互操作性測試研究——BGP4+測試

丁雪蓮

(內(nèi)蒙古財經(jīng)學院 計算機信息管理系，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010070)

互操作性測試就是檢測在不同廠商生產(chǎn)的設備之間能否實現(xiàn)正確的通信交互的測試方法。由于BGP4+[1]是下一代互聯(lián)網(wǎng)中重要的域間路由協(xié)議，因此對它展開互操作性測試對于驗證下一代互聯(lián)網(wǎng)絡產(chǎn)品在真實網(wǎng)絡環(huán)境中的互連互通能力具有十分重要的意義，對于路由設備與軟件開發(fā)商在對產(chǎn)品進行調(diào)試、驗證和改進等方面也有著非常重要的作用。

由于互操作性測試對于產(chǎn)品的推廣應用具有非常重要的意義，因此，國內(nèi)外有許多研究機構(gòu)在從事互操作性測試的研究工作，例如：日本的TAHI計劃研發(fā)了IPv6協(xié)議的互操作性測試系統(tǒng)。德國的JOIN（Join Open InterNetworks）工程，建立了互操作性測試實驗網(wǎng)絡。美國 New Hampshire大學的 IOL（Interoperability Lab）專門成立IPv6小組進行IPv6相關(guān)協(xié)議的測試研究工作，在其網(wǎng)站上可以免費下載到用于測試 BGP4+、OSPFv3、RIPng等路由協(xié)議的互操作測試套件。國內(nèi)的清華大學、中科院計算所、中國科技大學、蘭州大學、上海交通大學等多所高校也成立了IPv6實驗室在從事這方面的研究。

在互操作性測試例的生成算法研究方面，國內(nèi)外有許多相關(guān)的文獻，例如，參考文獻[2]中提出了一種生成互操作性測試例的算法，但是這種算法的缺陷是只能處理兩個內(nèi)部消息交互的情況；參考文獻[3]中研究了在互操作性測試生成過程中如何避免狀態(tài)爆炸的問題；參考文獻[4]中提出了一種基于有向圖的測試序列生成算法可以滿足互操作性測試的最小完全覆蓋準則。但目前關(guān)于互操作性測試工具的開發(fā)研究方面的文獻并不多見。

1 BGP4+協(xié)議與BGP4的不同

隨著下一代互聯(lián)網(wǎng)絡協(xié)議IPv6的部署，原來只能支持IPv4的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議BGP4已經(jīng)不能滿足實際的應用需要，為了使BGP4能夠支持IPv6，IETF組織修訂完成 了 RFC2858(MultiprotocolExtentionsforBGP4)。 在BGP4+中，IETF定義了一個特殊屬性——MP-BGP(Multi-Protocol BGP)來攜帶IPv6的路由信息，使得 BGP4+既可以運行在IPv4網(wǎng)絡上也可以運行在IPv6網(wǎng)絡上。

在BGP4協(xié)議的消息屬性中有三部分與IPv4的信息相關(guān)，分別是：NEXT-HOP、NLRI和 AGGREGATOR屬性。假設任何BGP發(fā)言者都有一個IPv4地址，那么要使BGP4能夠支持多網(wǎng)絡層協(xié)議的路由只需要加入兩個功能把特定的網(wǎng)絡層協(xié)議分別與NEXT-HOP和NLRI關(guān)聯(lián)起來。因此，IETF在修訂后的BGP4+中增加了MP_REACH_NLRI(MultiprotocolReachableNLRI)屬性和MP_UNREACH_NLRI(MultiprotocolUnreachableNLRI)屬性。這兩個屬性是可選非傳遞的，不支持多協(xié)議擴展的BGP發(fā)言者可以忽略這兩個屬性中攜帶的信息并且不轉(zhuǎn)發(fā)這些信息。MP_REACH_NLRI屬性詳細定義了所使用的網(wǎng)絡層協(xié)議的類型、下一跳長度和地址、子網(wǎng)接入點信息和NLRI信息。如果在UPDATE消息中使用了MP_REACH_NLRI屬性，就不需要原來的IPv4的NEXIHOP屬性了。而MP_UNREACH_NLRI屬性相對簡單得多，如果在UPDATE消息中使用了MP_UNREACH_NLRI屬性就不需要攜帶其他的路徑屬性了。RFC1771規(guī)定UPDATE消息中必須包含強制屬性，否則就發(fā)送NOTIFICATION消息，但是RFC2858中增加的這兩個屬性無形中改變了這一規(guī)定。BGP4+中還增加了對這兩個新屬性的錯誤處理，而且還采用了BGP能力通告協(xié)議[5]，該協(xié)議定義了BGP4+的OPEN消息的可選屬性中可以采用BGP能力通告，用來決定在BGP連接建立時是否與對等體使用多協(xié)議擴展傳遞路由信息，否則將無法獲知其他對等體是否能支持這一擴展。如果雙方都支持這一擴展，它們轉(zhuǎn)發(fā)的UPDATE消息就可以攜帶IPv6網(wǎng)絡層可達信息。BGP4+的這種擴展機制是向后兼容的，支持這種擴展的路由器能夠與不支持這種擴展的路由器完全交互。

2 測試體系結(jié)構(gòu)

在對BGP4+進行互操作性測試的過程中選用的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。在該互操作性測試體系結(jié)構(gòu)中，IUT(被測實現(xiàn))A 和IUT B分別代表了兩個進行互操作的產(chǎn)品實現(xiàn)；網(wǎng)絡協(xié)議分析儀由裝有Ethereal協(xié)議分析軟件的PC機來代替，它可以捕獲在IUT A和IUT B之間傳遞的內(nèi)部消息，并對捕獲的信息進行觀察和分析，但是不能對這些消息進行更改，這樣可有效地減少外界環(huán)境對被測系統(tǒng)的干預，并能體現(xiàn)IUT A和IUT B之間能否進行互操作的真實情況；測試器A和測試器B是抽象意義上的互操作性測試工具。

圖1 互操作性測試體系結(jié)構(gòu)

3 測試BGP4+

3.1 BGP4+的形式化定義

圖2是完整的BGP4+互連行為有限狀態(tài)機，可以看到，在BGP4+對等體完全建立連接之前要經(jīng)歷的狀態(tài)包括：Idle、Connect、Active、OpenSent、OpenConfirm 和 Established。

圖2 BGP4+連接建立過程

在BGP4+的有限狀態(tài)機中，導致狀態(tài)變遷發(fā)生的是BGP的輸入輸出事件，RFC4271中規(guī)定的輸入輸出事件包括Administrative事件、Timer事件、TCP連接事件和BGP消息事件，其中每類事件又包括必選事件和可選事件，具體事件如表1所示。

表1 BGP4+協(xié)議事件列表

3.2 測試例的生成與應用

在對BGP4+進行互操作性測試的研究中，首先通過有限狀態(tài)機對其進行形式化描述，然后運用了參考文獻[6]中提出的測試例生成算法來生成測試例，其算法思想如下：

(1)初始的全局狀態(tài) gs_i=(1，a)；

(2)輸 出 符 號 向 量 WΦ{(nil，uin)}，WΦ={UΦ1，UΦ2， …，UΦk}表示對應于某一外部輸入的輸出符號向量，U是輸出向量，nil表示空；

(3)初始互操作測試套 TrΦ=nil，Tr表示變遷集合；

(4)gs_i.Si=1；gs_i.Sj=a；

(5)外部輸入符號V；

(6)Callinteraction_sequence (uin，2，a， (1，a)，v，“(nil，uin)”)，為遞歸調(diào)用子函數(shù)，功能是只要以 a為初態(tài)的變遷存在內(nèi)部輸出該函數(shù)就會調(diào)用自己以生成從初始狀態(tài)gs_i到輸入v的下一個狀態(tài)gs_n的交互序列；

(7)輸出符號向量 WΦ{(nil，uin)，(U，nil)}；

(8)全局終態(tài) gs_n=(2，b)；

(9)得到互操作測試套：TrΦ=(1，a)-V/((nil，uin)，(U，nil))(2，b)。

以圖3的BGP4+消息交換實例來說明測試例(Idle，Active)——start-a/{(nil，Open)， (nil，Open)， (nil，KeepAlive)，(nil，NotiFMsg)，(close，nil)}→(Idle，Idle) 的生成方法。 在BGP4+的有限狀態(tài)機中，初始IUT A和IUT B的狀態(tài)分別 是 Idle 和 Active， 即 gs_i=(Idle，Active)、gs_i.Si=Idle、gs_i.Sj=Active。WΦ?{(nil，Open)}，TrΦ=nil。經(jīng)過多次 Call interaction_sequence函數(shù)的調(diào)用，使得兩個被測實現(xiàn)IUT A 和 IUT B 經(jīng) 過 變 遷 start-a/{(nil，Open)、 (nil，Open)、(nil，KeepAlive)、 (nil，NotiFMsg)、 (close，nil)} 最 終 到 達gs_n=(Idle，Idle)狀態(tài)。運用這個方法自動生成了10個BGP4+互操作測試例。

圖3 BGP4+消息交互

對于協(xié)議中無法抽取規(guī)范的形式化描述的測試內(nèi)容則需要給出測試目的和測試內(nèi)容，根據(jù)RFC協(xié)議標準的內(nèi)容手工抽取測試例。首先，在詳細閱讀RFC協(xié)議標準并充分理解的基礎上，對協(xié)議進行測試項目的劃分；然后，根據(jù)不同的測試項目確定該項目中的測試目的和測試內(nèi)容；最后，針對不同的測試目的設計適當?shù)臏y試配置和測試數(shù)據(jù)。表2是一個采用手工抽取的測試例的實例，表中列出了測試目的、測試配置、測試步驟以及預期的測試結(jié)果和測試判定。被測系統(tǒng)如圖4所示。

圖5是使用Ethereal捕獲到的在Cisco 1721和模擬路由軟件Zebra-0.95之間傳遞的BGP4+的OPEN消息，其中Hold Time的實際值為180 s，符合預期結(jié)果。因為協(xié)議規(guī)定通信雙方的Hold Time以時間短的一方作為最終協(xié)商結(jié)果，因此，測試例的最終結(jié)果為PASS。

運用這些測試例對BGP4+協(xié)議的實現(xiàn)進行了互操作性測試，下面以Linux下的Zebra-0.95為例，列舉了部分對協(xié)議可選項處理情況的測試例列表及測試結(jié)果，如表3所示。

隨著IPv6協(xié)議簇的廣泛應用，對實現(xiàn)了IPv6協(xié)議簇的相關(guān)產(chǎn)品的測試是保證它們能正確在網(wǎng)絡中工作的關(guān)鍵。BGP4+作為IPv6協(xié)議簇中重要的路由協(xié)議，對它的測試有助于進一步完善IPv6協(xié)議簇。因此，作為最基本和最重要的域間路由協(xié)議，測試BGP4+協(xié)議實現(xiàn)的互操作性具有重要的應用價值。這些研究工作的結(jié)果將會使下一代互聯(lián)網(wǎng)具有一個更為穩(wěn)定和堅實的基礎。

表2 測試例的例子

圖4 測試列系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖5 捕獲數(shù)據(jù)包的解碼結(jié)果

表3 測試例列表

本文首先對BGP4+與BGP4的區(qū)別進行了分析，然后介紹了BGP4+互操作性測試的體系結(jié)構(gòu)，最后詳細講解了生成BGP4+互操作性測試例的方法及運用這些測試例對BGP4+協(xié)議實現(xiàn)，如在Linux環(huán)境下對Zebra-0.95進行互操作性測試所發(fā)現(xiàn)的問題。后續(xù)的工作包括開發(fā)通用性強的互操作性測試工具以及在提高差錯覆蓋率方面進一步研究新的測試例生成算法。

[1]RFC 2858： multiprotocol extensions for BGP-4.June，2000.

[2]SHIN J，KANG S.Interoperability test suite derivation for the ATM/B-ISDN signaling protocol[J].IWTCS Proceedings of the IFIP TC6 11th International Workshop on Testing Communicating Systems， 1998： 313-330.

[3]KANG S， SHIN J， KIM M.Interoperability test suite derivationfor communication protocols[J].Computer Networks， 2000，32(3)：347-364.

[4]林華輝，趙保華，屈玉貴.基于有向圖的最小完全覆蓋互操作測試序列生成算法[J].中國科學技術(shù)大學學報，2006，36(2)：225-229.

[5]RFC 2842： Capabilities adveritsement with BGP-4， May，2000.

[6]KANG S，KIM M.Interoperability test suite derivation for symmetric communication protocol[C].Proceeding FORTE X/PSTV XVII′97， 1997， 107：57-72.