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作者：Ganesh Balakrishnan
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网络处理论坛(NPF)提出的MPLS转发应用级基准规范实施协议(IA)是一项公开的业界规范，可以测量不同网络处理器系统的在MPLS数据层的性能。该规范概括了必要的需求、测试、测试参数及报告格式，并包含能移植脚本的详细实现工具，此外，还集成了几种可使测试结果偏差降至最低的重要实现方法。
网络处理器供应商正试图联合起来，以期获取最优的MPLS转发性能。幸而网络处理论坛新提出的“黑匣子”MPLS基准已经最好充分准备，可为设计人员提供处理器工作于真实环境下的性能数据。
承载商和业务提供商正在企业中大力推广多协议标记交换(MPLS)，因为该协议有助于提升网络传输流速率、管理传输流量并提供品质保证。正是MPLS的广泛应用使得网络设备生产商和网络处理产品供应商迫切希望在众多基于网络处理器的系统(这些系统都要求运行MPLS)中寻求一种既公正又精确刻画MPLS性能的方法。
网络处理论坛(NPF)提出的MPLS转发应用级基准规范实施协议(IA)可以满足这项需要。这是一项公开的业界规范，可以在测量不同网络处理器系统的MPLS数据平面性能时，利用“黑匣子”方法实现公正性。该规范专注于描述性能，而非协议一致性，因而可以概括必要的需求、测试、测试参数及报告格式，并包含能轻松移植脚本的详细实现工具。该规范还集成了几种可使测试结果偏差降至最低的重要实现方法。
黑匣子环绕在处理器子系统四周，这样就能只对网络处理元件上观测的输入/输出特性进行评估。该方法可以成为业界标准性能基准，并使供应商能根据自身需要进行设计选择。但黑匣子中的所有相关子系统信息(如硬件列表、总功耗和机械规格)都必须给出相关的测试结果。
该基准专注于测试基本功能的性能，而非协议一致性。基准中假定了基本的协议一致性，这意味着供应商不必为了进行NPF基准测试而实现协议规范的全部特性。该基准是根据一致协商流程开发的开放式标准，开发过程中邀请了所有的NPF成员公司提供必要的输入。全部论坛基准规范可参见www.npforum.org。
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MPLS基准IA本身就是专为网盒(network box)供应商提供的应用级基准，这些供应商将利用网盒提供的网络处理应用功能获取增值数据平面功能。由于这是硬件规范，因而不必限定系统采用的软件。然而，一旦加载了软件，那么就必须在整个测试流程中使用该软件，从而导致无法根据不同的测试需要更换适当的软件。
基准概述
MPLS领域包含了3种截然不同的转发点：入口、转口和出口(如需进一步了解MPLS，可参阅“MPLS raises bar for network speed and management”这篇文章)。
这些MPLS功能域都具有独特的按不同方式实现的处理任务。因此，为了完整地描述MPLS性能，MPLS基准测试必须独立涵盖每个领域。每个功能域都自带参数、测试和报告格式。该方法具有很强的包容性，可以充分削弱各成员公司的独立性，使其无法调整系统至MPLS规范限制的某个特定环节。
MPLS基准规范基于现有的RFC2544和NPF互联网协议版本4(IPv4)转发级基准实现规范提出的基准方法。测试经过调整，可致力于解决MPLS技术在测试网络处理器系统应用中的某些特定问题。
MPLS IA是性能测试基准，而非MPLS协议一致性验证工具。实施协议只测试了MPLS的一些基本特性，以确定MPLS在网络处理系统中的相对性能。MPLS基准规范并不能详尽地测试每项可能的特性或参数。当存在多种可选方案时，这不会对性能产生明显影响，因而可以选择一种应用最广泛的实现方法作为这组功能的性能指标。
例如，REC实现可采用网络前缀分类器(prefix classifier)、IP主机地址分类器或5-6元组分类器。之所以选择最大前缀匹配(LPM)或网络前缀分类器作为基准，因为该分类器是目前在MPLS领域应用最广泛的分类器。
MPLS基准规范的另一项重要特征是该基准只专注于数据平面功能。MPLS控制平面更新并不能极大地作用于系统，从而影响数据平面转发性能。因此，控制平面基准测试结果并不能有效地帮助供应商，所以控制平面性能测试也不包含在该基准中。相反，可以增加额外的测试，使MPLS路由器以其吞吐率测量标记交换路径(LSP)的最大数目。该测试对于供应商评估配置在传输流工程和流量管理网络解决方案中的MPLS路由器非常有效。
测试描述
采用MPLS基准实施规范测试网络处理子系统的第一步是创建能识别待测专用设备(DUT)的参考设计 (如图1所示)。测试设计可由一个或多个媒体接口和交换接口组成，而且可以包含多个网络处理器及任意多个以任意方式联接至网络处理器的协处理器。网络处理器供应商或客户可以通过比较不同的网络处理器选取速率和媒体类型。
参考设计必须详细描述DUT的各个重要组件，包括方框图、器件列表和其他因素，如机械规格、媒体和交换接口、端口、处理器和协处理器描述及内存。
MPLS测试设定使用了数据平面网络传输流生成器。传输流生成器必须能以不同的标号值和可变的标号栈发送并接收MPLS传输流。生成器还应能计算发送和接收的分组数据量并测量DUT上的端对端延迟时间。运行NPF MPLS基准还可以利用一套参考实现工具。为了满足特定的测试配置需求，该实现工具必须绑定用于产生Ipv4传输流的Tcl脚本。实现工具的其余部分则不是不可或缺，但可以作为那些希望实现基准的供应商的一个基本切入点。所有的MPLS和Ipv4转发表均保持在转发分组数据所需的状态，因此必须在进行测试前加载。
基准测试具有3种基本配置：入口、转口和出口配置，这3种配置分别对应于MPLS域的3种操作情形。核心测试包含转发数量、吞吐量、延迟时间和丢包率。MPLS基准规范中详细描述了这些测试及其方法并罗列在RFC2544和RFC1242之后。本文只详细描述了每项测试配置中测试、测试设定和测试参数的显著差异。入口和转口配置还增加了一项可选测试，以测量在该吞吐率下所支持的最大数目LSP。
转发速率测量了系统以全线路速率处理分组数据时的速率。特定数目的Ipv4分组数据以线路速率发送至DUT，并根据接收的帧数产生一个计数。
吞吐率测量了DUT在不丢包情形下转发分组数据的最大速率。该测量可通过在DUT的所有媒体接口上以一定速率发送特定数目的帧加以实现。
延迟时间表征了分组数据延迟在总吞吐率中所占的百分比。测量分组数据转发延迟时间需要引入传输流生成器，该生成器不仅能唯一标记并识别测试器发送和接收的分组数据，还可记录分组数据发送和接收的时间。接收和发送时间时标可用来计算分组数据的延迟时间。
基准规范需要报告90%和100%吞吐率下的延迟时间。之所以选择这些吞吐率是因为当系统达到极限条件时，转发速率接近吞吐率，而这时大多数DUT的延迟时间也将达到最大。
丢包率表征了当传输流速率超过吞吐率时丢失的分组数据。该测试测量了当吞吐率达到线速率时的丢包率。丢包率测试方式类似于吞吐量测试。
为了便于供应商报告在不影响吞吐量条件下所能进行管理的最大数据流数目，可以增加一项测试，测量吞吐率条件下所能支持的最大标记交换路径数目。在执行MPLS操作和转发分组数据期间，DUT必须采用至少200条LSP。
该测试可通过在DUT上以吞吐量测试所确定的速率发送数据帧加以实现。下一节点标记转发入口(Next Hop Label Forwarding Entry, NHLFE)中的LSP数目可在全部接口上以统一的固定增量持续增加，直到数据帧不再以吞吐率速度进行发送。该测试还需要在反复操作之间增加数据平面MPLS和IPv4表。因此，添加LSP的方法必须与发送传输流的过程同步，从而保证测试的正常进行。另一方面，该测试无需任何控制和数据平面交互。
配置参数
每项配置均包含一套测试参数及其结果，参数通常包括帧长、路由表、传输流模式和标记栈深度及其操作。每项配置还具有一些独特的设定参数。
这里引入了RFC2544帧长的部分内容。由于分组数据长度被定为最大的分组数据长度，因此当数据帧进入或离开DUT时，任何相应的链接级帧长都不会超过1518字节。在测试中，这有利于消除分割包对分组数据转发性能的影响。
对MPLS未来发展的前景预测表明，该技术可广泛应用于基于BGP并具3级标号栈深度的VPN。基准的最大标号栈深度可根据这些前景预测进行选择，因此必须建立全部IPv4路由表、MPLS转发表和传输流模式，从而在每项配置中尽可能支持3级标号栈深度。然而，并非所有的器件都能支持全部测试，因此供应商必须对不能进行的测试赋以零值。
每项配置的测试设定都非常相似。适当的MPLS和IPv4转发表必须在测试之前进行加载，而且必须加载传输流测试器以运行基准脚本并同相应的DUT端口连接以发送数据。此外，测试器还应当测试每项配置指定的传输流模式。根据不同的DUT，端口对和测试设定也有所不同。
入口配置
入口配置的重要参数如下所述。
帧长：入口配置将把一个或多个标号压入分组数据标号栈。基准规范采用了多种RFC 2544规定的IPv4分组数据长度，范围从40字节至1500字节。链路层帧长可利用基于媒体接口的IPv4分组数据长度计算得到，并能同时使用固定长度的数据流和混合长度的数据流。混合数据流长度根据对IP分组数据长度分布的分析得到。
路由表：入口配置采用的静态路由表是Mae West路由表的“快照”，该快照可为所有的标号栈操作执行传输流测试。整个Mae West快照路由表必须加载到DUT中的分类器入口表中。最大前缀匹配分类器可根据分组数据的目标IPv4地址对分组数据进行分类，而目标IPv4地址可从Mae West表快照中获得。可利用脚本为数据传输流选择Mae West表入口。该脚本同众多的LSP和路由表结合起来，可以防止对路由数据进行任何操作、硬编码或缓存，从而影响测试结果。
传输流模式：每项配置的传输流模式也不尽相同。在入口配置中，测试器必须在端口上产生传输流，而传输流的目标地址则从Mae West快照路由表随机提取。所有的传输流必须均匀地分布在各端口上，而全部数据帧必须只由IPv4数据报组成。
标号栈深度、标号栈操作和FEC类型：在入口配置中，输入分组数据的标号栈深度应为0。MPLS转发操作将压栈1、2和3级标号。此外，还必须使用IPv4 LPM分类器，该分类器是MPLS转发管道的重要组成部分，在测量性能时不能从系统中移除。
转口配置
转口配置参数如下：
帧长：转口测试可以采用与入口测试相同的帧长。由于该帧长也带有MPLS标号，因此必须减短IPv4数据报长度以适应1518字节的帧长需求。
传输流模式：在转口配置中，测试器应能在所有的媒体端口上产生传输流，传输流标号可随机从入域标号映射(ILM)分配的标号中获取。传输流应均匀地分布在所有的端口上，这时测试将开始于所有由标号传输流组成的数据帧，这些传输流都具有唯一的标号。传输流必须找到在单个标号上进行交换的NHLFE入口。在下一次交互中，传输流必须找到交换标号的NHLFE入口并将一个额外标号压入标号栈中。在最后一次交互中，则将两个额外标号压入标号栈。
标号栈深度、标号栈操作和FEC类型：在转口配置中，输入的分组数据标号栈深度应为1。交换和交换压栈MPLS转发操作将对输入的标号栈进行处理。
出口配置
为了进行出口测试，DUT应建立在Penultimate-Hop Pop (PHP)模式下，而大多数MPLS产品也都采用这种模式进行配置。此外，以这种模式配置DUT还有助于测量MPLS业务提供点(point-of-presence)操作的性能，而无需采用IPv4地址查询掩码以确定下一节点。如果不支持PHP，那么这些测试的性能将能报告在常规操作模式中。
帧长：这些测试帧长和路由表与其他测试保持相同。
传输流模式：测试器应能在入口端口产生传输流，传输流标号根据ILM中的标号随机获得。传输流应均匀分布在所有的端口上。首个传输流模式将发送具有唯一标号的帧，下一个模式则具有两个标号，依此类推。
标号栈深度、标号栈生成和FEC类型：在出口配置中，发送至DUT的分组数据根据标号栈操作的不同，可以具有1、2或3级标号栈深度。单个业务提供点操作必须在所有的栈标号上完成。
报告和验证
在每项测试中，测试的特定报告格式均能明确地以MPLS转发级基准IA开始。需要注意的是，那些无法完成全部测试的系统将被排除在基准之外。对于那些无法完成的测试，这些系统将对测试结果赋以零值。
除了上述指令，NPF还提供了完整的MPLS转发应用级基准测试结果报告模板。该模板包含详尽的参考设计示例，如图2所示的方框图。该模板还以图形方式展示了入口、转口和出口传输流测试的测试结果。图3给出了一个转发速率图形描述示例。
希望对其基准测试的性能结果进行验证的网络处理器生产商必须将其产品提交给独立的第三方审计和验证机构，如Tolly Group。一旦测试完成，NPF将颁发“NPF认证”标志给生产商，以表明其基准测试完全符合规定要求。
