Ethernet-Test

Seit seiner Einführung in den 1980er-Jahren als neue LAN-Option in Konkurrenz zu den Token-Ring- und Token-Bus-Topologien hat sich das wirtschaftliche und nicht-deterministische Ethernet weltweit als vorherrschendes Netzwerkprotokoll für lokale (LAN) und Weitverkehrsnetze (WAN) durchgesetzt. Die Ethernet-Technologie hat sich rasant weiterentwickelt, um die wachsende Nachfrage nach einer zuverlässigen Highspeed-Übertragung von Diensten über paketbasierte Netze zu erfüllen.

Was sind Ethernet-Tests?

Ethernet bezeichnet eine Familie von Vernetzungstechnologien für Computer zur Schaffung von lokalen Netzen (LAN), Weitverkehrsnetzen (WAN) und Metro-Netzen (MAN) über verdrillte Adernpaare (Twisted-Pair, TP) oder Glasfaserkabel. Der Standard IEEE 802.3 beschreibt den paketbasierten Übertragungsmodus für Ethernet. Diese Technologie wurde immer weiter entwickelt, da sich die maximalen Datenraten von Ethernet schrittweise von 2,94 Mbit/s auf 800 Gbit/s (800G) erhöht haben. 

Die Ethernet-Testverfahren konzentrieren sich auf die Übertragungsschichten (Layer) 2 und 3 des Open-System-Interconnect(OSI)-Schichtenmodells. Obgleich es nützlich ist zu verstehen, was auf den oberen Netzwerkschichten passiert, geht es bei den Ethernet-Tests in erster Linie um die Kontrolle der Leistung auf den unteren Schichten.

• Die Testprotokolle Y.1564 und RFC 2544 wurden ausgearbeitet, um Dienstgütevereinbarungen (Service Level Agreement, SLA) zu kontrollieren und die wichtigsten Leistungsparameter, wie Durchsatz, Laufzeit (Latenz), Rahmenverlust und Back-to-Back-Rahmen (Pufferbetrieb), während der Charakterisierung von Ethernet-Leitungen und der Aktivierung von Diensten zu ermitteln. Die gleichen Standardtests können auch nach der Aktivierung für die Fehlerdiagnose verwendet werden.

• RFC 6349 ist eine neue Methode zum Messen des mit dem Transmission Control Protocol (TCP) der Layer 4 übertragenen Verkehrs. Sie ermöglicht zuverlässige und wiederholbare Tests zur Überprüfung der Ende-zu-Ende-Übertragungsleistung. Die Effizienz der Übertragung wird auf Grundlage verschiedener Faktoren, wie des prozentualen Anteils der Übertragungswiederholungen und der Pufferverzögerung, ermittelt. Das von VIAVI mitentwickelte Protokoll RFC 6349 misst die Kennwerte, die direkten Einfluss auf das Browsing-Erlebnis des Nutzers haben.

• Das Two-Way-Active-Measurement(TWAMP)-Protokoll ist eine weitere standardbasierte Testmethode (RFC 5357), die verwendet wird, um die Leistung der Ethernet-Verbindung aktiv zu überwachen. Ein TWAMP-Messaufbau kann viele verschiedene Arten von Testpunkten am fernen Leitungsende, wie ein portables Gerät, ein SFP-Steckmodul (Small Form Pluggable) oder sogar einen softwarebasierten Testagenten, nutzen.

• Die Ethernet-Tester von VIAVI profitieren von dem Wissen und der Kompetenz, die das Unternehmen im Verlauf seiner jahrzehntelangen aktiven Mitarbeit an der Entwicklung von Teststandards und im Rahmen seiner praktischen Vor-Ort-Zusammenarbeit mit Kunden und Herstellern gewonnen hat. Auf dieser Grundlage ist es VIAVI gelungen, vielseitige Ethernet-Testlösungen für Entwickler, Hersteller und Netzanwendungen zu schaffen. Die durchdachten, hochdichten, rackbasierten Ethernet-Tester stellen eine einheitliche Plattform für Bauart-, System- und Fertigungsprüfungen zur Verfügung.

  Abgerundet wird das Portfolio durch kompakte, portable und bedienerfreundliche Tester für Ethernet-Netzwerke und -Kabel, die die verbleibenden Phasen des Netzwerk-Lebenszyklus abdecken. Die von VIAVI verfolgte Ethernet-Testphilosophie, die alle Bereiche vom Labor bis in den Feldeinsatz abdeckt, hat zur Entwicklung von Handtestern für die automatische Überprüfung von Übertragungsprotokollen für mehrere Technologien sowie von skalierbaren, hochdichten Ethernet-Testern und -Modulen geführt, die die Bereitstellung von Ethernet-Netzwerken beschleunigen.

Was ist Ethernet-Latenz?

Die Latenz bezeichnet allgemein eine Verzögerung im Netzwerk, die die Übertragung der Ethernet-Pakete von der Quelle zum Ziel verlangsamt. Hochleistungsbasiertes Ethernet erfordert eine geringe und stabile Latenz. Fehler, lange Strecken, Pufferprobleme und Switche erhöhen die Gesamtlatenz der Übertragung. Mit der weiteren Erhöhung der Ethernet-Datenrate steigt auch die Notwendigkeit von Latenzmessungen und der Ermittlung der Ausgangswerte (Baselining) der Systemkomponenten.

Testlösungen, die Komponenten und Module für 400G-Ethernet charakterisieren, müssen eine Auflösung im Bereich von Nanosekunden sowie eine hohe Präzision und Fehlerfreiheit gewährleisten. Bereits kleinere Schwankungen in der Latenz der übertragenen Pakete können die Abstimmung und Optimierung optischer Module, integrierter Schaltungen (IC) und anderer Elemente des Ethernet-Netzwerks stören.

Bei den im Labor durchgeführten Latenzmessungen ist es jedoch nicht immer möglich, die Netzwerkfehler und zeitlichen Belastungsfaktoren, die die Übertragung in einem realen Netzwerk beeinträchtigen, korrekt nachzubilden. Die Ethernet-Tester der Produktfamilie ONT von VIAVI erlauben dagegen, Latenzmessungen auch unter Belastung durchzuführen und die Reserve zu analysieren, um die Leistung unter realistischeren Einsatzbedingungen zu messen.

Anwendungsfälle für Ethernet-Tests

Da 5G-X-Haul-Netze die paketbasierte Highspeed-Ethernet-Technologie in ihre Architektur aufnehmen, werden immer mehr Anwendungsfälle für Ethernet-Tests entwickelt. Die Ethernet-Testlösungen müssen kontinuierlich an den sich ändernden Bedarf der Serviceprovider, Entwickler, Hersteller und Unternehmen angepasst werden.

Labor und Produktion 

Die Ethernet-Tester der Produktfamilie ONT von VIAVI helfen den Kunden, die für diese Anwendungen benötigten integrierten Schaltkreise (IC), Module und Netzelemente zu entwickeln und zu validieren. Unsere Lösungen überprüfen Ethernet-Systeme bis 800 Gbit/s mit nanosekundengenauer Auflösung sowie voller Kontrolle der vierstufigen Pulsamplitudenmodulation (PAM-4) und der Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC). Die Ethernet-Tester der Produktfamilie ONT bieten sich für alle Anwendungen im Bereich Entwicklung und Labor an.

• FlexE ist eine Client-Schnittstelle, die es erlaubt, Geräte unabhängig von der physischen Schnittstelle miteinander zu verbinden. FlexE verwendet die Bündelung (Bonding), die teilweise Nutzung von Übertragungsstrecken (Subrating) sowie die Unterteilung in verschiedene Übertragungskanäle (Channelization), um die Übertragungsraten der Dienste an flexible Leitungsraten anzupassen. FlexE, das auch als „Flexible Ethernet“ bezeichnet wird, gehört zu den neuen Technologien, die in der Forschung und Entwicklung sowie in Produktionsumgebungen innovative Methoden zur Ermittlung der Ethernet-Datenrate erfordern.

  

  
  FlexE-2.0-Poster anfordern

• PAM-4 ist eine Modulation höherer Ordnung, die benötigt wird, um Übertragungsraten von 400 Gbit/s und darüber zu erzielen. Im Unterschied zur traditionellen zweistufigen NRZ-Modulation nutzt dieses Verfahren vier Stufen, um zwei Datenbits zu codieren. Diese zusätzlichen Stufen verdoppeln die Brandbreite, fügen aber auch mehr Übertragungsfehler ein. Um trotzdem eine akzeptable Qualität zu sichern, ist diese stets mit Fehlern behaftete Übertragung auf die Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) angewiesen. Die FEC ermöglicht, die Fehlerrate zu senken, indem der Sender redundante Daten überträgt und der Empfänger nur den Teil der Daten erkennt, der keine offensichtlichen Übertragungsfehler enthält.

• Die Produktfamilie VIAVI ONT zum Testen optischer Übertragungen in Transportnetzen bewältigt die Anforderungen der niemals ganz fehlerfreien PAM-4-Codierung, der Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) und der ultraschnellen Ethernet-Leitungsraten. Die optische Netzwerkplattform ONT-800 und erweiterte Testmodule, wie das 800G FLEX XPM und das ONT N-PORT, versetzen die Entwickler und Hersteller in die Lage, komplexe Verkehrsmuster und Anomalien zu emulieren sowie die erste Generation von Steckmodulen für 400G und 800G zu überprüfen. Die FlexE-Software-Tools können genutzt werden, um FlexE-Shim-Funktionen zu entwickeln und zu überprüfen.

• Entwicklung der optischen DCO-Steckmodule: Aktuell stehen die Netzbetreiber vor der Herausforderung, den rasant ansteigenden Netzverkehr, der selbst mit einem verstärkten Ausbau der Netze nicht in den Griff zu bekommen ist, mit neuen Technologien zu bewältigen. Kohärente Optiken versprechen hier eine Lösung, indem sie die typischen Einsen und Nullen eines digitalen Signals nehmen und mithilfe ausgefeilter Technologien die Amplitude und Phase des Lichtes modulieren, um das Signal in beiden Polarisationsebenen weiterzuleiten. Dadurch ist es möglich, weitaus mehr Daten über das Glasfaserkabel zu übertragen. 

  

  
  Poster: Überblick über DCO-Steckmodule für 400G
• DCO-Steckmodule für Ethernet: Neue Anwendungen, wie die Querverbindung zwischen Rechenzentren (Datacenter Interconnect, DCI) fördern den Einsatz von DCO-Steckmodulen für Ethernet, insbesondere bei 400G. Die höhere Komplexität des Managements, der Entwicklung, der Integration und des Betriebs dieser Module geht jedoch weit über die Standardanforderungen des Highspeed-Ethernets hinaus. VIAVI verfügt auf dem Gebiet der kohärenten Optiken über eine umfassende Kompetenz, die den gesamten Lebenszyklus, einschließlich ZR-Optiken, umfasst.
• Die Produktfamilie VIAVI ONT zum Testen optischer Übertragungen in Transportnetzen bewältigt die Herausforderungen, die mit dem Testen ultraschneller Ethernet-Datenraten verbunden sind. Die optische Netzwerkplattform ONT-800 und erweiterte Testmodule, wie das 800G FLEX XPM und das ONT N-PORT, versetzen die Entwickler und Hersteller in die Lage, komplexe Verkehrsmuster und Anomalien zu emulieren und die erste Generation von Steckmodulen für 400G und 800G zu überprüfen. Die FlexE-Software-Tools können genutzt werden, um FlexE-Shim-Funktionen zu entwickeln und zu verifizieren.

Serviceprovider 

EBS (Ethernet Business Services) ist für Serviceprovider häufig das rentabelste und am schnellsten wachsende Marktsegment. Daher ist es wichtig, hier ein hervorragendes Kundenerlebnis zu gewährleisten. Dazu gehört vor allem die Ermittlung robuster Ausgangswerte (Baseline) bei der Aktivierung der Dienste, wofür ein moderner Ethernet-Tester, der standardbasierte Messungen ausführt, unverzichtbar ist. Ein umfassendes Lösungspaket sollte Tests nach RFC 2544, Y.1564 und RFC 6349 sowie Zeitmessungen gemäß PTPv2/IEEE-1588 anbieten.

• Mehrere Netzwerkprotokolle. Üblicherweise haben Serviceprovider neben Ethernet zahlreiche weitere Netzwerktypen, wie TDM/PDH, SONET, SDH und Fiber Channel, installiert. Glücklicherweise heißt das nicht, dass der Techniker auch viele unterschiedliche Tester in den Einsatz mitnehmen muss. VIAVI hat die Testfunktionen für alle Übertragungsprotokolle professionell in kompakte Komplettlösungen integriert, die den Anwender sicher durch die verschiedenen Testverfahren führen. Die vielseitigen Plattformen MTS-5800 und MTS-5800 100G von VIAVI zeichnen sich durch eine branchenführende Anzahl von Testfunktionen aus.

• Die Fernüberwachung von Netzwerken ist einer der Trends, die den Ethernet-Serviceprovidern die Arbeit deutlich erleichtern. Die rackbasierte Testplattform VIAVI MAP-2100 für 100G-Ethernet (100GE) wurde speziell entwickelt, um an unbemannten Standorten online Bitfehlerraten-Messungen (BER) an Ethernet-Verbindungen durchzuführen. Da alle Metro-Tester von VIAVI den Fernzugriff über eine Smartphone-App zulassen, kann der Techniker vor Ort während der Testausführung einen Spezialisten um Hilfe bitten oder den Test einfach gänzlich online ausführen.

• Die Aktivierung virtueller Dienste ist mit der zunehmenden Verbreitung leistungsstarker softwaredefinierter Netzwerke (Software Defined Networks, SDN) und der Virtualisierung der Netzwerkfunktionen (Network Function Virtualization, NFV) unverzichtbar geworden. Um zu verhindern, dass die Tests hinter den sich ändernden Anforderungen dieser dynamischen Netze zurückbleiben, hat VIAVI die Netzwerk-Testfunktion ebenfalls virtualisiert.

  Das zentrale softwarebasierte Testsystem Fusion ist Bestandteil der Plattform VIAVI NITRO und wurde für die Aktivierung von Diensten sowie die kontinuierliche Sicherung des Betriebs (Assurance) virtueller und hybrider Netze entwickelt. Alle VIAVI Tester für Metro-Netze sind auch als Test-Endpunkte nutzbar. Fusion kann beliebige Kombinationen softwarebasierter Testagenten und physischer Tester zu einem einheitlichen System zusammenfassen.

Enterprise-Netze    

Enterprise-Netze für regionale Banken, Bildungseinrichtungen, Krankenhäuser und viele andere Branchen nutzen das Ethernet, um einsatzkritische Anwendungen bereitzustellen und den Zugriff auf cloudbasierte Ressourcen zu gewährleisten. Hier kann eine mangelhafte Ethernet-Leistung den Betrieb von Netzen, in denen Ausfälle schlichtweg nicht akzeptabel sind, ernsthaft beeinträchtigen.

• Netzwerk-Serviceprovider (NSP) sind für die Fehlerdiagnose sowie die Behebung von Ethernet-Störungen verantwortlich. Wenn sie jedoch nicht in der Lage sind, Fernmessungen der Übertragungsleistung auszuführen, müssen sie häufig einen Techniker zu abgesetzten Standorten schicken. Manager von Enterprise-Netzen, die über den richtigen Ethernet-Tester verfügen, verringern ihre Abhängigkeit vom Serviceprovider, können die Leistung eigenständig überwachen und die Fehlerdiagnose einleiten, noch bevor der Techniker des Anbieters eintrifft.

• Ein Ethernet-Handtester versetzt die Anwender in die Lage, über eine kompakte und bedienerfreundliche Benutzeroberfläche viele der gleichen standardbasierten Durchsatzmessungen auszuführen, die auch die Serviceprovider vornehmen. Der Network and Service Companion (NSC-100) nutzt den OneCheck-Test von VIAVI, um Highspeed-Ethernet auf Tastendruck zu überprüfen. Ebenfalls angeboten werden Optionen zum Testen von PON- und WLAN-Netzen. In Verbindung mit dem zentralen Testsystem VIAVI Fusion ist es zudem möglich, NSC-Einheiten als ferngesteuerte Testagenten einzusetzen.

• Erweiterte Ethernet-Testfunktionen werden von portablen Ethernet-Testern bereitgestellt, um den Managern sowie den Servicetechnikern von Enterprise-Netzen umfassendere Überprüfungen zu ermöglichen. Der Servicetester SmartClass 4800 bietet über eine intuitive Benutzeroberfläche solche wichtigen Funktionen, wie einen TrueSpeed-Test gemäß RFC 6349 und die Überprüfung der Qualität der über VoIP oder PRI bereitgestellten Sprachdienste.

Antworten auf häufige Fragen zu Ethernet-Tests 

• Wie wird eine Ethernet-Verbindung getestet?

  Tests an Ethernet-Verbindungen reichen von der Überprüfung des Übertragungsmediums und der Technologie der Layer 1 (Bitübertragungsschicht) bis zur Ermittlung anspruchsvoller Leistungskennwerte der übertragenen Rahmen (Frames) und zum Testen von Datenbüscheln (Bursts). Zuerst wird im Rahmen bester Vorgehensweisen und einer grundlegenden Kontrolle empfohlen, das Glasfaserkabel mit einem Ethernet-Kabeltester und einem Tool zur Sichtprüfung von Faserendflächen, wie dem Faserprüfmikroskop P5000i, zu verifizieren.

  Als schneller Vortest, der in einen Testablauf nach RFC 2544/Y.1564 integrierbar ist, kann der J-QuickCheck in kürzester Zeit grundlegende Verbindungsstörungen, falsch eingestellte Ports und andere Ethernet-Konfigurationsprobleme erkennen. Nach dem Verbindungsaufbau ist es dann möglich, die Dienste zu testen, um Durchsatz, Latenz, Paketjitter und Rahmenverluste zu ermitteln. 

Das RFC-2544-Protokoll gilt als der Industriestandard zum Überprüfen der Aktivierung einzelner Ethernet-Dienste. Das Testprotokoll Y.1564 unterstützt dagegen mehrere Ethernet- und IP-Dienste, wie „Triple Play“. Um die Effizienz des Netzwerks und akzeptable Leistungskennwerte zu gewährleisten, ist es möglich, erweiterte Protokolltests gemäß RFC 6349 auszuführen. Mithilfe von Burst-Tests kann überprüft werden, wie das Netzwerk auf schwankende oder überraschende Verkehrsbedingungen reagiert. 

• Wie wird Flexible Ethernet (FlexE) getestet?

  FlexE erlaubt den Netzbetreibern, Ethernet-Leitungsraten dynamisch festzulegen, die Effizienz des Netzwerks zu optimieren sowie softwaredefinierte Netze (SDN) einzurichten. Programmierbare Transportnetze der nächsten Generation benötigen einen neuen Typ von Ethernet-Testern, um FlexE-Produkte schneller auf den Markt bringen und die Interoperabilität gewährleisten zu können.

  Die ONT-FlexE-Software-Optionen ermöglichen den Geräteherstellern und Netzbetreibern, Testfälle zum Einrichten von FlexE-Clients, zum Zuordnen der Calendar-Funktion sowie zur Overhead-Manipulation zu erstellen. Zudem ist es möglich, eine Vielzahl unterschiedlicher Shim-Alarme und -Fehler einzufügen, um die Systemlogik und die Interoperabilität der Netzelemente zu testen.

• Welche Ethernet-Datenraten kann VIAVI testen?

  Die Datenraten in Ethernet-Netzen haben sich mit der Weiterentwicklung der Transporttechnologie immer weiter erhöht. Die Ethernet-Testlösungen von VIAVI unterstützen standardbasierte Tests für alle verfügbaren Ethernet-Datenraten von 10G bis 400G. Auch die wichtigen Leitungsraten 25G, 26G und 50G werden vollständig überprüft.

• Welche Arten von Ethernet-Tests unterstützen die Ethernet-Tester von VIAVI?
  Die Lösungen von VIAVI setzen neue Maßstäbe für das Testen von Ethernet-Verbindungen. Die vorteilhafte Kombination aus umfassender praktischer Erfahrung, der Mitarbeit bei der Entwicklung von Standards und aus wegweisender Technologie versetzt VIAVI in die Lage, eine branchenführende Palette von Ethernet-Kabeltestern anzubieten.
  
  Die Standardtests der Branche gemäß Y.1564, RFC 2544 und RFC 6349 sind in verschiedenen bedienerfreundlichen Plattformen enthalten. Kompakte Ethernet-Testprobes, Testsoftware für Ethernet-Loopback-Messungen und FlexE sowie Fernüberwachungslösungen runden das lückenlose Ethernet-Testportfolio vom Labor bis ins Feld ab.