Viavi：校园网的测试解决方案

4/07/2022，光纤在线讯，一所校园相当于一个小社会，里面有很多特色分明的建筑，有宿舍、教室、图书馆、办公楼，一些户外的场馆，还有风景如画的室外设施等，这里有很多不同的业务需求，尤其是高校，这里拥有鲜明的建筑群特色，和用户行为特色，比较典型的有宿舍，教学楼，图书馆，体育场馆和高度集中的人群等。同时，为这些设施和人群提供安全服务的设施也是高度集中，如视频监控，门禁系统，水力电力控制，消防安全设施等。因此确保为学校师生提供教学、科研和综合信息服务的宽带网络高效、可靠地运行，是校园网建设和管理者面前的最重要的任务。本文主要探讨的是校园内的固定网（以太网，Wi-Fi等），不包括部署在校园内的公众移动网，如5G，4G等。



1. 校园网的主要使用场景
• 教室场景
大开间、密集人员、大流量：教室场景，典型的大开间，人员很密集，有些阶梯教室可能会上百人，主要应用教学类的业务。智慧教室和互动式教学，VR等高带宽应用是未来教学的大趋势，访问教学资源就意味着肯定是在内网访问。接入方式一般Wi-Fi为主、以太网为辅。
• 图书馆场景
笔记本和物联网需求逐渐增多：图书馆场景，特点是人更多，现在学生自带电脑已经非常普及，上图书馆都会用笔记本电脑，他们的学习内容包括资料查询、视频观看等多种丰富的方式。另一个趋势是，图书馆里会有更多物联网应用，比如图书追踪、借阅管理等。一般通过以太网直接连入校园网骨干层，在图书馆内接入方式一般Wi-Fi为主、以太网为辅。



• 科研楼办公楼场景
科研楼和办公楼的对自主性和安全性要求高：科研办公楼场景，人员并不密集，但是房间多，业务主要以校内局域网资源为主，可能还有保密性的要求，比如一些涉密的科研类或者校内安全性的资源访问。办公桌上的访问以PC为主，投影、打印机、会议设备等智能办公设备会逐渐增多，也会有无线投屏、无线会议等办公应用。一般大楼通过以太网或PON直接连入校园网骨干层，在楼内用户接入方式一般以太网为主、Wi-Fi为辅。



宿舍是重度又隔离的特殊用网场景：校园里最有特色的场景就是宿舍。宿舍是一个相当密集又互相隔间的空间，每个空间2到8人；学生在宿舍里主要以娱乐为主，每天晚上8点到12点是重度用网时段。根据多所高校无线体验数据显示，学生用网的大部分应用来自于手机视频，每人每月超过20GB。预计到2023年前，人均带宽需求量超过25兆。接入方式一般是通过GPON/XGSPON接入校园骨干层，ONU位于宿舍楼内，在宿舍楼内Wi-Fi为主、以太网为辅。



• 公共文体设施及室外场景
高校的文体公共设施场景，包括室外开阔的活动区和大型的文体场馆。主要需求是师生用手机来访问互联网，应用多为即时通信、娱乐等。在室外场景下，移动接入（4G/5G）占主导地位。在热点区域（礼堂，体育场馆内）用Wi-Fi覆盖，满足集会的需要。

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2. 校园网的测试
     宽带企业/校园网的网络部署速度在全球范围内持续加速，由于这些连接中超过80%都基于光纤到户（FTTx），且通常通过Wi-Fi或以太网进一步延伸入户，因此需要外场技术人员对各类网络和服务进行验证或故障排除。如何快速、全面、准确地验证校园网（抑或是住宅抑或是企业的网络）和服务性能，进而减少宕机时间、排障次数和运行费用，一直都是技术人员和网络运营者所面临的挑战。



●测试场景1 ， 针对WiFi网络的开通及故障排除 – Wi-Fi
     学生宿舍，教室，普通办公室，食堂，等场所都是人员密集，是手机等移动终端的高密度使用场所，需要通过WiFi 保证网络覆盖和互联网的接入。
对于Wi-Fi，测试者要确保：
1) 物理层：是否每个房间里（或指定的位置）的信号覆盖良好（Wi-Fi 信号强度）
2) 链路层：是否连接到正确的Wi-Fi网络，设置是否正确（BSSID，安全验证，频段）
3) 网络层：是否得到了正确的IP地址？鉴权是否通过（DHCP，PPPoE/IPoE）
4) 业务层：宽带业务是否正常，业务配置是否正确（Ping，IP层/TCP的吞吐量测试

●测试场景2：以太网的开通及故障排除 – 以太网（10G/1G/100M）
     校园网的核心部分已经升级到普遍采用有线连接，绝大部分是基于光的10G/1G以太网，负责将校园的关键部门联网，除了对网络的性能要求更高外，网络的可靠性和安全性也是网络的建设和维护的重要因素。例如，数据机房，财务部门，重要实验室，院系办公大楼，图书馆，医院，安保中心等。
对于 以太网，测试者要确保：
1) 物理层：对于GE/10GE的光以太网，需要检查光纤端面是否干净及可否接收到以太网信号（以太网 LED指示灯）
2) 链路层：是否有以太网数据传输（以太网 LED指示灯）
3) 网络层：是否得到了正确的IP地址？鉴权是否通过（DHCP，PPPoE/IPoE）
4) 业务层：宽带业务是否正常，业务配置是否正确（Ping，IP层/TCP的吞吐量测试是否符合预期）

●测试场景3 ：针对PON网路部分的业务开通及故障排除 – GPON/XGSPON。
     校园网中非关键部门大量采用PON +WiFi接入方式，建设费用低，性价比高。例如 学生宿舍和食堂，运动场馆，礼堂等公共场所。
对于 PON，测试者要确保：
1) 物理层：光纤端面是否干净及接收到的光功率是否足够（功率）； 如果光路中断，需要定位故障原因及断点位置。
2) 链路层：是否来连接到正确的PON支路，是否连接到正确的OLT（OLT ID，PON ID）
3) 网络层：是否得到了正确的IP地址？鉴权是否通过（DHCP，PPPoE）
4) 业务层：宽带业务是否正常，业务配置是否正确，Ping，IP层/TCP的吞吐量测试满足预期。

3. 适合校园网的测试方案
3.1 端到端的性能测试 - NSC-100 
     VIAVI紧凑型手持式网络测试仪NSC-100（网路服务伴侣）旨在验证当前及未来千兆位网络服务，可对网络交付和服务性能进行测试。随着网络的融合和外场工作人员的整合，NSC-100可满足一系列网络环境的测试需求，如PON（适用于FTTH和5G xHaul，XGSPON），以太网（企业、数据中心和城域网）以及WiFi。其稳健的外场就绪型无屏设计可直接通过手机的App（VIAVI Mobile Tech）进行操作，或与其他VIAVI测试仪器配合使用以实现功能扩展。



     NSC-100采用VIAVI OneCheck自动化测试流程，可确保技术人员能够在现场完成所有必要的测试。StrataSync是一款基于云的托管解决方案，可为VIAVI仪器提供资产、配置和测试数据管理，并确保所有仪器都安装有最新的软件和选项。基于StrataSync，NSC-100可进一步优化工作流程和报告。



     在网络和服务日趋复杂的环境下，效率是VIAVI在设计NSC-100时关键考量,我们的设计旨在让技术人员能够在一分钟内找出服务性能的问题，并在首次检查时就能解决，从而降低时间和资金成本，提升用户满意度。



NSC-100的主要功能：
• 一键式 PON性能测试 （光口功率及连通性，物理网速和实际网速）
• 一键式 千兆/万兆以太网性能测试（连通性，物理网速和实际网速）
• 一键式 Wi-Fi 覆盖及业务测试（信号强度，物理网速，实际网速）
• 环回测试 （作为远端环回探头，测试以太网层2和层3的极限性能）

3.1.1 WiFi 测试



• WiFi信号功率测试（RSSI,信道类型等） 
• 网络接入用户验证
• Ping （验证路由及环回时延）
• 专家分析（信道噪声，信道占用时间，最大速率，整改建议）
• 上下行网速测试（业务层）：
        ➢Ookla SpeedTest 
        ➢iPerf （选件）



3.1.1.1 Ookla Speedtest
Ookla SpeedTest 是当前使用最广泛的测速应用。主要是基于HTTP 的TCP吞吐量测试。测试结果包括：
➢下载速率
➢上传速率
➢Ping时延
➢传输抖动
➢丢包率
     免费的Ookla测速服务器主要分布在各个运营商。为了更准确地测试校园内网的吞吐性能，建议在校园网内架设Ookla 测速服务器。现场人员用NSC-100发起流量测试，远端服务器在自动应答状态。



3.1.1.2 iPerf 测试



     iPerf 也是被业界广泛使用的网络性能测试工具。Iperf可以测试TCP和UDP带宽质量。很适合进行校园网和企业的内网的吞吐性能测试。Iperf可以测量最大TCP带宽，具有多种参数和UDP特性。Iperf可以报告带宽，延迟抖动和数据包丢失。iPerf 适合用UDP模式进行压力测试，测试端到端的极限性能：



➢下载速率
➢上传速率
➢Ping时延
➢传输抖动
➢丢包率

3.1.2 以太网测试
3.1.2.1 基本指标测试

•网络连通性测试（网线及网络端口工作正常）
•Ping（验证路由及环回时延）
•上下行网速测试（业务层(层4)）：
  •Ookla SpeedTest 测试 (同WiFi测试)
  •iPerf测试 (同WiFi测试)



测试由NSC-100发起。



3.1.2.2 高级测试（RFC 2544 测试 或 Y.1564测试） 



     RFC2544测试和Y.1564测试，可以精确验证以太网链路的层2/3/4层性能 （10G/1G），主要用于网络开通及验收测试。一般是断业务型测试。RFC2544 专注于识别被测设备或网络的最大性能极限。Y.1564 则倾向于测试网络链路的多业务并行是性能是否满足设计。该项测试需要Viavi公司的高级网络综合测试仪SC4800（或MTS5800）进行配合。
测试工具：SC4800（或MTS5800）+ NSC-100
测试项: 测试以太网层2和层3的吞吐率，丢包率，抖动，环路延迟。



      在被测链路的一端放置以太网综合测试仪SC4800或MTS5800，在链路的另一侧放置NSC-100。由SC4800 发起测试，NSC-100 处于环回模式。测试可在第二层（MAC层）或第三层（IP层）进行。SC4800 发送测试数据流，通过被测网络，到达链路的末端，在NSC-100作为环回器，将数据全部原路返回源端。 

3.1.3 PON 开通测试及维护测试

     NSC-100 仿真光猫进行拨号上网，并进行上/下行网速测试。兼容G.984.2 和G.9807.1 XGSPON。测试项目：

• 测量光功率
• 解析PON ID
• 获得正确的IP地址
• 连接上网（Ping/HTTP访问）
• 验证预期的业务性能 – TCP层吞吐率测试(Ookla SpeedTest)



3.2 物理层光纤端面检测 – 光纤显微镜

     “先检查后连接”是光纤网络的最佳操作流程。故障和光网络停机的首要原因是光纤连接受到污染。在使用只有几微米宽的光纤时，任何污染都可能造成灾难性的后果。遵循这个简单的“先检查后连接”流程,是确保光纤干净连接的唯一方法。



     Viavi提供手动对焦分析显微镜P5000i及全自动对焦分析显微镜FiberChek，这两种显微镜可通过USB线与电脑连接, 或通过WIFI与手机相连接，进行光纤端面自动分析判断并生成符合IEC端面标准的通过/失败认证报告。



3.3 光链路验证和认证- Optimeter



     智能光路综测仪Optimeter旨在对PON/FTTx提供最后一公里光纤安装和开通时的全面认证，并进行即时故障排查。Optimeter 结合了所有关键特性和功能，使安装人员能够验证FTTx/PON网络最后一公里光链路是否正确连接的，识别问题。

Optimeter测试功能



➢功率电平验证和故障映射。只需按一次按键，测量仪就可以执行光纤链路验证及故障查找，并显示一个简捷的链路图，清楚地标识出所有器件。
➢到 OLT 的连续性和分光器连接性检查。Optimeter 可提供有关“无光”的可能根本原因的指导， 例如光纤断裂、分路器断开或非活动/断开的 OLT
➢ONT 检测，具有 ONT 检测功能，可以确定 ONT 是否连接到下引光纤，而无需进入客户场所。
➢支持可视故障定位（VFL）和外接光纤显微镜对光纤端面检测。



Optimeter主要特点
➢用户界面简单，不需要设置，也不需要培训 
➢只需按一次按键便可完成测试，并在一个屏幕 中显示结果，所有这些可在 1 分钟内完成 
➢自动保存结果，并将生成的板载报告 (.pdf) 绑定到工单 
➢支持 P5000i 检测探针，通过 USB 连接；支持 VIAVI 移动技术应用和 FiberChek 检测探 针的 WiFi 连接 
➢电池续航时间达 20 小时



4. 总结

     校园网（及宽带企业网）的网络部署速度在全球范围内持续加速，这些宽带网络中混合光纤到户（FTTx），以太网及Wi-Fi等多种当即主流的宽带接入技术，需要运行维护人员对各类网络和服务进行验证或故障排除。利用正确的测试工具和测试方法，可以帮助是校园网运维人员快速、全面、准确地验证校园网（抑或是住宅抑或是企业的网络）和服务性能，进而减少宕机时间、排障次数和运行费用。



• VIAVI紧凑型手持式网络测试仪NSC-100（网路服务伴侣）旨在验证当前及未来千兆及万兆宽带网络服务，对校园网的网络交付和服务性能进行测试。
• Viavi Optimeter智能光路综测仪对PON/FTTx提供最后一公里光纤安装和开通的全面认证，并进行即时故障排查，以提高首次安装成功率，同时减少不必要的切换、光纤更换和重复上门服务。
• Viavi FiberChek、P5000i光纤端面显微镜，可进行光纤端面自动分析判断并生成符合IEC端面标准的通过/失败认证报告，消除了光纤检测中的猜测问题，以确保提供最佳的用户体验。