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链路管理协议的一致性测试

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  摘 要:链路管理协议(LMP)是自动交换光网(ASON)控制平面协议栈的一个重要组成部分,由于厂家对协议实现的不同理解,通信设备的协议非一致性问题日趋严重。本文对LMP协议进行了分析,介绍了一种基于测试仪的LMP一致性测试方案,对运行控制平面协议栈的仿真机进行了测试,给出了测试结果分析,并总结了ASON测试现状。
  关键词:自动交换光网;链路管理协议;一致性测试
Conformance Test of Link Management Protocol
XU Bu-wei, PENG Yun-feng, LU Yang, JIN Yao-hui, HU Wei-sheng
(National Laboratory on Local Fiber-Optic CommuNIcation Networks and Advanced Optical
Communication Systems, Shanghai Jiaotong University
,Shanghai 20030,China)
  Abstract:Link Management Protocol(LMP) is a main part of Generalized Multi-protocol Label Switching(GMPLS) protocol stack of Automatic Switching Optical Network(ASON). Due to different understanding of the implementation of the protocols, the problem of conformance is becoming more and more severe. In order to assure the protocol implementation to be consistent with the standard and in turn to assure the interoperation between different GMPLS implantations, a conformance test method based on protocol analyzer is proposed. Also a test case example is given and test results for LMP are discussed.
  Keywords:ASON;  Link Management Protocol (LMP);Conformance test
一、引言
  
由于数据业务飞速增长,传送网所面对的主要业务由固定的、面向连接的业务转为动态的、无连接的IP业务。业务容量和类型的改变需要运营商重新考虑改建传送网。当前,自动交换光网(ASON)因在传统光传送网的管理平面和数据平面之外增加了一个控制平面,使其具有了智能的动态带宽管理等优良性能而备受业界关注。ASON的控制平面是基于IETF的GMPLS协议栈[1]之上的,该协议栈主要包括扩展的OSPF协议、LMP协议、LDP协议或RSVP协议,其中OSPF是ASON体系中的路由协议,LDP协议和RSVP协议是信令协议,而LMP协议则是进行链路资源管理。
  在ASON中,为了保证来自不同厂商的设备可以成功互通,ASON网络中所有设备的控制平面需在GMPLS协议栈上达成一致。但目前,ASON控制平面的协议大都是由IETF给出的自然语言来描述的,不同的厂商对协议的不同理解会导致不同的协议实现,因此我们需要对协议实现进行判别,这种方法称为“协议测试”。通过测试,可以发现协议实现者对协议理解的错误。
  随着光网络的迅猛发展,协议测试方法和技术的研究越来越重要。光网络设备的协议测试,是从计算机网络协议测试的基础上发展而来,而又有所不同。一般说来从测试的步骤上可以分为功能测试、一致性测试、互操作测试和性能测试。功能测试是按照协议实现的内容,向设备发送具体的测试信息从而观察的设备的响应;一致性测试是基础,它通过在一定条件和环境下观察协议实现的反应行为是否与相应的标准协议描述一致来保证网络设备具备既定性能;互操作性测试则用来保证同一协议下的不同厂商设备实现互联互通。另外,还需针对吞吐量、延迟、系统恢复和重启时间等性能指标对设备进行性能测试[2]。
  当前,Optical Internetworking Forum(OIF)正在进行跨越三个大洲的智能控制平面的互操作测试。这项测试的规模是前所未有的,涉及到包括中国电信、NTT、AT&T、意大利电信等7家运营商,其中的设备来自15家不同的厂商。显而易见,ASON网络设备的生产商众多,对设备的可靠性要求越来越高,一致性测试和互操作测试因而越发显得重要。同时由于光网络测试技术的迅速发展,已经可以通过现有的测试工具对ASON设备进行功能测试、一致性测试,因而大大提高了测试效率。目前已经开展了很多针对协议一致性测试的工作和研究[3,4]。总体说来,大多是通过手工或借助某种工具将自然语言描述的协议转化为形式化的语言描述,再通过某种生成机制自动生成协议测试集。
  
LMP协议是GMPLS协议栈的重要组成部分,在当前不同的GMPLS协议实现中,需要支持和实现LMP,因而需要与LMP协议的标准规范相一致,这样才可以保证开发的光网络设备之间互通。
二、链路管理协议分析
  
LMP协议是GMPLS协议栈的重要组成部分,目前最新LMP协议规范是IETF 2003年10月制定的,它主要实现了光网络链路管理的功能。目前网络路由的计算依赖于对网络拓扑和资源的了解,这些信息可以通过集中式的中心网管系统或者是分布式的链路状态路由协议获得。在这两种方式中,获得网络链路状态信息的第一步是发现本地节点所有链路和邻居节点的连接状态。在自动交换光网中,每一个网络节点必须知道本地所有链路的状态、各种链路参数以及链路的远端属性,而这些参数是基于手工配置和某种在相邻节点上运行的自动协议的结合。LMP协议便是为这种目的而设计的通用协议,同时还包括其它一部分链路管理的功能。
  
LMP协议运行在一对网络节点之间,实现一组核心功能和一些附属功能[5],我们的一致性测试主要验证的是核心功能。
  (1)控制信道管理
  在相邻节点之间建立控制信道并维护其连通性,此功能采用轻量级的Hello消息作为活动状态保持(keep-alive)的检测机制。
  (2)链路属性相关
  包括一组链路总结消息,用于在相邻节点之间同步链路属性,例如本地和远端接口ID映射关系等。
  (3)链路连通性验证
  用于证实结点之间的物理连接性,并交换接口ID,这些接口ID将被用来在GMPLS信令中。本属性使用带内的Test消息和控制信道上的TestStatus消息。
  (4)故障管理
  通过在一对节点之间交换ChannelActive和ChannelFail消息来实现不透明或透明网络中的故障定位,而不必关心编码格式。故障管理可以触发本地链路或端到端通道的保护重建过程。
    其中控制信道管理和链路属性相关是LMP协议的核心功能。此外,当一对节点之间存在多条链路的时,从流量工程的角度出发,可以将多条链路进行捆绑,即链路捆绑机制。LMP协议支持多个单元链路或者端口聚集成一条TE链路。
  从测试的角度出发,LMP协议与路由协议和信令协议有所不同,LMP协议并不单一地运行在一个平面之上,因此对LMP协议的完整测试涉及到控制平面和数据平面的协同工作。在我们的协议测试中,由于涉及到的是LMP协议控制平面的功能,因此面对的主要问题是在屏蔽掉数据平面后,测试仪与协议机在控制平面上如何进行正确的连接设置和可执行测试套(ETS)的具体生成。
三、LMP协议测试分析
1.LMP
协议测试方法和测试系统
  由于不同厂商对协议的公开协议的解释并不一致,尤其在当前链路管理协议没有完全标准化的情况下,因此协议的解释导致多种不同的实现,这需要严谨的一致性测试。一般的测试步骤分为以下几个阶段:
  (1)根据标准协议规范、服务范围确定测试目的;
  (2)生成并描述测试套;
  (3)按测试套对被测实现进行测试;
  (4)根据测试记录对测试记录进行评估。
  目前光网络的迅速发展,因此一致性测试开发亟待标准化,许多一致性测试具体的实施都会受到限制,因而这些测试开发的平台并不通用。我们测试采用的协议分析仪是当今业界通用的设备,因而是一个通用的测试平台。根据ISO/IEC-9646[6]的定义,一致性测试的实现可以被视为黑盒。我们测试的实质是观察被测实现的输入输出的行为,一般需要在特定的控制观察点(Point of Control and  Observation,PCO)对被测实现的服务原语和数据单元进行控制观察。根据PCO的不同,可以分为内部测试发和外部测试法。我们这里采用的是外部测试法的远程式测试,这是通过底层支持的途径,由测试方向测试实现发起测试。具体的测试系统如图1所示。
  在协议测试仪内部,已经按照对LMP协议的充分理解而设计出的测试集编辑器,再经由编译器的处理,在实际测试过程中,按照协议一致性说明(PICS)和协议附加的测试信息(PIXIT)产生具体的可执行测试集(ETS)。测试执行按照可执行测试集的顺序向被测实现发出数据单元,并接收响应的数据单元,与预期结果比较从而给出结论分析。
2.测试套生成
  一致性测试套的生成是测试过程中关键的一步,首先要生成测试序列和测试数据,将两者合起来生成并描述测试套。测试时,按照仪表测试系统的设计,测试者通过PICS/PIXIT设置产生具体的可执行测试集(ETS),通过底层支持向协议机发送协议测试数据单元。表1我们测试时具体产生的可执行测试集(ETS)。





  在具体的可执行测试集生成之后,测试仪将通过底层的物理连接发送或接收协议机的协议数据包,直到整个测试集执行结束。
四、链路管理协议的测试实例
1.协议测试平台
  我们的测试平台如图2所示。两台协议机和与协议分析仪相连,其中每一台协议机代表控制平面运行着完整的GMPLS协议栈的网络节点。协议机拓扑直接相连,这样可以有效地在一致性测试之前检测出协议机可能存在的硬件故障以及非协议本身运行问题的其它故障。网管平面运行网管程序,同时可以监测观察到控制平面协议运行状况。在我们的测试过程中涉及到了协议分析仪的一致性测试和协议数据包监测的2种功能。
  我们采用的协议测试仪是由诺德公司生产的InterWatch95000协议测试仪。InterWatch95000协议测试仪是诺德公司开发的网络测试产品,它提供了一系列标准接口和应用程序来满足复杂测试环境的要求,测试内容十分广阔,基本包括了当前通信的前沿技术:VoIP、GMPLS/MPLS、UMTS、 QoS和IP性能和接入技术,而在我们的测试环节中,涉及到的是测试仪自动测试中通信协议测试的GMPLS一致性测试。
  另外,协议初始运行之前,需要人工事先配置一些必要的文件,它反映特定光网络初始阶段的拓扑信息、链路状况和节点资源的对应信息。在我们的仿真平台中每一个节点的配置信息主要包括接口管理信息库、IP管理信息库、链路捆绑管理信息库[7]和链路管理协议管理信息库[8]等。在启动光网络之前要检查所有管理信息库配置的正确性,主要核对的内容包括:
  (1)链路捆绑管理信息库:编码类型是否正确;传送网分配地址是否给出;流量工程链路、数据链路是否正确给出;
  (2)IP管理信息库:主要各个节点的IP地址是否正确给出;
  (3)链路管理协议管理信息库:主要是相关的控制信道、流量工程链路、数据链路是否打开,以及对应关系是否正确。
  特定光网络的配置文件对于网络稳定性和健壮性是非常重要的,因为在拓扑规模比较大的网络中,可能存在上千或者上万条数据链路,因此细微的配置错误都会引起网络资源查找故障。
2.一个测试例
  以控制信道管理管理功能参数协商这一项测试为例,首先通过配置管理,协议机和测试仪表首先需要进入参数协商。如果需要重新进行协商或者Hello消息接收超时,都会引起再一次的参数协商。测试仪表将向协议机发起参数协商协议数据包,而协议机接收到Config消息以后,判断是否接受协商参数。由于我们的协商参数是相互匹配的,因此协议机回复Config消息,并进入Hello的等待状态,测试仪表收到ConfigAck消息,开始进入主动的Hello发送状态。协议机按照可执行测试集在PCO-A远端测试点向协议机发出协议测试数据包,操作如图3所示。  
  协议机将逐一执行测试测试集中每一个测试例,链路管理协议的测试实现将得到验证。协议测试仪内部的协商如图4所示。
  在这个测试实例中,采用的是带外信令的方式,LMP协议数据包通过控制平面的物理连接发送。通常情况下,控制信令应该有比数据平面的数据流更高的可靠性要求,因此需要建立一条双向的带外通道。此外,考虑到目前光网络的实际情况,测试仪还应该具备支持带内信令的测试能力,带内信令的方式是指控制信令和业务数据流在同一个信道内传输,因此在具备支持SDH传输能力的板卡下,协议仪可以采用SONET/SDH的开销字节来进行基于带内信令的一致性测试。
3.测试结果分析和测试文档
  协议一致性测试的结果需要与预期结果相比较,进行测试裁决判定,测试结果有3种结果。
  (1)通过
  
测试例对应的一致性测试要求目的达到,在形式上表现为与预期结果一致。
  (2)失败
  
测试例对应的一致性要求至少有一项被违反,在形式上表现为与预期结果不一致,同时出现不合法测试事件。
  (3)不可确定
  
测试例对应的一致性要求至少有一项没有达到,在形式上表现为与预期结果不一致,但未出现不合法测试事件。
  测试结束后,协议机将给出测试的一致性报告文档,主要是协议一致性测试报告(Protocol Conformance Test Report,PCTR)。在协议一致性测试报告中,将详细罗列可执行测试集的每一测试例的测试过程记录,并给出对应的LOG文档索引。
  
通过协议测试,我们发现协议机运行的链路管理协议在 TC-1-2-5、TC-2-1-10具体实现中与标准文本不相一致,出现了不可确定的测试结果。观察这两个测试例内容有一个共同之处,就是涉及到保持协议数据包的重发。测试结果表明测试例与预期效果不一致,而不是失败,在一定程度表明协议状态机没有错误。对协议程序进行分析,发现是程序中重发时间的错误的缺省设置。
五、总结
  
本文在诺德协议测试仪和协议机组成的测试平台的基础上,对链路管理协议的一致性测试进行了分析协议,给出了LMP协议测试环境构建、PICS/PIXIT设置、结论分析的完整测试过程,对ASON/GMPLS设备的测试标准化有所参考。ASON/GMPLS协议的一致性测试是一项较新的技术,它与传统的网络协议和路由器设备的测试都有所不同,具有比较独立的测试内容和方法。由于ASON/GMPLS协议相关的标准、设备和仪表还在不断地发展和完善,所以ASON/GMPLS的测试还存在许多局限性。今后,在仪表测试能力上,应该进一步支持模拟仿真的功能,UNI协议等测试需要补充和完善;在测试对象上,由单设备测试向网络测试发展,尤其是不同厂家设备的互操作测试;在测试环节方面,需要进一步加强测试的自动化,这样可以提高测试效率,减少了人为错误,同时具有较高的可比较性。
参考文献
[1]draft-ietf-ccamp-gmpls-archecture-07.tx t,Generalized Multi-Protocol Label Switching Architecture[S].
[2]王乐春,龚正虎,等.高端路由器测试技术[M].北京:人民邮电出版社,2002.159~181.
[3]Hasan Ural, Bo Yang.A test sequences selection method for protocol testing [J]. IEEE Trans on Communications, 1991, 39(4): 514~523.
[4]Pang Qixiang,Cheng Shiduan, Jin Yuehu. Protocol conformance test suite generation Communication Technology Proceedings[A].ICCT'96 (Vol.1)[C]. 1996.218~222.
[5]draft-ietf-ccamp-lmp-10.txt, Link Management Protocol[S].
[6]ISO/IEC9646, Information Technology -Open system interconnection-Conformance testing methodology and framework[S]. 
[7]draft-ietf-mpls-bundle-mib-04.txt, Link Bundling Management Information Base[S].
[8]draft-ietf-ccamp-lmp-mib-09.txt ,Link Management protocol Management Information base[S].

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