IEEE1588协议测试方法

1、IEEE1588 协议测试方法1引言目前，运营商在大规模部署下一代网络，分组交换网将替代TDM成为主流承载网络。随着网络和业务全IP 化的发展， 在分组交换网络上传送TDM业务， IPTV 业务， 3G/4G 等实时要求较高的应用时，需要分组交换网络提供更高质量的同步与定时机制。传统以太网没有内置时钟的分布能力，同步以太网对现有以太网做了一种扩展，类似TDM网络在物理层发布时钟，实现了设备间时钟频率同步。但是还有一些应用需要时间上的同步，IEEE1588-2008 PTP（ Precision Timing Protocol）应运而生，成为公用的提供时间同步和频率同步的协议。回顾同步技术的发展

2、，我们曾在以太网上用过NTP技术， GPS技术或用T1/E1 和以太网组成混合网络来增加以太网的时钟同步能力，但由于NTP自身技术的限制，其精度只能在150ms 之间； GPS广泛应用在CDMA基站和许多其它应用，提供时间和频率的同步，但GPS接收机需要在空中架设天线，在办公室或运营商机房里实施是比较困难的；在T1/E1 和以太网混合网络，用T1/E1 传递时钟，用以太网扩大带宽，但从网络建设成本来讲用这种方法是不经济的。 IEEE1588v2 是一种精确时间同步协议，可以认为是对NTP协议的一种进化版本，IEEE1588v1 精度可以达到亚ms 级， IEEEv2 精度可以达到亚us 级的精

3、度。 IEEE1588v2 对IEEE1588v1 进行了改进和提高，提高了同步精度，加入了故障容限，满足冗余和安全的保障功能，并引入边界时钟和透传时钟两种新类型设备。通过主从设备间传递PTP消息包，从时钟计算时间和频率偏移，实现与主时钟的频率和时间的同步。在研发和部署PTP设备时，在主要功能、性能和压力测试方面，我们面临诸多挑战。目前，对PTP的协议测试主要有以下方面：（ 1）校正系数测试：测试PTP设备是否能精确计算校正系数（Correction Factor）。（ 2）PTP设备规模测试：测试主时钟在不同的各种消息速率下，能够支持的最大从时钟数。3） BMC测试：主要指最佳主时钟（ BM

4、C）选择测试和错误倒换测试。4）对 PTP包优先级的测试： 测试 PTP设备如何对 PTP的包做到有保证的转发， 结合L2 和 L3 QoS 的测试。5）多时间域测试：测试多时间域的规模和多时间域下是否有相互交互。6）加载控制面： 在测试 PTP协议时， 通过仿真 STP和路由协议等， 可以加载控制平面，并同时仿真网络的不稳定情况。7）异常测试和加载额外压力的测试。（ 8）协议定时器的测试：例如在发送了Sync 消息以后可以控制发送Follow UP的间隔时间。（ 9）稳定性测试：通过发送异常包来测试PTP设备的稳定性。2主要测试项目2.1校正系数错误测试（Correction Factor

5、Error）透传时钟 （ TransparentClock ）最重要的一个功能就是能够正确测量PTP包经过它时的延迟（ns 级），这个延迟我们又叫做“ 驻留时间 ” 。透传时钟在发向下游的PTP消息里携带延迟信息，称为校正系数（CorrectionFactor ），如果 CF 不准确，下游的从时钟就无法与上游的主时钟精确同步。用 IXIA 测试仪表可以测量每个PTP包经过透传时钟的实际延迟，并比较 PTP消息里所报告的 CF值，可以更有效地测试透传时钟所计算的CF 值是否准确。CF Error计算公式为：CF Error=Correction Factor-Actual Latency。CF

6、Error 如果是正的，则表示透传时钟过高估算了驻留时间。反之，则表示透传时钟过低估算了驻留时间。如果 CFError 过大和变化过大，将引起下游的从时钟同步丢失。通常CF值在几十 ns 是可以接受的。在 ISPCS2009 研讨会上 IXIA 展示了 CF 的测试结果，被公认为是透传时钟测试的业界标准。（ 1） IXIA 测试的配置模式校准模式： 用校准线缆直接背靠背连接IXIA 测试仪表的两个端口， 执行校准过程 （见图 1）。图 1 校准测试拓扑图测试模式：用测试仪表的两个端口连接被测设备的两个端口，执行测试过程。校准线缆长度是测试线缆的2 倍（见图2）。图 2 Correction F

7、actor Error测试拓扑图为了测试的准确性，在测试前需先校准，减少由于测试仪表内部的时间开销或光缆电缆传送的延迟引起的不准确性，主要包括：测试仪表内部的时间开销和通过光缆或电缆传送的延迟（如五类电缆线的传送延迟是48ns/m，光缆传送延迟是29ns/m）。图 3 所示的是校/准帮助修正测试仪表内部时间开销和线缆传送延迟示意图。图 3 校准帮助修正测试仪表内部时间开销和线缆传送延迟2） CF Error 测试步骤校准时间戳在两个测试端口分别设置主时钟仿真和从时钟仿真，Tx 和 Rx校准因子（ CalibrationFactor ）的缺省值为 0，测试拓扑。测试执行一段时间后，测试系统会显示

8、平均Sync Latency 和平均 Delay RequestLatency 。在模拟主时钟的测试端口，我们可以根据公式（1）和公式（ 2）配置 Tx 和 Rx 校准因子（ Calibration Factor）：Tx Calibration Factor=Sync Latency/2（ 1）Rx Calibration Factor=Delay Request Latency/2（ 2）在模拟从时钟的测试端口，可以根据公式（3）和公式（ 4）配置 Tx 和 Rx 校准因子（ Calibration Factor）：Tx Calibration Factor=Delay Request La

9、tency/2（ 3）Rx Calibration Factor=Sync Latency/2（ 4）重新启动测试， 再从时钟结果显示界面， 可以检查 Sync Latency 的值（接近 0，低于 100ns）， Delay Request Latency 的值（接近 0，低于 100ns）， Latency Asymmetry 的值（接近 0，低于 50ns）， Offset From Master (OFM) 的值（接近 0，低于 100ns）的参数：可以微调校准因子（Calibration Factor），使得以上参数接近0。在两个测试端口分别模拟主时钟和从时钟在主时钟测试接口发送Sy

10、nc message 的速率，在从时钟测试接口发送Delay Request可以调节。测试拓扑。测试结果，测试结果会非常直观地显示在界面上，测试系统会实时显示Sync CorrectionFactor和 Delay Request Correction Factor Error等。的速率Error图 4 CF Error测试结果变化以下条件，重复上述测试步骤加快 Sync 和 Delay Request消息的发送速率。增加在一个测试端口模拟从时钟的数量。用多对端口，并分布在不同的时间域中双向测试，由于端口的不对称，发现商用透传时钟在多端口存在测试结果的差异性，因此需要我们用多对端口测试，可以观

11、察在大的压力下透传时钟计算CF值的准确性。同时在多个时间域中执行测试。这将测试透传时钟是否会与上行多个主时钟（在多个时间域）同步。如果不能同步上，透传时钟的时间基准就会不准确，造成CF 值的计算错误。在测试过程中，在数据平面可以增加背景业务流，模拟真实环境。在控制平面，可以同时仿真多个协议，例如同时仿真最小生成树和其它路由协议。PTP协议可以在单播和组播两种模式下分别进行测试。2.2 PTP大规模测试（PTP Scalability）大多数 PTP系统里有很多从时钟。在系统中随着从时钟数量的增加，会加重主时钟或边界时钟的处理负担。因此，在设计、布置和升级PTP设备的时候，主时钟、边界时钟和透传

12、时钟的大规模基准测试非常重要。利用 IXIA 测试系统， 可以非常容易模拟在多个时间域里大量的主时钟和从时钟。PTP 设备所能支持的规模与很多因素有关，例如，Sync 和 Delay-Request消息的发送速率， 是用单播模式还是组播模式等。以下详细介绍测试主时钟规模的测试方法。测试拓扑。图 5 PTP 大规模测试拓扑图（ 1）测试步骤IXIA 测试系统可以实时监测每块板卡上CPU和内存的占用情况。 启动 Dashboard 功能， 以保证测试的瓶颈不是由于测试仪表造成的。如果发现测试仪表板卡的CPU和内存的占用过高，可以使用更多数量的测试板卡，以降低每块测试板卡的压力，并可把压力汇聚到被测

13、系统。仿真 50 个从时钟，建立从时钟的速率可以设置为5 slaves/100sm。判断被测设备主时钟能支持的最大从时钟数量。根据两个条件判断，即所有仿真的从时钟都达到 Slave 状态；经过一段测试时间，从时钟所发送的Delay response消息数应等于所接收的 Delay request 消息数。如果通过测试，则再增加从时钟的数量；如果没有通过测试，就减少从时钟的数量。用二次折半法，可以测试出被测设备所能支持的最大从时钟数量（见表1）。也可以通过改变不同消息的发送速率，来测量被测设备所能支持最大的从时钟数量（见表2）。表 1 用二次折半法查找被测设备所支持的最大从时钟数量表 2 在不同

14、的条件下测量被测设备所支持的从时钟数量在测试过程中，改变条件（在多个时间域中测试，在单播和多播两种模式下进行测试，在 one-step 模式和 two-step 模式下进行测试） 来测试被测设备的规模基准。 2.3 最佳主时钟选择算法（ Best Master Clock ）最佳主时钟 （ MBC）选择算法主要应用在从时钟和边界时钟的从时钟端口上，在本时间域选择质量最好的主时钟。此算法主要是比较不同的时钟质量参数，以特定的优先级顺序选择最佳主时钟。 IXIA 测试系统可以模拟多个带有不同时钟质量参数的主时钟。如果被测设备是边界时钟，则下游 IXIA 测试系统所仿真的从时钟可以很容易地确定系统的

15、祖时钟（ Grandmaster ）和被测设备所选择的是否相同。以测试边界时钟为例，详细介绍测试过程，测试拓扑。图 6 BMC 测试拓扑图测试步骤如下：（ 1）在 IXIA 测试系统的两个测试端口上分别仿真两个主时钟Master Clock 1 和 Master Clock2，但两个主时钟的时钟质量参数不同。Master Clock 2的时钟质量低于Master Clock 1的时钟质量，但高于被测设备的时钟质量。（ 2）在 IXIA 测试系统的第3 个测试端口仿真从时钟，目的是在从时钟上查看GrandmasterClock ID 和 Clock Quality参数是否与被测设备所选定的相同。

16、（ 3）在被测设备和所仿真的从时钟上可以看到都选择了Grandmaster 为 Master Clock 1。（ 4）改变 Master Clock 1和 Master Clock 2 的时钟质量，使 Master Clock2的时钟质量高于 Master 1 ，重新执行测试。（ 5）在被测设备和所仿真的从时钟上可以看到都选择了Grandmaster 为 Master Clock 2。（ 6）如果现有的最佳时钟损坏了，被测设备是否会选择次佳时钟。仿真Master Clock 1出现故障，在被测设备和所仿真的从时钟上可以看到都选择了Grandmaster 为 Master Clock 2。7）让

17、两个或更多 Clock Quality 参数的组合不断变化，重复以上测试；可以在组播和单播两种模式下重复以上测试；在多个端口仿真多个主时钟，并且分布在不同的时间域里，重复以上测试。3 IXIA IEEE1588测试解决方案IXIAIEEE1588 测试软件提供了全面和丰富的测试功能。用于测试主/ 从时钟、边界时钟和透传时钟的协议功能，性能和规模。3.1测试功能（ 1）可以在一个端口仿真多个主时钟和从时钟，并分布在不同时间域。（ 2）可以实时地测试主要性能参数，例如校正系数错误（CorrectionFactorError ），主时钟的时间开销和平均路径延迟。（ 3 ）能够控制协议仿真性能，例如对

18、于 Follow-up Delay ，可以仿真立即或延迟很大的 Follow-up 消息，对被测系统的性能影响很大。（ 4）可以全面设置主时钟和从时钟的属性，包括Unicast和 Multicast模式， one-step和two-step行为， Unicast协商， QoS 级别，时间域，Clock ID ，时钟质量参数，E2E 和 P2P参数， Announce/Sync/Delay-Request消息间隔等。5）可以在测试运行过程中实时改变参数（如发送消息速率）。6）可以实时跟踪 PTP仿真状态和观察统计结果。7）可以跟踪时间值（如 T1， T1 等），以便更详细的故障排除。（ 8）在

19、PTP仿真的同时， 在相同端口可以同时加入其它协议的仿真（如 STP和路由协议的仿真等）；也可以在相同端口加载流量，模拟真实的背景业务流。（ 9）可以模拟复杂的PTP DDoS攻击。（ 10）提供对被测设备容错能力的测试。3.2特色（ 1）在大压力的环境下，可以测试透传时钟的校正系数错误（CF Error ）IXIA IEEE1588可以快速地监测和测量透传时钟CF Error，通过比较Sync 消息所报告的CorrectionFactor和用硬件级的时间戳所测量的实际在被测设备的驻留时间（包转发延迟） ，测试仪表可以实时检测到CF Error 。为了更准确的测试，测试系统提供校准功能，可以消

20、除测试系统内部时钟和光纤/ 电缆传送时间。（ 2）能够有效验证BMC和错误倒换IXIA IEEE1588提供全面的BMC测试解决方案，用来测试透传时钟、边界时钟和从时钟的处理速度和支持规模。IXIAIEEE 1588 可以在每个时间域实时跟踪和显示当前的主时钟和上次变化的时间，以便测试主时钟的改变和BMC的性能，所能支持的主要测试场景包括：最优主时钟选择：可以测试BMC的精确度和处理速度。错误倒换测试：可以仿真错误主时钟，验证次优主时钟的选择和倒换时间。模拟主时钟振荡：通过停止和重发Announce 或 Sync 消息，可以仿真主时钟不断振荡的情况，用以测试主时钟的操作和稳定性。实时改变时钟质

21、量参数：可以实时改变时钟质量属性，用以对IEEE 1588 BMC 执行协议一致性认证。弹性测试：可以插入不正确的Announce 消息，验证被测系统对BMC处理的稳定性。不同时间域的相互作用：通过模拟多个不同时间域的主时钟并改变所报告的主时钟质量，来验证时钟能够区分不同时间域并能够在同一时间处理多个时间域。可以验证 CF 的精确性：在BMC处理出现错误时，可以检测透传时钟的CF Error ，以确认透传时钟是否会受到影响。4 结束语IEEE1588 最初是由 Agilent Laboratories(安捷伦实验室 ) 发明，并得到IEEE 的赞助， 2002年 11 月得到 IEEE 批准。

22、Agilent在此测试领域一直处于领先地位，随着 IXIA 收购 AgilentN2X，两家公司将联手推出业界最领先的测试解决方案。IEEE1588 作为测试的新兴领域， IXIA引领了业界的测试标准。曾经，我们眼中有拥抱春天的狂欢，有舞台下观众热烈的掌声，有扩写着唯美浪漫的文字。如今，半生已过，我们平凡的如同一杯开水，不再急着添加色料，不再忙着战胜别人，而是默默沉淀，如一波波暗流涌动的潮水，低调地奔腾着。来日方长，其实并不长，该拼搏就拼搏，该开心就开心，生命哪有时间留给悲伤啊！你该有的是非成败，别人也曾有过，你该有的辛酸苦辣，谁也不会缺席。不管怎样，我们总要演好人生这场大戏，直至生命落幕。不

23、谈亏欠，不负遇见。回首一片风雨飘摇，时光的胶卷里，有我们沉默的黑与白，也有我们舒展的大森林，在那里，回放着我们骄傲的荒唐事，也切磋着每一天的下酒菜。半生已过， 见过了天地辽阔，我依旧会翻山越岭，看自己想看的风景，见自己想见的人。或许，一个转身， 又是遗憾。 偶尔，我也会像个少年一样，不需领会成人的复杂与焦虑，一意孤行踏上远方的旅途。谁规定，中年人只能把眼泪藏在漆黑的夜里？谁规定，中年人就不能有点梦想，就不能在生存夹缝中保留那点坚持？世上本无枷，心锁困住人。如果一个人活得过于谨慎，事事都为别人考虑，最后，不但得不到应有的珍惜，反而连自我都会失去。真正的快乐，是源于一颗自由自在的心。倦了，累了，烦

24、了，难过了，身边无伴的时候，也要学会善待自己，不妨为自己做一顿可口的饭菜，人生虽苦，升腾的米香味，依旧能带来一种妥帖的温馨。再冷的天，一颗心灼热着，人间就值得。半生已过，看尽了人生百态，我依旧会为了瞬间的感动，泪流满面、手舞足蹈。无论何时何地，我都会被美好的力量所牵引，期待生活中的每一次小惊喜。时常也会贴上一张“叛逆”的标签，把生活过成了信仰，去突破，去享受。人生，也就因为有了这样一块一块的小甜品，才会觉得幸福、开心、畅快、美好。当一个人活出了真意，就会有趣，生动，有青山绿水，有天地光阴。那里有你走过的风景，踏过的泥泞，邂逅的故事，在一段文字中突然悟出的道理，还有经历沧桑后仍能保持的天真姿态。

25、半生已过，经历了聚散离合，我依旧期待友情，更相信那种愿得一人心，白首不分离的爱情。随着岁月的流逝，增长的不只是年纪，还有宽阔的胸怀。很多时候，活得不快乐，是因为我们用火焰燃烧火焰，用破碎打击破碎。昨日匆匆，无法挽回，别让坏情绪耽误了你的人生。生活的真经，就是好好吃饭，好好睡觉，好好走向我们的天荒地老。命运洪流，世事无常，你只有豁达接受那些不完美，遇到雷鸣闪电，从容自若，微笑着为自己撑起一把伞，才能在风雨中开出一朵花，繁茂生长。相信一句话：你若盛开，蝴蝶自来，你若精彩，天自安排。张小娴说：“当你明白人生只有一次你就知道，每一个年纪也都是重新出发的年纪，请不要停下来，请你远离无知和束缚，请你去学习、去进步、请你去爱、去追寻，去活出一个最好的你。”身上衣、碗中餐、一家人围坐，两三好友常聚，一天天过下去，全是人间暖态。半生已过，每天醒来，空气依旧清新，花儿依旧芬芳，尽管生了白发，长了皱纹，但内心依旧活力四射，灵魂深处依旧延续着一个个少年梦。活着，就是一个不断学习的过程，人这一生，每个季节都不可省略，没有最好的年龄，只