技術(shù)案例分享：高溫流量測(cè)試丟包問(wèn)題

對(duì)某以太網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的溫度循環(huán)測(cè)試，利用 SmartBits(SmartBits 設(shè)備，是由Spirent 公司開(kāi)發(fā)的，用于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流量測(cè)試的設(shè)備。）對(duì)設(shè)備連續(xù)地、全速率地發(fā)送以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，測(cè)試人員發(fā)現(xiàn)一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，設(shè)備在白天的測(cè)試中，均無(wú)丟包現(xiàn)象，夜間設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，但是第二天一早就會(huì)發(fā)現(xiàn)已發(fā)生丟包。

《討論》

該設(shè)備的用戶(hù)接口是百兆以太網(wǎng)接口，利用5類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)與 SmartBits 連接，由于端口數(shù)目較多，線(xiàn)纜布線(xiàn)較雜，存在線(xiàn)纜被實(shí)驗(yàn)室管理員挪動(dòng)的可能，在挪動(dòng)過(guò)程中，可能導(dǎo)致丟數(shù)據(jù)包。經(jīng)與管理員確認(rèn)，這種可能被排除。

溫度循環(huán)測(cè)試是指，通過(guò)對(duì)溫箱溫度曲線(xiàn)的控制，以實(shí)現(xiàn)調(diào)整產(chǎn)品工作所處環(huán)境溫度的目的。在這個(gè)測(cè)試中，溫度曲線(xiàn)如圖 6.9所示。

圖6.9高低溫循環(huán)測(cè)試溫度曲線(xiàn)

循環(huán)測(cè)試一個(gè)周期共 26h (h:小時(shí))，分為六個(gè)階段。第一階段是用4h 均地從25℃降溫到-5℃，第二階段是在-5℃保持 5h，第三階段用 4h 均地從-5℃升溫到 25℃，第段用4h 均勻地從25℃升溫到 55℃，第五階段是在55℃保持 5h，第六階段是用4h從55降溫到25℃。在這個(gè)過(guò)程中，產(chǎn)品不間斷地全速運(yùn)行。測(cè)試人員每天清早 9 點(diǎn)鐘開(kāi)始一個(gè)周期的測(cè)試，到下午 6 點(diǎn)下班前檢查丟包情況，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)丟包，第二天清早9點(diǎn)檢查，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)出現(xiàn)丟包現(xiàn)象。頭天清早 9點(diǎn)到下午 6 點(diǎn)，循環(huán)測(cè)試正好完成了頭兩個(gè)階段，從夜間到第二天早上9點(diǎn)，完成第三、四、五階段以及第六階段的一半，即丟包現(xiàn)象總是發(fā)生在后四個(gè)階段。而后四個(gè)階段有兩個(gè)特點(diǎn):一是升溫，二是高溫。在高溫 55℃下，測(cè)量單板上與 PHY 相關(guān)的信號(hào)完整性和時(shí)序，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

利用 SmartBits 對(duì)以太網(wǎng)產(chǎn)品進(jìn)行流量測(cè)試，有兩個(gè)原因可能丟數(shù)據(jù)包:一個(gè)是產(chǎn)品本身存在缺陷;另一個(gè)是SmartBits的晶振快于以太網(wǎng)產(chǎn)品上PHY使用的晶振在高溫下進(jìn)行大量測(cè)試后，可基本排除產(chǎn)品缺陷造成丟數(shù)據(jù)包的可能性以下主要討論晶振快慢對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?br>

SmartBits 是用于以太網(wǎng)性能測(cè)試的設(shè)備，在本案例中，其作用是以線(xiàn)速的速度產(chǎn)生以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給以太網(wǎng)交換機(jī)，以太網(wǎng)交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包后，在內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)，最終又將所有數(shù)據(jù)包發(fā)回SmartBits。SmartBits 通過(guò)檢測(cè)發(fā)出的數(shù)據(jù)包數(shù)目和接收的數(shù)據(jù)包數(shù)目是否相等，來(lái)判斷是否發(fā)生了丟包。如圖6.10所示，假設(shè)SmartBits 上的IC1是負(fù)責(zé)收發(fā)數(shù)據(jù)包的芯片，數(shù)據(jù)包到達(dá)以大網(wǎng)設(shè)備，完成業(yè)務(wù)后，通過(guò)芯片 PHY1發(fā)送回 SmartBits。在這個(gè)過(guò)程中，SmartBits 上的ICl是基于晶振OSCI收發(fā)數(shù)據(jù)包，而以太網(wǎng)設(shè)備的PHY1是基于晶振OSC2收發(fā)數(shù)據(jù)包，由于雙方采用的不是同一顆晶振，在頻率上必然有一定的差別。假設(shè) OSC1和OSC2都是25MHz(誤差士50ppm)的晶振(ppm指百萬(wàn)分之一，此處，50ppm的誤差即為50Hz)，雖然標(biāo)稱(chēng)頻率和精度完全一樣，但實(shí)際振蕩頻率并不完全一樣。利用頻率計(jì)測(cè)量，在室溫下，OsC1的頻率是25.000050MHz，即25MHz(誤差+2ppm);OSC2的頻率是25.000100MHz，即 25MHz(誤差+4ppm)。OSC2略微快于 OSC1，即以太網(wǎng)設(shè)備上 PHYI的工作速率高于SmartBits上IC1的工作速率，因此在常溫下，以太網(wǎng)設(shè)備有能力將SmartBits發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)包接收下來(lái)，并全部發(fā)回。

圖6.10 SmartBits 與以太網(wǎng)設(shè)備連接

白天的測(cè)試從不丟包，分析溫度循環(huán)曲線(xiàn)圖可知，白天的測(cè)試包括常溫和低溫兩種情況，在測(cè)試中，只有以太網(wǎng)設(shè)備被放置在溫箱中，而 SmartBits 一直工作在室溫環(huán)境，在低溫-5C下測(cè)量OSC2的頻率為25.000300MH，即25MHz(誤差+12ppm)，高于OSC1室溫下的頻率25MHz(誤差+2ppm)，因此，在低溫下，以太網(wǎng)設(shè)備同樣有能力將 SmartBits發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)全部發(fā)回。

丟包現(xiàn)象都是發(fā)生在夜間，夜間的測(cè)試包括低溫、常溫、高溫三個(gè)階段，通過(guò)前面的測(cè)試已經(jīng)證實(shí)，低溫和常溫條件下，OSC2 的頻率都快于 OSC1，因此主要考慮高溫的情況。在55C，測(cè)量OSC2的頻率為 24.999825MHz，即25MHz(誤差-7ppm)，慢于OSC1，在這種情況下，以太網(wǎng)設(shè)備沒(méi)有足夠的能力將 SmartBits 發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)包全部發(fā)回即對(duì)于以太網(wǎng)設(shè)備而言，接收到的數(shù)據(jù)包始終多于能發(fā)送出去的數(shù)據(jù)包，必然造成丟包。根據(jù)以上分析得到結(jié)論，夜間丟包的原因是高溫下 OSC2 的速率慢于 OSC1。為了檢驗(yàn)這個(gè)結(jié)論，設(shè)計(jì)者將 SmartBits 發(fā)包速率從全速的 100%調(diào)整為97%，進(jìn)行多個(gè)溫度循環(huán)測(cè)試，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)丟包。由此證明丟包原因確系高溫下 OSC2 速度較慢。仔細(xì)查閱以太網(wǎng)設(shè)備上使用的晶振 OSC2的器件資料，發(fā)現(xiàn)晶振的輸出頻率隨著環(huán)境溫度的變化，也會(huì)有略微的變化，如圖 6.11 所示。

圖 6.11 晶振頻率一溫度變化曲線(xiàn)（-40~＋85°）

以 25C時(shí)晶振的頻率為基準(zhǔn)，隨著溫度的降低，輸出頻率將先提高，再降低;隨著溫度的升高，輸出頻率將先降低，再升高。本例中，55C時(shí)的晶振輸出頻率相對(duì)常溫最多可能降低12ppm。