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北京交通大学硕士学位论文 基于i m的路由协议研究与测试 摘 要 2 1 世纪， 计算机网络的发展与应用日新月异， 融入了人们生活的 方方面面， 保证了人们工作生活的方便快捷。 而计算机网络的 自 脏就 是路由器， 灵魂就是各种网络协议， 路由器的正确无误是保证网络正 常运转的前提。 这就需要对路由器进行精确的测试工作， 主要是对于 路由协议的测试。 同时， 现在的i p v 4网 络由 于地址空间不足，在q o s 、 移动性以 及安全性等方面存在设计缺陷，越来越难以满足人们的需要，预计 i p v 4 网络可能逐步被i m 网络所取代。 但是现在还荃本没有对于i p v 6 下协议的测试标准，难以保证 i m网络的正常运行，这就需要大力 进行i m下相关协议的测试技术研究，尤其是对于i m 下各种路由 协议的测试技术研究就显得紧迫而重要。 本文是国家8 6 3 项目:“ 高性能工 p a路由器协议栈软件”的一部 分， 是为了保证整个协议栈软件的质量而进行的测试工作。 文中分析 了一般的软件测试技术以及对于路由协议的测试技术;在此基础上， 本文对i m 下的主要路由 协议r i p n g , o s p f v 3 和b g p 4 + 进行了测试; 包括协议介绍、列举测试点、编写测试用例、 搭建测试环境并进行测 试; 最后进行了整体测试和性能测试， 用来确定路由器的各项性能指 标以指明其可以应用的空间。 通过对协议栈软件的测试工作， 有效保 证了路由器的质量。 关键词:i m r i p n g o s p f v 3 b g p 4 + 测试 北京交通大学硕士学位论文基于 i m的路山协议研究与测试 ab s t r a c t i n 2 1 c e n t u r y , c o m p u t e r n e t w o r k d e v e l o p s v e r y r a p i d l y , i t h a s c o m e i n t o e a c h a s p e c t o f p e o p l e s l i f e , e n s u r e s t h e c o n v e n i e n c e a n d s h o r t c u t . r o u t e r i s t h e h e a r t o f t h i s n e t a n d a l l t h e n e t w o r k p r o t o c o l s m a y b e s e e n a s t h e s o u l o f t h i s n e t . t h e e x a c t n e s s o f r o u t e r s i s t h e p r e c o n d i t i o n t o g u a r a n t e e t h e n a t u r a l r u n o f t h e n e t w o r k . t h i s a s k s u s t o m a k e a c c u r a t e t e s t t o r o u t e r s , m a i n l y t o r o u t i n g p r o t o c o l s . a t t h e s a m e t i m e , b e c a u s e t h e i p v 4 n e t w o r k h a s n o t e n o u g h a d d r e s s s p a c e , a n d i t h a s s o m e l i m i t a t i o n s i n q o s , m o b i l i t y a n d s e c u r i t y w h e n i t i s d e s i g n e d , i t i s f a r t o s a t i s f y p e o p l e s r e q u i r e m e n t s . t h e i p v 4 m a y b e i n s t e a d b y i m s t e p b y s t e p . h o w e v e r , t h e r e s t i l l h a s n o t t e s t s t a n d a r d t o t h e i p v 6 p r o t o c o l s , w e a r e h a r d t o e n s u r e t h e n o r m a l r u n n i n g o f t h e i p v 6 n e t w o r k . s o w e m u s t d e v e l o p t h e t e s t t e c h n i q u e t o t h e p r o t o c o l s i n i m e s p e c i a l l y t h e s t u d y o f t h e i p v 6 r o u t i n g p r o t o c o l s . t h i s t h e s i s i s o n e p a r t o f t h e n a t i o n a l p r o j e c t :“ i m r o u t i n g p r o t o c o l s t a c k s o f t w a r e w i t h h i g h p e r f o r m a n c e ，i t m a i n l y d o s o m e t e s t s t o e n s u r e t h e q u a l i t y o f t h e w h o l e s o f t w a r e f i r s t , t h i s t h e s i s a n a l y s i s t h e g e n e r i c s o f t w a r e t e s t t e c h n i q u e s , a n d t h e t e s t t e c h n i q u e s t o r o u t i n g p r o t o c o l s ; b a s e d o n t h i s , i t t e s t s t h e m a i n l y i p v 6 r o u t i n g p r o t o c o l s o f r i p n g . o s p f v 3 a n d b g p 4 + : i n c l u d i n g i n t r o d u c e p r o t o c o l s , l i s t t e s t p o i n t s , w r i t e t e s t s u i t s , m a k e t e s t e n v i r o n m e n t s a n d d o t h e t e s t ; i n t h e l a s t , d o t h e i n t e g e r t e s t a n d p e r f o r m a n c e t e s t t o e n s u r e e a c h p e r f o r m a n c e i n d e x , s o w e c a n u s e t h e r o u t e r i n p r o p e r s p a c e . w i t h t h e t e s t w o r k w e c a n e n s u r e t h e q u a l i t y o f t h e r o u t e r s . k e y w o r d s : i p v 6 r i p n g o s p f v 3 b g p 4 + t e s t 北京交通大学硕士学位论文基于i m 的路由协议的研究与测试 y5 8 6 2 : 独 创 性 说 明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外， 论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为 获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签 名:日 期: 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京交通大学有关保留、 使用学位论文的规定， 即: 学校有权保留送交论文的复印件， 允许论文被查阅和借阅: 学校可以 公布论文的全部或部分内容， 可以采用影印、 缩印或其他复制手段保 存论文。 论文中所有创新和成果归北京交通大学i p 网络实验室所有。 未经许可，任何单位和个人不得拷贝。版权所有， 违者必究。 签 名:_ 师全娜 v期 : o c 今 _ .? f 未 经 作 奢、 导 师 向 念 奥全文公布 基于i p v 6 的路由 协议研究与测试 第一章绪 论 1 . ， 研究背景和意义 近几年来，网络技术的发展异常迅猛，网络带宽也在迅速增加， 网络的应用正逐步从研究人员过渡到普通百姓， 网络给人的的学习和 生活带来了无尽的乐趣和便利。现在的i n t e r n e t 网络是基于i p 的网 络， 其核心技术就是i p 协议， 不同厂家的网络设备只要遵照i p 标准进 行设计就可以接入因特网进行通信。随着人们对网络需求的不断提 高，i p 作为现在网络的主要协议技术也不断向 前发展。 可以说，协议是整个网络的灵魂，而路由协议作为保证整个网络 有效互联、 保持网络拓扑快速变化的主要协议， 则日 益成为工 n t e r n e t 的灵魂。随着i n t e r n e t的迅速发展，网络规模不断扩大，结构日 趋 复 杂， 高效稳定的 路由 协议成为 保障网 络性能的 重要因 素m 。 协议测 试是保证协议实现其目 标性能的有效手段， 对于路由协议的测试日益 成为众多科研人员所关注的热点和工程实践的必要环节.目 前，在 i n t e r n e t上广泛使用的路由协议主要有r i p . o s p f 和b g p 等，其他组 织和厂商也提出了 一些路由 协议， 如o s i 的i s - i s 协议， c i s c o 的e i b g p 等。 但目 前协议测试工作和成果主要集中于基本协议的测试，而对于 路由协议的测试相对较为薄弱。 适于基本协议测试的测试方法和测试 系统对于路由协议测试的适用性在理论和实践上均面临着挑战。 为了能够有效地开展路由 协议的测试工作， 必须对路由协议的特 点有深入的分析和清晰的认识。 相对于基本通信协议， 其不同 之处在 于: 路由 协议的目 的是为路由 提供所需的 信息， 保证整个网络的拓扑 结构， 具有分布式系统的特性， 涉及路由信息数据库， 有大量内部处 理过程等。 随着技术的发展， 路由协议的大量应用， 使得协议测试应该进行适 时的开拓。 协议一致性测试用于验证某一种具体的协议实现是否与协 北京交通大学硕士学位论文 议标准相一致， 是黑盒测试， 只能通过观察被测实现的外部行为进行 验证。 对于路由协议的测试， 应当分阶段分步骤的进行， 采用形式化 与非形式化相结合的技术思想， 对于适于形式化的m 1 试内容， 采用形 式化的方法， 对于不适合或难以采用形式化手段的内容，比如路由协 议的内部处理过程，则采取灵活的非形式化的方法。在测试实践中， 一方面应当充分利用现有的成果和经验， 进行改进和扩展， 同时探索 更适合于路由协议测试的方法、手段乃至系统。 与 以 往 的 选 路 协 议 不 一 样 ， 路由 协 议( r o u t i n g p r o t o c o l s ) 的 使 用仅局限于通信子网， 路由器之间交互路由 信息， 主机端并不运行路 由 协议。 所以 路由 协议的测试研究必将面临一些新问 题川 。 目 前， 中国 的计算机网络市场充斥着大量的国外产品， 而我们正投入大量的人力 物力推进路由器国产化进程。在这个过程中， 对路由协议的测试研究 将是中国产路由器产品正确性、 可靠性的有力保证，同时通过对国外 路由器产品的测试，也可以保证我国计算机网络的安全性。 随着通信网络技术的发展，传统的 i p v 4网络暴露出了一系列缺 点， 体现在地址空间不足、移动性差、安全性差和配置复杂等方面， 因 此互联网工 程任务 组 ( i e t f , i n t e rn e t e n g i n e e r t a s k f o r c e ) 提出t i p v 6以 解决这些问题。经过几年的发展，i m技术已经日 渐成熟， 较为成功的解决了i p v 4 所存在的问 题， 成为 下一代互联网的标准 “ 1 。 当前， 对i p v 6 及相关技术的研究成为一个热点， 其主要的设计概念已 反映出人们对工 n t e r n e t 的发展预测.i m 将成为未来几十年唯一的 网络层协议。 工 p v 6 作为下一代i n t e r n e t 的核心， 深受各研究部门 和 网络生产厂家的青睐， 各种i p v 6 产品陆续推出， 然而， 对应同一标准 却存在许多不同的实现版本。 为了 保证各种实现版本与 i p v 6 协议标 准一致及相互之间能够安全、可靠地相互通讯，就需要对各 工 p v 6 协 议实现进行协议的一致性测试. 虽然i p v 6 作为下一代的网络协议推出己经有 1 0 年之久，国际标 准组织也己 经制定了 各种i p v 6 下的路由 协议的 标准， 但是工 p v 6 还只 是处于研究阶段，还没有大规模商用。基于 工 p v 6的路由协议只有为 数不多的几家公司开发出了试验版本， 而且不同公司的这些版本没有 经过统一的入网测试， 兼容性上必定存在很多问题。 中华人民共和国 信息产业部制定了一套基于 工 p v 4的路由器测试规范，但是由于基于 基于i m 的路由协议研究与测试 i m的路由产品还比较少，还没有正式进入商用，更没有一个对于 工 p v 6 下网络协议统一的测试规范。如果将不同公司的工 p v 6 路由器同 时接入网络， 可能会存在通信协议理解的错误， 网络中的路由器上一 个很小的不协调就可能导致整个网络的瘫痪。 现在随着因特网向工 p v 6 过渡步伐的加快，迫切需要制定出一套完善的基于 i m 的协议测试 规范，以保证世界各地采用 i m 路由协议的网络可以协调一致的工 作。 本文通过对 i m下路由协议测试技术的研究，给出了一套对于 r i p n g , o s p f v 3 和b g p 4 十 的测试方案， 对于国家制定工 p v 6 下的路由协 议测试规范具有参考价值，也可用于各公司的 i p v 6路由器产品的测 试工作。 1 . 2 协议测试的国内外研究现状 协议测试从六、七十年代开始受到研究人员的重视，并投入了大 量的人力物力从事这方面的研究。围绕着协议， 已经开展了各种各样 的研究， 从而形成了一个新的学术领域协议工程学。协议测试是 协议工程学的一个重要分支。 由于一个标准的协议的各种实现之间并 不能确保成功可靠地通信， 所以协议测试研究应运而生。在过去的几 十年间， 将协议测试的研究分成一致性测试、互操作性测试和性能测 试分别进行研究。 而且， 协议测试的研究是由国际标准化组织倡导的， 其中很多概念都是基于开放系统互联o s i 的7 层参考模型。 许多计算机厂家和实验室纷纷推出自己的测试系统和测试仪。例 如: 美国s p i r e n t 公司的协议一致性测试仪、 加拿大i d a c o m公司的o s 工 协议一致性测试仪、 美国 a l c a t e l t 工 t n公司的 o s i 协议一致性测试系 统 x r t l e 、 美国 a l c a t e l 公司 的 o s i 协 议一 致 性 测 试 仪 系 列、 美国 惠 普 公司的测试仪系列、 法国的一家实验室的跨式测试系统以及柏林的 g o r 科学研究院的计算机技术与信息协会开发的t e k o s 测试系统等。 近几年来，中国的很多研究机构也投入了大量精力进行网络协议 测试工作的研究。 这其中主要有清华大学计算机系网络实验室， 开发 了一套测试集自 动生成系统;中科院的网络测试实验室， 进行了较多 对基本网络协议和测试技术的研究， 初步开发了 基于i p 协议的一致性 北京交通大学硕士学位论文 测试软件: 华为、中兴等网络设备厂商， 他们由于需要对自己的产品 进行测试也进行了一些针对自 己产品的协议测试工作。 这些单位主要 是对i p v 4 下的基本协议和路由协议进行测试， 北京交通大学i p 网络实 验室作为国内 最早从事工 p v 6 网 络研究的 机构， 对于工 p a和工 p v 6 下的路 由 协议进行了大量研究，开发了一套兼容工 p v 4 和工 p v 6 的协议测试系 统。 由于各个实验室的大量投入，协议一致性测试技术己经取得了不 少成绩，并在不断地发展前进。 1 .4 论文的主要工作 “ 高性能工 p v 6 路由器协议栈软件” 是由 北京交通大学负责的国家 8 6 3重大科研项目。本项目 组在多年信息网络的研究，特别是 i m 研究成果基础上，利用自己开发的 工 p v 6路由器平台，实现支持 v x w o r k s , l i n u x 等操 作 系统， 具 有多 操 作 系 统 移 植 性、 稳 定 性， 能 方 便地运行于“ 8 6 3 ” 工 p v 6 硬件平台， 兼顾效率的i p v 6 协议栈软件， 并 按照科学研究的继承性、 可持续发展和创新要求， 在以下几个方面开 展深入具体的研究工作。 0 导出 工 p v 6协议栈形式化描述理论与实现方法。探索出 工 p v 6 网络协议的形式化描述、协议的正确性验证、协议的半自动 实现和协议的一致性测试的具体理论和技术。 0 给出工 p v 6 基本协议栈分析和具体实现。 0 实现基于i m 的动态路由协议。 借助协议工程学理论和成果， 研究基于i p v 6 的r i p n g , o s p f , b g p , i s - i s , i d r p 、组播路 由等协议. 0 国内 外工 p v 6 协议栈开发及应用现状的跟踪。 0 研究与实现基于i m 协议的网络安全技术。 0 给出 基于i m 协议的网 络管理技术的分析与实现。 0 基于工 p v 6 协议的移动技术的研究与实现。 本文的来源主要是对于整个8 6 3 项目 软件的测试工作。测试作为 整个协议栈软件工作的一部分对于整个软件的质量保证具有非常重 要的作用。要求通过测试工作，发现软件中潜存的 b u g ，找到代码 基于i p v b 的路由协 议研究与测试 实现上不符合协议标准的地方， 给开发人员提出需要解决的问题。 测试工作的第一步从2 0 0 2 年7 月到2 0 0 3 年1 月开始， 主要是相 关测试理论的学习和研究， 制定整个测试的计划， 并规划测试的方案 和具体的工作; 第二步从2 0 0 3 年2 月到2 0 0 4 年2 月， 主要是具体的 测试工作， 包括编写测试用例， 根据测试用例搭建测试环境并进行测 试，总结测试结果并对修改后的代码进行二次测试等。 论文的工作主要包括以下几个方面: ( 1 ) 首先， 论文分析了软件测试的一般性理论。 介绍了软件测试的 目的、 原则和发展方向， 介绍了软件测试中最常用的黑盒测试 和白盒测试技术。 ( 2 ) 其次， 论文分析了路由协议的特点并研究了对于路由协议的测 试技术， 介 绍了r i p n g ,o s p f v 3 和b g p 4 + 的 基本 工 作 原 理， 介 绍了这些协议与其前一版本的改进 ( 3 ) 然后， 论文对这几个主要的协议进行了一致性测试。 主要包括 列举测试点， 编写测试用例， 搭建测试环境并进行测试， 给出 测试结果分析。 ( 4 ) 最后， 论文对运行本协议栈的路由 器进行了整体测试和性能测 试。从总体上掌握路由器的性能。 北京交通大学硕士学位论文 第二章 测试技术介绍 软件测试是一项庞大的工作，包含着很多的理论知识。尤其随着 现代软件的规模越来越大， 软件的测试工作也变得越来越复杂， 这就 要求对软件测试的理论有迅速的发展， 以缓解现在越来越让人们难以 忍受的软件缺陷。 2 . 1 软件测试的一般性理论 2 . 1 . 1软件测试基础 1 .软件测试的目的 基于不同的立场， 存在着两种完全不同的测试目的。从用户的角 度出发， 普遍希望通过软件测试暴露软件中隐藏的错误和缺陷， 以考 虑是否可接受该产品。 从软件开发者的角度出发， 则希望测试成为表 明软件产品中不存在错误的过程， 验证该软件己正确地实现了用户的 要 求， 确立 人 们 对软 件 质量的 信心 3 g le n m y e r s 认 为 : “ 程 序是 为了 发 现 错 误而 执 行 程 序的 过 程” 。 这 一测试定义明确指出“ 寻找错误” 是测试的目的。因而， 软件测试的 目的涵盖了: 1 n 1 试是程序的执行过程，目的在于发现错误; 2 )一个好的测试用例在于能发现至今未发现的错误; 3 )一个成功的测试是发现了至今未发现的错误的测试。 换言之， 测试的目 的是想以 最少的时间 和人力， 系统地找出软件 中潜在的各种错误和缺陷. 如果我们成功地实施了测试， 我们就能够 发现软件中的错误。 测试的附带收获是，它能够证明软件的功能和 性能与需求说明相符合. 实施测试收集到的测试结果数据为可靠性 分析提供了依据。 测试不能表明软件中已不存在错误，它只能说明 基于i p v 6 的路由协议研究与测试 软件中存在的错误。 软件测试的原则 测试是一项非常复杂的， 创造性的和需要高度智慧的挑战性的工 测试一个大型程序所要求的创造力， 事实上要超过设计那个程序 o ，朴七卜 2们 所要求的创造力。 软件测试中很重要的一个方面是人的心理问题， 一 些直观上看是很显而易见的至关重要的原则，总是被人们忽视。 ( i )应当把“ 尽早地和不断地进行软件测试” 作为软件开发者的座右 铭。 ( 2 )测试用例应由测试输入数据和对应的预期输出结果这两部分组 成。 t 3 )程序员应避免检查自己的程序。 ( 4 )在设计测试用例时，应当包括合理的输入条件和不合理的输入 条件。 ( 5 )充分注意测试中的群集现象。经验表明，测试后程序中残存的 错误数目与该程序中己发现的错误数目 成正比。 6 ) 严格执行测试计划，排除测试的随意性. ( 7 )应当对每一个测试结果做全面检查。 ( 8 )妥善保存测试计划，测试用例，出错统计和最终分析报告，为 维护提供方便。 3 .软件测试的发展方向 目前，软件测试存在4 个发展方向; ( 1 )验证技术 验证的目的在于证明在软件生命期各个阶段，以 及阶段间的逻辑 协调性和正确性。验证技术目 前仅适用于特殊用途的小程序。 2 )静态测试 正逐步的从代码的静态测试往高层开发产品的静态测试发展。 ( 3 )测试数据的 选择 也就是测试用例的选择。什么样的测试用例才是好的测试用例? 北京交通大学硕士学位论文 可用4 个特性描述测试用例的质量 检测软件缺陷的有效性 测试用例的可仿效性，可仿效测试用例可以测试多项内容， 因而减少了测试用例的数量 测试用例的执行、分析和调试是否经济: 测试用例的可修改行，即每次软件修改后对测试用例的维护 成本 ( 4 )测试技术的自动化 这是一个最新的发展方向。自 动测试也是一门技术，但与测试技 术存在很大的区别。 2 . 1 . 2黑盒测试和白 盒测试 软件测试的方法和技术是多种多样的。对于软件测试技术，可以 从不同的角度加以分类: 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来看，可 分为白盒测试和黑盒测试。 1 . 黑盒测试 黑盒测试也称功能测试或数据驱动测试，它是在己知产品所应具 有的功能，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 数锯而产生正确的输出 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、因一果图、错误 推测等，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、 针对软件界面和软件功能进行测试。 “ 黑盒” 法 基于i m 的路由协议研究与测试 是穷举输入测试. 只有把所有可能的输入都作为测试情况使用， 才能 以这种方法查出程序中所有的错误。 实际上测试情况有无穷多个， 人 们不仅要测试所有合法的输入， 而且还要对那些不合法但是可能的输 入进行测试。 协议一致性测试属于黑盒测试的范畴。 z .白盒测试 白盒测试也称结构测试或逻辑驱动测试，它是知道产品内部工作 过程， 可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试程序， 检验程序中的每条通路是否 都有能按预定要求正确工作， 而不顾它的功能，白盒测试的主要方法 有逻辑驱动、基路测试等，主要用于软件验证。 “ 白 盒” 法全面了解程序内部逻辑结构、 对所有逻辑路径进行测试。 “ 白盒” 法是穷举路径测试。在使用这一方案时，测试者必须检查程序 的内部结构， 从检查程序的逻辑着手，得出测试数据。贯穿程序的独 立路径数是天文数字。 但即使每条路径都测试了仍然可能有错误。 第 一， 穷举路径测试决不能查出程序违反了设计规范， 即程序本身是个 错误的程序。 第二， 穷举路径测试不可能查出程序中因遗漏路径而出 错。第三，穷举路径测试可能发现不了一些与数据相关的错误。 2 . 1 .3软 件测试的 步骤 软件测试过程按测试的先后次序可分成5 个步骤进行: 单元测试、 集成测试、确认测试和系统测试，最后进行验收测试。 i ) 单元测试: 分别完成每个单元的测试任务， 以 确保每个模块能 正常工作。 单元测试大量采用了白 盒测试方法， 尽可能发现模块内 部 的程序差错。 z ) 集成测试: 把已测试过的模块组装起来， 进行集成测试。 其目 的在于检验与软件设计相关的程序结构问题。 这时较多的采用黑盒测 试方法来设计测试用例。 北京交通大学硕士学位论文 3 ) 确认测试: 完成集成测试以后， 要对开发工作初期制定的确认 准则进行校验。 确认测试是检验所开发的软件能否满足所有功能和性 能需求的最后手段，通常采用黑盒测试方法。 4 ) 系统测试: 完成确认测试以后， 给出的应该是合格的软件产品， 但为检验它能否与系统的其它部分协调工作， 需要进行系统测试。 严 格的说，系统测试己超出了软件工程的范围。 5 ) 验收测试: 检验产品质量的最后一道工序是验收测试。 与前面 讨论的各种活动不同之处在于它突出了客户的作用， 同时软件开发人 员也有一定程度的参与。 测试工作的总体流程图如图2 . 1 立 项 阶 段 需 求 阶 段 编码 第2 步是根据测试目 的生成描述测试套; 第3 步是按钡 ( 试套对被测实现 ( i u t , i t e m u n d e r t e s t ) 进行 测试 这意味着要建立一个测试执行系统) 第4 步是根据测试记录参照协议实现一致声明 ( p 工 c s , p r o t o c o l i m p l e m e n t a t i o n c o n f o r m a n c e s t a t e m e n t ) 和协议实 现额 外 测 试 信 息 ( p i x i t , p r o t o c o l i m p l e m e n ta t io n e x tr a i n f o r m a t i o n f o r t e s t i o n g ) 对i u t 进行评估，并给出测试报告。 测试套的生成 ( 第 2步)又包括几个方面的工作:一是测试序列 的生成， 二是测试数据的生成， 三是将测试序列和测试数据联合起来 生成并描述测试套。 基于i p v b 的路由协议研究与测试 图2 .2测试工作过程 i u t的测试序列根据它的状态转换模型f s m( 也可以是c c s 模型) 产生。对于给定的测试目的， i u t应该执行的符合协议一致性要求的 时间序列叫做测试序列。 实际上， 测试序列是对i u t进行结构测试的 事件序列。 因 此， 我们在设计测试序列时， 只要考虑i u t的控制结构 就可以，无需考虑测试序列中 每个事件所携带的参数和数据是什么。 3 .协议一致性测试主要考虑的问 题 协议一致性测试在理论上和工程上都需要进一步研究，主要包括 如下内容。 测试覆盖率如何度量? 各级测试包括多少测试就够了? 怎样选取最小的测试序列去检测最多的协议错误? 北京交通大学硕士学位论文 如果协议规范本身有错误， 不完整， 存在二义性， 这将给协议 一致性测试带来什么问 题，怎样处理? 怎样描述测试?测试描述用测试案例， 用一组程序， 用参考协 议实体。哪种方法最好? 怎样产生测试数据? 怎样产生测试序列? u t和l t怎样协同工作? 怎样进行多层协议测试? 怎样评估测试结果? 协议一致性测试是网络测试的一个重要方面，也是测试研究的重 点和难点。本论文主要对r i p n g ,o s p f v 3 以 及b g p 4 十进行测试。 2 .2 . 2路由协议测试技术 1 .路由协议的特点 认识路由协议的特点是对路由器开展有效的测试工作的基础。首 先， 路由协议的目的是为路由提供所需的信息。 通信协议传送的通常 是上层协议的数据， 其目的是将这些数据正确、 迅速地传送:路由协 议交互的是关于网络拓扑结构的信息，正确地处理、发送这些信息， 形成对于网络拓扑结构的正确反映是路由协议的主要功能， 并不要求 数据的“ 尽力转发” ，相反， 各个路由协议中对尽量减少数据量的交 互、 降低交互的频率， 避免路由更新时造成突发数据都有所考虑。 另 一方面，所有的路由 协议都要使用通信协议提供的服务， 例如b g p 使 用t c p 的服务、 o s p f 使用i p的服务。 不同的服务提供者对于路由协议 的性质有一定的影响。 对于测试工作而言， 确定相应的接口是开展测 试工作的前提. 路由 协议的另一显著 特点是其具有分布式系统的特性。 b g p , r i p 和o s p f存在复杂程度上的差异。 但却都具有分布式系统的共性。各 个自治系统内和自治系统间的路由器构成i n t e r n e t 主干网和各级子 网的框架，共同完成工 n t e r n e t 上的数据传送:即便对于一台运行b g p 基于i p v 6 的路由协议研究与 测试 协议的路由器，路由器每个端口都有一个b g p 进程 ( 具有各自 独立的 状态机) 在单独运行。 路由协议无论在概念上， 还是实现中， 都会涉及到重要的数据库， 用于存放路由信息. 路由表是其中最为普遍的数据库， 直接提供路由 所需的信息:除此之外， 还有在信息处理过程所需的数据库。 信息在 各个数据库之间的流动由处理过程连接起来。 路由协议有大量内部处理过程。 在通信协议中， 也有象t c p 滑动窗 口协议这样的内部过程， 而路由协议的内部处理过程更为复杂， 直接 关系到路由协议的正确性与效率。在b g p 4 十 中主要的内部处理过程称 为决策处理， 包括三个阶段， 第一阶段计算路由的优选度，第二阶段 进行路由选择， 第三阶段进行路由传播。 这三个阶段既有顺序的调用 关系， 又由于都对数据库访问而需要同步互斥。 在各个阶段的处理过 程中， 应用了大量的规则和策略， 包括选择最优路由、 化解同等路由、 处理交迭路由等。 此外， 路由协议在网络的层次结构中与通信协议不同。 n 层通信协 议使用n - 1 提供的服务和为n + 1 层提供的服务， 而路由协议利用下层协 议传送路由 信息， 没有 “ 上层” 协议存在. 但是， 路由 协议之间的交 互却更为复杂，包括两类重要的交互，以 b g p 为例，既要与b g p p e e r s 进行交互，还要与本地 ( 同一路由器内)的其他路由协议如o s p f进 行交互。 对于通信协议的测试， 从测试集的设计和组织到覆盖率分析 的主要依据是协议的状态机，关心从连接建立到连接拆除的过程维 护; 路由协议也有状态机的描述， 路由协议的特性很大一部分是对于 达到“ 稳定” 状态后 ( 以 b g p为例， 进入e s t a b l i s h e d状态) 的行为。 对于路由协议的测试就要充分考虑、针对路由协议的特点。 z . 基于i m的路由 协议的测试 随着支持i p v 6 协议的网络产品越来越多，在i p v 6协议的一致性 测试方面己经有许多人做了大量的工作， 并提出一些通用的方法，己 取得了一定的成绩。 i p v 6协议是在 i p a 的基础之上发展起来的，除了包头结构的不 同， 支持 1 2 8 位地址以外， 还在服务质量、 移动性和安全性方面有很 北京交通大学硕士学位论文 多改进之处， 但i p v 4 协议的主要思想框架还在。 因此， 部分用于i p a 的协议一致性测试方法也可用于 i m协议的测试，只是测试用例的 设计要根据 i m的协议标准要求编写。另外还要增加一些 i m 设计 时增加的对于服务质量、移动性和安全性的测试。 路由协议的测试应当体现路由协议的特点。测试的内容应当包括 协议的帧结构、 协议的状态机和协议的互操作性， 这些与传统的数据 通信协议比较类似: 此外还应当测试路由信息的交互与处理， 这是路 由协议所特有的一大类内容， 可进一步细分为对于路由表数据库、内 部处理过程和性能方面的测试，如收敛时间、交互频率和吞吐量等， 是路由协议测试的重点和难点。 对于 i m下的动态路由协议测试首先是对于 i m网络的测试， 需要搭建一个 i m的网络环境，也就是所有的主机接口都需要配备 有i m 地址，路由协议测试仪能够收发各种i m 数据包，能够包括 各种路由协议的内容， 并可以 对接收到的各种i m 数据包进行分析。 而其它的步骤，与测试i p v 4 下的路由协议基本相同。 由 于现在还没有大规模应用i m 网络， 所以 对于i m 下的路由 协议测试只能是在几台路由器或者采用仿真的方法。 对于大路由表或 者性能测试， 现在更没有实际的网络环境， 只能通过路由 协议测试仪 来构造这些大的路由条目或者模拟网络环境。 基于 i m的路由协议研究与测试 第三章 r i p n g 协议的 测试 3 . 1 r i p n g 协议 概述 3 . 1 . 1 r ip n g 基本 工 作原 理 路由 信息协议 ( r i p , r o u t i n g i n f o r m a t i o n p r o t o c o l ) 是动态路由 协 议中使用较早的协议之一， 它是一种基于距离矢量算法的内部网关协 议( i g p , i n t e r io r g a te w a y p r o t o c o l ) (l 2 。 目 前r i p 有 三 个 版本， 分 别 是r i p v l . r i p v 2 和r i p n g r i p v l出现时间比较早。随着互联网的功能不断增加，而 r i p v l 缺乏处理这些不断增加的重要特性的基本原理， 尤其是r i p v i 不能识 别子网 掩码 ( s u b n e t m as k ) 且不 支持v l s m ( v a r i a b l e l e n g t h s u b n e t m a s k i n g ) . r i p v 1 的这些缺陷 促进了r i p 的更新，出 现了r i p v 2 。随 着i p v 6的出现，很多相关协议需要做出相应改变以适应其 1 2 8 位长 的 地址， r i p 也不f 1l 外， r i p n g ( r i p n e x t g e n e r a t e ) 就是由 此应运而 生 的 15 1 运行 r i p n g的 路由 器维持一 个到网 络中 可能目 的 地的 一个路由 表， 路由 器周期 性 ( 推荐为3 0 秒) 地向 邻居发 送r i p n g 分组，即自 己的路由表信息，该信息主要包括 ( 目的，度量) ，这也是距离矢量 的由 来: 接收方通过接收邻居的周期通告来更新自己的路由表。 这种 方 式以 一 种全方位的 方式 存在于 各r i p n g 路由 器中。 这种 一步一步的 处理使得每一个路由器形成了 对网络拓扑的认识。 r i p n g 采用距离 矢量( d i s t a n c e v e c t o r ) 算法。 在默认 情况 下， r i p n g 使用一种非常简单的度量制度: 度盘就是通往目 的站点所需经过的链 路数， 取值为1 1 5 ， 数值 1 6 表示无穷大， 表示路由不可达， 即一个 有 效 路由 的 最大 度 量为巧， 也 就是 说r i p n g 的 工 作范围 的 最 大 直径 为 1 5 个路由器。 在r i p n g 的路由 表中 对同 一目 的 只保留 一条度量最小的路径，具 北京交通大学硕士学位论文 体的路由更新规则如图1 所示下。 如图3 . 1 所示，当r接收到来自g 的关于到d的路由时， r检查路由表中的每一个表项. 对具有相同目 的地 d的路由表项做如下比较: 图3 . 1 路由更新规则示意图 c o s t ( r ,g ) + c o s t ( q d ) c o s t ( r , d ) 其中c o s t ( i ,j ) 表示从i 到j 的 最便宜路由 的费 用。 如果上述关系成 立， 那么r就需将到d的 路由 度量更改为c o s t ( r ,g ) + c o s t ( 么 d ) o 但是如果目前由r到 d的路由经过 g，当从 g传来一个新的更 新信息时， r必须更改它对该路由设置的费用， 而不管g发来的路由 度量是增加还是减少费用。 3 . 1 .2 r i p n g 与r i p v 2 的比 较 正如前面所提到的， r i p n g 是为了 适应i m 的出 现而设 计的。 基 于让r i p v 2 更方 便地过渡到r i p n g 的 考虑， r i p n g 继承了r i p v 2 的 主 要 特征，t 匕 如v l s m, c d i r 、 支 持多 播等 ( 1 4 t ， 所做的 变化主要 集中 在分组格式和与地址相关的方面，现做如下比较: 通信端口 r i p n g 依然是基于u d p 的， 但不再使用5 2 0 端口 ， 而是使用5 2 1 端口通信。 分组格式 由于地址从3 2 位变化为1 2 8 位， 因此分组格式必然要做大的变动， r i p n g 省去了r i p v 2 分组中的 子网 掩 码和下 一 跳字段。 子网掩码的省略是因为i m 地址前缀很明确， 所以r i p n g 无需区 分网 络， 子网 和 主 机 路由 ; 而 下一 跳 字 段 在r i p n g 中 有 一 个 专门 的 路 由 表项 ( r t e ) 来说明， 并适合于紧跟该下一跳的目 的i m 地址。 如 图3 .2 所示， 下一跳r t e中的路由标签和前缀长度在发送时设为0 而 度量字段设为o x f f . 基于 i m的路由协议研究与测试 下一跳地址( 1 6 ) 零域零域 o x f f 图3 .2 下一跳路由条目 注意:下一跳路由项是可选的，并不是每一条路由都必须有下一 跳。 最大报文长度 每个r i p n g 包所能携带的最大路由 表项 ( r t e ) 个数不再限制为 2 5 个，而是由 介质m t u决定，计算公式如下: r t e的 个数一i n t m t u - i p v 6头长 度一 u d p头长 度 _ r i p头ll 度 / r t e 大小 下一跳不同 与r i p v 2 相同， r i p n g 同 样提供了 指明紧邻下一跳i p 地址的能力。 但在r i p n g中，由 于地址长度都是 1 2 8 位的， 不可能在同一个r t e 中 同 时 指明目 的 地 址 和下 一 跳 地 址。 因 此， 在r i p n g 中 ， 下一 跳 有一 个专门的r t e来说明，并适用于紧跟该下一跳的i m 地址。下一跳 r t e中的路由标签和前缀长度在发送时设为0 而度量字段设为o x f f . 在r i p n g 中， 下一 跳路由 项是可 选的， 不是每条路由 都必须有下一 跳。 安全考虑 r i p n g 依赖i m 的 验证头 和i p 封装安 全负 荷来保证 路由 选 择的 安全性和机密性，因而无须在报文中添加有关安全验证的信息. 3 .2 r i p n g 协议 一致性测试 3 .2 . 1 测试点列表 对路由协议测试的要点是找到全部协议相关的标准，然后根据标 准规范编写完整的测试用例。 而要编写完整的测试用例， 就必须包含 协议标准的每一点规定， 找到一个好的分类标准是使测试用例尽可能 包含更多测试点的首要条件。 北京交通大学硕士学位论文 为了实现这一点，本文设计了根据功能点和检查点对路由协议进 行分类的方法。 检查点是指路由器只接收正确格式的数据包， 而抛弃 非法格式的数据包; 功能点是指路由器必须对接收到的正确数据包