо другого оборудования (персональные компьютеры и сетевые карты), что присуще любым программным измерительным комплексам и методикам.

В основу работы тестера положена идея формирования детерминированного трафика Ethernet с его последующим анализом по аналогии с тестерами синхронных каналов. Такой подход позволил реализовать следующие возможности при измерении Ethernet-каналов:

проведение измерений в конфигурации с одним тестером и физическим шлейфом при тестировании каналов без коммутирующего и маршрутизирующего оборудования, например некоторых беспроводных линий связи;
измерение сложносоставных каналов Ethernet в конфигурации с двумя тестерами, подключенными к противоположным концам линии связи;
проведение измерений как с нагрузкой, так и без нагрузки в канале;
измерение параметров, установленных как зарубежными стандартами (IEEE 802.3, IEEE 802.3u, ITU-T I.380, ITU-T Y.1231, ITU-T Y.1541, RFC 2544), так и отечественными руководящими документами (РД.45.128-2000, РД.45.129-2000);
измерение параметров ES, SES, SDP и эквивалентного BER по аналогии с синхронными сетями;
измерение скорости и пакетного джиттера в реальном масштабе времени;
отображение параметров установленного соединения (скорость и дуплекс).

Автономно и под управлением

Конструктивно тестер выполнен в виде моноблока, имеющего возможность работы от встроенных аккумуляторов. Тестер может функционировать как в автономном режиме, так и под управлением ПК через стык RS232. В первом случае он управляется кнопочным пультом на передней панели по системе меню. Отображающим устройством является ЖК-инди-катор. Для работы под управлением ПК в комплект поставки входит специализированное ПО, использование которого позволяет значительно расширить объем информации о канале. Особенностью тестера является также возможность тестирования канала в автономном режиме в течение 24 часов - с последующим анализом суточной динамики посредством ПК.

Самоконтроль тестера обеспечивается путем подключения к измерительному порту физического шлейфа. Он представляет собой вилку RJ45 с замкнутыми парами контактов приема-передачи. В тестовом режиме работы собственная задержка прохождения пакетов (время полного обхода) составляет 200 нс.

В качестве примера рассмотрим измерение канала Ethernet в следующих конфигурациях:

беспроводная оптическая линия связи Artolink типа МОСТ FE производства ГРПЗ (FSO);
беспроводная линия 2,4 ГГц - оборудование стандарта 802.11b DWL 9000 фирмы D-Link (радиомодем);
беспроводная оптическая линия связи с резервным радиоканалом.

Все измерения проводились в лабораторных условиях и имели своей целью только анализ встроенных в оборудование интерфейсов, но не надежность канала в реальных условиях эксплуатации. Расстояние между блоками составляло несколько метров в обстановке прямой видимости. Радиооборудование работало со встроенной антенной типа "штырь".

Реальная скорость

Радиомодем в силу ограничения канальной скорости имеет механизм ее лимитирования и соответствующий интерфейс на входе с собственным IР-адресом. Поэтому для измерений необходимо использовать два тестера. Измерение FSO можно проводить в конфигурации только с одним тестером, так как она имеет прозрачный канал для любого трафика на полной скорости 100 Мбит/с. Для сопоставимости результатов все измерения осуществлялись в конфигурации с двумя тестерами.

Измерения скорости передачи по радиомодему показали, что при интервале менее 10 000 байт уровень потери пакетов превышал 15%. Поэтому измерения проводились для межпакетного интервала 10 000, 200 000 и 300 000 байт. FSO пропускает трафик при любом интервале. Для нее был выбран минимальный интервал в соответствии со стандартом, а максимальный установлен также в 30 000 байт. Результаты измерения количественных параметров оптических и радиолиний приведены в табл. 1 и 2 соответственно.

Как видно из таблиц, передача Ethernet-трафика через FSO позволяет достичь полной скорости передачи данных, заявленной в технологии Ethernet, - 100 Мбит/с при минимальной вариации времени переноса пакетов. С другой стороны, радиооборудование, кроме наличия существенного уровня ошибок при межпакетном интервале 10 000 байт, характеризуется большим значением вариации времени прохождения пакетов - до 30 мс. Результат, по-видимому, можно объяснить наличием фирменной технологии ограничения скорости передачи данных на входе радиомодема для согласования ее с канальной скоростью радиолинии. Предположительно происходит периодическое переполнение внутреннего буфера радиомодема на больших пакетных скоростях.

Программное обеспечение тестера позволяет в реальном времени отобразить на экране компьютера, подключенного к тестеру по порту RS232, параметры измеряемого канала связи. Это помогает оценить динамику скорости тестируемых каналов связи как в процессе работы, так и при различных воздействиях либо при восстановлении каналов после их прерывания.

На рис. 1 приведены графики динамики скорости передачи данных по FSO и беспроводному каналу 2,4 ГГц для потока с тремя длинами передаваемых пакетов (46, 512 и 1500 байт) при межпакетном интервале 10 000 байт.

В процессе измерений выполнялось кратковременное прерывание питания одного из устройств, образующих канал связи (широкий провал в графике текущей скорости). Кроме отключения питания для FSO-линии проводилось кратковременное перекрытие оптического канала (вертикальные "просечки" в графике текущей скорости). На графиках видна также неравномерность скорости передачи по радиоканалу, что объясняется потерями пакетов (см. табл. 2). Из графика видно, что данные потери имеют постоянный характер.

Интересные перспективы

Интересные перспективы открывает использование тестера для анализа динамики гибридных каналов, например линии FSO+RF. Такие измерения дают объективную картину работы линий, которые имеют в своем составе устройства, различающиеся как своей реализацией, так и механизмами их коммутации.

На рис. 2 приведен график скорости передачи по гибридной линии связи, составленной из устройств, результаты измерения количественных параметров которых приведены выше. Измерения проводились при передаче пакетов длиной 46 байт и интервалом 10 000 байт.

На рис. 2 отмечены несколько периодов работы гибридной линии.

Первый период соответствует работе основного канала - FSO. Затем он был перекрыт, и МОСТ FE автоматически переключился на резервный канал - радиомодем. Был отмечен крайне неравномерный характер скорости передачи. Этот эффект устранен установкой металлического алюминиевого отражателя за штыревой антенной одного из радиомодемов. Но и в этом случае скорость передачи по радиолинии все равно оставалась ниже, чем по оптическому каналу.

Качество передачи данных по гибридной линии иллюстрирует рис. 3. Измерения проводились при передаче пакетов длиной 512 байт с интервалом 3 000 байт.

Работа над ошибками

На рис. 3 наряду с графиком скорости приведена диаграмма временных интервалов ошибок канала по аналогии с синхронными сетями - в соответствии с идеологией, приведенной в первой статье - ES, SES и SDP. Из диаграммы наглядно видно, что, кроме уменьшения скорости передачи при переходе на резервный канал, в нем постоянно присутствуют ошибки. Весь период работы канала содержит ES-се-кунды, частично пораженные ошибками. Темно-синяя линия на диаграмме отображает динамику эквивалентного BER, который в момент переключения на резервный канал резко увеличивается до значения, превышающего 105.

Измерения показывают, что тестер каналов Ethernet позволяет проводить комплексный анализ линий связи Ethernet.

Набор параметров достаточен для выполнения следующих работ:

измерение реальной пропускной способности Ethernet-каналов, включая беспроводные и гибридные;
оценка качества любых, в том числе и сложносоставных, каналов связи Ethernet с целью формирования соглашения о качестве обслуживания;
выявление причин снижения качества связи каналов связи;
анализ динамики поведения каналов связи при различных воздействиях.

Кроме того, тестер применим для диагностики и настройки сетевых устройств различного рода, таких, как коммутаторы, маршрутизаторы, медиаконвертеры, беспроводные линии связи. Это необходимо как операторам связи и провайдерам, так и разработчикам различного сетевого оборудования.

Литература: