網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)分析

◆張媛媛 姚晉

網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)分析

◆張媛媛 姚晉

（中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心 湖北 430064）

為驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)所具有的特性，需對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行科學(xué)合理的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)。本文對(duì)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行了概述，對(duì)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的技術(shù)進(jìn)行了分類(lèi)，并詳細(xì)分析了網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層的試驗(yàn)驗(yàn)證。合理的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證是保證網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)條件，它還可以為未來(lái)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)提供證明，從而避免在建設(shè)、維護(hù)和使用方面增加不必要的費(fèi)用。

網(wǎng)絡(luò)特性；多業(yè)務(wù)；試驗(yàn)驗(yàn)證

當(dāng)前，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求也就越來(lái)越高，隨之帶來(lái)了很多問(wèn)題，如網(wǎng)絡(luò)操作模式的多樣化，以及網(wǎng)絡(luò)范圍的因擴(kuò)大而影響了網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量，還有網(wǎng)絡(luò)帶寬的一致性和高度復(fù)雜性會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)管理的質(zhì)量，并直接影響網(wǎng)絡(luò)性能和用戶(hù)體驗(yàn)。因此，應(yīng)該在初始階段進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證。網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證將提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)操作和基準(zhǔn)數(shù)據(jù)的初步了解，以進(jìn)行適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理和維護(hù)。很多的工程師和管理人員都認(rèn)識(shí)到網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的重要性。適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)和檢查是網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的必要條件。還可以減少將來(lái)因網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展而產(chǎn)生的相關(guān)費(fèi)用。

1 網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)的基礎(chǔ)

1.1 驗(yàn)證的主要原因

隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人與人之間的信息交流和知識(shí)傳播不斷加大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的使用需求不斷增長(zhǎng)，那就要求網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模日益增強(qiáng)，而網(wǎng)絡(luò)的軟件系統(tǒng)越大，網(wǎng)絡(luò)的組成設(shè)備也就越繁雜，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)荷也就越來(lái)越大，因此，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證至關(guān)重要。尤其是在網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)維護(hù)和故障的診斷[1]上，發(fā)揮著不可或缺的作用。

1.2 驗(yàn)證的主要目的

網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的主要目的是驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)是否滿(mǎn)足期望的特征，如網(wǎng)絡(luò)的可靠性，來(lái)適應(yīng)高科技的發(fā)展，滿(mǎn)足人們的需求。

實(shí)現(xiàn)它的主要手段是通過(guò)采用多種技術(shù)方法，采集真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的合理性可行性，保證網(wǎng)絡(luò)達(dá)到所需求的特性的主要方式。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包使用的是“盡力而為”的傳輸方式，所以IP協(xié)議不能保證它的可靠性。為了盡可能達(dá)到服務(wù)需求，確保網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序?qū)釉趯?shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)特性，選擇合適的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)的特性，并日益為人們所接受。

1.3 驗(yàn)證的主要層次

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，本文把網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證予以簡(jiǎn)化。并分為設(shè)備層、系統(tǒng)層和應(yīng)用層三個(gè)層次，通過(guò)這三個(gè)層次進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證，以此達(dá)到期望的網(wǎng)絡(luò)特性。

1.4 驗(yàn)證的主要步驟

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的特性，本文把網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證分為三步進(jìn)行，第一步是系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證，包括網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)性能、流量大小、物理網(wǎng)絡(luò)和更多的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行等。第二步是設(shè)備試驗(yàn)驗(yàn)證，包括設(shè)備的功能驗(yàn)證、性能驗(yàn)證、一致性驗(yàn)證和互通性驗(yàn)證等。第三步是應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證，通過(guò)應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證，來(lái)是驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是否有能力承載多種業(yè)務(wù)資格的應(yīng)用。

1.5 驗(yàn)證的三要素

為了滿(mǎn)足人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)的客觀需求，網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證必須符合高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法，因此，網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證必須具備三個(gè)要素，第一要素是網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的工具。第二要素是網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的方法。其中有兩種方法，首先是通過(guò)設(shè)備對(duì)多業(yè)務(wù)的需求進(jìn)行單獨(dú)試驗(yàn)和驗(yàn)證，然后是通過(guò)環(huán)境來(lái)對(duì)多業(yè)務(wù)需求在網(wǎng)絡(luò)中的功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的。第三要素是網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)。

以上三個(gè)要素缺一不可，相互補(bǔ)充。其中方法是核心，工具和經(jīng)驗(yàn)是目標(biāo)，只要有好的工具，正確的方法，豐富的經(jīng)驗(yàn)，就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的目的。

1.6 驗(yàn)證的主要工具

為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證工具的要求，已創(chuàng)建了一系列用于網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證的模擬器應(yīng)用程序。有用于試驗(yàn)和驗(yàn)證連接線(xiàn)的仿真器，以及用于試驗(yàn)和驗(yàn)證智能網(wǎng)絡(luò)分析的仿真器。在實(shí)踐中，網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)可能會(huì)給很多領(lǐng)域帶來(lái)問(wèn)題，例如設(shè)備的使用，維護(hù)和管理，但是所有試驗(yàn)驗(yàn)證者都具有必要的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)，并且有必要在集成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且需有現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)。

1.7 驗(yàn)證的主要過(guò)程

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的多樣性特點(diǎn)，驗(yàn)證的過(guò)程通常可以分為五個(gè)階段，即網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的需求分析階段、網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的試驗(yàn)設(shè)計(jì)階段、網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的部署安裝階段、網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的運(yùn)行驗(yàn)證階段和網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的后期維護(hù)[2]階段。

1.8 驗(yàn)證的物理設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證在選擇物理設(shè)備后，可以使用設(shè)備訪問(wèn)試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)驗(yàn)證報(bào)告的條件，并根據(jù)參加者自身的要求訪問(wèn)。

最后我們進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證，也就是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的承載業(yè)務(wù)和應(yīng)用的能力進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

2 網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)分類(lèi)

2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備試驗(yàn)驗(yàn)證

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程的工具是物理設(shè)備，是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)特性的核心部分，這個(gè)試驗(yàn)是由三種物理載體組成，第一種是核心層交換機(jī)設(shè)備，第二種是接入層交換機(jī)設(shè)備，第三種是隔離設(shè)備，只有選擇合適的物理設(shè)備來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)，才能更準(zhǔn)確驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)特性。

具體過(guò)程如下：

2.1.1物理設(shè)備的基本屬性

用戶(hù)可以通過(guò)目視檢查選擇設(shè)備的顏色和外觀，還可通過(guò)實(shí)際測(cè)量，端口配置，可擴(kuò)展性等選擇物理設(shè)備的顏色和重量。這些參數(shù)構(gòu)成了用戶(hù)選擇相關(guān)設(shè)備的第一步，并將直接影響用戶(hù)對(duì)設(shè)備的評(píng)估。此外，制造商的屬性，型號(hào)，內(nèi)存，硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，網(wǎng)卡的序列號(hào)和MAC地址是用戶(hù)選擇基準(zhǔn)的重要指標(biāo)，并且與物理設(shè)備的功能和性能要求直接相關(guān)，這對(duì)試驗(yàn)結(jié)果有重大影響。

2.1.2試驗(yàn)驗(yàn)證所用的工具

為了獲得試驗(yàn)結(jié)果，需要一個(gè)可視的、便攜式的收發(fā)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)器。網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)器和被試驗(yàn)設(shè)備的連接模式，通過(guò)傳輸介質(zhì)分為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)器和有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)器兩種。主要用于無(wú)線(xiàn)路由試驗(yàn)驗(yàn)證的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)器，目前仍在啟動(dòng)試驗(yàn)中。為了滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)的特性，在實(shí)驗(yàn)中選擇了電纜，作為該試驗(yàn)主要用作承載介質(zhì)。

2.1.3對(duì)物理設(shè)備功能進(jìn)行驗(yàn)證

通過(guò)試驗(yàn)，被試驗(yàn)的物理機(jī)器能否完成幀傳輸、過(guò)濾、流量控制、VLAN、生成樹(shù)協(xié)議[3]等試驗(yàn)所需的基本功能被驗(yàn)證。

2.1.4對(duì)物理設(shè)備性能進(jìn)行驗(yàn)證

被試驗(yàn)的物理設(shè)備的性能是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備試驗(yàn)驗(yàn)證的核心。根據(jù)各種類(lèi)型的設(shè)備的特性，對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的試驗(yàn)和核查需要各種技術(shù)和方法。通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備試驗(yàn)的驗(yàn)證技術(shù)和結(jié)果的分析，來(lái)確定試驗(yàn)設(shè)備的質(zhì)量，以此選擇滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)屬性的設(shè)備。主要程序是記錄設(shè)備的各種試驗(yàn)數(shù)據(jù)，如：帶寬、吞吐量、丟包率、時(shí)延抖動(dòng)、故障恢復(fù)時(shí)間[4]等，根據(jù)數(shù)據(jù)來(lái)分析，該設(shè)備是否具有試驗(yàn)期望達(dá)到的網(wǎng)絡(luò)特性，從而判斷是否使用該設(shè)備。

2.1.5設(shè)備的一致性和互通性試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)設(shè)備主要是檢查設(shè)備是否和議定的規(guī)格一致，并確保與它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否互通，試驗(yàn)驗(yàn)證報(bào)告應(yīng)提供全面的詳細(xì)記錄包括試驗(yàn)對(duì)象、試驗(yàn)工具、試驗(yàn)環(huán)境、試驗(yàn)內(nèi)容、試驗(yàn)結(jié)果等。并包含各種試驗(yàn)驗(yàn)證項(xiàng)目的驗(yàn)證結(jié)果，試驗(yàn)驗(yàn)證報(bào)告書(shū)應(yīng)以編號(hào)、圖表、列表等形式記錄。一份完整、客觀的設(shè)備試驗(yàn)驗(yàn)證報(bào)告對(duì)于設(shè)備的檢查是十分重要的。

2.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)試驗(yàn)的驗(yàn)證，首先要對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題等全面了解。通過(guò)分析網(wǎng)絡(luò)狀況，就能知道網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的對(duì)象、目標(biāo)、要求等，為試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程的設(shè)計(jì)提供科學(xué)有效的依據(jù)。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證是由物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成的，采用TCP/IP四層協(xié)議來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)的性能驗(yàn)證。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證主要是由主動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證和被動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證[5]組成的。

主動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證是指作為最終用戶(hù)的試驗(yàn)人員與軟件進(jìn)行對(duì)話(huà)。試驗(yàn)者假定他或她是網(wǎng)絡(luò)的用戶(hù)，并提供各種各樣的輸入組合來(lái)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)的特性。

被動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證僅僅是通過(guò)觀察和監(jiān)控來(lái)驗(yàn)證軟件的行為，與主動(dòng)試驗(yàn)不同的是，試驗(yàn)人員手動(dòng)與網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行交互。被動(dòng)試驗(yàn)不會(huì)中斷被試驗(yàn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，被動(dòng)地觀察被試驗(yàn)系統(tǒng)的輸入和輸出行為來(lái)試驗(yàn)系統(tǒng)故障的，這是一種具有很好傳導(dǎo)性的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)和驗(yàn)證技術(shù)。

從網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)[6]是兩種試驗(yàn)驗(yàn)證都需要的，見(jiàn)表1。

表1 主動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證和被動(dòng)試驗(yàn)驗(yàn)證的特點(diǎn)

2.3 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證

在進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備試驗(yàn)驗(yàn)證和系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證后，多業(yè)務(wù)應(yīng)用程序就可以加載到網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)環(huán)境中。多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的質(zhì)量和性能[7]與網(wǎng)絡(luò)集成模式、環(huán)境配置和設(shè)備性能直接相關(guān)。

分析如下：

（1）網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證中網(wǎng)絡(luò)特性的最終驗(yàn)證是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證。它的目的是驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)在傳輸多服務(wù)應(yīng)用程序時(shí)可能遇到的網(wǎng)絡(luò)特征，例如通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的性能和服務(wù)質(zhì)量。

（2）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的類(lèi)型直接影響網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的驗(yàn)證結(jié)果。為了使驗(yàn)證結(jié)果科學(xué)、合理，并且對(duì)研究有用，需要設(shè)計(jì)各種網(wǎng)絡(luò)集成環(huán)境，試驗(yàn)各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的驗(yàn)證方法。

（3）用戶(hù)對(duì)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交付的音頻和視頻質(zhì)量的滿(mǎn)意度是評(píng)估多媒體網(wǎng)絡(luò)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。為了更科學(xué)地描述多媒體應(yīng)用中的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量，將MOS值用于評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量和性能。

（4）試驗(yàn)驗(yàn)證報(bào)告書(shū)必須包含被試驗(yàn)的各要素的驗(yàn)證結(jié)果。需要用文本語(yǔ)言、數(shù)字表格、科學(xué)統(tǒng)計(jì)表等進(jìn)行詳細(xì)明確的記錄。結(jié)論有必要書(shū)面陳述。完整、客觀、科學(xué)的試驗(yàn)驗(yàn)證報(bào)告是對(duì)網(wǎng)絡(luò)特性的分析，是對(duì)網(wǎng)絡(luò)過(guò)程運(yùn)行和維護(hù)的重要參考。

3 小結(jié)

網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)是對(duì)網(wǎng)絡(luò)特征驗(yàn)證最直接的方式，合理的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)是網(wǎng)絡(luò)功能驗(yàn)證的基礎(chǔ)。本文首先詳細(xì)介紹了網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的狀況，驗(yàn)證的過(guò)程及設(shè)備，為網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證提供了理論支撐。然后，對(duì)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證的技術(shù)進(jìn)行了全方位的分析，分別從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備試驗(yàn)驗(yàn)證，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)試驗(yàn)驗(yàn)證和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)行。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)分析，可以更加準(zhǔn)確地判斷所用網(wǎng)絡(luò)的具體狀況，從而才能夠有針對(duì)性的采用具體措施，使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行更加穩(wěn)定和安全，以滿(mǎn)足高科技發(fā)展需求。

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