Тестирование сетей и роутеров

Интернет-технологии нас окружают везде. Мы ими пользуемся постоянно: дома, на работе, когда едем в автобусе или метро. Современный мир очень сложно сейчас  представить себе без беспроводных технологий, таких как Wi-Fi. В этой статье описываются приборы для тестирования сетей на этапах развертывания и во время эксплуатации. Какие тесты применяются и их методика проведения. Также рассматривается тестирование роутеров (маршрутизаторов) и коммутаторов  во время их разработки и для проверки их функционирования.

Зачем нужно проводить тестирование

Тестирование сетей и роутеров проводится в следующих случаях:

  • Для проверки выполнения провайдером условий договора об оказании услуг связи.
  • После того как сеть развернута, перед вводом ее в эксплуатацию. Например, построено новое здание, разработан новый автобус, в котором раздается Wi-Fi, а также установлены IP-видеокамеры. Тут можно выделить долгосрочные измерения и краткосрочные. Если была разработана новая сеть, то она должна пройти долгосрочные испытания. Если аналогичные сети уже разворачивались ранее, то проводят краткосрочные испытания.
  • Для проверки характеристик маршрутизаторов и коммутаторов. Эти проверки следует проводить при их разработке, а так же при тестировании готовой продукции.
  • При создании оборудования связи. Например, для проверки нового Wi-Fi приемника.

Качество связи, которое предоставляет провайдер, можно померить самостоятельно, но желательно, чтобы этим занималась независимая организация. Можно осуществлять контроль над качеством предоставляемого канала постоянно. Для этого используются «зонды». Их устанавливает организация, осуществляющая мониторинг, на узлах сети. Система управления настраивает зонды и периодически проводит тестирование. В случае обнаружения неисправностей, формируется отчет и уведомляется провайдер, чтобы он ее устранил.

При изготовлении роутеров. Если у роутера порт, поддерживающий скорость передачи 1 Гбит в секунду, то он должен передавать эти данные без потерь. Это следует контролировать с помощью тестов. Но, допустим, если у роутера несколько таких портов, и если через два порта без потерь идет передача со скоростью 1 Гбит в секунду, то, при запуске аналогичного теста одновременно на других портах, не факт, что роутер успеет обработать всю информацию. По крайней мере, недорогие роутеры не могут поддерживать максимальную скорость обмена информацией на всех портах одновременно.

Некоторые роутеры могут собирать статистику при работе на сети, например, о количестве переданных байт данных. Но, для того, чтобы использовать роутер в качестве измерительного устройства, роутер должен пройти соответствующую поверку.

Проверка с помощью утилит

Можно проверять пропускную способность канала с помощью стандартных утилит. Этот метод хорошо подойдет, если Вам надо примерно оценить качество связи между двумя компьютерами.

Для этого подойдет кросс-платформенная утилита iperf. На одном компьютере запускается сервер с помощью команды «iperf –s», после этого, на другом компьютере запускается клиент «iperf –c server_ip». Утилита проводит тестирование и выводит результаты: время в секундах с момента начала тестирования, количество переданных байт, скорость передачи.

Сейчас актуальна 3-я версия. Если Вы пользователь Windows, то скачиваем утилиту и запускаем из командной строки. На одном компьютере сервер «iperf3.exe –s». На втором клиент. Вот так выглядит лог вывода, если не задавать дополнительных опций:

С помощью ключей можно настроить протокол передачи (TCP/UDP, а в 3-ей версии и SCTP). Можно провести тестирование не только передачи данных от клиента к серверу, но и в обоих направлениях. Есть возможность выбора портов, на которых будет запускаться сервер.

Недостаток такого тестирования – это в первую очередь то, что тестирование проводится на 4 уровне модели OSI, то есть фиксируются только данные, переданные по TCP/UDP, без учета ip заголовков и управляющих пакетов. Оператор связи, в свою очередь, обычно гарантирует пропускную способность канала связи,  включая IP заголовки.

Так как выполняется такое тестирование с использованием компьютера, то в любой момент может запуститься какое-нибудь приложение или служба и повлиять на результаты тестирования.

Проверка с помощью интернет ресурсов

Иногда хочется проверить – действительно ли провайдер предоставляет обещанные мегабиты. Он же может написать в документе одно, а на самом деле скорость будет гораздо меньше. Может, днем и все нормально, а вот вечером все начнут качать фильмы с торрентов, смотреть онлайн сериалы и играть в онлайн игры. Вот в такой важный момент и начинает тормозить интернет.

Проверить его скорость можно с помощью «Speedtest» от Ookla. Есть другие, но это самый популярный. Вначале проводится ping-тестирование для определения скорости отклика сервера. После этого измеряется, с какой скоростью Ваш компьютер может передавать файлы в интернет и загружать файлы из интернета.

При проведении нескольких тестов результаты тестирования будут изменяться. Это зависит от загруженности сервера, с которым производится обмен файлов. Не известны маршруты пакетов до серверов.

Конечно же, такой Speedtest не будет точным. Но по его результатам можно позвонить провайдеру и поинтересоваться о причинах плохого интернета, и когда их поправят.

Приборы для тестирования Ethernet сетей

После того как сеть была развернута, необходимо проверить, правильно ли все было сделано, правильно ли были настроены маршрутизаторы, нет ли где плохого контакта  или обрыва. Могут не работать какие-то видеокамеры в автобусе. Вот тут для проверки и необходимы приборы. Зачастую случается так, что все не работает и непонятно почему. С помощью приборов можно быстро выявить причину и место неисправности.

На аэродромах, в портах, важных административных зданиях системы связи должны работать без сбоев. Обеспечение этого должно контролироваться с помощью приборов, внесенных в государственный реестр средств измерений.

Можно выделить следующие группы устройств, используемых для проведения измерений:

  • Самостоятельный прибор, обычно с двумя измерительными портами. Удобно передавать пакеты тестовых данных с одного измерительного порта, и анализировать их на другом. В этом случае анализируются односторонние измерения. Так же можно включить режим «Шлейф» на одном из портов. Пакет, пришедший на порт, будет пересылаться обратно отправителю. Таким образом, можно проводить двусторонние измерения.
  • «Шлейф». Это устройство «заворота» трафика, самостоятельно его нельзя использовать для проведения измерений. У него один измерительный порт. Все пакеты, пришедшие на него, он пересылает обратно отправителю. Его используют в случае проведения измерений на больших расстояниях. На одном участке сети ставится шлейф, на другом участке подключается прибор. С прибора отправляются тестовые данные на шлейф, тот их разворачивает обратно. Так проводятся двухсторонние измерения.
  • «Зонд». Это самостоятельный прибор, у которого один или два измерительных порта. Контролируется работа зондами с помощью системы управления, которая задает зондам необходимые настройки и запускает тестирование. Обычно зонды изготавливаются с учетом возможной их установки в стойку.

Тестовый трафик формируется и обрабатывается на ПЛИС (программируемой логической интегральной схеме). Прибор не передает во время тестирования никакого лишнего трафика с измерительного порта, который мог бы повлиять на результаты проведения теста. Отправляемые пакеты снабжаются временными метками в области данных. Благодаря этому можно, при получении тестового пакета, определить задержку пакета, пакетный джиттер с точностью до 8 наносекунд.

По результатам проведенных измерений, формируют отчеты.

Примеры оборудования для тестирования сетей:

Двухпортовый прибор МАКС-ЕМК, работает от аккумулятора. Отличительная особенность – это то, что он достаточно компактен. Может долго работать от аккумулятора без подзарядки. Поддерживает большое количество тестов. С помощью удаленного управления можно подключиться к прибору и сохранить результаты проведенных тестов в формате pdf.

Шлейф МАКС-ЕМВК так же работает от аккумулятора. У него нет экрана, но есть возможность подключиться к нему через порт управления с помощью специальной программы и произвести тонкую настройку. Можно использовать его в качестве прибора, запуская некоторые простейшие тесты. Но основная задача – это заворот трафика. Настраиваем с помощью кнопок на корпусе основные параметры шлейфа. Светодиоды отображают его состояние.

Двухпортовый прибор HST-3000C, работает от аккумулятора. Поддерживает много тестов.

Двухпортовый прибор MTS-5800, есть аккумулятор, работает от сети 220 В. Это настольный прибор, к которому можно подключить компьютерную мышь. Так же можно подключить флешку и на нее скинуть отчеты о проведенных тестах.

Однопортовый зонд МАКС-ЕМК С1, возможна установка в стойку, работает от сети 220 В.

Топология

Измерения могут быть:

  • Двусторонние
  • Односторонние

Двухсторонние измерения – это когда генерируемые пакеты отправляются на «Шлейф». Шлейф получает пакеты и пересылает их назад отправителю. Таким образом, канал тестируется в обе стороны сразу. В качестве устройства заворота трафика может служить как второй порт двухпортового прибора, так и удаленно расположенное устройство заворота трафика.

Для односторонних измерений используется двухпортовый прибор. Трафик генерируется с одного порта прибора, а на втором порте анализируется. Есть варианты асимметричного теста трафика, который проводится с одного прибора на другой и вычисляет потери кадров в одном направлении.

Очень сложно проводить односторонние измерения временных характеристик при тестировании с удаленным прибором. Это такие параметры как задержка пакетов, джиттер. Для проведения таких тестов необходимо очень точно синхронизировать внутренние часы приборов. Этот функционал используется в зондах. Один из примеров такой синхронизации – это использование сигнала 1PPS, рассчитанного по информации со спутников ГНСС.

Тест трафика

Перед тем как проверять сеть длительными тестами, можно буквально на несколько секунд запустить тест трафика. Даже выставив небольшую нагрузку. Это покажет, что да – канал связи есть, все работает. И после этого можно начинать проводить более детальные измерения, запуская RFC-2544 или Y-1564. Но вполне вероятно, что Вам будет достаточно и одного теста трафика. Допустим, сразу выяснится, что идут потери даже на небольших нагрузках. Или Вы выставили сто процентную нагрузку и появились потери. От чего это может быть?

Одна из причин – это то, что не правильно сконфигурированы сетевые интерфейсы прибора. Или роутер, который собираетесь протестировать, просто не так настроен. Приходит пакет на роутер, а он его отбрасывает по каким то причинам. Или не знает, на какой порт его отправить, и рассылает по всем портам. Может случиться так, что трафик будет отправлен не полностью на нужный порт, а распределен между активными портами.

В любом случае, чтобы быстро проверить работоспособность, этот тест незаменим.

В ходе данного теста нагружается канал пакетами определенного размера. По истечении времени тестирования проверяется количество потерянных кадров. Конечно, если проводится тестирование роутера на максимальной нагрузке, между двумя портами, то кадры не должны теряться – это в идеале.

Наиболее сложными считаются тесты с размером кадров 64 байта. Такая настройка позволяет загрузить тестируемое устройство максимальным количеством кадров в секунду. Помимо проверки на обычные Ethernet кадры, следует провести проверку и на джамбо фреймы. Например, нагрузить канал пакетами размером 9600 байт.

Допустим, у роутера заявленная скорость 1 Гбит в секунду. Выбираем два порта, поддерживающие эту скорость передачи, на одном из портов устанавливаем «Шлейф»,  на другом прибор, который генерирует трафик с загрузкой канала на 100 процентов.

Если потерь нет, то роутер считается исправным.

Можно попытаться провести тестирование одновременно на нескольких портах. Не дорогие роутеры, вполне вероятно, не смогут выдержать такую нагрузку, и будут потери.

Тест RFC-2544

Это достаточно длительный тест, но если надо проверить основные параметры  локальной сети, то он незаменим. Да и при проверке работоспособности маршрутизаторов – это один из лучших тестов.

Проверяет все основные характеристики сети:

  • Потери кадров
  • Задержка пакетов
  • Пропускная способность
  • Предельная нагрузка

У него не рассчитывается разве что пакетный джиттер, который есть в Y-1564.

Тест Y-1564

Гораздо быстрее проводится, чем RFC-2544. Это обусловлено тем, что все измерения проводятся одновременно:

  • Скорость передачи данных
  • Потери кадров
  • Задержка (FTD)
  • Джиттер (FDV)

Дополнительно проводится измерение производительности, один из параметров которого – доступность канала.

При проведении Y-1564 задаются следующие настройки:

  • CIR – гарантированная пропускная способность
  • EIR – превышение CIR, при котором иногда возможны потери кадров
  • Policy – недопустимое превышение EIR. Такое превышение, при котором должна фиксироваться ошибка

Возможно проведение измерений сразу в несколько потоков.

Тест Y-1564 хорошо подойдет для проверки характеристик канала связи, предоставленного провайдером.

Также его можно использовать на существующей сети, для проверки: выдержит ли она дополнительный трафик. Например, требуется проводить видеоконференции и необходимо принять решение, возможно ли это на существующей сети. Можно прикинуть, как все будет работать, если нагрузить сеть дополнительным трафиком, поэкспериментировать с приоритетами пакетов. И в итоге принять решение, что да – существующая сеть позволяет проводить видеоконференции с таким-то качеством.