CN110290020B - 一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法和装置，属于以太网通信测试技术领域。数据帧生成模块，用于生成等待发送的以太网数据帧；数据帧发送控制模块，用于进行以恒定流量发送数据帧的参数运算和数据发送的控制；数据帧发送模块，用于从数据帧生成模块获取等待发送的数据帧，判断是否符合以太网标准规定的帧格式，不符合标准的丢弃，符合以太网标准帧格式的数据帧发送至局域网。

Description

一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法和装置

技术领域

本发明涉及一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法和装置，属于以太网通信测试技术领域。

背景技术

以太网是目前使用最广泛的局域网技术。由于其简单、成本低、可扩展性强、与IP网络能够很好地结合等特点，在国家企事业单位的应用越来越广泛，成为企事业单位正常高效运作所不可缺少的基础设施。在某些行业如：教育、医疗、金融、保险、证券、物流、大型制造业、跨国跨地区的企业中，网络***也越来越庞大，承担的功能越来越繁复，网络已经成为这些企业高速运转的神经中枢。

当前随着电信领域市场化进程日臻成熟，网络带宽越来越大，网络速度越来越快，网络延迟越来越小。随着5G技术和AI技术的发展应用，5G+AI+物联网被称为下一代超级互联网，第四次信息工业革命已经到来，网络发展已经上升到国家战略层面，成为各个国家争相争夺的技术高地。国内来讲各大运营商之间的竞争日趋激烈，在激烈的市场竞争环境下，用户更加注重数据网络服务质量和故障响应的及时度与效果。在这种情况下，如何提高大客户的服务质量，成为提升电信企业竞争力的一个关键指标。而现实是在传统的网络中，所有的报文都被无区别的等同对待，每个转发设备对所有的报文均采用先入先出(FIFO)的策略进行处理，它尽最大的努力(Best-Effort)将报文送到目的地，但对报文传送的可靠性、传送延迟等性能不提供任何保证。因而迫切需要功能强大和符合实际需要的网络管理与监测仪表。

网络测试仪表最基本也是最重要的就是以太网数据帧的发送控制。传统和简单的发送方式是按照以太网标准帧格式生成一定长度的数据帧，根据设定流量和帧长度计算单位时间内数据帧发送数量或者每发送一次的间隔时间，然后持续循环发送。这种方式导致发送流量波动大，流量不稳定，测试结果存在很大的误差,而且也无法满足40G甚至100G大流量的发送测试。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法和装置。

一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生装置，包括数据帧生成模块、数据帧发送控制模块、数据帧发送模块，其中：

数据帧生成模块，用于生成等待发送的以太网数据帧；

数据帧发送控制模块，用于进行以恒定流量发送数据帧的参数运算和数据发送的控制；

数据帧发送模块，用于从数据帧生成模块获取等待发送的数据帧，判断是否符合以太网标准规定的帧格式，不符合标准的丢弃，将符合以太网标准帧格式的数据帧发送至局域网。

一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法，含有以下步骤；生成等待发送的以太网数据帧；进行以恒定流量发送数据帧的参数运算和数据发送的控制；获取等待发送的数据帧，判断是否符合以太网标准规定的帧格式，不符合标准的丢弃，将符合以太网标准帧格式的数据帧发送至局域网。

一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法，其特征在于还含有以下步骤；

步骤1、精确控制恒定流量，在每个时钟周期对帧百分比进行累加直到大于或等于帧长256字节时发送一条数据帧；间隔256字节发送数据帧，此时帧长256字节被称为帧间隔；

步骤2、针对以太网数据帧包括目的MAC、源MAC及802.1Q标签，以太网类型、负载及循环冗余校验；

以太网数据在传输过程中是由以下部分组成的：7byte(前导)+1byte(定界符)+以太网数据帧+4byte(FCS校验)+12byte(IPG)；

针对以太网数据帧负载包括链路层协议帧头，网络层协议帧头，传输层协议帧头和实际负载字节；根据不同的以太网服务功能，以太网标准制定符合以太网传输协议的帧结构组合方式；

针对以太网数据传输是以数据帧的形式发送，不能单个bit或字节发送；模拟以太网数据，均匀且稳定的按照预先设定的流量传输；

预先设定的流量：0.001Mbps～100Gbps，Mbps/Gbps是传输速率单位，指每秒传输的位(比特)数量；

步骤3、流量为以太网每秒传输的bit或字节数；

步骤4、对于多个数据流的情况，计算帧百分比时乘以数据流数量：帧百分比＝流量百分比×数据流数量×总线位宽×15625；其他参数为帧间隔、帧余数和帧次数的计算方式不作改变；

步骤5、对于100Gbps的以太网，在计算帧间隔时乘以1.65，为了不出现小数，计算时再乘以4；对于10G以下包括10G的以太网，数据并行处理位宽能够是64bit、32bit、16bit、8bit或者4bit；总线的速率和网络传输速率是一致的，不需要乘以任何倍数；

测试100G以太网时，参数计算为帧百分比＝流量百分比×数据流数量×总线位宽×15625×4；数据帧发送间隔计算为：帧间隔＝(帧长

+FCS+IPG(12byte)+PREAMBLE_SOF(8byte))×15625×1.65×4；

步骤6、按照以上步骤循环执行，在循环执行测试的过程中数据帧是以一个均匀且稳定的流量发送；流量为：0.001Mbps～100Gbps；

测量精度达到：0.001％～100.000％。

帧百分比的计算方式为：帧百分比＝流量百分比×总线位宽×15625；数据帧发送间隔计算方式为：帧间隔＝(帧长+FCS+IPG(12byte)

+PREAMBLE_SOF(8byte))×15625；总线位宽表示每个时钟周期能够同时处理的数据，帧次数计算方式为：帧次数＝(帧百分比/帧间隔)-1；帧余数计算方式为：帧余数＝帧百分比％帧间隔；帧次数大于1，发送对应次数的数据帧；将帧余数累加到帧百分比用于下一次时钟周期计算。

步骤1中帧百分比累加值如果大于或等于帧间隔就发送一次数据帧；然后计算帧次数＝帧百分比/帧间隔-1；如果帧次数大于0，继续发送数据帧；计算帧余数＝帧百分比％帧间隔，帧余数累加到帧百分比参加下一次计算；如果帧百分比累加值小于帧间隔，直接计算帧余数＝帧百分比％帧间隔，帧余数累加到帧百分比参加下一次计算。

本发明的优点是能够模拟常用的以太网数据帧结构和服务协议，不仅包括传统的链路层和网络层协议模拟，还实现了传输层和应用层的协议模拟。目前对现实网络的测试是根据以太网测试标准(RFC2544,Y1564)规定的测试方法进行的，而测试的基础是对以太网数据帧发送流量的精准控制。在低性能低带宽(比如1000M网络，10G网络)的网络中，流量控制比较简单。而在100G带宽的高性能网络面前，传统流量控制方法就束手无策了。本发明提供的方法很好的解决了这一难题，完美实现高达100Gbps的流量控制。在现实网络中传输的是杂乱无序的数据帧，为了模拟这一复杂情况，本发明支持多达256个数据帧同时发送。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1为本发明的结构及流程示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

本技术领域技术人员能够理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当称元件、组件被“连接”到另一元件、组件时，它能够直接连接到其他元件或者组件，或者也能够存在中间元件或者组件。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员能够理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。

为便于对实施例的理解，下面做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明的限定。

实施例1：如图1所示，一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生的方法和装置，具体涉及一种基于光传输的以太网流量发送控制方法和装置。按照设定的流量百分比精确控制以太网数据帧的发送，以此测试网络可靠性。

一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生的方法，包括：

步骤1、精确控制恒定流量，假设以太网能够按字节均匀发送数据帧，在带宽为10000B/s，流量为1000B/s，帧长为256字节的情况下，平均每个时钟周期发送的字节为1000/10000＝0.1B。该数称为帧百分比。在每个时钟周期对帧百分比进行累加直到大于或等于帧长256B时发送一条数据帧。由于间隔256B发送数据帧，此时帧长256B被称为帧间隔。

如果帧间隔小于帧百分比，说明在这一时刻实际发送值小于理论发送值，帧百分比除以帧间隔就是需要发送的帧数，再减去已经发送的一次得到的就是帧次数。帧次数大于0，继续发送数据帧。帧百分比除以帧间隔得到的余数被称为帧余数，帧余数不足一个数据帧累加到下一次参加计算。

所以帧百分比计算方式为：帧百分比＝流量百分比×总线位宽×15625。数据帧发送间隔计算方式为：帧间隔＝(帧长+FCS+IPG(12byte)+PREAMBLE_SOF(8byte))×15625。总线位宽表示每个时钟周期能够同时处理的数据，本发明为64bit。为了减少误差使计算更加精确和方便，为每个参数乘以了一个较大的整数15625从而消除小数。

帧次数计算方式为：帧次数＝(帧百分比/帧间隔)-1。帧余数计算方式为：帧余数＝帧百分比％帧间隔。如果帧次数大于1，发送对应次数的数据帧。将帧余数累加到帧百分比用于下一次时钟周期计算。

步骤2、针对以太网数据帧包括目的MAC，源MAC，802.1Q标签(可选)，以太网类型，负载，循环冗余校验等。

需要说明的是以太网数据在网络介质上传输需要遵循一定的机制，其中CSMA/CD介质访问控制机制约定了以太网在传输数据时，两帧之间需要等待一个帧间隙时间(IFG或IPG)，同时以太网数据帧在传输时还需要有7byte的前导字段和1byte的定界符。

因此以太网数据在传输过程中是由以下部分组成的：7byte(前导)+1byte(定界符)+以太网数据帧+4byte(FCS校验)+12byte(IPG)。

针对以太网数据帧负载包括链路层协议帧头，网络层协议帧头，传输层协议帧头和实际负载字节等。根据不同的以太网服务功能，以太网标准制定了相应的帧结构组合方式。

针对以太网数据传输是以数据帧的形式发送，不能单个bit或字节发送；模拟以太网数据，均匀且稳定的按照一定的流量传输。

步骤3、流量是指以太网每秒传输的bit或字节数。流量百分比是指流量占带宽的百分比。例如以太网带宽100Gbps，流量是10Gbps，那么流量百分比是10Gbps/100Gbps＝0.1Gbps。

步骤4、对于多个数据流的情况，是指在同一时刻发送1+N个数据帧。相当于在每个时钟周期内发送的字节是1+N倍。所以计算帧百分比时应该乘以数据流数量：帧百分比＝流量百分比×数据流数量×总线位宽×15625。其他参数不做改变。

步骤5、对于100Gbps的以太网，速率是100000Mbps。对数据并行处理位宽是512bit，总线频率是322.265625MHz。总线速率是322.265625(MHz)×512(bit)＝165000Mbps。总线速率是传输速率的1.65倍。所以在计算帧间隔时乘以1.65，为了不出现小数，计算时再乘以4。对于10G以下包括10G的以太网，数据并行处理位宽能够是64bit，32bit，16bit，8bit和4bit。总线的速率和网络传输速率是一致的，不需要乘以任何倍数。

所以测试100G以太网时，参数计算为，帧百分比＝流量百分比×数据流数量×总线位宽×15625×4。数据帧发送间隔计算为：帧间隔＝(帧长+FCS+IPG(12byte)+PREAMBLE_SOF(8byte))×15625×1.65×4。

步骤6、按照以上步骤循环执行，在一定的时间长度内数据帧是以一个均匀且稳定的流量发送。测量精度能达到：0.001％～100.000％。

实施例2：如图1所示，一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生装置，包括数据帧生成模块、数据帧发送控制模块、数据帧发送模块，其中：

数据帧生成模块，用于生成等待发送的以太网数据帧。具体的该模块根据以太网服务类型获取组成数据帧的参数，包括目的MAC，源MAC，802.1Q标签(可选)，以太网类型，以太网负载，数据帧长等参数，组合成一个符合以太网标准的完整数据帧。自动添加循环冗余校验，等待发送。如果是多流发送，需要生成多个待发送数据帧。以太网数据帧的产生，支持最高512个数据流同时发送，数据帧8种长度循环可变或随机改变，最高8层堆叠VLAN，MPLS，OAM，VPLS协议支持。

数据帧发送控制模块，用于进行以恒定流量发送数据帧的参数运算和数据发送的控制。

数据帧发送模块，用于将符合以太网标准帧格式的数据帧发送至局域网。从数据帧生成模块获取等待发送的数据帧，判断是否符合以太网标准规定的帧格式，符合标准的被发送，不符合标准的丢弃。

实施例3：如图1所示，一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生的方法，假设现有带宽为100Gbps的以太网，需要将256个帧长为526字节的数据帧，按照流量百分比为10％的恒定流量发送至局域网，包括如下步骤：

数据帧生成模块获取数据帧的目的MAC，源MAC和负载等参数。根据参数要求组合成256条符合以太网标准帧格式的数据帧，缓存准备发送。

数据帧发送控制模块获取数据流，帧长，流量百分比用于计算控制数据帧发送的各项参数，计算如下：

帧间隔＝(526+4+12+8)×15625×1.65×4，取整即56718750。

帧百分比＝0.1(10％)×15625×256(总流数)×64×4，即102400000。

启动循环控制逻辑，帧百分比第一次累加为102400000。该值大于帧间隔56718750，启动数据帧发送模块发送数据帧。

因为帧间隔小于帧百分比，所以计算：帧次数＝(102400000/56718750)-1，即0；不需要再次发送数据帧。帧余数＝102400000％56718750，即45681250。帧余数累加至帧百分比，102400000+45681250。

执行下一次循环，帧百分比第二次累加为102400000+45681250＝148081250。该值大于帧间隔56718750，启动数据帧发送模块发送数据帧。

因为帧间隔小于帧百分比，所以计算：帧次数＝(148081250/56718750)-1，即1；需要再发送一次数据帧。帧余数＝148081250％56718750，即34643750。帧余数累加至帧百分比，102400000+34643750。

执行下一次循环，重复上述步骤。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果能够有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法，其特征在于含有以下步骤；生成等待发送的以太网数据帧；进行以恒定流量发送数据帧的参数运算和数据发送的控制；获取等待发送的数据帧，判断是否符合以太网标准规定的帧格式，不符合标准的丢弃，将符合以太网标准帧格式的数据帧发送至局域网；

还含有以下步骤；

步骤1、精确控制恒定流量，在每个时钟周期对帧百分比进行累加直到大于或等于帧长256字节时发送一条数据帧；间隔256字节发送数据帧，此时帧长256字节被称为帧间隔；

步骤2、针对以太网数据帧包括目的MAC、源MAC及802.1Q标签，以太网类型、负载及循环冗余校验；

以太网数据在传输过程中是由以下部分组成的：7byte(前导)+1byte(定界符)+以太网数据帧+4byte(FCS校验)+12byte(IPG)；

针对以太网数据帧负载包括链路层协议帧头，网络层协议帧头，传输层协议帧头和实际负载字节；根据不同的以太网服务功能，以太网标准制定符合以太网传输协议的帧结构组合方式；

针对以太网数据传输是以数据帧的形式发送，不能单个bit或字节发送；模拟以太网数据，均匀且稳定的按照预先设定的流量传输；

步骤3、流量为以太网每秒传输的bit或字节数；

步骤4、对于多个数据流的情况，计算帧百分比时乘以数据流数量：帧百分比＝流量百分比×数据流数量×总线位宽×15625；其他参数为帧间隔、帧余数和帧次数的计算方式不作改变；

步骤5、对于100Gbps的以太网，在计算帧间隔时乘以1.65，为了不出现小数，计算时再乘以4；对于10G以下包括10G的以太网，数据并行处理位宽能够是64bit、32bit、16bit、8bit或者4bit；总线的速率和网络传输速率是一致的，不需要乘以任何倍数；

测试100G以太网时，参数计算为帧百分比＝流量百分比×数据流数量×总线位宽×15625×4；数据帧发送间隔计算为：帧间隔＝(帧长+FCS+IPG(12byte)+PREAMBLE_SOF(8byte))×15625×1.65×4；

步骤6、按照以上步骤循环执行，在循环执行测试的过程中数据帧是以预先设定的流量发送；测量精度达到：0.001％～100.000％。

2.根据权利要求1所述的一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法，其特征在于帧百分比的计算方式为：帧百分比＝流量百分比×总线位宽×15625；数据帧发送间隔计算方式为：帧间隔＝(帧长+FCS+IPG(12byte)+PREAMBLE_SOF(8byte))×15625；总线位宽表示每个时钟周期能够同时处理的数据，帧次数计算方式为：帧次数＝(帧百分比/帧间隔)-1；帧余数计算方式为：帧余数＝帧百分比％帧间隔；帧次数大于1，发送对应次数的数据帧；将帧余数累加到帧百分比用于下一次时钟周期计算。

3.根据权利要求2所述的一种以太网测试仪表高精度流量百分比产生方法，其特征在于步骤1中帧百分比累加值如果大于或等于帧间隔就发送一次数据帧；然后计算帧次数＝帧百分比/帧间隔-1；如果帧次数大于0，继续发送数据帧；计算帧余数＝帧百分比％帧间隔，帧余数累加到帧百分比参加下一次计算；如果帧百分比累加值小于帧间隔，直接计算帧余数＝帧百分比％帧间隔，帧余数累加到帧百分比参加下一次计算。

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