一种网络探针的制作方法

本实用新型涉及网络测试设备技术领域，具体来说，涉及一种网络探针。

背景技术：

许多行业建立了大中型网络，例如：横跨一个或数个省级行政区的商业银行、保险、证券网络系统，大型分区销售的零售商业网络系统，以及各种包含了分支机构的专用业务网络系统等，它们不仅在本地的局域网中连接着几十至上百台计算机，而且连接了异地远程的若干节点，为了保证这些大中型网络的正常运行，网络管理人员负担很重。既要保证系统的稳定、可靠，又要保证网络带宽足够，还要保证网络的低延时，配合网络协议的重传机制保证路由配置的正确可靠，同时还要避免各种类型的网络攻击。因此网络管理人员配备了各种类型的测试设备、测试仪表、实时网络管理系统、实时网络性能监测系统等软硬件系统，对网络进行全方位的性能监测和测试。

网络的基础性能指标是参照人体“基础代谢”提出的概念，特指日常业务工作开展前网络较为空闲时的性能指标值。在很多类似银行、保险的行业中，每天上午九时开始了一天紧张繁忙的工作，各项业务严重依赖网络，对网络通信的要求极高（例如：必须稳定、可靠、快速响应等）。如果能在开业前就对整个网络进行全面检测，及时排除故障，那么就能给业务工作提供坚实的保障。对开业前的基础性能指标进行测试也成为了网络管理人员的重要工作之一。

网络探针是用于对网络的基础性能指标进行测试的工具，现有的网络探针仅有一个网络数据接口，测试效率较低。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种网络探针，具有多个网络数据接口，可灵活配置为通信模式和旁路模式，可提高测试效率。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种网络探针，包括高精度数据采集卡以及与所述高精度数据采集卡通信连接的工控机，所述高精度数据采集卡包括多个网络数据接口，多个所述网络数据接口均连接以太网phy通道，所述以太网phy通道连接有fpga芯片，所述fpga芯片分别连接有pci-e接口、恒温晶振模块、直流dc译码电路和交流ac译码电路，所述直流dc译码电路和所述交流ac译码电路均连接b码校时接口。

进一步地，所述工控机包括工控机主板，所述工控机主板上设置有与所述pci-e接口相配合的pci-e插槽，所述pci-e插槽连接有cpu，所述cpu还分别连接有内存条、大容量硬盘、主机电源模块、网卡接口，所述主机电源模块连接有电源插座。

进一步地，所述网络数据接口和所述网卡接口均为rj-45网络接口。

进一步地，所述fpga芯片还连接有fifo存储器，所述fifo存储器连接所述pci-e接口。

进一步地，所述fpga芯片还连接有发送缓冲存储器，所述发送缓冲存储器连接所述pci-e接口。

进一步地，所述fpga芯片还分别连接有电源电路和调试接口。

进一步地，所述网络数据接口的数量为四个。

本实用新型的有益效果：具有多个网络数据接口，可灵活配置为通信模式和旁路模式，可利用多个网络数据接口同时对网络的基础性能指标进行测试，有效提高了测试效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的网络探针的原理框图；

图2是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图一；

图3是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图二；

图4是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图三；

图5是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图四；

图6是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图五；

图7是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图六；

图8是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图七；

图9是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图八；

图10是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图九；

图11是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图十；

图12是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图十一；

图13是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图十二；

图14是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图十三；

图15是根据本实用新型实施例所述的网络探针的电路图十四。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-15所示，根据本实用新型实施例所述的一种网络探针，包括高精度数据采集卡以及与所述高精度数据采集卡通信连接的工控机，所述高精度数据采集卡包括多个网络数据接口，多个所述网络数据接口均连接以太网phy通道，所述以太网phy通道连接有fpga芯片，所述fpga芯片分别连接有pci-e接口、恒温晶振模块、直流dc译码电路和交流ac译码电路，所述直流dc译码电路和所述交流ac译码电路均连接b码校时接口。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述工控机包括工控机主板，所述工控机主板上设置有与所述pci-e接口相配合的pci-e插槽，所述pci-e插槽连接有cpu，所述cpu还分别连接有内存条、大容量硬盘、主机电源模块、网卡接口，所述主机电源模块连接有电源插座。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述网络数据接口和所述网卡接口均为rj-45网络接口。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述fpga芯片还连接有fifo存储器，所述fifo存储器连接所述pci-e接口。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述fpga芯片还连接有发送缓冲存储器，所述发送缓冲存储器连接所述pci-e接口。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述fpga芯片还分别连接有电源电路和调试接口。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述网络数据接口的数量为四个。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

本实用新型实施例所述的网络探针可与管理控制中心连接，在部署时一个管理控制中心连接多台网络探针，管理控制中心包括一台应用服务器和一台数据库服务器，通常部署在综合业务网的网络信息中心或者数据中心；

每台网络探针通常部署在业务网的各个关键节点。

网络探针的对外接口包括：

（1）通道1、通道2、通道3、通道4这四个通道（即网络数据接口），用于发送测试数据包或抓包；

（2）1个b码校时接口，分为i型和ii型两类接口类型；

（3）网卡接口，用于网络探针与管理控制中心通信，以及远程登录访问管理；

（4）电源接口，为网络探针提供220v电源。

网络探针正常工作时，由管理控制中心统一下发测试任务后进行性能测试，不需要人工干预，处于无人值守状态。只有网络探针出现严重故障，才需要连接显示器、鼠标、键盘等进行故障排查。由于工控机的环境适应性很强，抗干扰能力好，出现故障概率极低。

网络探针内部结构主要包括以下部分：

（1）4路高精度数据采集卡（简称为高精度数据采集卡）。高精度数据采集卡插入到工控机主板的pci-e插槽中，固定到后面板。

高精度数据采集卡直接提供了4个通道的网络数据接口和b码校时接口。4个通道的网络数据经过以太网phy通道转换成逻辑数据01序列，输入到fpga芯片的相应端口，供fpga芯片接收处理。以太网phy通道是双向的，既可以接收外部网络信号，也可以发送网络数据信号。

当网络数据接口处于旁路模式时，连接到交换机或路由器的镜像端口，此时只接收网络数据；当网络数据接口处于通信模式时，连接到交换机的正常通信端口，此时为双向，既接收交换机转发过来的数据信号，也主动发送数据信号给交换机。

高精度数据采集卡通过b码校时接口接收外部的irig-b码校时信号，可以支持直流dc模式和交流ac模式，由相应的译码电路译码，转换后送到fpga芯片的相应端口。fpga芯片通过解析b码协议，得到年月日时分秒值。秒以下的毫秒、微秒等是通过对恒温晶振模块发出的振荡信号方波计数得到的，若晶体振荡器频率为10mhz，那么每振荡10次时间为1微秒。由于石英晶体固有特性，频率或多或少存在偏差，fpga芯片利用外部b码信号对计数值进行校正，从而保证了高精度数据采集卡的整个时间具有很高的准确性。恒温晶振模块封装的温度控制电路减少了因为外界温度变化对石英晶体频率的漂移。

fpga芯片采集到一个完整的网络数据包后，存储到抓包fifo（即fifo存储器）中。再通过pci-e接口传输到工控机的内存（即内存条）中。

网络探针将需要发送的测试数据包通过pci-e接口先存储到发送缓存模块（即发送缓冲存储器）中，在指定时刻，由fpga芯片将其发送出去。由于测试数据包以帧结构方式存储，帧长64字节至1514字节，而网络信号在物理层是按比特，高低电平传输，因此由fpga芯片控制发送，保证了数据完整准确发送到交换机。

（2）cpu采用了intel酷睿i7四核处理器。由于网络基础性能指标测试的特殊性，必须在较短时间内完成尽可能多的测试项目，对cpu提出了很高的要求。

首先要快，主频一定要高，因此选择了i7系列高主频cpu。

其次必须多核，因为四个通道同时工作，需要多进程、多线程的并行计算，这就要求cpu必须与之配套。因此选择了四核八线程芯片，每个通道单独生成一个进程，占用一个核心，互不影响。

第三要稳定，cpu必须能够高负荷连续工作。网络探针无人值守，cpu必须能够应付短期峰值运算，而且必需稳定。选择了intel公司的cpu。

对于cpu的低功耗问题，由于探针只在一段时间高负荷工作，其他时间比较空闲，因此节能、低功耗不应该作为考虑的要素，还是应当性能为主。

（3）内存条。内存条重点考虑的是容量，由于4个通道同时工作，内存容量不能太小。测试数据包需要提前生成，也需要足够的内容。但是，基础性能指标测试只在短时间内进行，内存条也没有必要太大。内存条容量可选值包括：8gb、16gb、32gb、64gb。

经过论证和测试，16gb和32gb比较合适。再经过现场部署测试，实际运行，反复观察内存占用情况，没有超过16gb的。为了降低成本，最终选择16gb。

（4）大容量硬盘。硬盘用于存储抓包数据。在基础性能指标测试中，网络探针可以作为测试的配合方，在测试数据包的转发途中抓取数据包，解析得到从发送端到捕获端的性能参数。捕获的数据包都保存在网络探针的硬盘中，以供管理控制中心随时调阅检索。由于基础性能指标变化趋势缓慢，需要长时间监测，需要保存大量的历史数据。在考虑硬盘容量时，结合无人值守特点，在成本范围内尽量选择更大容量。经过实际测试，2tb容量比较适中。

（5）工控机主板和主机电源模块。工控机主板和主机电源模块是网络探针的辅助部分，直接采用原工控机的主板和主机电源模块，保证了可靠性和稳定性。

每台网络探针的高精度数据采集卡包含4个通道，可以任意配置为旁路模式和通信模式。

旁路模式连接到交换机或路由器的镜像端口，抓取旁路输出的数据包。

通信模式连接到交换机的通信端口，响应交换机的命令，发送合法的数据包，接收交换机转发的数据包。当一个网络数据接口处于通信模式下时，它拥有自己的ip地址和mac地址，需要设置网关ip和子网掩码，类似一台计算机。通常用于发送模式数据，执行网络性能测试功能。

在实际应用中，建议通道1、通道2配置为通信模式，连接到两台不同的交换机上，这样就拥有了两个ip地址，可以同时进行两个独立的性能测试任务。

通道3、通道4配置为旁路模式，连接到两台不同的交换机或者路由器的镜像端口，这样可以同时捕获流经这两台设备的所有数据包，通过协议解析，可以计算得到网络性能指标。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，具有多个网络数据接口，可灵活配置为通信模式和旁路模式，可利用多个网络数据接口同时对网络的基础性能指标进行测试，有效提高了测试效率。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。