IPv6协议一致性测试.pdf

第2 8 卷第1 期V o L2 8，N o 1西华大学学报(自然科学版)J o u r n a lo fX i h u aU n i v e r s i t y N a t u r a lS c i e n c e2 0 0 9 年1 月J a n 2 0 0 9文章编号：1 6 7 3 1 5 9 X(2 0 0 9)O l-0 0 3 4-0 4I P v 6 协议一致性测试张升，刘兴伟，郭闯(西华大学数学与计算机学院，四川成都6 1 0 0 3 9)摘要：对网络设备的协议实现进行一致性测试是网络设备研发的必要环节。本文在研究协议一致性测试原理和方法的基础上，围绕实现I P v 6 协议一致性测试这个目标，在L i n u x 平台上设计了一种协议一致性测试的软件架构。同时针对L i n u xA S 4 0 的I P v 6 基本协议和I C M P v 6 设计了两大组共1 0 个测试例，并对R e d H a tL i n u xA S 4 的I P v 6 协议的一致性进行了验证测试。关键词：网络；协议；一致性测试；I P v 6 协议中图分类号：T P 3 9 3 0 6文献标识码：AAC o n f o r m a n c eT e s t i n gS y s t e mf o rI P v 6P r o t o c o lZ H A N GS h e n g，L I UX i n g w e i，G U OC h u a n g(S c h o o lo f M a t h e m a t i c s&C o m p u t e rE n g i n e e r i n g，X i h u aU n i v e r s i t y，C h e n g d u6 1 0 0 3 9C h i n a)A b s t r a c t：P r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s ti sa ni m p o r t a n ts t e pf o rt h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r kd e v i c e s I nt h i sp a p e r，t h ea r c h i t e c t u r eo faC o n f o r m a n c eT e s tE x e c u t i o nS y s t e m(C T E S)i sp r o p o s e db a s e do nt h et h e o r i e sa n dm e t h o d so fc o n f o r m a n c et e s to nL i n u xp l a t f o r m I ti si m p l e m e n t e do nL i n u xA M 0a n db a s i cI p v 6p r o t o c o l sa r et e s t e da f t e r w a r d T w oc o n f o r m a n c et e s ts c h e r m 自s(1 0c a s e go ft h et e s t)a r ed e s i g n e df o rI P v 6a n dI C M P v 6o nL i n u xo p e r a t i o ns y s t e m T h ec o n f o r m a n c et e s tf o rp r o t o c o lI P v 6o nR a d H a tL i n u xA S 4i sc o n d u c t e da sw e l l K e yw o r d s：N e t w o r k；P r o t o c o l；C o n f o r m a n c et e s t；I Pv 1 5p r o t o c o l协议是计算机网络的核心，是通信双方关于如何进行通信的约定规则。目前的协议一般都是由自然语言来加以描述的文本，网络设备的实现者往往会对这些协议文本有不同的认识和理解。所以，实现过程中的非形式化因素将出现相同协议的不同实现，以至可能出现导致完全错误的协议实现。即使这些网络设备厂商都能正确地完成了协议实现，也无法确定所有不同的协议实现之间是否可以准确地进行信息交互，因此，需要一种有效的方法对协议实现进行判别，这种方法就是协议测试、2J。从2 0 世纪起，在欧洲就有众多的计算机企业及各种研究机构对协议一致性测试技术进行重点的研究口制，如德国柏林科学研究院G M D、法国巴黎的A D I、英国国家物理实验室N P L都进行了一系列对协议一致性测试的标准化工作b 6 。2 0 世纪9 0 年代，国际标准化组织(I S O)专门制定了套国际标准I S O I E c 9 6 4 6(协议的一致性测试方法和框架)，它为协议的一致性测试提供了基本方法和框架，为测试集制定了设计步骤和描述方法，并为测试系统的实现提供了指导。我国从2 0 世纪8 0 年代开始了O S I 协议测试等方面的研究，并紧紧跟踪世界先进国家在协议测试领域的最新研究动态，如清华大学在“八五”期间研制成功了基于T F C N的“协议一致性测试系统P I T S”【_ 瑚J。本测试系统在遵循I S 0 I E C 9 6 4 6 的协议一致性测试方法下，进行该测试系统的平台的搭建。1协议一致性测试1 1 协议一致性测试原理协议测试理论包容了协议测试的整个过程，其主要研究内容可以概括为测试组织、测试方法、测试生成、测试集描述、测试管理、测试执行和判决、测试结果分析等多个方面，功能如表l 所示。收稿日期：2 0 0 8-0 6 1 6基金项目：四川省教育厅自助科研项目(0 7 Z A l l 5；0 7 Z C 0 5 0)作者简介：张升(1 9 8 3)，男山东德州人，硕士研究生，主要从事计算机网络研究。万方数据第1 期张升等：I P v 6 协议一致件测试3 5在协议标准中定义的一致性测试需求分为两个基本组：(1)静态一致性要求。网络互连所规定的最小能力，规定了在对可选功能进行选择时应遵从的约束。它规定了协议实现所应提供的最低功能，以及不同可选功能之间的组合性与一致性。(2)动态一致性要求。协议所规定的全部可观察到的行为，它定义了协议实现和外部环境进行通信时的可观察行为，构成协议标准的主体。常见的测试目的有：(1)能力测试，即静态一致性需求的测试；(2)语法错误的行为测试；(3)不合时宜的行为测试；(4)协议的每个阶段的测试等。表1 协议测试内容测试组织嘉翥篓翌蓑辜馨辇辫薹嫠差娄磊篙篱装的研究，明是研究在被溯系统提供不同的口】访问程度时，组成测试方法测试系统的多个测试器的配置方法和对被测系统的访问方法测试生成豢委藩磊荽器釜裂标准的描述中获得进行协测试集嚣蒸磊茬瑟霎霎喜黧嘉焱黧器蒙誓铲测试管理募勰嬲黜憾张帕斛纵部雾黜行蠡嚣裂舞篙霰寮黧委嚣鹱芒燃裂盏筹1”。“也是构造测试系统的基础翼萝结果黎举雾稔装荔蓑曩碟箍嚣勰美婆萎薷刀形1结论这些测试目的分类之间有重叠，但是这些分类提供了很好的覆盖度，在提取测试目的的时候有很好的参考价值J。I P v 6 协议一致性测试可以根据协议文本的要求提取测试目的M、6。I P v 6 相关的所有协议都把I P v 6 节点分为主机和路由器两类。在I P v 6 相关的协议中，主机和路由器在功能上有很大的差异，因此具有不同的测试目的。一些要求是针对主机的，路由器不必实现；另一些要求是针对路由器的，主机不必实现；还有一些要求是针对I P v 6 节点的，主机和路由器都必须实现。I P v 6 相关的协议文本都遵守这样的约定：M U S T 表示必须实现的要求；S H O U L D 表示应该实现的要求；M A Y 表示可以实现也可以不实现的要求。进行I P v 6 协议一致性测试，只需要针对必须实现的要求和应该实现的要求进行测试即可，可选的要求可以作为可选的测试。1 2 协议一致性测试系统针对R e d H a tL i n u xA S 4 中I P v 6 协议一致性测试的要求，我们设计的测试系统分为四个部分：测试代理器、测试执行器以及数据库、文件操作接口，如图1 所示。系统用于测试运行于以太网链路之上的I P v 6 协议实现。数据链路层接口模块提供了动态增加网络接口的功能，系统通过数据链路层接口模块直接在数据链路层收发数据包，避免了操作系统网络内核对异构报文的自动过滤，实现了对异常报文的发送、接收。测试的交互是通过以太网在此基础上定义了链路层通信实体。图l 一致性测试执行系统框架协议提供数据链路层以上协议的支持，I P v 6 属于网络层协议，测试系统中不需要实现I P v 6 协议，只要存在以太网链路接口即可。系统各模块的具体实现如下：(1)测试代理器。测试代理器由参数接口配置、I U T(I m p l e m e n t a t i o nU n d e rT e a)选择、参数输入以及结果返回四个主界面组成。测试代理器主要工作是接口配置、I U r I 选择、参数配置和结果显示。测试代理器向测试执行器提交要执行的测试例和该测试例的参数，执行器执行测试用例后将结果返回给代理器，测试结果包括测试执行过程的日志和最终判决。(2)测试执行器。测试执行器是测试系统重要的组成部分，其主要功能：接收来自测试代理器的测试执行要求以及参数后加载测试用例并执行，然后，根据协议标准，进行测试判定。(3)测试接口。测试接口是建立在硬件驱动上的软件接口，测试接口的基本功能是实现测试事件，发送和接收数据包。对第N 层的协议的一致性测试需要正确的第N 1 层协议的实现。下层协议为上层协议提供服务，在对N 层协议进行测试时，需要保证N 一1 层协议的实现已经是正确的。对I P v 6 的测试就需要数据链路层协议的正确实现。在本设计中主要针对I P v 6 基本协议和I C M P v 6 进行测试，所以可将测试接口分为I P v 6 测试接口和数据链路层接口，如图2 所示。万方数据3 6西华大学学报自然科学版2 0 0 9 正图2 测试接口的层次图(4)数据库设计、文件设计以及操作接口。数据库、文件操作接口通过调用封装的数据库操作类和封装的文件操作类来完成对数据库和文件进行读取。数据库使用M y S Q L 数据库与文件的结构，数据库中包括的表有测试例表、一致性参数表、结果表。测试例表用于存储封装标测试例参数、标准的I P v 6协议报头和扩展选项；一致性参数表用于存储标准的I P v 6 协议报头和扩展选项；结果表用于存储测试判定的结果。文件系统完成对发送报文、接收报文的实时记录。2 测试例的设计与测试结果分析本文实现的I P v 6 协议的一致性测试集的总体设计思想主要有以下两点：(1)基于自己编写的I P v 6 协议一致性测试执行系统。利用自己编写的测试执行器收发I P v 6 报文，基于自己编写的执行器进行测试例设计。(2)I P v 6 协议测试和I C M P v 6 协议测试相结合。对I P v 6 协议主规范的测试涵盖R F C 2 4 6 0，根据I P v 6 协议，将测试分为以下几组，如表2。表2 对I P v 6 的测试范围I P v 6 主头部验证I P v 6 主报头部各字段的值。选项处理选项处理是否正确。选项处理顺序验证选项的顺序足否正确。扩展报头的顺序验证扩展报头的顺序是否正确。I P v 6 目的地址验证目的地址的位数。1 P v 6 目的地址寻址测试能否按照目的地址正确寻址。I P v 6 源地址验证目的地址的位数。婵硒源地址寻址鎏箨凳香磊霪盏蔷露霪誉渊并把源地I C M P v 6 测试的范围。对I C M P、，6 的测试涵盖R F C l 8 8 5，如表3：表3 对I C M P v 6 的测试范围目的地不可达驾雾篡罄，址不存在或错误能否返回目的不包太长超时参数问题回声应答测试包长度大于将要转发到的链路的M T U 能否返回包太长包。测试跳极限为0 的包时能否返回超时包。测试I P v 6 头或扩展头中的某峰部分有问题时，能否返回一个参数错误的包。测试接I U T 接收到回应请求数据包时能否返回回声应答。协议一致性测试实例，如表4：表4 测试实例测试例名称头H O 部P i；H。P 扩展报头中下一头部字段为逐跳选项所属测试组H O P H e a d e r(I P v 6 逐跳选项头部)测试I U T 是否丢弃H o p 扩展头部中下一头部字段测试目的舅某蔷赭嚣麓器1：墨鲁耋萋蒜军华竺头部字段。执行器在执行该测试例的过程：首先执行器发送H O P i n H O P 报文，这个报文中H O P 扩展头部的下一头部字段为H O P 头部对应的值，同时启动定时器，同时准备接收。路由器收到H O P i n H O P 报文以后，首先处理H O P 扩展头部，在其中发现下一头部字段的值为H O P 头部，按照协议规定，路由器应该丢弃这个报文并且返回一个类型为参数错误(“4”)，代码为未知扩展头部(“1”)，指针指向H O P扩展头部的下一头部字段(“4 0=0 x 2 8”)的I C M P v 6报文，也就是I C M P 6 _ 4 1 1。其它的处理方法，比如简单丢弃、照样转发、回应错误的I C M P v 6 报文都是不对的。所以，如果执行器收到I C M P 6-4 1 1 报文，则测试例通过；如果执行器收到H O P _ 0 0 3 报文，表明路由器照样转发此报文，测试例失败；如果执行器收到别的报文，表明路由器回应了错误的报文或者转发了别的报文，这两种情况均认为测试失败；如果时钟超时前没有收到任何报文，表明路由器丢弃了这个报文但是没有回应I C M P v 6 参数错误报文，同样认为测试失败。目前的I P v 6 协议的一致性测试集，由于采用基于测试目的的测试集设计，根据不同字段和扩展头部进行测试组划分，具有较好的覆盖度。测试集设计时紧扣被测系统的一致性测试，在测试I P v 6 主协议的同时兼顾I C M P v 6 协议的一致性测试，覆盖了I P v 6 协议中继系统的一致性测试的大多数测试目的，同时覆盖了I C M P v 6 协议一致性测试的许多测试目的。测试环境拓扑图，如图3 所示。测试执行系统运行在操作系统为R e d H a tL i n u xA S 4 的普通的P C 2 上，其I P 地址为f e 8 0：2 1 e：8 c f f：f e 0 3：2 7 2 a，被测试实现是运行在服务器上的R e d H a tL i n u xA S 4 操作系统，内核版本为2 6 9-5 E L，其I P 地址为f e 8 0：2 0 c：2 9 f f：f e 7 5：c 9 e f，两者之间通过E t h e r n e t 相连。以下是I P v 6 协议在执行系统上一致性测试的一次实际测试活动的记录和对测试结果的分析。万方数据第1 期张升等：I P v 6 协议一致性测试3 7R e d H a tL i n u xA S 4(k e m e l2 6 9 5 E L)f e 8 0：2 0 c：2 9 m f e 7 5：c 9 e fP C IP C 2P C 3f e 8 0：2 l e：8 c f t-f e 0 3：2 7 2 a图3 测试环境拓扑图(1)测试条件，如表5 所示：表5 测试条件测试对象R e d H a tL i n u xA S 4测试地点西华大学计算机应用研究所测试集I P v 6 协议一致性测试集测试结果执行测试例1 0 个，通过9 个，1 个失败，无结沦0 个(2)测试过程。配置待测主机，使待测主机支持I P v 6，通过用户接1 3 参数界面构造邻居节点请求报文，配置网络接口添加测试主机的I P v 6 地址，执行器构造参数错误的I P v 6 的数据包并发送到被测实现。执行器对接收数据包进行判断，接收到的数据包是否为类型为4 的I C M P v 6 的包。(3)测试例失败情况分析，如表6 所示：襄6 测试失败情况分析测试例名称I p v 6 H e a d e r _ P a r a E r r o r参考标准文档R F C l 8 8 5测试目的测试I U T 能否正确处理参数错误的I p v 6 的数据包主头部的下一头部字段的值为未知的下一头部的报文应该被丢弃并返回1 0 M P v 6 参数错误。测试结果被测实现照常处理这个包，并没有返回I C M P v 6参数错误的包3结论本文设计并实现了针对R e d H a tL i n u xA S 4 中I P v 6 协议和I C M P v 6 协议一致性测试执行系统。文中给出了I P v 6 协议一致性测试基本流程，介绍了测试执行系统体系结构和组成模块。整个系统由测试代理、测试执行器和测试接1 3 模块三个模块组成。设计了相应的测试例及对测试结果进行了分析，验证了大部分实例可以正确返回信息和做出正确的处理，但在I C M Pv 6 错误处理的实例中，发现测试结果与协议标准存在有不一致的地方。我们进一步的研究工作将实现可执行测试例的自动生成，同时再考虑设计更多的测试例，加大对R F C 文档的覆盖度等。参考文献【1 郑红霞，田军，张玉军1 1：6 协议一致性测试例的设计【J 计算机应用，2 0 0 3，4(2 3)：6 1-6 2 2 孙慧，张春芳I P v 6 协议一致性测试系统的研究与实现 J 计算机工程与设计，2 0 0 8，5，2 9(9)：2 1 8 1-2 2 2 8 3 RH a o，J W u T e s te x e c u t i o nb a s e do n1 r r c N 8o p e r a t i o n a ls e m a n t i c s J J o u r n a lo f C o m m u n i c a t i o n，1 9 9 5，2 0(2)：8 9 1 2 4 4 SD e e r i n g，I LH i n d e n R F C2 4 6 0 I n t e m e tP r o t o c o l，V e r s i o n6(1 P v 6)S p e c i f i c a t i o n s D e c e m b e r1 9 9 8 5 T N a r t e n，E N o r d m a r k，W S i m p s o nt R F C2 4 6 1 N e i g h b o rD i s c o v e r yf o rI PV e r s i o n6(I P v 6)S D e c e m b e r1 9 9 8 6 s K e n t，I 乙A t k i n s o n，I PA u t h e n t i c a t i o nH e a d e r，R F C 2 4 0 2，N o v e m b e r1 9 9 8(S t a t u s：P R O P O S E DS T A N D A R D)【7 孙静波，张玉军，李忠诚I P v 6 中邻居发现协议及其测试 J 计算机工程与应用，2 0 0 4，2 4(3 2)：7 9-8 1 8 郑红霞，于东，张玉军，田军I P v 6 过渡机制协议测试的方法与实现 J 计算机应用与软件，2 0 0 2，2(2 1)：1 1 1 1 1 3(编校：张安林)万方数据