网络测试2版课件 ch6

第6章传输层测试和故障诊断6.1传输层测试相关知识1．传输层端口传输层为上层应用提供了透明的传输通道，应用层工作于客户端的设备，准确地说，是应用程序或进程，每个客户端的应用程序或进程可以同时存在多个，为了使数据在通信中能够被正确识别，引入了端口号。端口号的范围为1～65535，分为知名端口、注册端口和动态私有端口三类。①知名端口：范围为0～1023，系统预留。②注册端口：范围为1024～49151，用户分配。③动态私有端口：范围为49152～65535，动态和私有。2．TCP报文在连接管理时，分为建立连接、数据传输和释放连接三个过程。在数据传输过程中，需要发送确认报文并且启用定时，若逾期未收到确认报文，则释放连接。①源端口号：16bit，发送TCP报文进程使用的端口号。②目标端口号：16bit，记录接收TCP报文进程使用的端口号。③顺序号：32bit，表示第一个数据字节序号。④确认号：32bit，表示期望对方下次发送数据的第一个字节序号。⑤数据偏移：4bit，TCP报文首部的长度。⑥保留：6bit，全0。⑦标志位：6bit，TCP的6种连接控制位。标志位字段值为1时有效，其定义如下。⑧窗口大小：16bit，双方需要维持的窗口数量。⑨检验和：16bit，CRC值。⑩紧急指针：16bit，当标志位URG=1时，有效。选项：双方协商的最大报文长度。数据：TCP报文传送到数据。

3．UDP用户数据报文UDP是面向无连接的传输方式，适用于实时性要求较高的应用场合。4．TCP传输连接的建立、拆除和管理工作过程TCP状态转换状

态说

明CLOSED无活动的连接，或正在进行连接LISTEN一个应用层协议发布了一个被动打开（passiveopen），并且可以接收TCP连接SYN_SENT一个应用层协议发送了一个主动打开（activeopen），并且发送了一个SYN字段SYN_RCVD一个SYN字段被接收，并且发送一个SYN-ACKESTABLISHED针对TCP连接建立进程的ACK被发送并被接收，现在可以进行数据双向传输FIN_WAIT1初始关闭的连接端FIN-ACK被发送FIN_WAIT2接收到响应初始FIN-ACK的ACKCLOSING接收到一个FIN-ACK，但ACK不是针对已发送FIN-ACK的。这是两个TCP对等端在相同时刻发送的FIN-ACKTIME_WAITFIN-ACK被发送且得到两个TCP对等端确认，并且TCP连接终止进程完成。一旦到TIME_WAIT状态，在连接的TCP端口数能被重新使用之前，TCP必须等待的时间是最大段生存时间（MSL）的两倍。MSL的推荐值是240s，以防止一个使用相同端口号的新连接的TCP段与旧连接的TCP段的副本相混淆CLOSE_WAIT一个FIN-ACK被接收，且发送一个FIN-ACKLAST_ACK响应FIN-ACK的ACK已被接收5．滑动窗口和拥塞控制TCP报文首部的窗口大小字段的值就是当前给对方设置的发送窗口大小的上限。发送窗口大小在连接建立时由双方商定，但在通信的过程中，接收端可根据自己的情况，随时动态地调整对方的发送窗口大小上限，因此称为滑动窗口。拥塞控制是TCP服务中用于控制TCP连接单次发送量的机制，也称拥塞窗口（CongestionWindow，CWND）。拥塞窗口的大小根据网络的拥塞程度动态调整。它通过增减单次发送量逐步进行调整，可以最大限度地使用网络实际带宽6.2传输层故障分类6.2.1端口服务没有应答在端到端业务中，如果遇到端口不能访问的情况，需要对途经节点进行测试，排除策略配置问题导致的传输层故障。在实际网络中，ICMP很可能被禁用。所以TCP端口测试更有优势，借助SYN-ACK分组的发送和确认，可以获得主机的连通情况。6.2.2传输层的错误此类传输层故障包在网络层上可以传送，但由于传输层存在错误，在接收端进行检验时，会检测出CRC错误，并将其丢弃。6.2.3延迟问题网络测试时，很容易将网络访问缓慢与带宽不够联想到一起。但有时在监测端口带宽时，会发现此时带宽并非处于满负荷状态。TCP延迟理论上，最大吞吐量和延时可以有以下的对应关系：最小窗口大小=速率

往返延时最大吞吐量=窗口大小

延时UDP延迟在测试单向延时时，首先要对收发两端进行时间同步（如GPS时间同步），然后在测试报头加入时间戳信息，在发送端计为时间戳T1，而接收端接收到该报文后计为时间戳T2，两者的差值为单向延时值。测试往返延时时，在发送端加入时间戳T1，接收端接收到该报文后，不做处理，返回一个回应报文，发送端接收到该回应报文后，加入时间戳T3，T3与T1的差值为往返延时值。6.2.4丢包问题TCP传输时的序列号用于为应用层提供可靠的传输服务，所以当发生丢包时，TCP服务将检测到这种错误并进行重传。TCP服务并不能立即检测到丢包，而是在定时器超时后进行重传。丢包率对应用服务的影响非常大，在测试上对丢包率有严格的要求。一般，链路利用率不大于70%时，要求丢包率小于0.1%。6.2.5并发连接数并发连接数是指能够同时处理的点对点连接的最大数目。它反映了网络设备对多个连接的访问控制能力和连接状态跟踪能力，这个值的大小和设备的处理能力相关。并发连接数又分为TCP并发连接数和UDP并发连接数。基于TCP的应用在数据交互前必须先建立TCP连接，完成连接后，具备网络4层以上处理能力的设备将记录连接，而网络设备对其业务信息流的处理能力是有上限的。UDP是基于无连接的，采用队列方式，将要发送的报文放到发送队列的末尾，设备或系统按照队列的顺序发送报文。由于队列有长度限制，超过会溢出丢包，所以也会设置并发连接数。6.3传输层的测试和故障诊断6.3.1故障分析和排除环境中的测试1．端口连通性测试（1）端口连通性测试部署方式（2）端口连通性测试方法1）TCP扫描方式2）UDP扫描方式2．网络延时测试（1）网络延时测试部署方式网络延时是传输层测试的重点。网络延时的测量比较复杂，其通常作为网络性能测试评估的重要参数。延时包括固定延时和可变延时，固定延时是指传输系统固有的延时，如电缆和光缆传输所用的延时；可变延时是指由传输系统路径上的节点（如网络设备）处理包引起的延时，如交换机的延时（通常取决于转发性能和交换机的繁忙状态）和路由器的延时（通常取决于路由效率和端口的繁忙状态）。测试分为单向延时和往返延时两种方式。单向延时测试原理简单，但需要源设备和目标设备的时间同步采用多点部署方式，可以获得不同采集点的时间信息，从而比对出数据包经过不同网络节点的延时情况。（2）单向延时多点部署测试方法（3）单向延时单点部署测试方法必须强调的是，测试工具获得的值始终是近似的。例如，STD和CTD的精确值还需要考虑SYN的处理延时，尽管这个值非常小；

1不仅与数据报大小有关，还与计算机的处理能力及当时计算机的负载有关，所以

1始终有误差。理论上，由客户端来计算RTT和Total_Delay，由服务器来计算Server_Delay，这样会更精确，但需要专用的通信协议来让测试工具获得这些值，这样所有客户端和服务器都必须重新进行配置。TAP接入测试工具获得延时的方法虽然麻烦，但仍然比较精确，而且无须对当前网络提出太多的要求。6.3.2性能评估场景中的测试1．部署方式传输层的性能测试可分为以下两种。一种为双侧测试，即测试工具位于被测网络的两侧，采用端到端方式设置测试工具，可模拟并发情形，对IP网络承载业务的能力进行监控。这是一种主动测试方式，测试结果包括吞吐量、最大并发连接数、最大事务处理速率和最大带宽等。另一