（通信与信息系统专业论文）通信协议的一致性测试.pdf

遇壁坐坚塑= 篓壁型整 一一! 塑 攘要 通信技术的发展使得通信网络及其通信协议日趋复杂，而且，实际的网络往 往出多个厂商提供的网络设备共同组建面成。为了傈诞网络中备实体间能够正 确、可靠地进行通信，根据协议规范对各个实体进行协议一致憾钡0 试，已缀成为 产菇开发过程中的一个羹簧环节。 通信协议的一致性测试，就是检查待测实体的收发彳亍为是否与有关的协议规 范桷一致。它主疆镪括协议形式亿描述、测试穿列生成、溺试铡编写、测试铡执 行和结采分析几个潦本过程。其中，形式化描述和浏试侉列生成是协议致往测 试磷究豹热点，并形成了稳当戒熬躺理论。缒这些壤论均基于这样的假设：测试 者可以完全监控待溺实俸的浚发消怠，因诧，应弼予h 2 4 5 协议溺试中将会遥弼 一定懿闻鼷。 本人在研究生期间参与了国寐爨然瓣学基金熏丈磷究计划顼蹭、国家8 6 3 计 划颈强、深圳华为公司瑗霉等多个= 矮嚣，完成了瓣2 4 5 揍没靛一致槛蒺试，发表 学术论文一篇。 文中结愈h 。2 4 5 游议一教性测试矮器，探讨了嵌入环缓中，遁德协议鼢致 瞧测试方法j 羹痘蹋，并绘出了一稗蘩于半萄控接嚣遴 亍协议一致性测试豹方法， 馊褥错误覆燕率狂测试效率褥到了缀好的绦 歪。本文躯主要爽容如下： ) 穰裕i s o e c9 6 4 6 瀚定义，讨论了一致幢溺试概念、一致往测试缎剐、 测试过程、测试模型、测试方法葶嚣澳试套瓣结橡。 2 ) 捂疆了对协议避行形式纯播述鼢妊要髓，分析、蹴较了凡稀常稻的协 议形式纯模型秘形式必撼述逶蠹，著绘趱h 2 4 5 豁议鼢形式佬过程及 其结果。 3 ) 分绍t 四萋孛基予f s m 模型熬测试窿列生减方法，劳毙较了它鬏懿饶缺 点稷适灞情凌， 寸论了这死释方法壹接应惩予i - 2 4 5 镑议溅试麓遥到 的阅题。 霹) 锌对数上豹闽题，结舍h 2 4 5 谤波特点，提出了翻瘸半可控按翻进行 协议一数漱测试懿方法，这秽方法霹以缀好她傈谖了镶误覆盏率猩测 试效率。 5 ) 使翅t t c n 语蠢绘蹬了 2 4 5 侮议测试套躲一个蜜铡，势援述了它静 谬试巧境稷技舒避程。 关键邂：h 2 4 5 协议；一致姓禊试；扩展蠢鼹状态掇；测试黪裂；嵌入揍议测试； 半露控羧翻；测试髑壤接述语言； 分爽号：t p 3 9 3 c 。o n 。f o r m + a n 。c ，e ，t e s ，t i n g 。，f o r c o m m u 。n ，i c a t i o n p r o t o c o l s a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to f c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e s ，c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s a n dp r o t o c o l sb e c o m em o r ec o m p l e x m o r e o v e b c u r r e n tn e t w o r k sc o n s i s tm a n y n e t w o r ke q u i p m e n ta n dd e v i c e sf r o md i f f e r e n tm a n u f a c t u r e r s 。i no r d e r t oe n s u r et h a t t h ee n t i t i e si nn e t w o r k sc a na c c u r a t e l ya n dr e l i a b l yc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e r ， s p e c i f i c a t i o nb a s e dp r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s t i n gp l a y s 嬲i m p o r t a n t r o l ei np r o d u c t d e v e l o p m e n tc y c l e c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s t i n gi sf o c u s e do nv a l i d a t i n gw h e t h e r t h ei m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s tc o n f o r m st ot h er e l e v a n tp r o t o c o ls p e c i f i c a t i o n s i t m a i n l yc o n s i s t so ff o r m a l i z a t i o n ，t e s ts e q u e n c eg e n e r a t i o n ，t e s ts u i td e s e r i p t i o n , t e s t s u i te x e c u t i o na n dr e s u l t a n a l y s i s t h e r e i n t o ，f o r m a i i z a t i o n a n dt e s t s e q u e n c e g e n e r a t i o n a r et h er e s e a r c hh o t s p o t s ，a n dm a n yt h e o r i e sa l et h o r o u g h i yd i s c u s s e d b u t a l lt h o s et h e o r i e sa r eb a s eo ns u c hh y p o t h e s i s ：t h et e s t e rc a nc o m p l e t e l yo b s e r v ea n d c o n t r o lt h em e s s a g ef l o wo ft h ei m p l e m e n t a t i o nu n d e rt e s t s o ，w h e nt h e s et h e o r i e s a r ea p p l i e dt oc o n f o r m a n c e t e s t i n go f h 2 4 5p r o t o c 0 1 t h e yw i l lm e e td i f f i c u l t i e s t h ea u t h o rh a sp a r t i c i p a t e di ns e v e r a lp r o j e c t ss u c c e s s f u l l y , i n c l u d i n gt h ek e y r e s e a r c hp r o j e c to fn a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a , t h ep r o j e c to f n a t i o n a lh i g h - t e c hr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n t ( 8 6 3 ) a n dt w op r o j e c t sf o rs h e n z h e n h u a - w e i t e c h n o l o g i e sc o l t d c o m b i n e dw i t ht h ep r o j e c to fc o n f o r m a n c e t e s t i n go f 2 4 5p r o t o c o l 。t h i st h e s i s d i s c u s s e st h em e t h o d o l o g ya n da p p l i c a t i o no fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lc o n f o r m a n c e t e s t i n gi ne m b e d d e dt e s t i n ge n v i r o n m e n t ，a n dan e wt e c h n i q u ei sp r o p o s e db a s e d o i l s e m i - c o n t r o l l a b l ei n t e r f a c e ，w h i c he n s u r e sf a u l tc o v e r a g ea n de f f i c i e n c y i nd e t a i l ，t h i s t h e s i sw i l lc o v e rt h ef o l l o w i n g s ： 1 ) b a s e do nt h e m e t h o d o l o g y a n df r a m e w o r kf o r p r o t o c o l c o n f o r m a n c e t e s t i n g d e f i n e di ni s o i e c 9 6 4 6 ，t h ec o l 毽e p t o fc o n f o r m a n c et e s t i n g ， t e s t i n ga r c h i t e c t u r e ，t h e l e v e l so fc o n f o r m a n c e t e s t i n g ，t e s t i n gp r o c e s s ， t e s t i n gm e t h o d s a n dt h ef r a m e w o r ko f t e s ts u i ta r ed i s c u s s e d 。 2 ) t h e n e c e s s i t yo f p r o t o c o lf o r m a l i z a t i o ni sp o i n t e do u t ，a n ds e v e r a lc o m m o n p r o t o c o lf o r m a l i z a t i o nm o d e l sa n df o r m a l i z a t i o nd e s c r i p t i o nl a n g u a g e s a r e d i s c u s s e da n dc o m p a r e d f u r t h e rm o r e ，t h ef o r m a l i z a t i o np r o c e s sa n di t s r e s u l to f h 2 4 5 p r o t o c o l a r e g i v e n 3 ) f o u rk i n d so ft e s t i n gs e q u e n c eg e n e r a t i o nm e t h o d sb a s e do nf s mm o d e l ， 瓠 ! ! ! 生竺塑! ! 旦型竖鱼! ! ! 翌竺婴! ! 壁垫! ! 竺虫! ! ! 垒! ! ! ! 垒! ! a r e a n a l y z e d ，t h e i r m e r i t sa n d s h o r t c o m i n g s a r e c o m p a r e d ，a n d t h e i n s t a n c e s ，w h i c ht h e s em e t h o d sa r ea p p l i c a b l et o ，a r es u m m a r i z e d a f t e r t h a t ，w ed i s c u s st h ep r o b l e m st h a tw em a y e n c o u n t e rw h e na p p l y i n gt h o s e m e t h o d sm e n t i o n e da b o v et oh 2 4 5p r o t o c o lc o n f o r m a n c e t e s t i n g 4 ) t os o l v et h ep r o b l e mm e n t i o n e da b o v e c o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so f h 2 4 5p r o t o c 0 1 w ep r o p o s eap r o t o c o lc o n f o r m a n c et e s t i n gm e t h o d u s i n g s e m i c o n t r o l l a b l ei n t e r f a c e b yt h i sm e t h o d ，t h ef a u l tc o v e r a g ea n dt h et e s t e f f i c i e n c ya r eb e t t e r e n s u r e d 5 ) a ni n s t a n c eo fh 2 4 5p r o t o c o lt e s t i n gs u i td e s c r i b e db yt t c n l a n g u a g ei s g i v e n t h ed e b u g e n v i r o n m e n ta n dt h eo p e r a t i o n p r o c e s so f t h i st e s ts u i ta r e a l s oi n t r o d u c e di nb r i e f k e y w o r d s ：h 2 4 5p r o t o c o l ；c o n f o r m a n c et e s t i n g ；e x t e n d e df i n i t es t a t em a c h i n e ( e f s m ) ；t e s ts e q u e n c e ；e m b e d d e dt e s t i n g ；s e m i - c o n t r o l l a b l ei n t e r f a c e ；t e s t s u i t ed e s c r i p t i o n l a n g u a g e k e y c o d e ：t p 3 9 3 i i i 莲釜鎏送篓= 叁璧銎婆! 壁 圈衰舄秉 燃2 1 一致拣溅试懿溅试环壤攘裂“5 瓣2 。2 一致赣溅试避稳一8 阙2 - 3 一致健测试蘩本模型”9 翻2 ，4 一致蛙测试夔嚣孝孛测试方法 o 渴2 - 5 一致髓瀚试集络构l 涵3 1f s m 麓状态转移鬣与状态转移袭袭示l _ 毒 蚕3 。2e f s m 豹液态转移鞫表示1 5 慰3 3p e 砸隧驰转移缝点稻经鼹结点1 6 强3 。4p e 越瓣1 6 雷3 - 5 些s d l 迸稷瀚中常用的表示符号2 l 蘑3 - 6m s c 阑2 2 嚣3 + 7 o u t g o i n gl c s e 熬s d l 遴穗鹜2 5 图3 8i n c o m i n gl c s e 粒s d l 遴程躅2 6 强3 。9o h t g o i n gl c s e 懿e f s m 强。2 7 燃3 。1 0i n c o m i n gl c s e 的e f s m 闰2 7 鞫4 。1f s 礤爨铡一3 0 黉4 。2f s m 示铡二3 0 莲4 。3f s m 示铡三3 l 图4 。4 不存谯d 摩捌熬f s m 3 2 题4 s 不枣在u i o 黟烈的f s m 3 4 楚4 。6i n c o m i n gl c s e 魏e f s m 3 6 波4 + 1 强4 - 6 中h 2 4 5 消息的表示符号3 1 5 踅s 。1 溺试上下文盘多个实体缀残3 9 篱5 - 2n 痿i u t 嚣寄一个溅+ 1 ) 鼷鹣半可控接瓣。4 0 表5 - 1 鬣5 - 3 中辩。2 4 5 游怒瓣淡示餐号睨 鬻5 - 3i n c o m i n gl c s ee f s m 交换蓠菇瓣慧4 3 莰5 2 圈5 * 3 中备条转换边的输入输出转换4 3 圈6 - 1 对应鹣善下c n 怒廷彝t t c n m p 掇筑4 8 图6 。2h 2 4 5 协议一致橼测试套结稳5 0 图6 。3 秘。2 4 5 测试囊靛郝分测试镄索孳| 5 0 溪6 - 4 | 2 4 5 溺试套鹣辩分测试步索簪k 鼬 图6 。5 辩2 4 5 测试套瓣麓零数攥类型定义涿铡5 2 踅6 - 6h 2 4 5 测试套静a s k 。l 数瘸类黧定义拳倒。5 2 图6 。7h 2 4 5 测试套韵标准编嬲鹤方法定义永倒5 2 露6 8h 2 4 5 测试套鲍耀户蠢定义缠解鹈方法定义示铡5 3 疆6 - 9h 2 4 5 灏试襄静测试套参数声竣示镶。5 3 溷6 一1 0h 2 4 5 溅试套静测试套鬻鏊声骥示铡5 4 黼6 * l h 2 4 5 测试套鹣灏试套黛爨声鞠示镄5 霹 l l t 逶辑潍议熬一致挂测试 目录 6 1 2h 2 4 5 测试套调试系统模型 6 。1 3h 2 4 5 测试套的p c o 类型声鞠 6 。1 4h 2 4 5 测试套的p c o 声萌 6 。1 5 。2 4 5 测试套麴定对器声明示铡 6 * 1 6 联2 4 5 溅试套数p d u 类羹定义示铡( t t c n 表携形式) 6 1 7h 2 4 5 测试套的p d u 类型定义示例( a s n 。1 形式) 6 一1 8h 2 4 5 测试套的p d u 约柬声明示例( t t c n 表椿形式) 6 - 1 9 - 2 4 5 测试套的p d u 约束声明示例( 赋值约柬，a s n 1 形式) 6 2 0h 2 4 5 潦试襄静p d u 约束声稠示饲 校验约寨，a s n 1 形式) ， 6 - 2 1h 2 4 5 ：；樊 | 试套静测试铡示铡。 6 - 2 2 在图6 2 0 的测试例中被调用鲍一个测试步 5 5 5 5 5 6 。5 6 ，5 7 。5 7 。+ 。5 8 5 8 5 9 6 0 ，。6 0 6 * l 判定缀合援则6 2 7 一lh 2 4 5 测试套的调试环境组网图6 3 i v 图图图蓬鹫图蓖圈蚕霞醒表图 堕笪堡些照= 堡堂型茎翌三兰i 丝 第1 章绪论 通信协议一致性测试是协议工程掌的一个煎要分支。本章介绍了通信协议一 致性测试的产生背景、磺究内容，分孝厅了在h 2 4 5 协议测试中需要解决的问题并 提出了解决方案，最焉给出全文的结构安排。 1 1 研究背景 随卷计算枫网络翻邋绩网终熟日趋复杂，协议的种类和数爨越来越多，其搜 模也越来越大，如何设计出功能上正确可靠，逻辑上一致完整的通信协议，并且 系绫的避季亍按议实现，技议验诞和协议测试，已经残为了一个錾常具蠢挑战性的 课题。 舞了簿决以上熬阚戆，一秘方法是怒形式豫戆方法粒软锌工程方法孕l 送秘议 的研究中。从而形成了一个新的研究领域，称作协议工程( p r o t o c o l e n g i n e e r i n g ) 【l 】。 协议工程是以通信协议为研究对象的软件工程，假它具有一套比现有软件工 程一般方法更严格的协议设计方法，怒个一体亿、系统曩二帮澎式证静协议开发 过程。协议工程技术包括：协议设计、协议描述、协议验证、协议实现、协议测 试和协议维护。 其中，协议测试技术可分为功能测试、性9 2 测试翻致性测试三季申，两一致 性测试趋前两种测试的基础，它是协议测试中的一个熏要部分。通信协议一致性 测试鬟_ 裘检验疑实现款携议实体( 或系统) 与块议娥菠的蓥合程度。【2 】。 有必要展3 1 ：通信协议一致性测试的研究是撼于这样的情况：有了一个标准化 戆强议并不韪臻僳辏议戆不露安理之溪能够歪臻熬送行遁穰。这是嚣为： ( 1 )目前，协议规范一般都是采用自然语言描述，具有= 义性。开发人员 对协议麓范豹毽勰静差吴会产生不藏赡按谈蜜瑗； ( 2 ) 对没有进行详尽完备摇述的协议规范，容易出现不同协议实现间的不 兼容； ( 3 )不同钓实现手段也会产生不同的协议实现； ( 4 )协议的复杂魔增大，协议开发人员在开发中容易出现失误。 嚣照，我戴霈要毒耱毒效酌方法辩各秘镪议实瑷避牙测试，来刿叛该实瑰 望筵銎竖墼= 鏊塾型鏊一笙上j ! 堂 是否与协议规范稻致，这种方法便蹙诲议致魏溅试【3 l 。 1 2 蚕暑究现状 协议测试的研究最早于1 9 7 9 年由英国国家物理实验整( n p l ，n a t i o n a l p h y s i c a ll a b o r a t o r y ) 展开f 4 j 。1 9 8 3 年，n p l 开始了基于o s i 模黧的协议形式化 和一效性测试的标准化工作。协议一致性测试经过2 0 来年的发餍，取得了很大 的进膜。国际标准化缀织i s o 专门制定的国际标准o s l 一致住测试方法与框 架，也由1 9 8 7 年的5 部分 4 】扩展为1 9 9 4 年的7 部分( 2 】： i s o i e c 9 6 4 6 ，l ：基本概念； i s o i e c 9 6 4 6 - 2 ：抽象测试集技术规范； i s o i e c 9 6 4 6 ，3 ；树表结会表述法t t c n ； i s o i e c 9 6 4 6 - - 4 ：涮试实现； i s o i e c 9 6 4 6 5 ：对测试实验室和客户在一致性评价过程方颟的要求： l s o 压e c 9 6 4 6 ：协议轮廓测试规范； l s 例i e c 9 6 4 6 7 ：对i c s 和i c s 范式的要求和建议。 爵前，协议一羧住测试研究工作主要集中予两方蠢： ( 1 ) 溯试组织：即溯试方法瓣骈究与测试系统的建立； ( 2 ) 测试集：即如何从理论和方法上研究并产生高质鼙的测试集； 其中，测试囊是致瞧测试的棱心和主线，协议致链测试系统是实城协议 一致性测试蚋基础。两者魁指互聪会，相互制约的。个好的测试系统可以极大 地簿化测试净列的设计，搜锝测试能方便、自动、离效域遴行；丽一个好的测试 集也可以极大地减轻测试系统地负担。 协议一致性测试鹣过疆大致分麓疆令除段： ( 1 ) 协议静影式像攥述。这楚协议一致挂测试瓣基礁，嚣豹怒为了避免垂 然语言靛二义髋，使褥溅试者戴蜜现赣对协议烧范有一个清磁致韵 理熊。 ( 2 ) 测试序列生成。测试序列楚协议致憔测试的核心数据，它的检错能 力囊接影旃着攒l 试静错误覆盖率；丽溺试序秀豹长度掰影响着潞试效 率。结含具体的测试环境和测试要求，可采用t t c n 谮富描述测试序 瓤，戳爱或灞试弼镛。 2 鎏堕竣垡塑二鍪整塑堡一篓三! 燮 ( 3 )测试序列技嚣。t t c n 测试用例经过语言分孝厅和编译，转化为可以被实 际鹈测试设备或测试系统执行或鳏极酶可执嚣测试用铡。犍可执撑测 试翅铡与德溺捺议实现i u t 一起执行测试，生成测试报告。 ( 4 ) 测试结栗分轿。根獾测试焉例执幸予翡结果分耩l 联静协议致性簿台 程度，褥烈一致镁缀餐。 以上四个阶段中，( 1 ) 、( 2 ) 是协议一致。陡灏试研究的热点，醺经形成了穰 多相当成熟的理论。 在协议的形式化描述方蔺，常用的形式化模型裔：有限状态机( f i n i t es t a t e m a c h i n e ：f s m ) 、n t r i 网( p e t r i n e t ：p h i ) 、时序逻辑( t e m p o r a ll o g i c ：t l ) 、 通讯进程演算( c a l c u l u so f c o m m u n i c a t i n gs y s t e m s ：c c s ) 等；常用的形式化描 述语富有l o t o s 、e s t e l l e 、s d l 和m s c 等。 在测试序列生成方两，熟知的测试序列生成方法主要是基于有限状态机的， 它们是：t 方法、d 方法、u i o 方法和w 方法及它们的各瓣衍生方法。 1 3 研究目的 褥遂豹协议彤式化描述靼测试黟猁生成理论都鼹基于这样的理想假设：测试 者哥戳完全溉察著挖捌被测系绞s u t ，也就是说测试蠢可以对i u t 安施 壬戆的 竣入，并理察到所蠢的楣应输如。织当测试畿控制期戏察i u t 输入黻出的能力 受到隈澍醅，若盏接采掰蛰绫豹一致矬测试序列生贼方法寻找测试黪列，则会警 致套鼹坟态巍中部分甚歪大塞的转换不可测试。 h 2 4 5 协议测试麓楚这样的情况：协议搐述串涉及戮大爨豹l u t 与其上层之 阕交换的原语，僵实际溅试中，辩t 懿上层帮怒嵌入在待测系统中，不受测试喾 控箭的，氇就燕说，它与i u t 交抉钓原语对溺试鬻来说是不对控制、不霹瓣察 戆。 本文对几种常用的协议形式化搦述技术和测试序列生成方法进行了分析、院 较，在既基础上探讨了l u t 各接翻鹩筲控僚受到辩籁的条件下，鲡何产生适当 的澳5 试序列。文中提出把一种基于半可控接口的图转换算法应用予扩展有限状态 祝f s m ) ，使得变换后的e f s m 可敬誊菝波麓传统的一致链测试侉翻生成方法 产生最优的测试序列。h 2 4 5 协议测试实践证明，错误覆盖率樽到了保证，测试 效率得涮了髓著的挝裔。 塑堕坐坚塑二墼丝型堕兰旦! 堕堂 1 4 文章结构安排 本文以h 2 4 5 协议一致性测试过程为线，介绍通信协议一致性测试的有关理 论和方法。文章的组织结构如下： 第2 章，根据i s o i e c9 6 4 6 1 的定义，讨论了致性测试概念、一致性测试 级别、测试过程、测试模型、测试方法和测试套的结构。 第3 章，介绍通信协议的形式化描述方法。首先阐述了形式化描述的必要性； 然后介绍了几种目前常用的形式化模型方法以及形式化描述语言，并对它们各自 的特点进行了分析和比较；最后给出h 2 4 5 协议的形式化过程及其结果。 第4 章，介绍测试序列的生成方法。首先介绍四种基于f s m 模型的基本的 测试序列生成方法，并对它们的特点进行了分析比较，然后探讨h 2 4 5 协议的测 试序列生成及遇到的问题。 第5 章，提出一种基于半可控接口的图转换算法，并把它应用于h 2 4 5 协议 的一致性测试，可以有效地解决产生测试序列时遇到的问题。 第6 章，介绍通信协议软件测试用例描述语言，并详细阐述了用t t c n 语言 编写的h 2 4 5 协议测试套。 第7 章，概述了h 2 4 5 协议测试套的调试环境和执行过程。 第8 章，对文中的研究工作进行总结和回顾，并展望未来的研究方向和内容。 4 望堕坠坚塑二丝丝型堕 笙三主j 坠堕塑坚堕二墼丝型笪查望竺丝：! 坠 第2 章通信协议的一致性测试方法理论与框架 i s o i e c9 6 4 6 国际标准的诞生是协议一致性测试领域的重要里程碑，它为协 议的一致性测试提供了基本方法和框架，为测试集指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。根据i s o i e c 9 6 4 6 1 的定义，本章将主要讨论 一致性测试概念、一致性测试级别、测试过程、测试模型、测试方法和测试套的 结构。 2 1 一致性测试的概念 一致性的含义是：如果某实际系统与其他实际系统的通信过程符合可用协议 规范的一致性要求，则称该实际系统展示了一致性【2 】。可用协议规范包括指定 的协议、协议控制文件、抽象语法、编码规则和信息对象的规范。 因此，协议一致性测试可以通过检查待测实体i u t 的收发行为是否与有关的 协议规范相一致来实现。测试中，被测系统是一个完全的黑盒子，测试者只能根 据被测系统对输入的响应来分析判断其一致性程度。一致性测试的测试环境模型 如图2 1 所示： 输入彻黼数据，伍孙 。秦缔， 、 输出的测试响应 图2 - 1 一致性测试的测试环境模型 一致性要求可以分为两大类： ( 1 ) 静态一致性要求，为实际系统在执行适当功能时指定约束。它定义了 该系统为实现互连所必需的最小子集内容。这些约束可以是p d u 的最 大长度，各种协议参数、变量、定时器的取值范围等等。 ( 2 ) 动态一致性要求，指定声明与协议规范相一致的实际系统在通信时， 哪些可观察的行为是被允许的。它定义了一个实体或一个实际系统的 适当行为集合。 对于一致性要求，可以是： ( 1 ) 强制性的，在协议规范中由关键字s h a l l ，m u s t 等指出，它要求i u t 必 须在任何情况下都能作出期望的响应； 望笪塑堡竺二丝丝型塑 丝! 兰塑笪坐生堕二璺壁型堕垄垄型丝! ! 堡翌 ( 2 ) 有条件的求，在协议规范中由关键字s h o u l d 指出，它要求i u t 在指定 条件可以满足的情况下能作出期望的响应； ( 3 ) 可选的，在协议规范中由关键字m a y 指出，如果待测实体实现了协议 中可选的要求，则要求能作出到期望的响应。 一个实际系统的一致性在两个级别上表达，一是与每个单独的i t u t 建议或 国际标准的一致性，二是与一组相互有关的i t u t 建议或国际标准的一致性。能 满足动态和静态一致性要求，并且符合p i c s ( p r o t o c o li m p l e m e n t a t i o n c o n f o r m a n c es t a t e m e n t 协议实现一致性说明) 和p i x i t ( p r o t o c o li m p l e m e n t a t i o n e x t r a i n f o r m a t i o nf o r t e s t i n g ，协议实施附加信息) 中描述的能力的系统或实现， 就是致性系统或一致性实现。对静态一致性要求的测试通过静态一致性分析 ( s t a t i cc o n f 0 1 - m a n c er e v i e w ) 实现，将p i c s 和p i t 与协议中的静态要求相比 较；对动态一致性要求的测试体现在测试行动( t e s tc a m p a i g n ) ，即运行测试集对 i u t 进行测试。动态一致性测试是一致性评价过程的核心。 一致性测试的主要目的是提高不同系统间能够互通的概率。虽然一致性是保 证互通能力的必要条件，但并不是充分条件。即使两个实现都与同一个协议规范 相一致，它们也有可能完全不能互通。如果两个实现都能与某个协议标准的子集 相一致，则这两个系统间在此情况下互通要比在其它情况下互通容易实现。所以 为了实现互通，应对系统的p i c s 、p i x i t 进行比较，如果p i c s 、p i x i t 指出实 现了协议标准的不同子集或不通版本，则需要对这些差别的性质和在互通方面隐 含的问题加以区别。主要的差别出现在标准中含义不清楚的地方和静态一致性要 求所不限制的任选能力上。 2 2 一致性测试级别 原则上，一致性测试的目标是验证待测实体与相关协议规范是否完全一致。 实际的限制使得人们不能进行穷举测试，经济上的考虑也会使人们放弃更进一步 的测试。因此，根据一致性符合程度不同，一致性测试可分为四级： ( i )基本互连测试：旨在检测i u t 是否具备进一步测试的条件。是否有最 小联接能力，能否接收和发送数据。 ( 2 ) 能力测试：旨在检测i u t 是否符合p i c s 和p i x i t 中提出的静态一致性 要求和能力； ( 3 ) 行为测试：旨在检测i u t 是否符合为协议规范中的动态一致性要求， 它又可以分为两级：覆盖性测试和穷尽性测试。覆盖性测试只要求测 6 翌堕坠坚塑= 丝竺型堕 塑! 童望笪塑坚塑二墨丝型堕塑鲨里笙! ! 里翌 试序列经历i u t 的所有转换至少一次就可以，而穷尽性测试要求检查 每个转换的前后状态： ( 4 )一致性分解测试：是一种非标准化的测试，与系统相关，测试那些标 准化方法无法覆盖的方面。它要求测试执行系统对一致性要求逐项地 给出v e s n o 的肯定回答。它可以在一致性评价过程中作为标准化测试 的补充。 其中，基本互连测试是可选的，它也可以与能力测试和行为测试一起进行。 如果执行基本互连测试，则可以在全面测试之前检查出非一致性情况。能力测试 可以以单独的测试组执行，也可以与行为测试一起进行，它被用来检查h c s 、 p i x i t 的有限性和i u t 应有的性能。行为测试是主要的，它在大量的测试例执行 下检查i u t 的行为，这些行为包括正确的也包括错误的。动态测试不能证明一 个协议实现在所有通信情形下都是动态一致的，但能证明该实现在所代表的通信 实例( 测试例) 下是动态一致的。 2 3 一致性测试过程 一致性测试过程是评估待测实现或待测系统与一个或多个i t u t 建议或国际 标准相一致的所有一致性测试活动的全过程，如图2 2 所示。整个过程可以分为 三个阶段： ( 1 ) 测试准备，包括： v ，根据待测实现或待测系统产生系统一致性声明( s c s ) ，协议实现 一致性说明( p i c s ) 和协议实施附加信息( p i x i t ) ； 根据协议文档选择抽象测试方法，并产生抽象测试集( a t s ) 。测 试集是否完备决定了测试的质量。 选择测试方法。 ( 2 ) 测试操作，由四个步骤组成，是整个一致性评估过程的核心部分： 第一步：静态一致性检查。分析i u t 的p i c s 与有关标准指定的静 态一致性要求是否相一致。 第二步：测试例选择和参数化。测试集中的测试例不一定都适合 于所有的i u t ，应根据协议实现一致性说明( p i c s ) 和协议实施附加 信息( p x i t ) 选择适当的测试例，并使用p i x i t 提供的信息来量化 这些测试例，从a t s 生成可执行测试集( e t s ) ，最终产生参数化 望笪垫坚塑二塾丝型彗 丝! 皇望笪堡丝竺二塾丝型堕查鲨型兰：；! ! ! 墨 的可执行测试集。 第三步：动态测试。执行e t s ，并记录有关的测试信息。动态测 试包括三种类型：基本互连测试( 可选) 、能力测试和行为测试。 第四步；结果分析。测试结果是在测试过程中发生的一系列可观 察的事件，包括对i u t 的所有输入输出。测试结果分为两类：可 预见的和不预见的。可预见的测试结果是在抽象测试用例中定义 过的，也就是，观察到的事件符合抽象测试用例中的测试序列。 一个可预见的测试结果对测试用例作出的判定有三种：通过、失 败、无法判定。不可预见的测试结果在抽象测试用例中没有定义 过，也就是，观察到的事件不符合抽象_ ；受4 试用例中的事件序列。 它意味着一个测试用例的错误或是非正常的测试用例终止。 ( 3 ) 测试报告生成。根据分析结果产生系统致性测试报告( s c t r ) 和协 议一致性测试报告( p c t r ) 。 图2 - 2 一致性测试过程 8 望堕塑鲨盟二墼丝型堕 兰! 童望堕堡坚堕二塑些型堕互鲨些堕! i ! 翌 2 4 一致性测试模型 致性测试方法以抽象测试为基础，它的形式是描述待测实体i u t 的可观察 输出和可控制输入。i u t 可以由一个或多个协议实体组成，可以是一个开放系统 的全部或部分。包含i u t 的开放系统称作被测系统( s u t ，s y s t e m u n d e r t e s t ) 。 图2 3 为一致性测试的基本模型。 通常，测试系统可以通过上层测试器( u t ，u p p e rt e s t e r ) 和下层测试器( l t ， l o w e rt e s t e r ) 与i u t 间的接口控制观察点( p c o ，p o i n to fc o n t r o la n d o b s e r v a t i o n ) 来观察i u t 的输出，并控制其输入。可以认为一个p c o 上有两个 f i f o 队列：输出队列控制发送给i u t 的测试事件；输入队列观察从i u t 接收到 的事件。u t 是高层测试软件或硬件，l t 是低层测试软件或硬件。如果i u t 是n 层协议实体，那么u t 属于( n 十1 ) 层，l t 属于n 层( l t 和i u t 为同等层协议实体) 。 图2 - 3 一致性测试基本模型 在测试中，u t 扮演着i u t 的服务使用者，与i u t 交换( n ) a s p ( a b s t r a c ts e r v i c e p r i m i t i v e s ) ：而l 1 1 则扮演i u t 的对等实体，与i u t 交换( n ) p d u 。虽然在实际通 信中( n ) p d u 将最终被编码为底层服务的( n 1 ) a s p ，再与i u t 进行交换，不过 i s o i e c9 6 4 6 允许在抽象测试例中直接定义p d u 的内容格式，如此，我们可以 认为l t 与i u t 是直接以( n ) p d u 进行通信的。u 与u t 间通过测试协调进程t c p ( t e s tc o o r d i n a t i o np r o c e d u r e ) 来协调测试中两者的同步问题和控制问题。测试的主 控者可以是u t ，也可以是l t ，但一般都是l t 。 2 5 一致性测试方法 根据对i u t 的控制观察点的不同，可以把测试方法分为四种，如图2 - 4 所示。 9 通信协议的致性测试 第2 章通信协议的一致性测试方法理论0 框架 ( 1 )局部测试：u t 位于测试系统内部，它与i u t 间的p c o 为标准的硬件 接口。t c p 在测试系统内部实现。 ( 2 )分布测试：u t 位于被测试系统内部，它与i u t 间的p c o 为用户界面 或编程语言接口。 ( 3 ) 协调测试：u t 位于被测试系统内部，但u t 与i u t 间没有p c o 。u t 执行有关的测试管理协议( t m p ，t e s tm a n a g e m e n tp r o t o c 0 1 ) ，与l t 交换t m p 协议数据单元来实现t c p 。 ( 4 ) 远程测试：没有u t ，需要通过设置被测系统( s u t ) 来实现简单的 u t 功能。 ( a ) 局部测试( b ) 分布测试 ( c ) 协调测试 f d ) 远程测试 图2 - 4 一致性测试的四种测试方法 2 6 一致性测试集合 如图2 5 所示，一致性测试集合具有定的层次结构：测试组、测试例、测 试步和测试事件。测试事件是测试集中的最小单位，它描述测试系统与i u t 交 1 0 望笪塑鲨塑二塾丝型堕 苎! 兰望笪堡鲨堕二鍪堡型望查笙些丝兰! ! 竺 互的单个事件，如从i u t 接收p d u 或a s p 。多个测试事件按一定次序组合在一 起可以组成测试步。测试步相当于编程语言的子程序，用于提高代码的利用率。 测试例是整个测试集中比较重要的一层。每个测试例都具有专门的测试目的，用 于验证i u t 是否具有某种要求的能力，如支持某种大小的数据包，或是否表现 了某种要求的行为，如在特定状态下发生特定事件时作出期待的响应。一般，测 试例由前测试步、测试体和后测试步三部分组成。前测试步将i u t 从一个稳定 状态引导至该测试例所需的起始状态；测试体组织相关测试事件或( 和) 测试步 完成要求的测试验证；然后由后测试