王 慶，王之梁，姚姜源，施新剛，尹 霞,3，王 鵬, 陳健軍, 戴慶龍，牟 超

(1. 清華大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)系, 北京 100084;2. 清華大學(xué)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)與網(wǎng)絡(luò)空間研究院, 北京 100084；3. 清華信息科學(xué)與技術(shù)國家實驗室(籌) , 北京 100084;4.海南大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，?？?570228;5.中國電子科學(xué)研究院，北京 100041)

0 引 言

以衛(wèi)星通信為代表的空間網(wǎng)絡(luò)是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個重要研究方向。在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍和設(shè)備移動接入方面，空間網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)有著很強的互補關(guān)系，隨著兩者的不斷融合，逐漸產(chǎn)生了天地一體化網(wǎng)絡(luò)的概念。天地一體化網(wǎng)絡(luò)是融合空間網(wǎng)絡(luò)、地面互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)等異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，為分布于太空、天空、海洋和陸地的各類用戶提供全面信息服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1]。

目前中國的地面站不足以覆蓋到全球范圍，所以空間網(wǎng)絡(luò)的信息通過地面組網(wǎng)來傳播難以實現(xiàn)，這種情況下天地一體化網(wǎng)絡(luò)中的空間節(jié)點需要通過組網(wǎng)互聯(lián)。目前地面互聯(lián)網(wǎng)分層的路由架構(gòu)和技術(shù)已經(jīng)比較成熟，可以將其應(yīng)用到空間網(wǎng)絡(luò)中。由于空間網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點存在數(shù)目種類繁多、距離遙遠、分布具有周期性和可預(yù)測性等特性，加之空間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁、信道質(zhì)量差、組網(wǎng)特性差異較大、衛(wèi)星處理能力受限等這些與地面網(wǎng)絡(luò)顯著不同的差異[1,2]，天地一體化網(wǎng)絡(luò)需要匹配適應(yīng)空間網(wǎng)絡(luò)特點的新型路由協(xié)議，如OSPF+[3]、BGP+等。

網(wǎng)絡(luò)中同層之間的交互需要依賴網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，而路由協(xié)議是引導(dǎo)路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的一類網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。路由器會根據(jù)路由協(xié)議，進行路由信息的交互學(xué)習(xí)，從而生成路由表，數(shù)據(jù)包按照路由表進行轉(zhuǎn)發(fā)。目前最常用的路由協(xié)議包括RIP(Routing Information Protocol)、OSPF(Open Shortest Path First)、BGP(Border Gateway Protocol)等路由協(xié)議。路由協(xié)議能夠直接影響數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)性能。為了保證路由協(xié)議能在網(wǎng)絡(luò)中有效地運行，需要對協(xié)議進行全面的測試。協(xié)議的測試主要分為互操作性測試、一致性測試、性能測試三種。

本文主要關(guān)注新型路由協(xié)議的一致性測試。新型路由協(xié)議在實際部署之前，需要進行充分的一致性測試來檢測其實現(xiàn)與對應(yīng)協(xié)議設(shè)計文檔的一致性。文中先簡述路由協(xié)議的一致性測試，然后介紹新型路由協(xié)議OSPF+和BGP+的協(xié)議，之后根據(jù)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，明確一致性測試過程中的測試內(nèi)容、測試平臺和測試集設(shè)計等測試細(xì)節(jié)，最后運行測試集進行測試，通過分析測試結(jié)果，修正協(xié)議實現(xiàn)。本文的主要貢獻為基于通用協(xié)議集成測試系統(tǒng)平臺PITSv3，設(shè)計了模擬天地一體化空間網(wǎng)絡(luò)特性的協(xié)議測試集，對新型路由協(xié)議進行有效的一致性測試。

1 路由協(xié)議的一致性測試

路由協(xié)議主要用于生成、維護、更新路由表，從而使得數(shù)據(jù)包正確送達。路由協(xié)議主要功能可分為兩部分：網(wǎng)絡(luò)通信和路由信息處理。

路由協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信大部分使用FSM(Finite State Machine，有限狀態(tài)機)模型來處理底層網(wǎng)絡(luò)的接入，為路由信息流建立可靠信道，或者檢測本地網(wǎng)絡(luò)的連接狀態(tài)，所以網(wǎng)絡(luò)通信部分一般比較容易建模、實現(xiàn)和測試[4]。路由信息處理部分主要由路由器完成，路由器對收到的路由進行處理， 以更新本地的路由信息表。針對路由信息處理部分的測試研究主要有拓?fù)浞治龊蛢?nèi)部過程模擬。拓?fù)浞治龅闹饕枷胧菍⑼ㄟ^現(xiàn)有的路由信息表推測出的拓?fù)?，與真實拓?fù)溥M行對比，判斷路由信息處理過程是否正確。內(nèi)部過程模擬主要是通過模擬路由信息處理的內(nèi)部流程，設(shè)計并運行特定場景下的測試集，將測試結(jié)果與預(yù)期結(jié)果進行對比，從而查找路由信息處理過程中出現(xiàn)的錯誤[5]。

路由協(xié)議的一致性測試與路由信息處理的內(nèi)部過程模擬測試相似，其主要思想是利用測試序列，在特定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，針對路由協(xié)議規(guī)范設(shè)計測試集，對被測系統(tǒng)進行黑盒測試，通過比較實際輸出和預(yù)期輸出，檢測路由協(xié)議實際運行的系統(tǒng)與協(xié)議規(guī)范的符合程度。

2 天地一體化網(wǎng)絡(luò)新型路由協(xié)議

域間路由協(xié)議和域內(nèi)路由協(xié)議的協(xié)同工作能保證整個網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。運行域間域內(nèi)路由協(xié)議的邊界路由器，會根據(jù)所運行的域間協(xié)議BGP+產(chǎn)生的路由表和域內(nèi)協(xié)議OSPF+產(chǎn)生的路由表，生成最終的轉(zhuǎn)發(fā)表，實現(xiàn)天地一體化網(wǎng)絡(luò)的通信傳輸。

2.1 新型域內(nèi)路由協(xié)議OSPF+[3]

OSPF是運行在單個自治系統(tǒng)內(nèi)部，用于計算路由節(jié)點間最短路徑的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議。OSPF屬于鏈路狀態(tài)協(xié)議，每個路由節(jié)點存儲自治系統(tǒng)內(nèi)部的鏈路信息，路由節(jié)點會根據(jù)該信息計算到目的節(jié)點的最短路徑。

空間網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渥兓l繁，傳統(tǒng)的OSPF協(xié)議會洪泛拓?fù)湫畔⒄加脦?。此外，如果拓?fù)洳患皶r更新，也會導(dǎo)致路由黑洞和環(huán)路，使得通訊中斷、報文丟失。

針對天地一體化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁、節(jié)點計算能力有限的特點，OSPF+協(xié)議在繼承了OSPF協(xié)議基本功能的基礎(chǔ)上，增加了拓?fù)漕A(yù)測功能，拓展了鄰居狀態(tài)機，從而提高域內(nèi)路由協(xié)議在處理不同類型鏈路中斷時的效率。

如果拓?fù)渥兓且驗橥ㄐ判诺朗茌椛涓蓴_，空間鏈路發(fā)生短時間的中斷，這種情況OSPF+協(xié)議可以避免路由收斂；如果拓?fù)渥兓赡軐?dǎo)致特定鏈路長時間不可使用，該種情況OSPF+可以通過使用地面的管控服務(wù)器，直接根據(jù)各衛(wèi)星的運動規(guī)律和軌道參數(shù)情況，計算出空間網(wǎng)絡(luò)中各鏈路的連接和斷開時刻，將其通告給對應(yīng)的衛(wèi)星節(jié)點，并提前計算最短路徑，加速路由收斂[3]。

OSPF+擴展鄰居狀態(tài)機，如圖1所示，新增Leaving狀態(tài)來處理不同原因下拓?fù)渥兓牧鞒獭２豢深A(yù)測的瞬時鏈路中斷，可以用Hello報文進行檢測，鄰居狀態(tài)保持Full不變來避免不必要收斂?？梢灶A(yù)測的鏈路狀態(tài)發(fā)生中斷，鄰居狀態(tài)從Full狀態(tài)進入Leaving狀態(tài)，表示兩個對等體暫時不可達，不進入Down狀態(tài)。當(dāng)鄰居狀態(tài)轉(zhuǎn)為Leaving狀態(tài)，對等體路由器為Leaving狀態(tài)鄰居建立NewLSAsList(New Link-state Advertisements List)表項，用以保存Leaving狀態(tài)中鄰居本應(yīng)通過該對等體路由器收到的路由。當(dāng)一個周期內(nèi)或者NewLSAsList中LSA數(shù)量超出空間限制，鏈路未恢復(fù)則轉(zhuǎn)為Down，鏈路恢復(fù)則轉(zhuǎn)為ExChange，直接通過傳輸NewLSAsList提高同步效率。如果可預(yù)測鏈路發(fā)生中斷，OSPF+不用等待4個Hello報文周期，通過直接判斷鏈路情況，加速收斂。

圖1 OSPF+鄰居狀態(tài)機[3]

2.2 新型域間路由協(xié)議BGP+

BGP是用于不同的自治系統(tǒng)之間交換路由信息的域間邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議。BGP對等體只與鄰居對等體交換路由信息，通過距離向量算法更新路由。BGP通過AS Path屬性記錄路由信息所穿越的自治系統(tǒng)信息，避免路由傳輸產(chǎn)生的環(huán)路。

BGP+是根據(jù)天地一體化網(wǎng)絡(luò)中空間網(wǎng)絡(luò)的特性，對BGP邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議進行擴展得到的新型域間路由協(xié)議，它支持對等體會話動態(tài)建立和路由的增量更新[8]。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中自治系統(tǒng)的位置相對穩(wěn)定，BGP對等體的連接也就相對穩(wěn)定，但在天地一體化的空間網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星之間的相對運動導(dǎo)致了BGP對等體位置的變化，某一時刻直連的BGP+對等體可能在下一時刻需要通過其他對等體來建立連接，因此BGP+需要在不同的時刻選擇更合適的對等體進行連接，則BGP+支持對等體會話的動態(tài)切換至關(guān)重要。

空間網(wǎng)絡(luò)中，因為衛(wèi)星之間的相互運動，導(dǎo)致BGP對等體之間出現(xiàn)周期性斷開重連的情況，傳統(tǒng)的BGP協(xié)議要求對等體建立連接時，對等體之間通告所有路由表項，但衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)存在周期性斷開重連的情況，如果使用傳統(tǒng)的BGP協(xié)議，則會有大量的路由表項在兩個對等體之間周期性地進行重復(fù)傳輸。BGP+增加了路由增量更新的設(shè)計方案，能有效地減少路由表項的重復(fù)傳輸。如果對等體運行BGP+協(xié)議，當(dāng)該對等體之間斷開連接，兩個對等體分別保留路由表項，等待重新連接之后，BGP+對等體之間僅傳輸增量宣告或者撤銷的路由。

在下文的協(xié)議一致性測試方案中，主要針對OSPFv3的基本功能和OSPF+的擴展功能、BGP的基本功能和BGP+的擴展功能進行相應(yīng)的測試設(shè)計。

3 一致性測試需求

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的一致性測試是一種功能性的黑盒測試，它根據(jù)協(xié)議的描述對協(xié)議的實現(xiàn)進行測試，從而判斷協(xié)議實現(xiàn)與協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)是否一致。本文的一致性測試是通過在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能一致性測試工具上運行測試集，從而實現(xiàn)對運行被測網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的被測系統(tǒng)(System Under Test，SUT)進行測試的需求。

3.1 OSPF+一致性測試需求

OSPF+一致性測試主要包含兩部分：OSPFv3協(xié)議原有基本功能的測試、OSPF+協(xié)議中擴展功能的測試。

(1)OSPFv3基本功能測試：主要測試OSPFv3協(xié)議原有的功能，由于OSPFv3的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)及其實現(xiàn)已相對比較成熟，這部分內(nèi)容不是測試的重點。主要包括以下兩方面的內(nèi)容：

① OSPF+Hello協(xié)議測試：OSPF+路由器應(yīng)能夠周期性發(fā)送Hello報文。

② OSPF+正常建立鄰接關(guān)系測試：OSPF+路由器與鄰居正常建立鄰接關(guān)系，并交換鏈路狀態(tài)數(shù)據(jù)庫信息，鄰居狀態(tài)機最終達到Full狀態(tài)。

(2)OSPF+擴展功能測試：OSPF+協(xié)議主要針對空間網(wǎng)絡(luò)的特點做了一些相關(guān)的擴展，主要體現(xiàn)在OSPF+鄰居狀態(tài)機的擴展。因此，對OSPF+擴展功能測試主要圍繞OSPF+鄰居狀態(tài)機的擴展部分展開。主要測試需求如下：

① OSPF+鄰居狀態(tài)機由Full狀態(tài)進入Leaving狀態(tài)測試，分為兩種情況：

·OSPF+協(xié)議中，在Full狀態(tài)下，根據(jù)拓?fù)漕A(yù)測結(jié)果，與鄰居的相應(yīng)鏈路由于衛(wèi)星軌道運動斷開。此時，如果在一個Hello報文周期(10s)內(nèi)沒收到鄰居的Hello報文，則進入Leaving狀態(tài)。

·OSPF+協(xié)議中，在Full狀態(tài)下，如果在Inactivity_timer定時器規(guī)定時間(40s)后沒收到對端的Hello報文，則進入Leaving狀態(tài)。

② OSPF+維持Full狀態(tài)：OSPF+協(xié)議中，在Full狀態(tài)下，根據(jù)拓?fù)漕A(yù)測結(jié)果，鄰居的相應(yīng)鏈路由于衛(wèi)星軌道運動斷開。此時，如果在一個Hello報文周期(10s)內(nèi)收到鄰居的Hello報文，則繼續(xù)維持Full狀態(tài)。

③ OSPF+協(xié)議中鄰居狀態(tài)機由Leaving狀態(tài)進入ExChange狀態(tài)：OSPF+協(xié)議中，在Leaving狀態(tài)下，如果在一個鄰居軌道周期內(nèi)再次收到Hello報文，則進入ExChange狀態(tài)。

④ OSPF+由Leaving狀態(tài)進入Down狀態(tài)：OSPF+協(xié)議中，在Leaving狀態(tài)下，如果一個鄰居軌道周期內(nèi)，沒有收到Hello報文，則進入Down狀態(tài)。

3.2 BGP+一致性測試需求

BGP+一致性測試主要包含兩部分：BGP協(xié)議原有基本功能的測試、BGP+協(xié)議中擴展功能的測試。

(1)BGP基本功能測試

① 鄰居建連測試：測試系統(tǒng)軟件向運行BGP+的被測系統(tǒng)發(fā)送OPEN報文，請求與被測系統(tǒng)建立連接，當(dāng)測試軟件系統(tǒng)收到被測系統(tǒng)回復(fù)的OPEN報文和KEEPALIVE報文，表明鄰居建連成功。

② 對等體斷連測試：測試系統(tǒng)軟件向運行BGP+的被測系統(tǒng)發(fā)送OPEN報文，請求與被測系統(tǒng)建立連接，當(dāng)測試軟件系統(tǒng)收到被測系統(tǒng)回復(fù)的OPEN報文和KEEPALIVE報文，即鄰居建連成功，測試系統(tǒng)軟件回復(fù)KEEPALIVE報文維持連接，之后測試系統(tǒng)軟件主動斷開BGP連接，即連續(xù)3次收到被測系統(tǒng)的KEEPALIVE報文，然后測試系統(tǒng)收到被測系統(tǒng)通知斷連的NOTIFICATION報文，表明對等體斷連成功。

③ 前綴報文交互測試：測試系統(tǒng)軟件和被測系統(tǒng)建立BGP+連接，測試系統(tǒng)軟件通過向被測系統(tǒng)發(fā)送UPDATE宣告前綴信息，如果被測系統(tǒng)學(xué)習(xí)到該路由信息，表明前綴報文交互成功。

(2)BGP+擴展功能測試

① 動態(tài)切換對等體測試：在空間網(wǎng)絡(luò)的高延時、高丟包和衛(wèi)星位置經(jīng)常發(fā)生變化的情況下，運行BGP+協(xié)議的可見衛(wèi)星能夠動態(tài)建立對等體關(guān)系，并且學(xué)習(xí)到相關(guān)路由信息。例如：對等體A和對等體B、C分別建立BGP+連接，C宣告給A的路由，A會轉(zhuǎn)發(fā)給B。當(dāng)B主動與A斷連之后，D會和A主動建立連接，此時C如果向A宣告路由，A會轉(zhuǎn)發(fā)給D。

② 路由增量更新測試：在空間網(wǎng)絡(luò)高延遲、高丟包、鏈路周期性變化的網(wǎng)絡(luò)情況下， BGP+協(xié)議能夠與對等體進行路由的增量更新，只發(fā)送對等體斷開期間，增量宣告或者撤銷的路由信息。

4 測試方案

4.1 測試平臺

4.1.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測試工具

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能一致性測試工具能夠測試各類節(jié)點設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能一致性，包括OSPF+、BGP+等路由協(xié)議；使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議測試工具進行測試的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能一致性測試的體系結(jié)構(gòu)圖

本文對新型路由協(xié)議OSPF+和BGP+的一致性測試，采用基于TTCN-3語言(Testing And Test Control Notation Version 3，測試和測試控制描述法第三版)的相關(guān)技術(shù)，使用自主研發(fā)的協(xié)議測試系統(tǒng)工具PITSv3[6](Protocol Integrated Test System)進行測試， PITSv3內(nèi)通過MTC(Main Test Component，主測試部件)和多個PTC(Parallel Test Component，從測試部件)，來模擬測試系統(tǒng)多網(wǎng)口的情況。PITSv3系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)見圖3。

4.1.2 測試方法

本文進行的協(xié)議一致性測試采用改進的穿越測試法[7]，如圖4所示，測試系統(tǒng)和被測系統(tǒng)的多個接口分別相連，模擬真實網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。多個測試接口對應(yīng)到PITSv3工具中為一個主測試部件和多個從測試部件。

圖3 PITSv3系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)[6]

圖4 改進的穿越測試法結(jié)構(gòu)圖[7]

4.1.3 協(xié)議一致性測試網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

本文對天地一體化網(wǎng)絡(luò)新型路由協(xié)議的一致性測試，依托于安裝在物理機上的VMware虛擬機管理軟件，在VMware軟件中創(chuàng)建兩臺虛擬機，分別作為測試系統(tǒng)(安裝PITSv3的Window7系統(tǒng))和被測系統(tǒng)(運行新型路由協(xié)議代碼的CentOS系統(tǒng))。每臺虛擬機應(yīng)設(shè)置內(nèi)存大小(1G以上)、處理器個數(shù)(2個以上)、硬盤大小(20G以上)、網(wǎng)絡(luò)適配器(參考測試用例的拓?fù)?等參數(shù)。通過設(shè)置網(wǎng)絡(luò)適配器，創(chuàng)建多個網(wǎng)口，構(gòu)建協(xié)議一致性測試的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

OSPF+和BGP+的一致性測試主要采用基于虛擬機的測試環(huán)境，采用虛擬機方式建立測試環(huán)境，具有使用調(diào)試方便、部署遷移快速的優(yōu)點。

4.1.3.1 OSPF+一致性測試環(huán)境

OSPF+協(xié)議采用軟件實現(xiàn)，運行在Linux系統(tǒng)上。測試環(huán)境如圖5所示。

圖5 OSPF+一致性測試環(huán)境

OSPF+協(xié)議一致性測試環(huán)境安裝在一臺物理機內(nèi)，通過物理機內(nèi)的虛擬機搭建網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。其中一臺虛擬機運行PITSv3系統(tǒng)，作為OSPF+協(xié)議一致性測試工具；另外兩臺虛擬機分別運行OSPF+協(xié)議軟件(作為被測實現(xiàn)IUT)及其管控中心。3臺虛擬機均接入同一IPv6網(wǎng)段3ffe:3211:a:1::/64。

4.1.3.2 BGP+一致性測試環(huán)境

BGP+協(xié)議采用軟件實現(xiàn)，運行在CentOS系統(tǒng)上。測試環(huán)境如圖6所示。

圖6 BGP+一致性測試環(huán)境

BGP+協(xié)議一致性測試啟動兩臺虛擬機模擬BGP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，一臺安裝測試軟件系統(tǒng)PITSv3，一臺運行BGP+協(xié)議屬于被測系統(tǒng)，通過設(shè)置多個虛擬網(wǎng)絡(luò)接口來連接外部鄰居。

4.2 測試集設(shè)計

新型路由協(xié)議一致性測試的測試集結(jié)構(gòu)如表1所示，按照協(xié)議及其功能測試的不同分成4個測試組：OSPFv3基本功能測試、OSPF+擴展功能測試、BGP基本功能測試和BGP+擴展功能測試，共12個測試?yán)?。其基本思路是根?jù)協(xié)議功能分別進行設(shè)計，模擬空間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淝闆r，盡可能全面覆蓋協(xié)議狀態(tài)機、協(xié)議實現(xiàn)以及路由信息的交互情況。

表1 新型路由協(xié)議一致性測試的測試集結(jié)構(gòu)

4.2.1 OSPF+協(xié)議一致性測試集

4.2.1.1 OSPFv3基本功能測試集

OSPFv3基本功能測試集主要為了測試OSPFv3的核心功能，涉及Hello協(xié)議和鄰接關(guān)系的建立(鄰居狀態(tài)機進入Full狀態(tài))，見表2。

表2 OSPFv3基本功能測試集

4.2.1.2 OSPF+擴展功能測試集

OSPF+擴展功能測試集重點圍繞鄰居狀態(tài)機中新增的Leaving狀態(tài)展開，主要包括對狀態(tài)機中進入和離開Leaving狀態(tài)變遷的測試。如表3所示。

表3 OSPF+擴展功能測試集

4.2.2 BGP+協(xié)議一致性測試集

4.2.2.1 BGP基本功能測試集

新型域間路由協(xié)議BGP+是通過對BGP協(xié)議進行擴展而產(chǎn)生的，它的基本功能測試集主要包含從BGP協(xié)議繼承過來的鄰居建連、對等體斷連、前綴報文交互等3個測試?yán)?，如?所示。

表4 BGP基本功能測試集

4.2.2.2 BGP+擴展功能測試集

因為空間網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星之間的相互運動，BGP+新型域間路由協(xié)議支持動態(tài)切換對等體和路由增量更新兩項拓展功能，如表5所示。

表5 BGP+拓展功能測試集

測試系統(tǒng)軟件和被測系統(tǒng)通過報文交互完成測試過程，以動態(tài)切換對等體為例。BGP+動態(tài)切換對等體的拓?fù)涞臏y試配置如圖7所示。該測試?yán)心M被測系統(tǒng)有3個鄰居，在測試系統(tǒng)內(nèi)使用一個主測試部件MTC模擬被測系統(tǒng)的鄰居對等體D，和兩個從測試部件PTC1和PTC2模擬被測系統(tǒng)的鄰居對等體E和F。

因為空間網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星隨軌道運動，某時刻直連的BGP+對等體可能在下一時刻需要通過另外一條較遠的路由才能連接，此時BGP+可能會切換更合適的對等體進行連接。

該測試?yán)羞\行BGP+協(xié)議的被測系統(tǒng)，從與對等體E建立連接，切換到與對等體F建立連接，期間對等體D向被測系統(tǒng)宣告路由，通過觀測與被測系統(tǒng)相連的其他對等體是否收到路由，驗證天地一體化動態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下，BGP+對等體切換之后，對等體之間能夠正確運行BGP+協(xié)議。

圖7 BGP+動態(tài)切換對等體的測試配置

該BGP+動態(tài)切換對等體的測試序列見圖8，測試序列對應(yīng)的流程描述如下：

(1)MTC模擬對等體D主動和被測系統(tǒng)A口建立BGP+連接。

(2)PTC1模擬對等體E與被測系統(tǒng)B口建立BGP+連接。

(3)測試系統(tǒng)從對等體D向A宣告路由，被測系統(tǒng)會收到路由后將該路由從B口轉(zhuǎn)發(fā)給對等體E。對等體E收到路由后，測試系統(tǒng)將連續(xù)3次不回復(fù)被測系統(tǒng)發(fā)來的KEEPALIVE，對等體E收到NOTIFICATION報文后，對等體BE斷開連接。

(4)PTC1通知PTC2：對等體E和被測系統(tǒng)已經(jīng)斷開連接。對等體 F可以主動和被測系統(tǒng)建連。

(5)PTC2模擬對等體F與被測系統(tǒng)C口建立BGP+連接。

(6)PTC2通知MTC：測試系統(tǒng)可以通過對等體D向被測系統(tǒng)宣告路由。

(7)測試系統(tǒng)從對等體D向A宣告路由，被測系統(tǒng)會收到路由后將該路由從C口轉(zhuǎn)發(fā)給對等體F。對等體F收到路由后，測試系統(tǒng)將連續(xù)3次不回復(fù)被測系統(tǒng)發(fā)來的KEEPALIVE，對等體F收到NOTIFICATION報文后，對等體CF斷開連接。

(8)PTC2通知MTC：測試結(jié)束。

圖8 BGP+動態(tài)切換對等體的測試序列

如果BGP+動態(tài)切換對等體的測試?yán)谶\行的過程中遵循圖8的測試序列，則測試?yán)齈ASS，否則測試?yán)鼺AIL。

5 測試結(jié)果及分析

針對以上測試框架和方案，本文對所有測試集中的測試?yán)M行測試，共開展2個階段的測試工作，第一階段測試中發(fā)現(xiàn)BGP+擴展功能的實現(xiàn)與協(xié)議設(shè)計不符，之后對協(xié)議實現(xiàn)進行修改和完善，第二階段測試?yán)客ㄟ^，測試界面如圖9所示。

圖9 BGP+測試集的測試界面

表6所示是第一階段的測試結(jié)果，第一階段的測試結(jié)果表明BGP+動態(tài)切換對等體和路由增量更新兩個擴展功能實現(xiàn)有誤，通過查看測試結(jié)果、自動化測試?yán)\行過程中的輸出信息、WireShark的抓包信息，最終明確協(xié)議實現(xiàn)過程中的錯誤：

(1)動態(tài)切換對等體的實現(xiàn)錯誤：當(dāng)被測系統(tǒng)切換對等體連接之后，被測系統(tǒng)能夠與新的BGP+鄰居保持通信，但當(dāng)被測系統(tǒng)收到路由后，原本被測系統(tǒng)應(yīng)該將收到的路由信息轉(zhuǎn)發(fā)給新的BGP+鄰居，但運行BGP+網(wǎng)絡(luò)節(jié)點無法判斷短時間內(nèi)切換的對等體如何處理，是應(yīng)該傳輸所有路由，還是由于該對等體之前曾與測試系統(tǒng)建立過連接則只傳輸路由更新。該測試?yán)〉闹饕蛟谟诼酚稍隽扛碌臄U展功能實現(xiàn)錯誤，直接導(dǎo)致切換對等體之后BGP+鏈路中斷。

(2)路由增量更新的實現(xiàn)錯誤：被測系統(tǒng)與測試軟件斷開之后，被測系統(tǒng)可能會撤銷或者重新宣告路由。當(dāng)被測系統(tǒng)撤銷路由時，被測系統(tǒng)運行的BGP+協(xié)議異常退出，表明實現(xiàn)路由增量撤銷的代碼有誤。通過查看輸出信息和實現(xiàn)代碼，發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)路由增量撤銷的函數(shù)傳參有誤，運行BGP+協(xié)議的進程直接崩潰。

表6 第一階段一致性測試結(jié)果統(tǒng)計

在第二階段的測試中，OSPF+協(xié)議和BGP+協(xié)議的一致性測試?yán)客ㄟ^，表7所示為第二階段的測試結(jié)果。

表7 第二階段一致性測試結(jié)果統(tǒng)計

6 結(jié) 語

本文提出了針對天地一體化網(wǎng)絡(luò)特性的新型網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議OSPF+和BGP+功能一致性測試的具體方案，該測試方案能夠較好地模擬空間網(wǎng)絡(luò)節(jié)點動態(tài)變化的情況。該測試方案的實現(xiàn)借助了PITSv3網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性測試平臺，通過在PITSv3測試平臺上配置測試環(huán)境，編寫基于TTCN-3語言的測試集，將測試流程序列化、自動化，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議一致性的測試。在測試的過程中，發(fā)現(xiàn)了BGP+擴展功能實現(xiàn)與協(xié)議設(shè)計不符，經(jīng)過修正新協(xié)議的某些實現(xiàn)錯誤，最終實現(xiàn)了OSPF+和BGP+網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的一致性，支持了天地一體化網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的設(shè)計與開發(fā)。

致謝感謝王宇亮、桑猛、楊芫、劉崢等在測試過程中給予的幫助和支持。

[1] 李賀武, 吳茜, 徐恪等. 天地一體化網(wǎng)絡(luò)研究進展與趨勢[J]. 科技導(dǎo)報, 2016, 34(14):95-106.

[2] 張乃通, 趙康僆, 劉功亮. 對建設(shè)我國“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)”的思考[J]. 中國電子科學(xué)研究院學(xué)報, 2015, 10(3):223-230.

[3] 徐明偉, 夏安青, 楊芫等. 天地一體化網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)路由協(xié)議OSPF+[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2017(1):12-17.

[4] Wu J, Li Z, Yin X. Towards modeling and testing of IP routing protocols[C]. Ifip International Conference on Testing of Communicating Systems. Springer-Verlag, 2003:49-62.

[5] Zhao Y, Ju J, Xia Y. From active to passive—Progress in testing Internet routing protocols[J]. Journal of Computer Science and Technology, 2002, 17(3): 264-283.

[6] Yin X, Wang Z, Jing C, et al. A TTCN-3-based protocol testing system and its extension[J]. Science in China Series F: Information Sciences, 2008, 51(11): 1703-1722.

[7] 楊建華, 王俊峰, 謝高崗. OSPFv3協(xié)議一致性測試系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 計算機應(yīng)用, 2003, 23(7):18-20.

[8] 徐明偉,楊芫,林恒. 一種基于路由校驗的邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議的路由更新方法:北京, CN105915457A[P], 2016-08-31.