TSN网络之工业以太网协议测试

前言TSN是一项从视频音频数据领域延伸至工业领域、汽车领域的技术。TSN最初来源于音视频领域的应用需求当时该技术被称为AVB由于针对音视频网络需要较高的带宽和最大限度的实时借助AVB能较好的传输高质量音视频。2012年AVB任务组在其章程中扩大了时间确定性以太网的应用需求和适用范围并同时将任务组名称改为现在的TSN任务组。TSN是以以太网为基础的新一代网络标准具有时间同步、延时保证等确保实时性的功能。相对于其他确定性网络技术如工作在1.5层的灵活以太网(FlexE)和工作在3层的确定网(DetNet)TSN主要是解决2层网络确定性保障问题通过一系列协议标准实现零拥塞丢包的传输提供有上界保证的低时延和抖动为时延敏感流量提供确定性传输保证。图1 TSN协议层次TSN是符合IEEE802.1Q标准的VLAN在标准的以太帧中插入4个字节长度的VLAN tag。TSN通过VLAN tag中的PCPPriority Code Point和VIDVLAN ID定义流的不同优先级协议层次。Tag Protocol Identifier16bit长度标签协议识别标识TSN网络数值为0X8100.Priority Code Point3bit长度优先级代码标识流量优先级3位PCP定义了8个优先级。Drop Eligible Indicator1bit长度丢弃标识位对于低QoS要求的数据可置位网络拥塞时可丢弃以确保高优先级数据的QoS。VLAN IdentifierVID12bit长度VLAN网络的识别号。VID0用于识别帧优先级VIDFFF作为预留其余值用于标识VLAN。图1 TSN帧结构为了实现局域网的确定性传输时间敏感网络(TSN)实现了精确的网络时间同步机制流程整形、分类和不同优先级流量的流量调度机制以及端到端、网络中的交换机进行配置以便为时间敏感型数据提供预留带宽等服务进行系统化的网络配置机制。图3 TSN关键技术与标准的以太网相比TSN最大的特点是能够保证数据交换的确定性在提前确定时间敏感数据流称为scheduled traffic传输的周期每个周期传输的数据大小后只要数据发送方按照约定将数据发出TSN就能够保证在确定的时间将数据交换到接受方。图4 TSN网络特点XET TSN网络解决方案BT测试模块XETBT 220 测试仪可对被测设备DUT进行流量测试以及2、3层的协议测试。该测试仪高度为2 U拥有两个 卡槽支持XETV 系列接口卡。该测试仪通过机箱内置的TeleManager 与XET测试软件配合实现测试功能。表 1 列出 BT 220 平台与XET测试软件的版本对应关系。图5 XET BT 220 前面板示意图指示灯颜色说明如下机箱正常运行时所有的指示灯均为黄绿色当机箱温度异常时TEMP指示灯变为红色其他异常发生时指示灯熄灭。图 6 XET BT 220 后面板示意图初次使用XET-BT 220测试仪初次使用XETBT 220测试仪请执行以下操作完成设备硬件配置、上线以及网络连接以便对被测设备/被测网络进行测试。将测试仪放入机房正确上架连接接地线。为测试仪安装板卡。安装板卡时请佩戴防静电手套避免板卡损坏。为测试仪连接相关线缆主要为电源线、网线。打开测试仪电源按下前面板开关按钮启动测试仪。为测试仪配置 IP地址以实现测试仪与管理PC的网络可达。具体操作说明见下文。配置机箱IP地址测试仪出厂时配有默认IP地址192.168.0.180/24。初次使用测试仪时需要配置测试仪的IP地址实现测试仪与管理 PC 网络可达。XETBT 220 前面板配置有LCD显示屏以及网络配置按键用户可对测试仪的IP地址、网关等进行快速配置。测试仪的网络配置步骤如下按 Set按键进入编辑状态。通过右按键定位需要更改的数字然后通过上下按键选择所需的数字。再次按 Set按键进入下一个配置项的编辑状态。同上一步方法进行配置。当 IP地址、掩码以及网关都配置完成再次按Set按键退出编辑状态并提交配置。编辑过程中如需放弃配置按返回按键。除以上方法BT 220机箱还支持通过命令行配置 IP 地址以及通过 Web ConsoleV3.1.2配置 IP 地址具体配置方法请参考XET相关使用手册。测试前操作完成以上配置后用户可针对测试需求做测试前准备。具体相关操作包括1. 确认管理 PC和测试仪之间网络已经连通。2. 在管理 PC上安装Renix测试软件。用户可通过以下方法获取测试软件的安装文件a)从随机光盘中获取需要的测试软件(暂时没找到)然后根据需要选择安装b) 通过 HTML页面下载Renix安装文件。具体操作说明见下文。3. 将 DUT与测试仪进行连接在DUT上配置所需功能。4. 在测试仪上配置测试案例进行测试。具体配置方法请参考软件使用手册。通过HTML页面下载测试软件的安装文件请按照以下步骤进行操作 (1) 为机箱配置 IP 地址后在管理 PC上打开浏览器在浏览器地址栏中输入机箱的IP地址并回车(2) 在打开的 HTML 页面中从Download区域选择需要的测试软件并点击下载。如图7所示图7 Welcome to Xinertel TesterRenix3.3.4 测试软件基本操作简介与安装指南XET Renix 应用程序是测试网络设备的软件如交换机路由器调制解调器防火墙等。与适 当的XET 机箱和板卡配合对网络设备进行流量测试2到7层协议仿真测试以及性能测试。XET Renix 应用程序可安装在Microsoft Windows 7以及Microsoft Windows 10操作系统上。安装 步骤如下1. 将管理 PC的IP设置为与机箱相同网段的地址保证网络可达机箱IP默认为192.168.0.180。2. 在管理 PC 浏览器中访问机箱IP弹出程序介绍及下载界面见图 7。3. 选择需要的程序点击安装。XET 提供 64位系统安装程序和 32位系统安装程序请根据管理PC情况选择合适的安装程序4. 根据安装向导提示安装软件。使用XET Renix 应用程序执行测试功能前请先确认以下操作已完成机箱已正确配置 IP地址机箱与管理PC网络可达。机箱上已安装板卡。板卡端口与 DUT已正确连接且DUT 上已完成测试所需配置。该使用指导介绍的XETRenix应用程序主要功能包括 资源配置、流量测试、报文捕获 、基准测试。备注本指导只做简要配置说明详细配置信息请参考XET Renix 应用程序的帮助。在XET Renix 应用程序软件开启状态下随时按F1键即可获得帮助资源配置信而泰Renix应用程序资源配置步骤如下添加并连接机箱。1XETRenix应用程序在管理PC上成功安装后双击桌面的Renix快捷启动图标或者从开始菜单点击XinertelRenix3.3.4启动程序。程序启动成功显示开始界面见图8。图8 Renix 3.3.4 启动界面2在开始界面功能区点击预约端口预约端口按钮系统弹出预约端口对话框。3点击左上角的新增机箱按钮系统弹出添加机箱对话框。在机箱名或IP地址文本框中输入机箱的 IP地址见图 8。4点击确定按钮机箱添加成功且已连接。列表中显示机箱上已安装的板卡以及板卡端口信息。如连接不成功请检查机箱与管理 PC的网络连接是否正常。5预约端口。被预约的端口是用户准备用来进行测试的端口。从机箱列表中选中需要预约的端口 对应的复选框然后点击对话框的确定按钮。被预约端口显示在端口列表中如图9所示。图9 预约端口流量测试执行流量测试需要做以下配置将执行流量测试的端口进行连接例如将测试仪的端口与DUT的被测端口相连。在Renix上配置流模板Stream Template。启动流模板发送流查看相关统计信息。以下对流模板配置以及启动流模板做详细说明。配置流模板步骤如下点击配置导航区的流模板节点然后点击功能区的新建流按钮。系统弹出编辑流对话框。在端点标签页指定流量的源端口发送流量和目的端口接收流量。见图10。点击左侧常规标签在该标签页设置流中Frame的基本参数。点击左侧数据包/编辑标签在该标签页设置Frame的头部信息以及相关参数。在 Frame列表中右键点击然后从弹出菜单中选择Append Last / Insert Before从选择模板对话框中选中Frame Header然后点击确定。选中的Frame Header将添加到Frame中。见图11。在 Frame 列表中编辑域参数值。一些域的参数可以配置跳变用户可根据需要进行配置。见图 12。点击左侧预览标签在该标签页查看配置的流相关信息。点击确定完成流模板配置。配置负载配置文件负载配置文件定义端口的流发送模式及相关参数。从流模板列表中选中 一个流模板点击功能区的流发送模式按钮系统弹出流发送模式对话框。在该对话框指定负载配置文件参数。见图13。图10 指定流量的源端口发送流量和目的端口接收流量图11 添加 Frame Header图12 Frame 头部设置及跳变配置图13 编辑 Load Profile发送流步骤如下点击配置导航区的流模板节点界面右侧显示流模板列表。从列表中选中需要启动的流模板然后点击功能区的发送所有流/发送流按钮见图14所示。在页面下方的结果视图区选择选择结果视图默认 Stream Port Average Latency Statistic / Port Stream Statistic / Stream Block Rx Statistic / Stream Block Statistic / Stream Block Tx Statistic /Stream Rx Statistic / Stream Statistic / Stream Tx Statistic查看流模板运行统计数据。见图15。图 14 流模板运行图 15 流模板运行统计信息报文捕获在端口发送流量状态下或端口下有协议会话运行时执行以下步骤进行报文捕获点击配置导航区的数据包捕获节点已预约的端口或者已创建的离线端口显示在页面右侧的列表中。在右侧列表中编辑相关参数值例如捕获模式等。默认情况下系统抓取端口接收的报文通过配置捕获模式可使系统捕获端口收发双方向的控制类报文。从列表中选中需要捕获报文的端口。点击启动所有捕获/启动捕获按钮。等待一段时间然后点击停止所有捕获/停止捕获按钮。下载捕获的报文并查看详细信息。从列表中选中需要下载报文的端口在功能区点击下载数据按钮系统开始下载捕获的报文。基准测试XETRenix应用程序支持RFC2544、RFC2889、RFC3918等基准测试套件以及非对称性能测试此例选择 RFC2544 测试套件在 Renix 界面功能导航区选择开始配置向导测试套件RFC2544向导并选择吞吐量测试测试项之后按照向导进行配置即可。见图 16、图 17。图16 选择基准测试 RFC2544图17 选择吞吐量测试项备注XET -XINERTEL、BT 220- BigTao220参考文件信而泰BigTao220开机指导-20200310信而泰Renix应用程序快速使用指导_20190917_ZH信而泰Renix应用程序用户指南