一种端到端网络的数据传输性能测试系统及测试方法

技术领域

本发明属于网络传输测试技术领域，具体涉及一种端到端网络的数据传输性能测试系统及测试方法。

背景技术

随着5G技术的发展，其低时延、高可靠的网络特性特别适用于工业控制等领域。其中一种典型的应用场景是基于5G端到端网络的业务数据交互，即允许限定的终端组接入5G网络之后能够通过类似于虚拟局域网的方式进行点对点通信。基于此场景的业务应用对数据传输时延、抖动、丢包率等5G网络性能指标有着特定的要求，因此需要一种测试方法能够对上述网络性能指标进行初步的业务适配性验证，且能够提供直观、可信的测试结果，便于对网络进行针对性配置和优化，从而达到特定业务应用需求。

目前常用的测试系统如图1所示，使用网络测试仪作为数据收发点，接入网络进行测试。该网络测试仪具备报文产生、接收、时间同步、网络性能分析等功能，可配置例如RF2544等多种测试制式，能够快捷输出测试结果，完成对5G端到端网络数据传输性能的基本测试需求。但由于该方法使用网络测试仪模拟实际业务终端产生的业务数据流进行测试，不能完全复原实际业务数据，存在一定的误差，从而使得对整个端到端网络测试的准确性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种端到端网络的数据传输性能测试系统及测试方法，用以解决现有技术中利用网络测试仪模拟实际业务终端产生业务数据进行测试由于无法完全复原实际业务数据造成的对端到端网络测试准确性较低的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种端到端网络的数据传输性能测试系统，包括若干个交换机和若干个网络测试设备，交换机的两个交换端口分别用于连接被测端到端网络中位于一侧的业务终端和网络终端，交换机的镜像端口连接该侧的网络测试设备；

所述网络测试设备用于抓取从本侧业务终端发出的数据报文和从对侧业务终端发出的经过端到端网络到达本侧业务终端的数据报文，并对抓取的数据报文增加绝对时标；以根据一帧数据报文从本侧业务终端发出的绝对时间和该帧数据报文到达对侧业务终端的绝对时间的时间差，测试得到该帧数据报文经过端到端网络后产生的时延。

其有益效果为：本发明在实际的端到端网络中增加了一个交换机设置于一侧的业务终端和网络终端之间，并配置了镜像接口，镜像接口接入网络测试设备，从而使网络测试设备可以抓取经过交换机的两个交换端口上的数据报文，即本侧业务终端产生的数据报文以及对侧业务终端经过5G端到端网络后到达本侧业务终端的数据报文，这些数据报文均是实际的业务数据，并对抓取的数据增加绝对时标，从而利用一帧数据报文从本侧业务终端发出的绝对时间和该帧数据报文到达对侧业务终端的绝对时间的时间差，测试得到该帧数据报文经过端到端网络后产生的时延，利用该时延可以对网络的传输性能是否达到业务应用需求进行准确判断与评价，便于找到可能对业务应用造成影响的本质原因，有助于对网络进行针对性的配置和优化，使之能够满足各种业务特定的通信需求。

进一步地，根据多帧数据报文经过端到端网络后产生的时延，测试得到业务数据经过端到端网络传输后的抖动性指标。

其有益效果为：对传输性能中的抖动性指标进行准确评价，便于找到可能对业务应用造成影响的本质原因，有助于对网络进行针对性的配置和优化，使之能够满足各种业务特定的通信需求。

进一步地，比对从本侧业务终端发出的数据报文以及该帧数据报文经过端到端网络到达对侧业务终端的数据报文，测试分析经过端到端网络的数据传输是否存在包括丢包、乱序、重传在内的至少一种现象。

其有益效果为：对传输性能中的丢包、乱序、重传情况进行准确评价，便于找到可能对业务应用造成影响的本质原因，有助于对网络进行针对性的配置和优化，使之能够满足各种业务特定的通信需求。

进一步地，本侧网络测试设备和对侧网络测试设备通过内置或者外置的时钟源进行时钟同步，以实现对抓取的报文数据增加绝对时标。

其有益效果为：通过内置或者外置的时钟源进行时钟同步，方式灵活多变。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种端到端网络的数据传输性能测试方法，包括如下步骤：

1)通过本侧网络测试设备抓取一帧从本侧业务终端发出的数据报文，并增加绝对时标；并通过对侧网络测试设备抓取从本侧业务终端发出的经过被测端到端网络到达对侧业务终端的数据报文，并增加绝对时标；

2)根据一帧数据报文从本侧业务终端发出的绝对时间和该帧数据报文到达对侧业务终端的绝对时间的时间差，测试得到该帧数据报文经过端到端网络后产生的时延；

其中，所述本侧网络测试设备连接本侧交换机的镜像端口，本侧交换机的两个交换端口分别用于连接被测端对端网络中的本侧业务终端和本侧网络终端；所述对侧网络测试设备连接对侧交换机的镜像端口，对侧交换机的两个交换端口分别用于连接被测端对端网络中的对侧业务终端和对侧网络终端。

其有益效果为：本发明在实际的端到端网络中增加了一个交换机设置于一侧的业务终端和网络终端之间，并配置了镜像接口，镜像接口接入网络测试设备，从而使网络测试设备可以抓取经过交换机的两个交换端口上的数据报文，即本侧业务终端产生的数据报文以及对侧业务终端经过5G端到端网络后到达本侧业务终端的数据报文，而这些均是实际的业务数据，并对抓取的数据增加绝对时标，从而利用一帧数据报文从本侧业务终端发出的绝对时间和该帧数据报文到达对侧业务终端的绝对时间的时间差，测试得到该帧数据报文经过端到端网络后产生的时延，利用该时延可以对网络的传输性能是否达到业务应用需求进行准确判断与评价，便于找到可能对业务应用造成影响的本质原因，有助于对网络进行针对性的配置和优化，使之能够满足各种业务特定的通信需求。

进一步地，根据多帧数据报文经过端到端网络后产生的时延，测试得到业务数据经过端到端网络传输后的抖动性指标。

其有益效果为：对传输性能中的抖动性指标进行准确评价，便于找到可能对业务应用造成影响的本质原因，有助于对网络进行针对性的配置和优化，使之能够满足各种业务特定的通信需求。

进一步地，比对从本侧业务终端发出的数据报文以及该帧数据报文经过端到端网络到达对侧业务终端的数据报文，测试分析经过端到端网络的数据传输是否存在包括丢包、乱序、重传在内的至少一种现象。

其有益效果为：对传输性能中的丢包、乱序、重传情况进行准确评价，便于找到可能对业务应用造成影响的本质原因，有助于对网络进行针对性的配置和优化，使之能够满足各种业务特定的通信需求。

附图说明

图1是现有技术的测试系统图；

图2是本发明的5G端到端网络业务应用场景图；

图3是本发明的测试系统图。

具体实施方式

本发明搭建了一种端到端网络的数据传输性能测试系统，该系统对实际业务数据进行抓取，能够对端到端网络下的应用数据传输性能进行测试，便于定位分析。为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

系统实施例：

本实施例针对的被测端到端网络是如图2所示的5G端到端网络业务应用场景，业务终端利用5G终端具备5G网络接入能力，所有的5G终端不限于接入同一个基站。两个业务终端产生的业务数据经过5G终端、基站、传输网传输后在核心网处进行数据回环，通过开启终端互访实现两个业务终端之间的数据交互。

某个业务终端产生的业务数据通过5G网络达到另一个业务终端时，为了对该5G网络的传输性能(时延、抖动、丢包率等)是否能达到业务应用的需求进行测试，本实施例的测试系统在5G端到端网络拓扑中的两个网络末端设备节点处分别接入一台网络测试设备，该网络测试设备能够抓取经过该节点处的原始业务数据报文，具备时钟同步功能，支持原始报文导出及回看。通过两台网络测试设备抓取的原始业务数据报文及对应时标，可以分析出5G端到端网络对业务数据的传输性能(时延、抖动、丢包率等)产生了哪些影响，为适配性分析提供依据。

相应的，该测试系统包括若干个交换机和若干个网络测试设备，交换机的两个交换端口分别用于连接被测端到端网络中位于一侧的业务终端和网络终端，交换机的镜像端口连接该侧的网络测试设备。如图3所示为一个示例，将两端的5G终端和业务终端同时接入交换机的两个交换端口，并配置这两个端口的镜像端口，将网络测试设备接入此镜像端口，即可抓取经过交换机的两个交换端口上的数据，即本侧业务终端产生的数据报文以及对侧业务终端经过5G端到端网络后到达本侧业务终端的数据报文。同时，两台网络测试设备通过内置或外置的时钟源进行时钟同步，可对每一帧抓取的数据报文增加绝对时标，因此可以获取到每帧数据报文从本侧业务终端发出以及到达对侧业务终端的绝对时间。在获取得这些数据后，可以执行如下方法以对端到端网络进行测试：

1)时延测试：通过计算一帧数据报文从本侧业务终端发出的绝对时间和该帧数据报文到达对侧业务终端的绝对时间的时间差，测试得到该帧数据报文经过5G端到端网络后产生的时延。

2)抖动性指标测试：若业务终端产生的业务数据包具有明显的标识，通过上一步时延测试方法，得到多帧数据报文的传输时延，即可分析出业务数据通过5G端到端网络传输后的抖动性指标。抖动性指标是指多帧报文时延的分布及离散特性，本实施例中业务终端对抖动性的要求是：要求所有业务数据帧的传输延时在20ms以内的占比达到99％以上，才不会影响该业务的正常运行。对一段时间内的多帧报文传输时延进行统计分析，得出该端到端网络的抖动性指标测试结果。

3)两端网络测试设备可以同时抓取一侧业务终端发出的以及经过5G网络传输后达到另一侧业务终端的原始数据报文，通过两组原始数据报文的对比可以直观的分析出是否存在丢包、乱序、重传等可能会对业务应用产生影响的现象。

需说明的是，该方法不限于测试两个网络末端之间的网络性能，还可对该完整链路进行分段网络性能测试，便于定位分析。而且，两侧网络测试设备抓取的原始报文可以导出报文文件，该文件可以通过报文分析工具打开并查看，由于不同的业务终端产生的报文不一致，因此采用上述介绍的方法，针对自己关注的业务报文帧进行筛选，并分析时延、抖动性、丢包率等网络传输性能。

综上，该测试系统所需搭建的测试环境相对便捷灵活，能够对5G端到端网络下的实际应用数据传输性能进行测试，基于该测试系统所实现的测试方法可以直观反映出可能对业务应用造成影响的本质原因，有助于对网络进行针对性的配置和优化，使之能够满足各种业务特定的通信需求。

方法实施例：

本实施例基于图3的测试系统实现一种端到端网络的数据传输性能测试方法，该测试系统包括若干个交换机和若干个网络测试设备，交换机的两个交换端口分别用于连接被测端到端网络中位于一侧的业务终端和网络终端，交换机的镜像端口连接该侧的网络测试设备，以实现网络测试设备可以抓取从本侧业务终端发出的数据报文和从对侧业务终端发出的经过端到端网络到达本侧业务终端的数据报文，并对抓取的数据报文增加绝对时标。

所实现的测试方法包括以下几方面：1)根据一帧数据报文从本侧业务终端发出的绝对时间和该帧数据报文到达对侧业务终端的绝对时间的时间差，测试得到该帧数据报文经过端到端网络后产生的时延；2)根据多帧数据报文经过端到端网络后产生的时延，测试得到业务数据经过端到端网络传输后的抖动性指标；3)比对从本侧业务终端发出的数据报文以及该帧数据报文经过端到端网络到达对侧业务终端的数据报文，测试分析经过端到端网络的数据传输是否存在丢包、乱序、重传等现象。

而且，该方法不限于测试两个网络末端之间的网络性能，还可对该完整链路进行分段网络性能测试，便于定位分析。该方法通过网络测试设备抓取实际的业务数据，基于该实际的业务数据对端到端下的应用数据传输性能进行测试，测试结果真实可靠，可以直观反映出可能对业务应用造成影响的本质原因。