基于ＴＴＣＮ３的ＬＤＰ一致性測試研究

（清華大學(xué) a.計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系；b.信息網(wǎng)絡(luò)工程研究中心， 北京 100084)

摘 要：為了滿足LDP的一致性測試需求，并突破原有LDP一致性測試中測試方式簡單、測試程序不易于理解和測試語言描述能力弱的局限，基于TTCN3測試描述語言研究了LDP一致性測試；在自行研制的分布式并發(fā)測試系統(tǒng)PITSv3的基礎(chǔ)上設(shè)計擴(kuò)展了針對LDP的測試適配器模塊；設(shè)計了LDP的測試集并使用TTCN3語言實(shí)現(xiàn)了該測試集，從而完成了PITSv3系統(tǒng)對LDP的功能擴(kuò)展。最后進(jìn)行了PITSv3系統(tǒng)對于LDP的一致性測試實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：一致性測試；測試和測試控制表示法 v3；協(xié)議集成測試系統(tǒng)v3；標(biāo)記分發(fā)協(xié)議

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：10013695(2009)01028603

LDP conformance testing based on TTCN3

CHEN Yuana，YIN Xiaa，WANG Zhiliangb

(a.Dept. of Computer Science Technology，b.Research Centre of Information Network Engineering， Tsinghua University， Beijing 100084， China）

Abstract:To meet the needs required by the conformity test of the LDP， and to make a breakthrough in the weaknesses that existed in the current LDP conformity test， which were characterized by the facts that the testing methods were simplistic， and that the testing programs were not easily understandable， and that the testing languages were barely descriptive，by basing the research of LDP conformity test on TTCN3 testing description language，the paper had designed and expanded the test adaptor module for LDP， and had designed and implemented an LDP test suite using TTCN3 language， on the basis of PITSv3，devised a distributed test system.Consequently，it accomplished the function expansion of LDP and implemented the LDP conformity test practice， using PITSv3 system.

Key words:conformance test;TTCN3;PITSv3(protocol integrated testing system version 3);label distribution protocol(LDP)

MPLS(multi protocol label switching，多協(xié)議標(biāo)記交換)是下一代的IP骨干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，標(biāo)記分發(fā)協(xié)議（LDP）信令技術(shù)是MPLS的核心技術(shù)，其正確性直接影響MPLS各項(xiàng)服務(wù)和應(yīng)用的可靠性[1]。目前基于MPLS技術(shù)的產(chǎn)品越來越多，但缺乏對它們的嚴(yán)格測試，所以無法保證所選用的產(chǎn)品嚴(yán)格遵循國際標(biāo)準(zhǔn)，也無法保證其安全性，從而給網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行造成嚴(yán)重隱患。

協(xié)議的一致性測試是各種網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品協(xié)議實(shí)現(xiàn)正確性的保證，也是不同網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品之間是否能正確互連的重要檢測手段。為了有效地進(jìn)行LDP的一致性測試[2]，國際上一些研究機(jī)構(gòu)包括New Hampshire大學(xué)的互操作性實(shí)驗(yàn)室(IOL)、網(wǎng)絡(luò)互連實(shí)驗(yàn)室(InterWorking Labs)、應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)公司(Applied Computer Technology，ACT)和國內(nèi)的國防科技大學(xué)等單位對LDP進(jìn)行了形式化分析及相關(guān)一致性測試平臺的研究開發(fā)活動[3]。但是他們所進(jìn)行的測試研究，大部分沒有采用形式化語言執(zhí)行測試，測試?yán)男薷娘@得很困難，測試?yán)绦虻目勺x性也較差。有的LDP測試研究中采用的形式化語言和生成的測試集均比較簡單，僅限于方法的探討，不能有效覆蓋LDP并且沒有自主完備的測試平臺作為支撐。

PITSv3系統(tǒng)（protocol integrated testing system version 3，協(xié)議集成測試系統(tǒng))是清華大學(xué)計算機(jī)系網(wǎng)絡(luò)與協(xié)議測試（CNPT）實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測試系統(tǒng)，主要用于測試各種進(jìn)網(wǎng)和組網(wǎng)設(shè)備的協(xié)議實(shí)現(xiàn)與計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的一致性，判定其與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備互連通和互操作的能力。PITSv3使得測試集的編寫從測試程序的設(shè)計中分離出來，測試集的描述采用目前很受重視和流行的樹表組合表述法TTCN3（testing and test control notation version 3）語言[4]。TTCN3是一種靈活和強(qiáng)有力的測試描述語言，可以用于描述各種反應(yīng)式系統(tǒng)（reactive system）的黑盒測試，測試描述能力很強(qiáng)。但是PITSv3主要側(cè)重于TCP/IP協(xié)議族、IPv6協(xié)議族等的一致性測試，目前還不支持LDP的一致性測試。

1 LDP簡介

MPLS是一種分類轉(zhuǎn)發(fā)的技術(shù)，將具有相同轉(zhuǎn)發(fā)處理方式的分組歸為一類，這種類別就稱為FEC(forwarding equivalence class，轉(zhuǎn)發(fā)等價類)，屬于相同F(xiàn)EC的分組在MPLS網(wǎng)絡(luò)中將獲得完全相同的處理。對分組進(jìn)行分類的方法有多種，最普遍的一種是根據(jù)目的IP地址進(jìn)行分類。LDP是MPLS的信令協(xié)議，RFC 3036[5]和RFC 3215[6]是它的基本協(xié)議規(guī)范。

LDP根據(jù)路由表發(fā)起標(biāo)記分發(fā)過程，使每一種FEC對應(yīng)不同的標(biāo)記，由此生成標(biāo)記信息庫，為報文轉(zhuǎn)發(fā)提供新的依據(jù)。按照事件順序，LDP的操作主要由下列四個部分構(gòu)成，即對等LSR(label switching router，標(biāo)記交換路由器)發(fā)現(xiàn)、會話建立與維護(hù)、LSP(label switched path，標(biāo)記交換路徑)建立與維護(hù)和消息通知機(jī)制。

在LDP發(fā)現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)中每個LSR 通過UDP646端口周期性地發(fā)送hello消息，以發(fā)現(xiàn)通過鏈路層或網(wǎng)絡(luò)層相連接的LSR，此階段用于發(fā)現(xiàn)對等的LSR。

在LDP會話的建立過程中，首先是對等LSR確定主動與被動方，然后建立起TCP連接；之后交換LDP初始化消息，協(xié)商LDP會話參數(shù)。需要協(xié)商的參數(shù)內(nèi)容有LDP的版本號、標(biāo)記分發(fā)方式、會話保持定時器值、標(biāo)記范圍等。當(dāng)參數(shù)協(xié)商成功完成后，LSR雙方完成LDP會話的建立。

在會話建立后，LDP對等LSR之間就開始進(jìn)行標(biāo)記的分發(fā)和管理操作，建立并維護(hù)LSP。在這個過程中，發(fā)起操作是入口的LSR或出口的LSR，這個LSR將FEC綁定并將自己分配的標(biāo)記通知其他對等的LSR；中間的LSR接收到消息后也綁定FEC并將自己分配的標(biāo)記通知其他對等LSR，這個過程的進(jìn)行依靠路由協(xié)議來驅(qū)動。依此類推，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中所有的LSR完成FEC綁定和自己的標(biāo)記分發(fā)后，LSP就建立起來了。

通知消息機(jī)制在LDP實(shí)現(xiàn)的操作過程中，通過特定的消息格式傳遞信息機(jī)制。它是所有操作正確進(jìn)行的基本保障。

2 LDP測試

21 PITSv3

PITSv3由編譯模塊、測試管理、圖形化用戶界面GUI、運(yùn)行時系統(tǒng)（runtime system）、分布式運(yùn)行環(huán)境、測試適配器、編碼解碼器、系統(tǒng)時鐘八個子系統(tǒng)或模塊組成[7]。PITSv3的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。除了測試適配器，其他子系統(tǒng)均與協(xié)議無關(guān)。對于不同協(xié)議的測試，只需要編寫相應(yīng)的測試集、設(shè)計相應(yīng)的測試適配器就可以完成測試活動。

22 測試方法和測試結(jié)構(gòu)

根據(jù)LDP自身的特點(diǎn)，LDP運(yùn)行在路由器上，被測實(shí)現(xiàn)通常在不同子網(wǎng)的端口上與其他協(xié)議實(shí)體進(jìn)行通信。為了在與實(shí)際工作類似的工作模式和環(huán)境下實(shí)現(xiàn)對被測的測試，實(shí)現(xiàn)能夠觀察被測多端口的行為，本文選擇了國標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC9646[2]中定義的穿越測試法[2]作為LDP的一致性測試方法，如圖2所示。

LDP不同于一般的通信協(xié)議，支持LDP的路由器通常采用多個接口與其他路由器交換信息，且測試結(jié)構(gòu)由測試方法決定。基于以上原因，本文將LDP的測試結(jié)構(gòu)設(shè)計成三端口的測試結(jié)構(gòu)，如圖3所示。使用三端口測試大大擴(kuò)展了測試能力。

23 LDP測試適配器的設(shè)計

測試適配器（SUT adapter）主要完成PITSv3測試平臺與被測系統(tǒng)之間通信的功能。LDP測試適配器是與被測系統(tǒng)緊密相關(guān)的模塊，它在測試過程中將協(xié)助測試部件（test component）完成與LDP相關(guān)的測試動作，主要是測試數(shù)據(jù)的收發(fā)。因此PITSv3需要為不同的被測協(xié)議編寫不同的測試適配器模塊。這種不同主要體現(xiàn)在收發(fā)測試數(shù)據(jù)時調(diào)用的網(wǎng)絡(luò)接口的不同，以及一些針對具體協(xié)議所實(shí)現(xiàn)的功能不同。測試適配器是整個測試系統(tǒng)中惟一與具體協(xié)議相關(guān)的模塊。

由于LDP是建立在TCP之上的協(xié)議，可直接調(diào)用TCP提供的各種服務(wù)，實(shí)現(xiàn)中使用了建立在TCP之上的socket調(diào)用來完成LDP的消息傳遞，并根據(jù)測試配置，通過調(diào)用所提供的端口數(shù)量和端口地址信息進(jìn)行實(shí)際的連接。

端口地址信息由用戶在每次測試前進(jìn)行配置，通過配置文件保存將數(shù)據(jù)提交給測試管理，并進(jìn)一步提供給SA模塊。這樣測試時就可以得到具體的端口地址。測試適配器的結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 LDP測試集的設(shè)計

31 測試集的描述

設(shè)計實(shí)現(xiàn)中采用了測試集描述語言TTCN3來描述測試集。TTCN3應(yīng)用的典型領(lǐng)域有協(xié)議測試（包括移動和互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）、服務(wù)測試、基于平臺的CORBA測試、API測試等[4]。TTCN3核心語言采用類似高級編程語言的方式來描述測試集，增強(qiáng)了測試描述能力，增加了使用的靈活性，方便了用戶學(xué)習(xí)和使用，并具有良好的通用性。

32 測試集的結(jié)構(gòu)

在LDP測試集的設(shè)計中，為了有利于發(fā)現(xiàn)協(xié)議實(shí)現(xiàn)中的錯誤、便于錯誤定位，測試集在設(shè)計中大大提高了每個測試?yán)胁僮鞑降牧６龋@樣排錯工作可以迅速準(zhǔn)確地進(jìn)行。如果只用一條很長的測試?yán)M(jìn)行測試，那么如果出現(xiàn)了問題就難以分析。實(shí)際上，錯誤總是進(jìn)行到某一階段才會發(fā)生，之前的行為均應(yīng)當(dāng)是正確的。

在測試集設(shè)計中還貫穿了測試協(xié)議功能分類的思想。整個測試集的組織規(guī)劃上，按照對等實(shí)體發(fā)現(xiàn)、會話管理、標(biāo)記分發(fā)以及差錯通知和建議四個功能分組編寫，這樣便于對協(xié)議實(shí)現(xiàn)進(jìn)行專項(xiàng)測試。LDP一致性測試集結(jié)構(gòu)如表1所示。各組中包含與協(xié)議狀態(tài)有關(guān)的測試及協(xié)議中各種報文格式實(shí)現(xiàn)的測試，以及測試協(xié)議實(shí)現(xiàn)對某些錯報文的反映是否符合協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)RFC。

表1 LDP一致性測試集結(jié)構(gòu)

測試組名測試組目的測試?yán)齻€數(shù)

LDP_DISCOVERY測試發(fā)現(xiàn)對等體與對等體之間會話的實(shí)現(xiàn)22

LDP_SESSION測試對等體間會話的各種操作的實(shí)現(xiàn)134

LDP_DISTRIBUTE測試標(biāo)記分發(fā)中控制方式和保持方式的實(shí)現(xiàn)72

LDP_NOTIFICATION測試在各種消息下，相鄰LSR之間的實(shí)現(xiàn)39

總計267

4 測試實(shí)踐

在對PITSv3的LDP測試適配器功能設(shè)計調(diào)試完成和LDP測試集的設(shè)計完成后，本文對三種比較常用的MPLS路由器（表中用代碼RA、RB、RC表示）進(jìn)行了LDP的一致性測試實(shí)踐。通過測試，驗(yàn)證了PITSv3系統(tǒng)已經(jīng)完全支持LDP的一致性測試，同時也對設(shè)計生成的LDP測試集進(jìn)行了有效檢驗(yàn)。測試的實(shí)際配置如圖5所示，測試結(jié)果如表2所示。

表2 LDP一致性測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果

被測實(shí)現(xiàn)選擇測試數(shù)/測試?yán)倲?shù)通過數(shù)通過率/%選擇率×通過率/%

RA267/26726498.998.9

RB267/26725997.097.0

RC232/26721291.479.4

注：未選擇測試?yán)脑驗(yàn)樵摫粶y實(shí)現(xiàn)不支持某些功能項(xiàng)。

從表中可以看到，被測實(shí)現(xiàn)RA、RB的LDP測試集的通過率是很高的，確實(shí)是比較成熟的MPLS產(chǎn)品。RC的通過率差一些。對未通過測試?yán)M(jìn)行分析，結(jié)果如下：

a)測試LSR的最大PDU協(xié)商（測試組LDP_DISCOVERY）

(a)測試目的。測試LSR是否比較最大PDU值，如果收到的初始化消息中最大PDU長度小于自己默認(rèn)的最大PDU長度，應(yīng)該取其中小的長度（參見RFC 3036 section 3.5.3）。

（b）現(xiàn)象表述。在LDP會話初始化完成前，LSR的最大PDU長度取默認(rèn)值（最大PDU長度是兩個字節(jié)無符號整型，標(biāo)示LDP會話允許的最大LDP PDU長度；小于或等于255的取值表示最大PDU長度為默認(rèn)值4 096），然后測試系統(tǒng)發(fā)送“最大PDU參數(shù)值2 048”通知消息作為對初始化消息的響應(yīng)。被測實(shí)現(xiàn)在LDP會話初始化完成之前，并沒有將最大PDU長度賦值為較小的2 048，賦值仍然為默認(rèn)值。

（c）失敗分析。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)有誤。

（d）結(jié)論建議。被測實(shí)現(xiàn)賦值錯誤，雖然不影響功能的實(shí)現(xiàn)，但也應(yīng)該嚴(yán)格按照協(xié)議規(guī)定實(shí)現(xiàn)。

b）測試被動方LSR接收“關(guān)閉連接”通知消息的響應(yīng)（測試組LDP_MESSAGE）

(a)測試目的。測試LSR處于被動角色時，在接收“關(guān)閉連接”的初始化消息后，則發(fā)送“關(guān)閉連接”通知消息，并關(guān)閉TCP連接（參見RFC 3036 section 3.5.1.6）。

（b）現(xiàn)象表述。在測試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接收到關(guān)閉的初始化消息后，被測實(shí)現(xiàn)沒有返回關(guān)閉的通知消息，直接關(guān)閉了TCP連接。 

（c）失敗分析。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)有誤。

（d）結(jié)論建議。建議按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)，處于被動情況下的LSR做任何操作一定要返回給主動方一個相應(yīng)的通知消息再進(jìn)行操作；否則主動方會不知道被動方是響應(yīng)了消息而關(guān)閉連接還是別的什么原因造成連接的關(guān)閉。

c)測試當(dāng)LSR接收到撤銷FEC消息時，LSR的撤銷操作（測試組LDP_DISTRIBUTE）

(a)測試目的。當(dāng)LSR接收到下游路由器發(fā)送的撤銷消息時，LSR讀取撤銷消息中包含的特定FEC參數(shù)并刪除會話中保存的相應(yīng)FEC標(biāo)記。如果是通用的FEC參數(shù)，則刪除會話中的所有FEC標(biāo)記（參見RFC 3036 section 3.5.7.2）。

（b）現(xiàn)象表述。在測試中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)被測實(shí)現(xiàn)收到的撤銷消息中包含的是通用的FEC參數(shù)時，被測LSR沒有進(jìn)行全部FEC標(biāo)記的刪除操作。 

（c）失敗分析。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)有誤。

(d)結(jié)論建議。建議嚴(yán)格按照協(xié)議實(shí)現(xiàn)，LSR能辨別通用的FEC參數(shù)，可在收到該消息時清空會話中所有FEC標(biāo)記。

d)測試LSR之間KeepAlive message的發(fā)送間隔 （測試組LDP_COMMUNICATION）

(a)測試目的。按協(xié)議規(guī)定，當(dāng)LSR之間在保持連接階段，由主動方LSR定時發(fā)送KeepAlive message以保持連接的有效，并且，每次連接建立的保持階段，該消息發(fā)送的間隔應(yīng)該是一個固定值（參見RFC 3036 section 3.2.12）。

（b）現(xiàn)象表述。在測試中發(fā)現(xiàn)，被測實(shí)現(xiàn)RC在每次LSR建立連接后，在保持連接階段發(fā)送KeepAlive message消息的間隔均不同。

（c）失敗分析。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)有誤。

（d）結(jié)論建議。RC定義時鐘的隨意度比較大，應(yīng)嚴(yán)格按照協(xié)議規(guī)定實(shí)現(xiàn)時鐘功能。

e)測試被測實(shí)現(xiàn)在接收到內(nèi)容不正確的報文情況下的操作（測試組LDP_DISTRIBUTE）

(a)測試目的。按協(xié)議規(guī)定，當(dāng)LSR在接收到內(nèi)容不正確的報文時，會向?qū)Ψ桨l(fā)送通知消息（參見RFC 3036 section 2431）。

（b）現(xiàn)象表述。在測試中發(fā)現(xiàn)，被測實(shí)現(xiàn)RC在收到測試系統(tǒng)發(fā)送的版本號為錯誤值而其他域的值為正確的初始化報文時，RC沒有返回通知消息而是正常發(fā)送初始化報文。

(c)失敗分析。該設(shè)備實(shí)現(xiàn)有誤。

（d）結(jié)論建議。建議按照協(xié)議規(guī)定實(shí)現(xiàn)。LSR在收到錯誤版本號的初始化消息后，必須發(fā)送通知消息給主動方；否則在不同廠家的LSR之間的初始化操作存在安全隱患。

5 結(jié)束語

協(xié)議測試技術(shù)應(yīng)該與協(xié)議實(shí)現(xiàn)技術(shù)同步進(jìn)行，因?yàn)樗粌H可以從另一個角度研究協(xié)議，而且還可以在協(xié)議開發(fā)的最后階段提供強(qiáng)有力的測試服務(wù)，以保證網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品的質(zhì)量。本文中對目前業(yè)界常用的幾種MPLS產(chǎn)品進(jìn)行了一致性測試驗(yàn)證并分析得出了測試結(jié)果，這些數(shù)據(jù)為在更高層次上探討LDP提供了參考。通過測試實(shí)踐，不但驗(yàn)證了測試集的完備性和PITSv3測試系統(tǒng)的擴(kuò)展性，同時還為LDP的研究領(lǐng)域提供了一個可選擇的協(xié)議測試平臺。

參考文獻(xiàn)：

［1］ROSEN E，VISWANATHAN A，CALLON R.RFC 3031，Multiprotocol label switching architecture[S].2001.

［2］ISO/IEC 96461996，Information technologyopen systems interconnectionconformance testing methodology and framework，part 13[S].1996.

［3］徐娟.MPLS及其測試技術(shù)[D].成都：西南交通大學(xué)，2006.

［4］ETSI European standard (ES) 2018731v3.2.1，the testing and test control notation version 3，part 1:TTCN3 core language[S].SophiaAntipolis， France:European Telecommunications Standards Institute (ETSI)，2007.

［5］ANDERSSON L，DOOLAN P，F(xiàn)ELDMAN N.RFC 3036，LDP specification[S].2001.

［6］BOSCHAR C，CHEVAL P，WU L，et al.RFC 3215，LDP state machine[S].[S.l.]:RFC Editor，2002.

［7］陳寧.PITSv3系統(tǒng)整體測試的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)[D].北京：清華大學(xué)，2005.