浅析以太网交换机检测技术

郭斌 金维

（浙江省机电设计研究院有限公司，浙江 杭州 310002）

目前广泛应用于高速公路机电工程的标准是JTG F80/2-2004《公路工程质量检验评定标准》，该标准对机电系统中的监控、通信、收费三大系统以及低压供配电、照明和隧道的各项设施的检查项目、技术要求和检查方法都作出了明确的规定。随着以太网为基础的局域网系统在高速公路机电系统中的广泛应用，对以太网交换机的测试，提高以太网的可靠性，也成为评价局域网和接入网络的关键项目。因此，结合目前我国国家和通信行业广泛使用，基于以太网技术的局域网系统的验收评测规范。但是在城域网应用领域中仍需要解决网络环路的相关问题。不过由于发布时间较早和机电系统的快速发展，不同类型的以太网交换机的技术要求和测试方法等标准，以太网在局域网中取得了巨大的成功，目前交通行业其他标准也未对应用于高速公路机电系统。根据不同的以太网应用领域，包括生成树协议(STP)、以太网环路保护切换协议(ERPS)、环回检测和成环点定位技术[1-3]。其中，成环点定位技术新颖实用，非常适合各种以太网局域网和城域网，其中并未涉及以太网交换机网络的相关内容，对于以太网的运行和维护都有很大的意义。目前，全球的标准组织的以太网交换机的产品和以太网工程进行规范，均正在积极对以太网环路检测技术进行标准化，随着标准的不断成熟，以太网的环路检测技术将逐步降低以太网的环路风险，便于网络的管理。

1 高速公路中以太网交换技术

1.1 现状

在局域网中，以太网的这种转发方式非常简单实用，很容易将广播帧或未知单播帧转发给目的主机。局域网的性能也是通过对网络吞吐量、传输时延、丢包率等性能指标的测量来判断的。目前高速公路机电系统使用的基本是百兆以太网，交换机节点通过泛洪的方式，用光纤进行远距离传输。但是当网络中有环路存在时，广播帧会在环路中的各个交换机节点上依次进行泛洪和转发，最主要的用途是进行路侧监控数据、隧道内设施的数据传输，最终回到源交换机节点并不会丢弃，而是继续按照广播帧的转发方式进行泛洪，因此广播帧会永无休止地在环路的各个交换机节点上。

1.2 测试方法

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对以太网交换机的检测一般分为二层和三层的性能测试，也会因为注入测试流量给网络增加负担，行光口性能和交换机性能的测试。网络性能测试的方法主要分为主动测量和被动测量两种。主动测量是通过测试工具有目的地的在测试点上主动产生测量流量注入网络并接收，以隧道内交换机的检测为例，目前对于背靠背帧数还没有确切的要求。被动测量是一种通过对交换机进行监测，所以主要考察前三项是否符合要求。被动测量需要通过一个很复杂的过程才能得到不太准确的网络性能指标，但这种方法因其低效性并不被广泛应用于网络性能判断中。虽然主动测量会改变网络本身的运行情况，进然后再根据测量出来的数据流的传送情况来分析网络的性能。主要通过吞吐量、延时、丢包率和背靠背帧数等四个性能参数来判断以太网交换机的性能，但是其对流量的高度可控性以及对网络性能测量的高效性，虽然不会产生额外流量，让这种方法成为了最主要的网络性能测试方式，并被广泛使用，并不产生流量的测试方法。

2 高速公路中以太网交换机测试

2.1 以太网

以太网的突出优势是可以封装任何协议数据，根据以太网的原理，当以太网交换机节点收到一个广播帧或未知单播帧时，会向其他所有端口泛洪该帧。易于使用、兼容性强、成本低、灵活性好、标准化成熟，对于用户而言可以做到即插即用，网络的管理和维护都非常简单[5]。

2.2 以太网测试内容

根据国家标准《基于以太网技术的局域网系统验收测评规范》，YDT1141-2007《以太网交换机测试方法》、《路由器测试规范-低端路由器》等标准中的规定，以太网交换机测试总结如表1所示。

2.3 测试项目

性能指标则是用专用以太网测试仪器进行测试，同时这些性能指标的测试结果也可以评价局域网系统是否符合验收要求。从GBT 21671-2008《基于以太网技术的局域网系统验收测评规范》中可以知道，局域网的性能也是通过对网络吞吐量、传输时延、丢包率等性能指标的测量来判断的。以太网测试仪是适合于现场使用的结构坚固测试平台，协议测试和功能测试通过实际数据传输来验证，它具有完整的以太网测试特性，具有双光口和双电口，以太网业务接口模块，HST-3000支持多个数据流的测试，包括10/100/1000M以太网链路的流量发生与故障排查，能够测试高达1Gbit/s的电口与光口链路。由于验收检测中各种条件的限制，对于交换机的常规测试，能支持点到点或者路由网络的测试。

3 高速公路中以太网交换机测试合格判据。

3.1 数据包的传送能力

丢包率指由于资源不足引起的包丢失率，对于百兆以太网的吞吐量的要求一般为大于70%，根据已测量出的吞吐量进行发包并测量出不同帧长的数据包的丢包率，一般对于其的预期结果为0，实际测量中得到的丢包率一般都为0。在实际测量中，不同长度的数据帧传送的吞吐量一般都能达到99%以上。

3.2 延时

对于背靠背帧数还没有确切的判定要求，为了防止时钟不同步的误差，从实际测量结果中可以看出，随着数据帧长度的加大，背靠背帧数相应减小。延时是指数据包从发送端口到目的端口所需的时间，在实际测量中，要求在64bit帧长情况下测得的传输延时要小于0.1ms。

结论

随着我国高速公路的加速发展，根据机电系统各项性能指标的合格判据来判定交换机是否符合具体功能要求，可以对应用于高速公路机电系统中的以太网交换机进行检测，以太网交换机被广泛使用在高速公路机电系统中。由于目前还没有出台专门用于交通行业交换机检测的标准，通过上述的抽样方法和测试方法，以及局域网是否能正常地为数据传输系统服务。

[1]GBT 21671-2008，基于以太网技术的局域网系统验收测评规范[S].

[2]JTG F80/2-2004，公路工程质量检验评定标准（第二册机电工程）[S].

[3]YDT 1381-2005，IP网络技术要求网络性能测试方法[S].

[4]YDT 1098-2001，路由器测试规范-低端路由器[S].

[5]YDT 1141-2001，千兆比以太网交换机测试方法[S].