（通信与信息系统专业论文）epon系统qinq协议一致性测试研究.pdf

d，11 南京邮电大学 硕士学位论文摘要 学科、专业：工科、通信与信息系统 研究方向：网络与应用技术 作者：王美丽 指导教师：马明栋 题目：e p o n 系统q i n q 协议一致性测试研究 英文题目：s t u d y o nq i n qp r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s t i n g o fe p o ns y s t e m 主题词：基于以太网的无源光网络软件自动化测试协议一 致性测试q i n q k e y w o r d s ：e p o n s o f t w a r ea u t o m a t e d t e s t i n g p r o t o c o l c o n f o r m a n c et e s t i n g q i n q ( 8 0 2 1q i n8 0 2 1q ) j 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 摘要 网络技术的迅速发展及网上新业务的不断涌现，使得人们对网络带宽接入的需求不断 增加。于是，出现了不同的宽带接入技术。而光纤接入以其频带宽、传输距离远、传输质 量高等众多优势，成为宽带接入技术的首选。光纤接入技术【l 】【2 1 分为a p o n ( 基于a t m 的p o n t 3 t 4 1 ) b p o n ( 宽带p o n ) 、e p o n t 5 1 ( e t h e r n e tp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ，以太网无 源光网络) 、g p o n 等。以太网的快速发展及技术的成熟，使基于以太网的p o n 即e p o n 得到了广泛应用。 本文首先介绍了e p o n 系统相关知识和软件测试基本知识。其中，e p o n 系统知识方 面主要介绍了e p o n 基本原理、关键技术及其优势( 简单易用、高效、维护成本低等) ； 软件测试基本知识方面主要介绍了软件测试的分类，引出协议一致性测试【6 】【7 】和自动化测 试，并对协议一致性测试( 以更好保证不同厂商产品的互通性) 进行了详细介绍，分析了 自动化测试的趋势、应用场合及其相对手工测试的优势，说明e p o n 系统采用自动化测 试的原因。 其次，深入理解了e p o n 系统中q i n q 8 1 ( 8 0 2 1 q 9 1i n8 0 2 1 q ) 技术主要包括q i n q 基本原理、报文结构、实现过程，给出了本课题所研究的灵活q i n q 实现方法，为后面 q i n q 的具体实现做好理论铺垫。 最后，对e p o n 系统协议一致性测试进行了需求分析，并给出了e p o n 系统部分功 能模块协议一致性测试的内容与方法。详细介绍了本课题所用自动化测试平台的架构及 q i n q 内部数据转发流程。开发q i n q 发包程序，在自动化测试平台上开发脚本文件和各 种收发包流文件，搭建测试平台，并在该自动化测试平台上实现了q i n q 协议一致性测试。 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 目录 摘要i a b s t r a c t 1 i 目j 畏i 第一章绪论1 1 1 研究背景l 1 1 1e p o n 概述1 1 1 2q i n q 概述。l 1 1 3 测试概述2 1 1 4 协议一致性测试及意义3 1 2 国内外研究现状4 1 2 1e p o n 国内外研究现状4 1 2 2 软件自动化测试国内外研究现状5 1 3 研究意义5 甓 1 4 论文的组织结构5 1 5 本章小结6 第二章e p o n 系统概述7 2 1e p o n 基本原理7 2 2e p o n 关键技术特点l o 2 3 本章小结一l o 第三章软件测试理论1 l 3 1 软件测试概论1 l 3 2 软件测试分类1 l 3 3 软件自动化测试13 3 4 本章小结。1 4 第四章q i n q 原理与实现1 5 4 1q i n q 技术原理1 5 4 2q i n q 报文结构1 7 4 3q i n q 的实现过程和实现方式l8 i t i 目录 18 1 9 2 0 2 0 2 0 2 l ： | i 2 z l 2 5 2 5 2 5 ：1 5 2 5 ：1 6 ：1 6 5 3 本章小结2 6 第六章e p o n 系统q i n q 协议一致性自动化测试实现2 8 6 1t c l 相关介绍2 8 6 2 自动化测试平台架构与执行流程2 8 6 2 1 自动化测试平台架构2 8 6 2 2 自动化测试执行流程。3 2 6 3 交换芯片b c m 5 6 51 0 内部数据包转发流程3 6 6 3 1 交换芯片b c m 5 6 5 1 0 采用技术及主要特点。3 6 6 - 3 2b c m 5 6 5 1 0 交换芯片内部对报文的处理过程3 6 6 4q i n q 协议一致性测试实现实例4 7 6 4 1 入口q i n q 规则实现。4 7 6 4 2 出口q i n q 规则实现5 5 6 4 3 入口规则和出口规则组合使用。5 8 6 5 自动化测试的维护5 9 6 5 1 自动化测试项的修改和添加5 9 6 5 2 测试平台中收发包流文件的使用6 0 作者攻读硕士学位期间发表的论文。6 6 v 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 1e p o n 概述 随着互联网的持续快速发展，网上新业务不断涌现，尤其是网络游戏、m s n 和q q 等 实时网络通信软件的出现，使得人们对网络接入带宽的需求持续增加。与铜线相比，光纤 接入具有频带宽，传输距离远，传输质量高等优势；与其它有线、无线通信技术相比，光 纤通信在带宽容量方面也具有无与伦比的优势。在今后大带宽业务驱动下，光纤接入必将 成为今后的主要接入手段。 光纤接入的起初发展是基于a t m 的p o n ( 即a p o n ) ，但由于a p o n 提供业务能 力有限，数据传输速率不高，协议转换麻烦，技术复杂等一系列原因，使a p o n 没有得 到广泛应用。而随着以太网的快速发展及其广泛应用，基于以太网的p o n ，即e p o n 被 提上日程。e p o n 能够和现有的以太网设备兼容，且以其新的q o s ( q u a l i t yo f s e r v i c e ) 技术能b 很z 好的支持语音、数据、视频业务和更高的带宽，成为一种更好的解决通信瓶颈的 方案。 e p o n 是一个点到多点的光网络系统，局端o l t ( o p t i c a ll i n et e r m i n a l ，光线路终端) 和终端o n u ( o p f i c a ln e t w o r ku n i t ，光网络单元) 之间通过无源光分路器进行连接。上 行传输采用t d m a 方式，下行传输采用广播方式。e p o n 系统具有简单、廉价、易升级、 高带宽和长距离传输等优点，并且解决了a p o n 过于复杂、成本太高、传送m 数据业务 效率太低等问题。e p o n 的这些优势，使其作为一种颇具竞争力的光纤到户“最后一公里 的解决方案。 1 1 2q i n q 概述 e p o n 系统作为接入端设备包括很多模块( 如v l a n ，f d b ，p o r t ，t r u n k ，i g m p ， q i n o 等) ，本文重点研究q i n q 模块。 随着电信业务的i p 化，网上新应用不断出现，各种应用技术不断发展，企业用户越来 越依赖网络提供的服务，希望网络能够提供安全、可靠的专线、v 0 i p 以及会议电视等业务， 从而降低企业的运营成本；同时个人用户也不再满足于通过网络获得i n t e r n e t 冲浪或者 f t p 下载等简单业务，而是期望能够从网络中通过多媒体获取更好的体验，包括高质量的 i p t v 、视频聊天、实时游戏等服务，不同业务需要不同的q o s 。同时n g n 3 g 承载网的建设 将会得到运营商的重点关注，如果能够通过宽带接入网来承载n g n 3 g 业务，这不仅能够加 l 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一荦绪论 快n g n 3 6 的部署，并且能够大大降低整网解决方案的成本。所有这些都要求能够在宽带接 入网上承载丰富的业务，为了能够在单一的接入网上承载这些具有不同q o s 需求的业务， 要求宽带接入网具有有效的业务识别和隔离能力，而v l a n 技术是目前最有效的业务识别和 隔离技术，是实现多业务开展的基础，但是随着宽度用户数量的大规模增加和业务种类的 增加，利用8 0 2 1 qv l a n 对用户进行隔离和标识受到很大限制。因为i e e e s 0 2 1 q 中定义的 v l a n t a g 域只有1 2 个比特，支持2 1 2 或4 0 9 6 ( 0 - - 4 0 9 5 ) 个v l a ni d ，其中0 和4 0 9 5 为预留值， 也就是仅能表示4 0 9 4 个v l a n ，这对于城域以太网中需要标识的大量用户不同业务是远远 不够的，于是q i n q 技术应运而生。 q i n q 最初主要是为拓展v l a n 的数量空间而产生的，它是在原有的8 0 2 1 q 报文的 基础上又增加一层8 0 2 1 q 标签实现，使v l a n 数量增加到4 k * 4 k 。随着城域以太网的发 展以及运营商精细化运作的要求，q i n q 的双层标签又有了进一步的使用场景，它的内外 层标签可以代表不同的信息，如内层标签代表用户，外层标签代表业务。q i l l q 报文带着 两层t a g 穿越运营商网络。在公网中，设备只根据外层v l a nt a g 对报文进行转发，并将 报文的源m a c 地址表项学习到外层t a g 所在v l a n 的m a c 地址表中，而用户的私网 罩 v l a nt a g 在传输过程中将被当作报文中的数据部分进行透明传输。 1 1 3 测试概述 随着现代信息技术的飞速发展，软件规模不断扩大，软件业竞争日益激烈，软件系统 日益复杂，客户对于软件功能、性能的要求不断提高，同时软件推出新版本的时间不断缩 短，在这种情况下如何保证软件质量，提高软件的可靠性成为企业关注的热点，也是软件 开发机构特别关注的方向。目前，在提高软件质量的技术中，最直接、最有效的手段是软 件测试技术。软件测试的目的是为了尽可能多的发现软件中存在的错误，并对错误进行分 析，找出错误的原因和分布特征，以更好的辅助开发人员，提高软件的质量。大量资料表 明，通常花费在软件测试和排错的代价大约占软件开发总代价的4 0 左右，即使这样， 也不能保证软件中不再包含错误。因此，作为保证软件质量最有效手段的测试技术，已经 越来越引起软件用户和开发人员的关注。 传统的测试以手工测试为主，但随着信息技术的发展和软件规模的扩大等众多原因， 仅仅依靠传统手工测试，已经不能满足开发和测试的需求。而自动化测试( 按照预先制定 的逻辑和顺序自动执行测试脚本，并对测试结果进行验证) 为此提供了成功解决方案。自 动化测试是测试体系中新发展起来的一个分支，实施正确合理的自动化测试能够分担手工 测试特别是回归测试的工作量，降低性能测试的难度，从而在保证软件质量的前提下，缩 2 图1 - 1 协议一致性测试流程图 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文第一章绪论 1 2 国内外研究现状 1 2 1e p o n 国内外研究现状 为了适应因特网快速发展和以太网大量应用的趋势，e f m 工作组在2 0 0 0 年底提出了 e p o n 的概念。i e e e 8 0 2 3 a h 工作组通过m p c p ( m u l t i p o i n tc o n t r o lp r o t o c o l ，多点控制协 议) 来支持系统时分复用的实施。为此，系统添加了多点m a c ( m e d i a a c c e s sc o n t r o l ， 媒体接入控制) 控制子层，它实现的功能有：o n u 发送时隙的分配；o n u 的自动发现与 注册；向上层报告拥塞情况等。此外，为了跟以太网完全兼容和实现对网络运行的有效管 理，e p o n 中还增加了r s ( 调和子层) 和o a m ( 运行维护管理) 子层。2 0 0 4 年6 月i e e e 出台了关于e p o n 的最终标准，该标准规定了e p o n 的物理层、多点控制协议、运行管 理维护等相关内容。目前，e p o n 的产业联盟已经吸引了众多厂商的积极参与，从核心芯 片、光模块到系统，e p o n 的产业链已经日趋成熟。中国技术人员积极制订适合中国发展 需求的e p o n 系列相关行业标准。c c s a ( 中国通信标准化协会) 的t c 6 脶g 2 工作组2 0 0 5 叁 年已经完成e p o n 的设备标准，2 0 0 6 年完成e p o n 的测试标准、e p o n 互通性的技术要 求、测试方法、f t t h 总体框架和技术要求以及g p o n 等标准的制定。2 0 0 6 年5 月，作 为e p o n 互通性技术要求和测试方法两标准主要起草人中国电信组织完成了e p o n 芯片 厂家的第二轮测试。 目前，已经发布的标准有：2 0 0 6 年6 月发布y d 1 1 4 7 5 2 0 0 6 接入网技术要求：2 0 0 6 年1 2 月发布y d 厂r1 5 3 1 2 0 0 6 接入网设备测试方法。e p o n 作为极具竞争力的f t t h 接入 解决方案，已经开始进入实际商用阶段。 近年来，作为新型的宽带接入方式e p o n 技术发展日新月异，美国光纤到户日趋普 及，日本、韩国等东亚地区也已大规模应用。国内有武汉邮科院、北邮格林威尔和华工飞 鸿在e p o n 研究开发领域走在前头，国外有a l l p o t i e ，w a v e 7 ，富士通等对e p o n 的研究 开发贡献巨大，目前研究的重点是宽带数据、电话和电视的融合。 随着e p o n 互连互通测试顺利完成，在中国，e p o n 也开始大规模应用。2 0 0 7 年8 月，中国电信完成了对4 万线e p o n 设备的集中采购和中国电信e p o n 设备技术要求 v 2 o 等相关企业标准的制订工作。中国电信2 0 0 8 年光纤宽带( f t t x ) 的建设需求在2 0 0 万线左右。4 万线e p o n 设备的集中采购不仅激励了中国电信各省公司的e p o n 网络建设， 还影响了中国其它运营商的决策。紧跟着中国电信的步伐，中国网通2 0 0 8 年初也开始了 首轮e p o n 设备招标。中国网通e p o n 招标主要包括约3 6 0 0 套光线路终端和8 9 0 0 0 线光 网络单元，其中光缆终端设备集采大大超出原计划的2 0 0 0 个。以太无源光网络结合了以 4 件测试。因此，在自动化测试方面基本上都是在借鉴国外经验的基础上不断地进行探索。 1 3 研究意义 e p o n 作为现代接入技术的主要手段，成为目前研究的热点。系统中q i n q 功能模块 是为满足大量用户对不同业务的需求而产生的，也是一个比较新的研究课题，国内外对这 方面的研究还比较少。因此，本文对e p o n 系统q i n q 协议一致性测试研究具有重要的理 论和现实意义。 1 4 论文的组织结构 本文内容共分7 章，各部分主要内容如下： 第l 章绪论。简单介绍了e p o n ，q i n q ，协议一致性测试，自动化测试的背景，基 本特点，国内外研究现状，为本课题的研究工作做铺垫。 第2 章e p o n 系统概述。详细介绍e p o n 基本原理，关键技术，特点及应用领域。 第3 章软件测试理论。详细论述软件测试基本理论，软件测试分类，协议一致性测 试，软件自动化测试，并对本文采用自动化测试进行了分析。 第4 章q i n q 原理与实现。论述q i n q 基本原理，报文结构，实现过程及实现方式， s 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一苹绪论 并详细介绍了灵活q i n q 。 第5 章e p o n 系统协议一致性需求分析及e p o n 系统部分模块协议一致性测试概述。 第6 章e p o n 系统q i n q 协议一致性自动化测试实现。首先，介绍了本课题自动化 测试平台架构；其次，介绍了交换芯片内部q i n q 实现；最后，列举入口q i n q 、出口q i n q 及入口和出口组合应用的q i n q 实现实例。该部分也是本文的重中之重。 第7 章总结与展望。对所做工作进行总结，总结论文成果及不足。并对未来工作进 行展望，以更好完善该平台的功能。 1 5 本章小结 本章首先简单介绍了e p o n 、测试相关知识及国内外研究现状，为本文研究工作的开 展奠定基础；其次，论述了本文的研究意义，这也是研究本课题的原因。最后，给出了论 文的组织结构，阐述了该论文的研究方法。 6 求。 在e p o n 中，局端o l t 和终端o n u 之间通过无源光分路器进行连接。上行( o n u 发往o l t 的数据包) 传输采用t d m 上式，下行( o l t 发往o n u 的数据包) 传输采用广 播方式。数据以变长信息包的形式从o l t 下行广播到多个o n u 。依据i e e e8 0 2 3 协议， 信息包最长为1 5 1 8 字节。每个信息包带有一个e p o n 包头，惟一标识该信息包是发给 o n u 1 、o n u 2 还是o n u 3 。也可标识为广播信息包发给所有o n u 或发给特定的o n u 7 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章e p o n 系统概述 组( 多点传送信息包) 。当数据到达o n u 时，o n u 通过地址匹配，接受并识别发给它 的信息包，丢弃发给其它o n u 的信息包。例如，o n u 1 接收信息包1 、信息包2 和信息 包3 ，但只将信息包1 传输给最终用户1 。e p o n 下行数据流传输如图2 2 所示： 图2 2e p o n - f 行数据流传输 e p o n 系统中，o l t 可以和各个o n u 互通信号，o n u 之间不能互通。因此，当不 同的o n u 向o l t 发送数据时可能发生碰撞，这就需要o l t 采用全局控制，安排好各个 o n u 的上传时隙，在此过程中o l t 扮演着主控角色，o n u 扮演着受控角色。为了在主 ， 静 控o l t 和受控o n u 之间有效地传输数据，需要一个有效的控制协议来控制o l t 和o n u ， 这个协议就是m p c p 。m p c p 协议实现e p o n 系统的启动注册、时间同步、时隙分配等功 能。在上行方向采用t d m 方式来解决不同o n u 上行的冲突问题：时隙的分配通过内置荽 的带宽分配算法来确定。每个o n u 上行数据分配一个专用时隙，各个o n u 只能在属于 自身的时隙内顺序发送数据，使得在数据汇合到公共光纤的时候，从o n u 来的信息包不专 ； 会互相干扰。例如，o n u 1 信息包在第一个时间间隙传输，o n u 2 信息包在第二个非重 叠的时间间隙传输，而o n u 3 信息包在第三个非重叠的时间间隙传输。e p o n 上行数据 流传输如图2 3 所示： 图2 3e p o n 上行数据流传输 e p o n 系统主要由o l t ，p o s ( p a s s i v eo p t i c a ls p l i t t e r ，光分离器) 和o n u 组成，分 别介绍如下： 8 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章e p o n 系统概述 1 u l r o l t 放在中一t l , 机房，它可以是一个二层交换机或者三层路由器。在下行方向，它提 供面向无源光纤网络的光纤接口；在上行方向，o l t 提供了g e ( g i g a b i t e t h c m e t ) 接e 1 、 1 0 b a s e t 、1 0 0 b a s e t 、1 0 g b a s e x 等接口标准，o l t 通过支持e 1 接口来实现传统的t d m 话音的接入。o l t 作为e p o n 系统的核心设备，主要实现以下功能： ( 1 ) 向o n u 以广播方式发送以太网数据； ( 2 ) 发起并控制测距过程，并记录测距信息； ( 3 ) 发起并控制o n u 功率； ( 4 ) 为o n u 分配带宽( 基于请求一授权方式的动态带宽分配方法，由m p c p 协议 时隙分配机制实现) ； ( 5 ) 支持e p o n 的统一网管，实现网络管理( 配置管理，安全管理，故障管理，性 能管理，计费管理) 的五大功能。 2 o n u o n u ( 通过其它网络连接到用户) 放在用户驻地侧c p e ( c u s t o mp r e m i e re q u i p m e n t ) 。 o n u 给用户提供数据、视频和电话网络与p o n 之间的接口。o n u 最初的作用是接收光 路信号，转换成用户所需的格式( 以太网、p 广播、电话、t 1 e 1 等) 。在e p o n 系统中 o n u 中除了终结和转换光信号外，还提供二层、三层交换功能，它允许在o n u 中内置 企业级路由器。e p o n 中的o n u 主要采用以太网协议，实现o n u 对用户数据的透明传 送，o l t 到o n u 之间可实现高速的数据转发。o n u 的主要功能有： ( 1 ) 选择接受o l t 发送的广播数据： ( 2 ) 响应o l t 发出的测距及功率控制命令，并做出相应的调整； ( 3 ) 提供多业务接口，对用户的以太网数据进行缓存，并在o l t 配备的发送窗口中 向上行方向发送，在部分o n u 中实现了成本低廉的以太网二层交换甚至是三层路由的功 能，这种类型的o n u 可以通过堆叠的方式来为多个最终用户提供很高的共享带宽。 3 p o s p o s 是无源光纤分支器( 由一个干路端口和多个支路端口组成) ，是一个连接o l t 和o n u 的无源设备，可以置于全天候的环境中。它的功能是将下行光学信号分发给多个 输出端口，使多个用户能够共用一条光纤，从而共享带宽；在上行方向，将多个o n u 光 学信号耦合到一条光纤中。无源分光器的部署相当灵活，由于是无源操作，几乎可以适应 所有环境。一般一个p o s 的分线率为8 、1 6 、3 2 或6 4 ，并可以进行多级连接。 9 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章e p o n 系统概述 2 2e p o n 关键技术特点 由上面图2 1 和对e p o n 基本原理的介绍，可以知道e p o n 系统具有以下关键技术 1 1 0 1 1 1 】【1 2 啭点： 1 局端( o l t ) 与用户( o n u ) 之间仅有光纤、光分路器等无源光器件，无需租用 机房、无需配备电源、无需有源设备维护人员，因此，可有效节省建设和运营维护成本： 2 e p o n 采用以太网的传输格式同时也是用户局域网驻地网的主流技术，二者具有天 然的融合性，消除了传输协议转换带来的成本因素； 3 采用单纤波分复用技术( 下行1 4 9 0 r i m ，上行1 3 1 0 n m ) ，仅需一根主干光纤和一个 o l t ，传输距离可达2 0 k i n 。在o n u 侧通过光分路器分送给最多3 2 个用户，因此可大大降 低o l t 和主干光纤的成本压力； 4 上下行均为千兆速率，下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽，上 行利用时分复用( t d m a ) 共享带宽。高速宽带，充分满足接入网客户的带宽需求，并可 方便灵活的根据用户需求的变化动态分配带宽； 。 5 点对多点的结构，只需增加o n u 数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩 容升级，充分保护运营商的投资； 。 6 e p o n 具有同时传输t d m 、i p 数据和视频广播的能力，其中t d m 和口数据采用 i e e e8 0 2 3 以太网的格式进行传输，辅以电信级的网管系统，能很好的保证传输质量。通 过扩展第三个波长( 通常为1 5 5 0 n m ) 即可实现视频业务广播传输。 由上述e p o n 关键技术特点可以看出，e p o n 光接入系统具有网络部署快速灵活、多业 务、高性能接入、性能价格比高的优点。因此，被公认是一种宽带光纤化接入的理想技术 之一。 2 3 本章小结 本章内容首先介绍了e p o n 系统知识，主要说明e p o n 系统拓扑结构、各组成部分 的功能：其次，根据e p o n 基本原理及功能实现总结了e p o n 关键技术特点，为后面实 现e p o n 系统测试做好理论铺垫。 1 0 第三章软件测试理论 论 件系统的开发过程中不可避免的 的大部分差错，而在生产性运行 的后果。因此，在软件发布之前 件测试技术。软件测试的目标是 件中潜在的各种错误和缺陷，其 3 2 软件测试分类 软件测试的种类很多，大体上可以从以下几个方面来进行划分： 从是否需要执行被测软件的角度，可分为静态测试和动态测试： 从测试是否针对系统的内部结构和具体实现算法的角度，可分为白盒测试和黑盒测 试； 从测试范围角度，可分为单元测试、系统测试、集成测试等等； 从测试目标角度，可分为性能测试、功能测试、可靠性测试等等： 从测试采用的工具角度，可分为自动测试和手工测试等。 但无论是那种方法，其核心都是比较设计需求与软件的实际执行结果的一致性、兼容 性。下面简单介绍目前常用软件测试方法： 1 黑盒测试 黑盒测试也称功能测试或数据驱动测试，它是在已知产品所应具有的功能的情况下， 通过测试来检测每个功能是否都能正常使用。在测试时，把程序看作一个不能打开的黑盒 子，在完全不考虑程序内部结构和内部特性的情况下，测试者在程序接口进行测试，它只 检查程序功能是否按照需求规格说明书的规定正常使用，程序是否能适当地接收输入数据 而产生正确的输出信息，并且保持外部信息( 如数据库或文件) 的完整性。黑盒测试方法 主要有等价类划分、边界值分析、因果图法、错误推测法等，主要用于软件确认测试。“黑 盒 法着眼于程序外部结构、不考虑内部逻辑结构、针对软件接口和软件功能进行测试。 2 白盒测试 白盒测试也称结构测试或逻辑驱动测试，它是在知道产品内部工作过程的前提下，通 过测试来检测产品内部动作是否按照规格说明书的规定正常进行。按照程序内部的结构测 l l 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第三章软件测试理论 试程序，检验程序中的每条通路是否都能按预定要求正确工作，白盒测试的主要方法有逻 辑驱动、基本路径测试等，主要用于软件验证。 3 单元测试 单元测试的对象是软件设计的最小单位模块。单元测试的依据是详细设计描述， 单元测试应对模块内所有重要的控制路径设计测试用例，以便发现模块内部的错误。单元 测试多采用白盒测试技术，系统内多个模块可以并行地进行测试。 4 集成测试 时常有这样的情况发生，每个模块都能单独工作，但这些模块集成在一起之后却不能 正常工作。主要原因是，模块相互调用时接口会引入许多新问题。例如，数据经过接口可 能丢失；一个模块对另一模块可能造成不应有的影响；几个子功能组合起来不能实现主功 能；误差不断积累达到不可接受的程度；全局数据结构出现错误等等。集成测试是组装软 件的系统测试技术，按设计要求把通过单元测试的各个模块组装在一起之后，进行综合测 试以便发现与接口有关的各种错误。 5 协议软件测试 协议软件作为软件的一种特殊形式，自2 0 世纪8 0 年代以来，其开发和检测方法已经 得到快速的发展，已经形成了一个崭新的学科协议工程学，它的研究范围包括：协议 说明( p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o n ) 、协议证实( p r o t o c o lv a l i d a t i o n ) 、协议验证( p r o t o c o l v e r i f i c a t i o n ) 、协议综合( p r o t o c o ls y n t h e s i s ) 、协议转换( p r o t o c o lc o n v e r s i o n ) 、协议性能 分析( p r o t o c o lp e r f o r m a n c ea n a l y s i s ) 、协议自动实现( p r o t o c o la u t o m a t i ci m p l e m e n t a t i o n ) 和协议测试( p r o t o c o lt e s t i n g ) 。 目前的网络协议多是以自然语言描述的文本，实现者对于协议文本的不同理解以及实 现过程中的非形式化因素都会导致不同的协议实现，有时甚至是错误的协议实现。即便协 议实现正确，也不能保证不同的实现彼此之间能够准确无误地通信，而且同一协议的不同 实现其性能也有差别。在这种情况下，需要一种有效的方法对协议实现进行评价，这就是 “协议测试 。 伴随着计算机网络的普及和网络需求的增多，计算机网络协议越来越复杂庞大，协议 实现不仅仅要求功能正确完善、能够互通，而且要求具有良好的性能，因此协议的实现和 开发越来越复杂。为了保证质量，协议测试是一个必需而且十分重要的手段。 协议测试是在软件测试的基础上发展起来的。根据对被测软件的控制观察方式，软件 测试方法分为三种：白盒测试、黑盒测试和灰盒测试。协议测试是一种黑盒测试，它按照 协议标准，通过控制观察被测协议实现的外部行为对其进行评价。目前协议测试分成三个 1 2 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章软件测试理论 方面进行研究：一致性测试( c o n f o r m a n c et e s t i n g ) 、互操作性测试( i n t e r o p e r a b i l i t yt e s t i n g ) 和性能测试( p e r f o r m a n c et e s t i n g ) 。一致性测试主要测试协议实现是否严格遵循相应的 协议描述；互操作性测试关注的是对于同一个协议标准，不同协议实现之间的互连通问题； 性能测试是用实验的方法来观测被测协议实现的各种性能参数，如吞吐量和传输延迟等 等，其结果往往与输入负载有关。 3 3 软件自动化测试 。 软件测试的工作量虽然很大，但许多操作是重复性的、非创造性的、需要细致注意力 的工作，而计算机最适合代替人类去完成这些任务。于是，提出了自动化测试【1 4 1 。 软件自动化测试是相对手工测试而存在的，提出自动化测试就是希望能够通过自动化 测试工具或其它手段，按照测试工程师的要求执行自动化的测试，目的是减轻手工测试的 劳动量，从而达到提高软件质量和测试效率的目标。自动化测试主要是通过所开发的软件 测试工具、脚本等来实现，具有良好的可操作性、可重复性和高效率等优点。下面简单介 绍手工测试的局限性和自动化测试的优势： 1 手工测试的局限性 ( 1 ) 简单的功能性测试用例在每一轮测试中都不能少，而且具有机械性和重复性， 工作量较大； ( 2 ) 许多与时序、死锁、资源冲突、多线程等有关的错误，很难捕捉到； ( 3 ) 进行系统负载、性能测试时，需要模拟大量数据或大量各种应用场合时，很难 通过手工测试来进行； ( 4 ) 进行系统可靠性测试时，需要模拟系统运行十年、几十年测试系统能否稳定运 行，这也是手工测试无法模拟的； ( 5 ) 如果有大量( 几千) 的测试用例，需要在短时间内( 1 天) 完成测试几乎不可 能做到。 2 自动化测试的优势 ( 1 ) 可以使某些测试任务比手工测试执行的效率高，并可以频繁的测试： ( 2 ) 对程序的新版本可以自动运行已有的测试； ( 3 ) 可以执行一些手工测试困难或不可能做的测试，例如对于2 0 0 个用户的联机系 统，用手工进行并发操作的测试几乎是不可能的，但自动测试工具可以模拟来自2 0 0 个用 户的输入； ( 4 ) 更好地利用资源。将繁琐的任务自动化，如重复输入相同的测试数据，可以提 1 3 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章软件测试理论 高准确性和测试人员的积极性，将测试技术人员解脱出来投入更多精力设计更好的测试用 例。另外，可以利用整夜或周末空闲的时候执行自动测试。 ( 5 ) 一旦一系列测试已经被自动化，则可以更快地重复执行，从而缩短了测试时间， 使软件更快地推向市场。 ( 6 ) 增加软件信任度。一旦得知软件通过强有力的自动测试后，软件发布时对其信 任度也高( 假设已做过很好的测试) 。 3 自动化测试适用的场合 ( 1 ) 产品型项目：每个项目只改进少量的功能，但每个项目必须反反复复地测试那 些没有改动过的功能； ( 2 ) 增量式开发、持续集成项目：频繁的发布新版本进行测试； ( 3 ) 回归测试：能够很好的显示出有没有引入新的缺陷，老的缺陷是否修改正确； ( 4 ) 多次重复、机械性动作：比如测试v l a n 规格和f d b 静态容量要创建上千个 v l a n 或静态m a c 地址等。 3 4 本章小结 本章内容首先介绍了软件测试的基本理论知识；其次，介绍了软件测试的分类，对常 用软件测试方法进行了介绍，以对本课题的协议一致性测试有比较清楚地认识；最后，介 绍了自动化测试的基本内容，阐述了自动化测试相对手工测试的优势及自动化测试适用的 场合。自动化测试具有上节所述的众多优点，本文所研究e p o n 系统测试主要采用黑盒 鬻 测试方法，测试内容主要是协议一致性测试，也比较适合采用自动化测试方法。因此，本 文采用自动化测试平台进行q i n q 协议一致性测试。 1 4 网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的技术。 v l a n 协议标准i e e e 8 0 2 1 q 完成这些功能的关键在于标签。支持i e e e8 0 2 1 q 的 交换端口可被配置用来传输标签帧或无标签帧。一个包含v l a n 信息的标签字段可以 插入到以太帧中。如果端v l 与支持i e e e8 0 2 1 q 的设备( 如另一个交换机) 相连，那 么这些标签帧可以在交换机之间传送v l a n 成员信息，这样v l a n 就可以跨越多台交 换机。但是，与不支持i e e e8 0 2 1 q 设备相连的端口必须确保它们用于传输无标签帧， 因为很多p c 和打印机的n i c 并不支持i e e e8 0 2 1 q ，一旦它们收到一个标签帧，它们 会因为读不懂标签而丢弃该帧。 v l a n 技术允许网络管理者将一个物理的l a n 逻辑地划分成不同的广播域，每一个 v l a n 都包含一组有着相同需求的计算机，由于v l a n 是逻辑地而不是物理地划分，所以 无需将同一个v u 蝌内的各个计算机放置在同一个物理空间里，即这些计算机不一定属于 同一个物理l a n 网段。v l a n 的优点和作用是隔离用户和逻辑分组，形成自己的广播域。 v l a n 成员的定义可以分为以下几种： 1 根据端口划分v l a n 8 0 2 1 q 协议定义了基于端口的v l a n 模型，这种划分v l a n 的方法是根据以太网交换 机的端口来划分。比如g f a 6 7 0 0 的l 1 端口为v l a na ，1 2 4 端口为v l a nb 等。这些属于 同一v 乙蝌的端口可以连续也可以不连续，可根据需要具体配置。同一v u 蝌也可以跨越 多个以太网交换机。根据端口划分是目前定义v l a n 的最常用方法。这种划分的方法的 优点是定义v l a n 成员时非常简单，只要将所有的端口都静态配置到相应v l a n 就可以了。 它的缺点是如果v l a n 的用户离开了原来的端口，到了一个新的交换机的某个端口，就必 l s 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第四章q i n q 原理与实现 须重新定义。 2 根据m a c 地址划分v l a n 这种划分v l a n 的方法是根据每个主机的m a c 地址来划分的，即对每个m a c 地址的主机都配置它属于哪个组。这种划分v l a n 的方法的最大优点就是当用户物 理位置移动时，即从一个交换机换到其它的交换机时，v l a n 不用重新配置。这种 方法的缺点是初始化时，所有的用户都必须进行配置，如果有几百个甚至上千个用 户的话，配置是非常累的。而且这种划分的方法也导致了交换机执行效率的降低， 因为在每一个交换机的端1 2 都可能存在很多个v l a n 组的成员，这样就无法限制广 播包了。另外，对于使用笔记本电脑的用户来说，他们的网卡可能经常更换，这样， v l a n 就必须不停地配置。 3 根据网络层划分v l a n 这种划分v l a n 的方法是根据每个主机的网络层地址或协议类型( 如果支持多 协议) 划分的。虽然这种划分方法可能是根据网络地址，比如i p 地址，子网掩码，。 秦 但它不是路由，不要与网络层的路由混淆。它虽然查看每个数据包的i p 地址，但 由于不是路由，所以没有r i p ( r o u t i n gi n f o r m a t i o np r o t o c o l ，路由信息协议) 、o s p f ( o p e ns h o r t e s tp a t hf i r s t ，开放最短路径优先) 等路由协议，而是根据生成树算法 进行桥交换。这种方法的优点是用户的物理位置改变了，不需要重新配置他所属的 v l a n ，而且可以根据协议类型来划分v l a n 。这种方法不需要附加的帧标签来识 j 别v l a n ，这样可以减少网络的通信量。其缺点是效率低，因为检查每一个数据包 的网络层地址是很费时的( 相对于前面两种方法) ，一般的交换机芯片都可以自动 检查网络上数据包的以太网帧头，但要让芯片能检查i p 帧头，需要更高的技术，同 时也更费时。 4 根据i p 组播划分 i p 组播实际上也是一种v l a n 的定义，即认为一个组播组就是一个v l a n 组。 这种划分的方法将v l a n 扩大到了广域网，因此这种方法具有更大的灵活性，而且 也很容易通过路由器进行扩展。当然这种方法不适合局域网，主要是效