[发明专利]一种基于以太网交换芯片的以太网流量生成和分析的方法

说明书

技术领域

本发明涉及数据通信中的流量分析技术，尤其涉及一种基于以太网交换芯片的以太网流量生成和分析的方法。 

背景技术

随着以太网技术在通信领域的应用不断发展，小至家庭局域网（二层交换机），大到企业网和城域网（二三层交换机、路由器）， 甚至骨干网(传输设备、骨干路由器)都在广泛使用以太网接口，因此产生了以太网流量生成和分析设备（简称测试设备），针对具有以太网接口的通信设备（简称被测试设备），在研发和生产过程中进行测试分析。一般的测试场景为：测试设备与被测试设备之间通过网线连接了一个或多个物理端口，测试设备构造出特定内容的报文，以特定的速率通过某个物理端口发送到被测试设备，被测试设备接收到测试流量，经内部处理后，通过某个物理端口发送回到测试设备，测试设备对接收到的流量报文进行分析，得出相应的指标数据。而测试设备提供的功能概括分为流量生成和流量分析两个方面，其中流量生成包括：测试报文内容的构造，发送报文个数的控制，发送流量速率的控制；流量分析包括：发送和接收流量的计数，接收流量报文内容的捕获（即抓包），被测试设备转发时延的测量。 

现有的测试设备一般采用FPGA芯片来实现流量的生成和分析，其研发成本高，周期长，技术难度大，同时FPGA具有功耗大的特点，在实际设备中需要使用大功率风扇辅助散热，所产生的噪声也对测试环境造成了影响。 

目前，市面上成熟的商用以太网交换芯片一般用于二三层以太网交换机，主要面向企业和城域网用户。其芯片内部的处理流程一般为，当接收端口从物理线路上接收到完整的一帧以太网数据后，根据设定的二三层转发方式进行查表，得到出口信息，然后进入发送端口的发送队列后等待调度，在由流量整形功能（令牌桶）调整发送速率后，发送到物理线路上。在这个基本处理过程中，为了灵活地满足各种转发需求，一般会引入流分类功能，即设定内容匹配规则，对满足匹配条件的报文施加相应的处理动作。匹配规则可以选择通用的报文数据字段，也可以自定义偏移量和数据宽度。处理动作一般包括丢弃报文，重新指定出口，流量限速（令牌桶），修改报文内容等，其中流量限速动作又可以进一步衍生出带宽内动作和超过带宽动作。以太网交换芯片，结合通用处理器（CPU），构成了以太网交换机的基本硬件架构，该通用处理器一般通过特定总线接口（如 PCI/SPI/GMII等）访问以太网交换芯片，对芯片的硬件寄存器进行配置，以及将CPU生成的报文插入到芯片内部的发送队列中，或者从芯片内部提取报文到CPU。 

发明内容

本发明利用上述以太网交换芯片的通用功能，基于以太网交换机的通用硬件架构，提供一种以太网流量生成和分析的方法，以实现流量生成，流量分析两大功能，具体包括：发送流量的报文内容构造、发送报文数量的控制，发送流量速率的控制，发送和接收流量的计数、接收流量的捕获，转发时延测量的功能，以及协议报文的交互功能。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现： 

本发明提供的一种基于以太网交换芯片的以太网流量生成和分析的方法，该方法包括：固定内容流量生成模块、变化内容流量生成模块、发送报文个数控制模块、发送流量速率控制模块、报文捕获模块、流量计数模块、报文时延测量模块及协议交互模块，其中，固定内容流量生成模块实现固定内容流量的生成方法，变化内容流量生成模块实现变化内容流量的生成方法，发送报文个数控制模块实现发送流量报文个数的控制方法，发送流量速率控制模块实现流量发送速率的控制方法，报文捕获模块实现接收流量的捕获方法、流量计数模块实现收发流量的计数方法、报文时延测量模块实现转发时延的测量方法，协议交互模块实现各类协议的测试方法，固定内容流量生成模块和变化内容流量生成模块，统一为流量生成模块，所述模块可单独或组合使用。 

上述方案中，所述固定内容流量生成模块具体通过以太网交换芯片上的两个物理端口A和B，配合CPU实现。其中端口A为外部不可见端口且收发处于环回状态，定义为引擎端口，端口B外部可见，并连接到了被测试设备，定义为发送端口。首先由CPU构造出用户指定内容的以太网测试报文，插入到引擎端口A的发送队列，并发送到物理线路上，由于环回状态，该报文进入引擎端口A的接收入口，利用流分类功能，将其复制到引擎端口A和发送端口B的发送队列。进入发送端口B的发送队列的报文，随之发送到物理线路上，该报文作为测试设备生成的测试流量报文送往被测试设备。进入引擎端口A发送队列的报文，再次重复上述过程，从而发送端口B能够源源不断向被测试设备发送出内容固定的测试流量报文。进一步的，使用引擎端口上的多个发送队列或多个引擎端口，可以构造出多条不同内容的并发的测试流量。