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杨洋硕士论文

ai西南交通大学

研究生学位论文

路由器双端口测试管理器研究与开发

年级二○○二级

姓名杨洋

申请学位级别硕士

专业计算机应用技术

指导教师曾华燊教授

二○○五年七月

ClassifiedIndex:

TP393

SouthwestJiaotongUniversity

MasterDegreeThesis

RESEARCHanddeveloponTWO-PORTTESTSYSTEMUNDERROUTERDistributedMulti-portSynchronizedParallelTEST

Grade:

2002

Candidate:

YangYang

AcademicDegreeAppliedfor:

Master

Major:

ComputerApplication

Supervisor:

Prof.ZengHuashen

July2005

摘要

本论文的研究背景是路由器测试技术。

多端口、高速性和既支持IPv6又支持IPv4是从IPv4向IPv6过渡的整个历史时期的特点。

以ISO9646为代表的传统的路由器测试方法为单端口的“回绕测试法”（LTM）和双端口的“穿越测试法”（TTM），难以适应现代路由器多端口的特点；高速路由器的性能测试要求测试方法的高效性和端口间的同步协调，在LTM和TTM中都缺少相应的支持。

所有这些就是四川省网络通信重点实验室（SC-NetcomLab）提出“分布式多端口同步并行穿越测试法”（DMSP-TTM）和开发“多端口路由器分布式并发测试系统”（MPR-DCTS）的直接背景。

目前仍处于开发阶段的路由器“分布式多端口并发测试系统”为两层结构：

上层为路由器多端口测试管理器（RMPTM–RouterMulti-PortTestManager），下层为路由器双端口测试器（RTPT–RouterTwo-PortTester）。

RMPTM处理与路由器多端口测试相关问题（为多个RTPT配置相关测试控制数据，同步与协调多个RTPT的工作。

RTPT支持LTM和TTM,既可以通过局域网实现层间系统的互联，构成分布式的多端口测试系统，也可以作为独立的测试系统完成双端口测试。

本文所反映的工作重点是关于RTPT的“双端口测试管理器”（RTPTM）的研究与开发技术。

RTPTM作为多端口测试的下层测试器管理器和独立的双端口测试管理器具有双重职责和双重功能：

既是双端口测试的控制管理部件，又时对外接口与管理部件（作为独立测试系统时提供与测试操作员交互接口，作为多端口测试器的下级测试器，与多端口测试管理器接口接受其控制）。

本论文的贡献可以概括为：

A、对路由器双端口测试系统管理器的各功能模块进行了分析和详细设计，完成了对路由器双端口测试系统用户界面模块和测试例执行管理模块的开发。

B、设计了“测试例选择规则表”（Test-caseSelection-RulesTableTSRT）以简化测试选择管理和提高测试执行效率，分别提出了单状态协议和多状态协议测试例管理的一般性方法。

C、讨论了路由器双端口测试系统与上层管理器的通信问题，为今后分布式多端口同步并行测试系统的开发奠定了初步的基础。

关键词：

多端口分布式同步并行穿越测试法（MDSP-TTM）；路由器双端口测试系统管理器（RTPTM）；测试例选择管理

Abstract

Thebackgroundofthisdissertationisroutertestingtechniques.ThemainfuturesofmodernrouterintheprocessofmigratingfromIPv4toIPv6arecharacterizedbymulti-ports,high-speed,andcomplicationinsupportingbothIPv4andIPv6.TheorthodoxtestmethodsdefinedinISO9646,i.e.LTM（Loop-backTestMethod）andTTM（TransverseTestMethod）arenotcateredforsuchroutertesting.Performancetestingforhigh-speedroutersdemandshigh-efficiencyintestingaswellassynchronizationamongmulti-ports.AllthesehavespurredtheresearchactivitiesatSichuanNetworkCommunicationKeyLaboratory（SC-NetcomLab）,whicharerepresentedbythenoveltestmethodcalledDMSP-TTM（DistributedMulti-portSynchronizedParallel–TTM）anddevelopmentofMPR-DCTS（Multi-PortRouter–DistributedConcurrentTestSystem）.

Thedistributedmulti-portconcurrenttestsystemunderdevelopmentatSC-NetcomLabtakesatwo-layerstructure:

theupperlayerformedoftheRouterMulti-PortTestManager（RMPTM）andthelowerlayercomposedofmultiple“RouterTwo-PortTesters（RTPT）”.RTPTMdealswithmulti-porttestissuessuchasRTPTconfiguration,testcasedistribution,andsynchronizationamongmultipleRTPTs.RTPTontheotherhand,supportsbothLTMandTTMandactseitherasanindependenttestdeviceorthelow-layerdeviceoftheMPR-DCTS.

TheworkpresentedinthisdissertationisfocusedontechniquesrelevanttoRTPTM（RouterTwo-PortTestManager）.TherolesofanRTPTMintheMPR-DCTSaretwofold:

toactasthecontrolandmanagemententityforanRTPT,andtoprovideinterfacefunctionsbetweenRTPTandRTPTMinanMPR-DCTSorbetweenRTPTandtestoperatorwhentheRTPTworksindependently.

Themaincontributionsofthisdissertationcanbesummarizedas:

A.ProvisioningofafunctionalframeworkforRTPTMthroughdetailedanalysisanddesign,andimplementationofuserinterfacemoduleandtestcaseselectionmodule.

B.Toimprovetestefficiencyviadynamictestcaseselectionaccordingtotestcaseexecutionresult,aTSRT（Test-caseSelection-RulesTable）isdesignedandgenerictestselectionmethodsforsingle-stateandmulti-statesprotocolsareprovided.

C.ToprovideabasisforfuturedevelopmentofMPR-DCTS,communicationissuesbetweentheRTPTMandtheRMPTMarealsoprovided.

Keywords:

MDSP-TTM（Multi-portDistributedParallel–TransverseTestMethod,RTPTM（RouterTwo-PortTestManager）

TestCaseselection

目录

摘要I

AbstractIII

目录V

第1章绪论1

1.1论文的研究背景1

1.1.1分布式多端口同步并行测试的意义1

1.1.2分布式多端口同步并行测试系统4

1.1.3路由器双端口测试系统5

1.2研究分布式多端口同步并行测试系统下双端口测试管理器的意义7

1.3论文的组织结构8

1.4作者的工作与论文的贡献8

第2章IP路由器双端口测试系统功能模块简介10

2.1路由器双端口测试系统的简介10

2.2路由器双端口测试系统功能模块简介11

2.2.1测试支撑工具11

2.2.2编解码器和支撑层适配模块12

2.2.3双端口测试管理器12

第3章路由器双端口测试系统管理器设计14

3.1双端口测试系统管理器的功能模块组成14

3.2双端口测试系统管理器的功能模块设计15

3.2.1用户接口模块15

3.2.2测试管理模块17

3.2.3测试集/组/例管理模块19

3.2.4日志记录模块19

3.2.4测试结果分析与测试报告生成模块20

3.2.5与分布式多端口同步并行测试管理器接口21

3.2.6系统数据库22

第4章测试例执行管理23

4.1双端口测试器中的测试例执行管理23

4.1.1双端口测试器中测试例执行的过程23

4.1.2测试例执行管理的策略24

4.2单状态协议测试例的执行管理30

4.2.1IPv6测试例的执行管理31

4.2.2单状态协议测试例执行管理的方法34

4.3多状态协议测试例的执行管理35

4.3.1RIPng测试例的执行管理35

4.3.2多状态协议测试例执行管理的方法38

第5章双端口测试系统与分布式多端口同步并行路由器测试系统接口的研究40

5.1双端口测试系统与分布式多端口同步并行路由器测试系统接口的作用40

5.2双端口测试系统与分布式多端口同步并行测试系统接口的设计41

5.2.1双端口测试系统与分布式多端口同步并行路由器测试系统接口的数据格式41

5.2.2双端口测试系统与分布式多端口同步并行路由器测试系统接口的功能模块设计42

第6章总结与展望44

6.1小结44

6.2展望44

致谢46

参考文献47

第1章绪论

1.1论文的研究背景

1.1.1分布式多端口同步并行测试的研究背景

以IPv4为基础的Internet在以文本为主体的应用环境中推动了计算机网络技术的发展和计算机网络在全球的广泛应用，极大的改变了人们的工作、学习、生活。

但是，随着Internet的迅猛发展，用户数呈指数型增长，IPv4逐渐表现出地址匮乏的缺点；随着多媒体应用日益增加，用户数据更多地呈现面向连接服务的特征，用户数据流的速率不断提高（从Kbps数量级提高到Mbps数量级）；服务质量（QoS）的需求也有了很大的变化，Internet尽其所能的服务面临着新的挑战。

IPv6[1]将IPv4地址长度由4字节扩展为16字节，解决了IP地址匮乏的问题[44]；对IP报头的简化，有利于提高对IP报文的处理速度[45]。

NGI（Next-GenerationInternet）[2-3]就是在这一背景下产生的。

在Internet发展的同时，网络设备特别是在网络通信中发挥巨大作用的路由器，在技术、性能等方面都得到了长足发展。

在这种背景下，路由器的测试问题就重新提高到议事日程。

目前对路由器的测试主要有2个问题有待解决，一个是如何尽快把过去对以IPv4协议集的测试转入到对IPv6协议集的测试上，另一个问题是如何在测试中更好的模拟路由器的真实工作环境，以达到对其性能精确的测试。

路由器实质上是由包括应用层协议在内的信令控制平面和管理平面的协议集和只有3层结构的用户数据传输平面构成的，因此相关的测试也必须包括分别对两个平面的协议进行Conformance测试。

路由器或交换路由器是Internet中实现系统互联的多端口高速交换设备，目前主要是采用ISO9646规定的两种抽象测试法，即对单端口的“回绕测试法”（LTM-Loop-backTestMethod）或对一对端口的“穿越测试法”（TTM-TransverseTestMethod）[4-5]。

回绕测试法

和穿越测试法的示意图如图1-1和图1-2所示。

对单端口的“回绕测试”或对一对端口的“穿越测试”都不能验证端口间的相互影响，特别是对于性能测试，其测试结果不能定量地界定路由器的实际工作性能，特别是难以考察系统在并发数据的实际运行环境中符合协议的程度和性能指标，因而目前的测试技术和系统所进行的测试是不完整的。

现有的测试描述语言，包括欧洲的扩展描述语言TTCN-3在内，都没有提供一个完整的描述这类并发性的机制。

为了解决这两个问题，笔者所在的四川省网络通信技术重点实验室根据过去的工作经验和研究基础，把网络协议测试技术的研究作为实验室的4个重点研究方向之一。

相关的研究工作瞄准对路由器的“分布式多端口同步并行测试技术”的研究。

迄今为止，国外尚未见以此为目标的系统出现。

仅就IPv6协议本身的测试工作来看，目前国外的现有工作大体可分为两大类：

单项测试系统开发和在现有IPv4网络环境上建立IPv6的互通性（Inter-operability）测试环境（即采用在IPv4之上利用隧道方式（Tunneling）[41]进行测试）。

建立测试环境（Testbed）的研究活动：

主要研究实体有两类：

IETF和网络公司（或大型网络运营者）。

其中以IETF的“6boneProject”[6]活动与本项工作相关密切。

该专案的基本思想是：

以现有的IPv4网络为基础，对IPv6进行“隧道”（Tunneling）测试[24]。

从6bone近年的研究题目看，其重点在于尽快进行系统间的互通测试，在于研究如何以IPv4网络平台进行IPv6的实验；而并未全面开展对涉及IPv6的两类设备（端系统和中继系统）和3类测试目标（一致性、互通性和性能测试）进行全面的方法研究和测试系统的建设。

开发单机测试系统的活动：

这类项目把测试系统的开发作为主要研究对象。

开展这类研究的单位包括研究机构和测试设备开发厂家。

前者可以美国NIST（原NBS）为代表，该研究所的信息技术实验室（ITL）从70年代末开始从事OSI协议的conformancetest系统研究，主要采用技术为机内测试法（LocalTestMethod）和分布式测试法（DistributedTestMethod），前一种方法测试功能强，但实施困难，只适合作为系统自我调试；后一种方法测试设备间的同步问题未得到解决。

类似的工作还有HP测试仪和Compaq的测试软件，根据相关资料重点在互通测试与性能测试。

从80年代中期开始我国主要有下述单位涉足了网络协议测试技术研究和系统开发：

中科院成都计算机应用研究所提出了“Ferry-clipTestApproach”[7]并以此为基础开发了针对OSI传送层协议的测试系统，并将该测试系统移置到微机之中。

在国家863项目支持下，中科院计算所研制开发出一套IPv6协议一致性测试系统[8]。

从所发表文章来看，中科院项目IPv6CTS虽然能实现多端口测试，文中并未明确提出新的并行、并发测试方法。

在解决同一测试系统如何实现对多个端口进行观测的问题上，该系统采用集线器作为接入路由器多端口的手段。

集线器的共享特征使多端口测试实时控制较难，该文未讨论如何应用于性能测试和解决实时同步问题。

从系统开发目标看，主要是否符合协议标准的测试（ConformanceTest），而未涉及另外两类测试，即性能测试（PerformanceTest）和互通性测试（InteroperabilityTest）。

此外，北京邮电大学的IPv6研究小组[9]、兰州大学IPv6试验床[10]也涉足建立试验系统和有关测试研究，主要采用的是基于IPv4的测试。

国内关于协议测试技术的研究，在80年代中后期和90年代初中期有较多的单位开展。

就IPv6协议测试而言，中科院计算机所发表有就IPv6中NeighborDiscovery协议及其测试方面的文章[11]。

内蒙古大学计算机学院发表的《基于PC的IPv6网络平台及其测试的探讨》[12]文章谈到用PC组建IPv6网络，建立测试环境用于测试IPv6协议的问题。

清华大学从近年发表的文章看，其工作主要是基于形式化技术研究[13]，有关IPv6路由器的测试的文章中提到多端口并行测试问题，但对如何解决并发性问题尚无文章。

综上所述，国内外已有的对路由器并行测试的工作主要是基于TTCN-3的机制，在单机内建立测试系统。

其局限性在于系统成本较高（需要使用小型机）、测试系统缺少灵活性和可移动性。

为了解决上述问题，四川省网络通信重点实验室开展了对IP路由器的分布式多端口同步并发测试系统展开了研究工作和系统开发工作,同时也是进一步为实验室研究的“单物理层用户数据传输平台体系结构网络”（SUPANET－SinglephysicallayerUser-datatransferPlatformArchitectureNetwork）[42]交换设备的测试作准备。

1.1.2分布式多端口同步并行穿越测试法和相关测试系统

在解决上述问题的过程中，四川省网络通信重点实验室把主要的工作重心放在分布式多端口同步并发测试系统的设计与研发上，在研发的过程中，同时对相关的技术展开研究。

针对现有的多端口路由器测试技术中存在的问题，笔者所在实验室提出了“分布式多端口同步并行穿越测试法”（DMSP-TTM-DistributedMulti-portSynchronizedParallel-TTM），并定义了并发多端口测试定义语言（CMP-TDL－ConcurrentMulti-portTestDefinitionLanguage）[14-15]。

DMSP-TTM是基于以下应用需求提出的：

新的方法必须具备在多个端口的测试过程进行同步与协调能力，以便严格控制并行测试的过程。

支持对复杂的并行测试过程分解为并行测试过程的同步与协调和单个/单对端口的测试过程，以便简化并行测试的描述和最大限度地利用已有的单个/单对端口的测试集。

物理上能够将并行测试管理设备与便携或可移动的单个/单对端口测试器相分离，从而实现用物理上独立的相对便宜的多个设备组成测试能力更强的多端口同步并行测试系统。

图1-3DMSP-TTM测试法示意图

图1-3即为DMSP-TTM测试法的简单描述。

1.1.3本论文研究的小背景——路由器双端口测试器

路由器双端口测试系统（RTPT–RouterTwo-PortTester）是路由器分布式多端口同步并发测试系统的基础测试部件。

它既能够作为分布式路由器的多端口并发测试系统的底层测试器，也可以作为一个独立的路由器双端口测试系统[16]。

图1-4就是路由器双端口测试系统的简图。

从图中可以看出，路由器双端口测试器主要由路由器双端口测试管理器、测试支撑工具和测试数据组成。

其中测试支撑工具包括图中所示的单测试例执行器（TestCaseTraverser）、支撑层适配模块（即PDU装/拆模块）、测试支撑层协议实现和编译器。

笔者的工作就是围绕路由器双端口测试管理器展开的。

1.2本论文研究对象——双端口测试管理器

路由器双端口测试器是路由器分布式多端口同步并行测试系统的基础测试部件，一方面它是实现分布式多端口同步并行测试的基础，另一方面它也可以脱离分布式多端口同步并行测试系统对双端口或单个端口进行测试。

所以在进行路由器双端口测试管理器的设计时，就要兼顾路由器双端口测试器的这两个特点。

在路由器双端口测试管理器中，有一个重要模块——双端口测试器与分布式多端口同步并行路由器测试系统的接口，该模块是双端口测试系统与路由器分布式多端口同步并行测试系统间通信的桥梁。

两者之间的通信使进行分布式多端口同步并行测试的各个双端口测试器可以同步协调工作，同时也使分布式多端口同步并行测试管理器可以汇总各个双端口测试器的测试结果[16]。

避开分布式多端口同步并行测试技术不谈，就双端口测试器本身来说，目前就这方面的研究与设计主要是针对某一特定测试任务来进行的[22-23]，当测试任务改变时往往需要重新设计、开发测试系统。

这使测试系统缺乏灵活性和通用性。

因此在设计双端口测试系统时，其设计目标包括：

既能够作为路由器分布式多端口同步并行测试系统的底层测试器，也可以作为一个独立的路由器双端口测试系统；既能够对路由器中的单个协议实现进行测试，也能够在多个协议的配合下进行联合测试；既支持穿越测试法，也支持回绕测试法；既支持按事先确定的测试例执行顺序进行测试，也具备根据测试例执行结果，动态地选择执行测试例，即根据协议特点和测试例执行结果跳过不需要再执行的测试例。

双端口测试管理器是双端口测试系统的核心组成部分。

它对上实现测试终端（双端口测试器）和分布式多端口同步并行测试系统的通信；对下完成系统配置、测试例执行管理、测试过程监视和记录、测试过程管理控制、初步测试报告的生成；在停止测试的状况下，进一步为人工分析测试结果和形成最终的测试报告提供支持。

整个测试系统的各模块在测试管理器的管理下，有序协调的进行工作。

综上所述，笔者对双端口测试管理器的研究与设计为整个系统的实现打下了良好基础。

1.3论文的组织结构

本论文的后续章节内容与组织结构如下：

第2章针对双端口测试系统的特点，介绍路由器双端口测试系统的三大部件：

测试支撑工具、编/解码器与支撑层适配模块、双端口测试管理器。

第3章主要介绍笔者对双端口测试管理器的各个功能模块的设计。

这是开发双端口测试管理器的基础。

第4章探讨对测试例执行的管理。

一方面探讨了测试例执行管理的一般性方法；另一方面以IPv6基本描述协议和RIPng协议的测试例执行管理为例，分别探讨了对单状态和多状态协议测试例执行的管理方法。

第5章探讨了双端口测试系统与分布式多端口同步并行路由器测试系统的接口设计，提出了两个测试系统之间通信的办法。

最后，第6章在对论文工作进行总结的基础上，对