专利名称：以太网网络性能的测试方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及到通信网网络性能的测试方法及装置，特别涉及到以太网网络性能的测试方法及装置。
背景技术：
以太网是一种计算机局域网组网技术，是当前使用最普遍的局域网技术。而千兆以太网是建立在以太网标准基础之上的网络技术，千兆以太网和大量使用的以太网与快速以太网完全兼容，并利用了原以太网标准所规定的全部技术规范，给用户带来了提高核心网络性能的有效解决方案。
以太网通常由许多不同的互联设备组成，互联设备的性能决定着网络的性能，例如网络的吞吐量、带宽和传输时延等。互联设备性能的好坏直接影响以太网的网络规模、网络稳定性以及网络可扩展性等等。通常，在工程设计或运行管理过程中，需要对网络性能进行测试，需要有效地获取千兆以太网，特别是网际协议(以下简称为IP)承载网的网络性能。所谓IP承载网是指各运营商以IP技术构建的一张专网，用于承载对传输质量要求较高的业务，如软交换、视讯、重点客户虚拟专用网络(以下简称为VPN)等。目前，绝大部分现有技术网络测试仪器通常采用长时间捕获网络错误信息或监测网络的整体运行情况来估算网络的性能。严格地说，现有技术网络性能测试仪器更像是一台网络监测设备，依靠采集网络现有的数据分析网络性能。由于该方法采用长时间捕获网络错误信息或监测网络的整体运行情况来估算网络性能，因此，将其称之为被动测试方法。被动测试方法不能通过主动发送测试数据流量对网络性能进行测试，只能测试一些网络的通用性能，如统计网络协议、抓取数据流、解析数据流等等。而对于某些网络的特定性能指标，如网络设备路由器特有的性能指标(如路由表容量、路由协议收敛时间等)，又如需要实时获取网络的性能指标(如实时的网络链路带宽、网络传输时延等)，现有技术被动测试方法则显得束手无策。
另一方面，结合了可编程阵列逻辑PAL、通用阵列逻辑GAL和电可编程逻辑器件EPLD等可编程器件优点的可编程门阵列技术FPGA (以下简称为FPGA技术)的出现，即解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数量有限的缺点，还能完成任何数字器件的功能。利用FPGA技术，可以通过传统的原理图输入法，或是超高速集成电路硬件描述语言VHDL等硬件描述语言自由地设计一个数字系统，大大推动了电子设计自动化EDA软件和硬件描述语言HDL的进步。
发明内容
为解决现有技术网路性能测试方法存在的不能通过主动发送测试数据流量对网络性能进行测试，不能测试某些网络特定性能指标等缺陷，本发明提出一种能够通过发送和接收测试数据流量对以太网网络性能进行测试的方法。并且，还提出了一种基于FPGA技术采用本发明测试方法的以太网网络性能的测试装置。
本发明以太网网络性能测试方法采用主测试仪向待测网络发送和接收测试数据流量；从测试仪通过待测网络接收并回复或转发主测试仪发送的测试数据流量；主测试仪解析测试数据流量，获取待测网络的性能指标。由于本发明以太网网络性能测试方法能够主动发送和接收测试数据流量，并以此对网络性能进行测试，因此，将其称之为主动测试方法。
本发明以太网网络性能测试方法采用主测试仪向待测网络发送和接收测试数据流量，包括
(1) 主测试仪发送地址解析协议ARP帧向待测网络查询从测试仪的IP地址;
(2) 主测试仪每间隔一定时间向从测试仪发送一个测试指令，请求从测试仪响应当前的测试命令；
(3) 主测试仪根据需要测试的网络性能指标构建并向从测试仪发送测试数据流量；
(4) 主测试仪接收从测试仪回复的响应信息；
(5) 主测试仪接收从测试仪转发的测试数据流量。
进一步的，主测试^C根据需要测试的网络性能指标构建并向从测试仪发送测试数据流量，包括
(1) 根据测试需要设定相关参数，包括目的IP地址、发生速率、帧长度、模拟用户数量、持续时间、发送方式(常量/斜坡/突发)；
(2) 将前述数据封装成待测网络适用的数据帧，并根据测试需要在测试数据流量相应的位置打上标记，例如需要测试网络传输时延，则在测试数据流量特定位置戳上时间戳等；
(3) 通过待测网络将封装的数据帧发送给从测试仪。
本发明以太网网络性能测试方法从测试仪通过待测网络接收并回复或转发主测试仪发送的测试数据流量，包括
(1) 接收到主测试仪发送的测试指令后，向主测试仪发送响应信息；
(2) 接收到主测试仪发送的测试数据流量后，转发给主测试仪。本发明以太网网络性能测试方法主测试仪解析测试数据流量并获取待测网
络的性能指标，包括
(1) 接收经从测试仪转发来的测试数据流量并对其进行解析，如有必要可改变测试参数，如增大或降低测试数据流量发送速率、帧长度、模拟用户数量，或改变发送方式等，再次构建并向从测试仪发送测试数据流量；
(2) 根据解析结果获取待测网络的性能指标；
(3) 统计测试结果，传输给上层应用层显示。本发明以太网网络性能测试方法的步骤包括
(1) 主测试仪发送地址解析协议ARP帧向待测网络査询从测试仪的IP地址;
(2) 主测试仪每间隔一定时间向从测试仪发送一个测试指令，请求从测试仪响应当前的测试命令；(3) 从测试仪接收到主测试仪发送的测试指令并向主测试仪发送响应信息；
(4) 主测试仪接收到从测试仪回复的响应信息，并根据需要测试的网络性能指标构建并向从测试仪发送测试数据流量；
(5) 从测试仪接收到主测试仪发送的测试数据流量后，转发给主测试仪；
(6) 主测试仪接收到经从测试仪转发来的测试数据流量并对其进行解析，并根据解析结果获取待测网络的实时性能指标。
本发明以太网网络性能测试装置，包括主测试仪和从测试仪；其中，主测试仪和从测试仪均包括控制辅助电路和可编程门阵列技术FPGA模块。
本发明以太网网络性能测试装置主测试仪的控制辅助电路，包括用于接收上层软件配置的各种参数的16/32位精简指令集计算机微处理器芯片ARM，实现网络数据收发的支持分组数据的信息接收和发送的MAC芯片和实现人机对话的触摸显示屏。
本发明以太网网络性能测试装置主测试仪的FPGA功能模块，包括信息
接收和发送模块、测试数据流量生成模块和测试数据流量分析模块，其中
信息接收和发送模块的主要功能包括接收网络数据、向网络发送测试流量数据；
测试数据流量生成模块的主要功能包括进行网络性能基准测试，根据需要测试的网络性能指标和网络性能基准测试结果产生测试流量数据；
测试数据流量分析模块的主要功能包括进行数据帧的拆解和分析，对各种信息进行统计，将测试结果向上层应用层传送。
本发明以太网网络性能测试装置从测试仪的FPGA功能模块，包括信息接收和发送模块，测试数据流量转发模块，其中
信息接收和发送模块的主要功能包括接收网络数据、向网络发送测试流量数据；
测试数据流量转发模块的主要功能包括过滤信息接收模块接收的数据流
量，更换接收到的主测试仪发送的测试数据流量的源、目的的介质访问控制子层协议MAC地址及IP地址，并把测试数据流量转发给主测试仪。
本发明以太网网络性能的测试方法及装置的有益技术效果是能够克服被动
测试方法的不足，有效地获取以太网(特别是IP承载网)网络性能指标，并且，
FPGA技术与外围器件的连接采用了通用的MAC芯片和ARM接口 ，具备良好
的通用性和可扩展性。
附图1是本发明以太网网络性能测试方法的测试环境示意图；附图2是本发明以太网网络性能测试方法测试流程示意图；附图3是本发明以太网网络性能测试装置主测试仪的结构示意图；附图4是本发明以太网网络性能测试装置从测试仪的结构示意图；下面结合附图和具体实施例对本发明以太网网络性能测试方法和装置作进一步的说明
具体实施例方式
附图1是本发明以太网网络性能测试方法的测试环境示意图。由图可知，本发明以太网网络性能测试方法采用主测试仪向待测网络发送和接收测试数据流量；从测试仪通过待测网络接收并回复或转发主测试仪发送的测试数据流量；主测试仪解析测试数据流量，获取待测网络的实时性能指标。由于本发明以太网网络性能测试方法能够主动发送和接收测试数据流量，并以此对网络性能进行测试，因此，将其称之为主动测试方法。
显然，本发明以太网网络性能的测试方法及装置的有益技术效果是能够克服被动测试方法的不足，有效地获取以太网(特别是IP承载网)网络性能指标，并且，FPGA技术与外围器件的连接采用了通用的MAC芯片和ARM接口，具备良好的通用性和可扩展性。
具体实施例1
附图2是本发明以太网网络性能测试方法测试流程示意图。下面结合附图2以对网络传输时延的测试实例对本发明以太网网络性能测试方法的流程作进一步的说明。
(1) 主测试仪发送地址解析协议ARP帧向待测网络査询从测试仪的IP地址;
(2) 主测试仪接收到从测试仪的IP地址，主测试仪每间隔一定时间向从测试 仪发送一个测试指令，请求从测试仪响应当前的测试命令；
(3) 从测试仪接收到主测试仪发送的测试指令并向主测试仪发送响应信息；
(4) 主测试仪接收到从测试仪回复的响应信息，如果未知当前的链路吞吐 量，则采用二分法测出当前链路的吞吐量；
(5) 在吞吐量范围内，选择合适的发送速率，并将流量类型、迭代次数、帧 长度、目的IP地址等参数传递给主测试仪的测试数据流量生成模块；
(6) 主测试仪的测试数据流量生成模块按照配置的参数，产生适合于网络配 置的测试数据流量，并通过锁相环(简称PLL)产生一个基准参考的时钟，然 后把该参考时钟戳在测试流量的特定位置上；
(7) 主测试仪的信息发送和接收模块按照设定的发送速率、迭代次数，将测 试数据流量发送到待测网络；
(8) 从测试仪接收到主测试仪发送的具有时间戳的测试数据流量后，进行处 理后转发给主测试仪；
(9) 主测试仪接收到经从测试仪转发来的测试数据流量并对其进行解析，并 根据解析结果获取待测网络的网络传输时延；
(10) 主测试仪将测得的网络传输时延传给上层应用层并显示出来。 具体实施例2
附图3是本发明以太网网络性能测试装置主测试仪的结构示意图。由图可 知，本发明以太网网络性能测试装置的主测试仪，包括控制辅助电路和可编 程门阵列技术FPGA模块。其中，控制辅助电路主要由用于接收上层软件配置 的各种参数的16/32位精简指令集计算机微处理器芯片ARM、实现网络数据收 发的支持分组数据的信息接收和信息发送的MAC芯片、网络接口、触摸显示屏 和电源等组成。FPGA模块则包括信息接收和发送模块、测试数据流量生成模块和测试数据流量分析模块，其中
信息接收和发送模块的主要功能包括接收网络数据、向网络发送测试流数据；
测试数据流量生成模块的主要功能包括进行网络性能基准测试的功能测
试模块和根据需要测试的网络性能指标和网络性能基准测试结果产生测试流量
数据的测试流量产生模块；
测试数据流量分析模块的主要功能包括进行数据帧的拆解和分析的拆解分析模块和对各种信息进行统计的信息统计模块，将测试结果向上层应用层传送。
显然，为实现人机对话和对数据的调动和处理等，还应当有相应的应用软件和操作系统，以实现本发明以太网网络性能测试的操作。具体实施列3
附图4是本发明以太网网络性能测试装置从测试仪的结构示意图。由图可知，本发明以太网网络性能测试装置从测试仪，包括控制辅助电路和可编程门阵列技术FPGA模块。其中，控制辅助电路包括实现网络数据收发的支持分组数据的信息接收和信息发送的MAC芯片、网络接口和电源等；FPGA模块包括信息接收和发送模块，测试数据流量转发模块，其中
信息接收和发送模块的主要功能包括接收网络数据、向网络发送测试流量数据；
测试数据流量转发模块的主要功能包括过滤信息接收模块接收的数据流量，更换接收到的主测试仪发送的测试数据流量的源、目的的介质访问控制子层协议MAC地址及IP地址，并把测试测试数据流量转发给主测试仪。
本发明以太网网络性能测试装置的从测试仪不需要人机对话，因此，不需要应用软件和操作系统等。
权利要求
1、一种以太网网络性能测试方法，其特征在于主测试仪向待测网络发送和接收测试数据流量；从测试仪通过待测网络接收并回复或转发主测试仪发送的测试数据流量；主测试仪解析测试数据流量，获取待测网络的性能指标。
2、 根据权利要求l所述以太网网络性能测试方法，其特征在于主测试仪 向待测网络发送和接收测试数据流量，包括(1) 主测试仪发送地址解析协议ARP帧向待测网络査询从测试仪的IP地址；(2) 主测试仪每间隔一定时间向从测试仪发送一个测试指令，请求从测试仪 响应当前的测试命令；(3) 主测试仪根据需要测试的网络性能指标构建并向从测试仪发送测试数 据流量；(4) 主测试仪接收从测试仪回复的响应信息；(5) 主测试仪接收从测试仪转发的测试数据流量。
3、 根据权利要求2所述以太网网络性能测试方法，其特征在于主测试仪 根据需要测试的网络性能指标构建并向从测试仪发送测试数据流量，包括(1) 根据测试需要设定相关参数，包括目的IP地址、发生速率、帧长度、 模拟用户数量、持续时间、发送方式，即常量/斜坡/突发；(2) 将前述数据封装成待测网络适用的数据帧，并根据测试需要在测试数据 流量相应的位置打上标记，例如需要测试网络传输时延，则在测试数据流量 特定位置戳上时间戳等；(3) 通过待测网络将封装的数据帧发送给从测试仪。
4、 根据权利要求l所述以太网网络性能测试方法，其特征在于从测试仪 通过待测网络接收并回复或转发主测试仪发送的测试数据流量，包括(1) 接收到主测试仪发送的测试指令后，向主测试仪发送响应信息；(2) 接收到主测试仪发送的测试数据流量后，转发给主测试仪。
5、 根据权利要求l所述以太网网络性能测试方法，其特征在于主测试仪解析测试数据流量并获取待测网络的性能指标，包括(1) 接收经从测试仪转发来的测试数据流量并对其进行解析，如有必要可改 变测试参数，如增大或降低测试数据流量发送速率、帧长度、模拟用户数量， 或改变发送方式等，再次构建并向从测试仪发送测试数据流量；(2) 根据解析结果获取待测网络的性能指标；(3) 统计测试结果，传输给上层应用层显示。
6、 根据权利要求l所述以太网网络性能测试方法，其特征在于测试步骤 包括(1) 主测试仪发送地址解析协议ARP帧向待测网络査询从测试仪的IP地址；(2) 主测试仪每间隔一定时间向从测试仪发送一个测试指令，请求从测试仪 响应当前的测试命令；(3) 从测试仪接收到主测试仪发送的测试指令并向主测试仪发送响应信息；(4) 主测试仪接收到从测试仪回复的响应信息，并根据需要测试的网络性能 指标构建并向从测试仪发送测试数据流量；(5) 从测试仪接收到主测试仪发送的测试数据流量后，转发给主测试仪；(6) 主测试仪接收到经从测试仪转发来的测试数据流量并对其进行解析，并 根据解析结果获取待测网络的实时性能指标。
7、 一种以太网网络性能测试装置，其特征在于该测试装置包括主测试仪 和从测试仪；并且，主测试仪和从测试仪均包括控制辅助电路和可编程门阵列 技术FPGA模块。
8、 根据权利要求7所述以太网网络性能测试装置，其特征在于主测试仪 的控制辅助电路，包括用于接收上层软件配置的各种参数的16/32位精简指令 集计算机微处理器芯片ARM,实现网络数据收发的支持分组数据的信息接收和 发送的MAC芯片和实现人机对话的触摸显示屏。
9、 根据权利要求7所述以太网网络性能测试装置，其特征在于主测试仪 的FPGA功能模块，包括信息接收和发送模块、测试数据流量生成模块和测试数据流量分析模块，其中信息接收和发送模块的主要功能包括接收网络数据、向网络发送测试流M、W .,.门 数据；测试数据流量生成模块的主要功能包括进行网络性能基准测试，根据需 要测试的网络性能指标和网络性能基准测试结果产生测试流量数据；测试数据流量分析模块的主要功能包括进行数据帧的拆解和分析，对各种信息进行统计，将测试结果向上层应用层传送。
10、根据权利要求7所述以太网网络性能测试装置，其特征在于从测试 仪的FPGA功能模块，包括信息接收和发送模块，测试数据流量转发模块， 其中信息接收和发送模块的主要功能包括接收网络数据、向网络发送测试流 量数据；测试数据流量转发模块的主要功能包括过滤信息接收模块接收的数据流量，更换接收到的主测试仪发送的测试数据流量的源、目的的介质访问控制子层协议MAC地址及IP地址，并把测试数据流量转发给主测试仪。
全文摘要
本发明涉及到以太网网络性能的测试方法及装置。为解决现有技术网路性能测试方法存在的不能通过主动发送测试数据流量对网络性能进行测试，不能测试某些网络特定性能指标等缺陷。本发明提出一种能够通过发送和接收测试数据流量对以太网网络性能进行测试的方法及装置。本发明以太网网络性能的测试方法及装置的有益技术效果是能够克服被动测试方法的不足，有效地获取以太网网络络性能指标，并且，FPGA技术与外围器件的连接采用了通用的MAC芯片和ARM接口，具备良好的通用性和可扩展性。
文档编号H04L12/26GK101521607SQ200910103589
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月13日 优先权日2009年4月13日
发明者伟 刘, 李世兴, 黄世广 申请人:重庆重邮东电通信技术有限公司