模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試系統及方法
2023-06-13 07:49:31
專利名稱：模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試系統及方法
技術領域：
本發明涉及數據通訊設備，特別是涉及一種在實驗室中模擬真實數據網絡通訊環境，多用戶、多連接的數據通訊設備測試系統及方法。
背景技術：
在對數據通訊設備進行測試時，測試人員通常採用的方法是將一臺電腦或者幾臺電腦建立連接，各電腦之間進行數據傳輸、斷開連接，如此循環反覆，通過對傳輸數據的比較來完成數據通訊設備的測試。但是，運用這種方法，如果想要模擬多用戶的情況，就需要多臺電腦，而在實驗室中，由於條件的限制，這種常規的方法所要模擬的用戶受硬體條件的限制，如在用戶數超過100時系統能否正常工作、用戶數超過1000時系統工作情況如何、更不可能做充分測試在用戶數和連接數均超過系統極限時會不會發生崩潰、多用戶時的性能如何等，因為同時用1000臺或者更多的電腦在實驗室中進行測試是不現實的，而不做極限測試的直接後果是，設備在接近於極限或者超過系統極限時，很可能造成系統崩潰，後果和經濟損失是不言而喻的；另一方面，有些測試儀器生產廠家，也製造了一些專用的測試儀器，可以發送特定的報文，但是這些儀器模擬的情況，同真實的網絡環境是不同的。一個真實的用戶在網絡上工作時，是一組不同的報文通過特定的收發順序和正確的報文之間的銜接有機的組合起來，完成一個用戶執行的任務，而現有的測試儀器只能模擬過程中的一個片斷，並不能夠對用戶執行的整個操作過程進行模擬，所以對被測設備的測試是不完全的。而且這些專用的測試儀器，價格昂貴，通常都在百萬元至數百萬元。
發明內容
本發明的目的是用臺式計算機和網卡，同時模擬多用戶和多連接在網絡上運行的真實情況，對多用戶在網絡上工作的整個過程進行模擬，從而對被測試設備在用戶數和連接數接近極限或者超過系統極限時的情況進行充分的測試。
為了達到上述目的，本發明提供一種模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試系統，它包括作為客戶端的計算機和作為伺服器端的計算機，以及用於通訊連接的網卡。
本發明還提供一種模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試方法，該方法包括以下步驟
測試網絡初始化；利用ARP請求報文，解析到網關設備的MAC地址；建立與服務端的TCP連接；發送TCP數據報文至服務端；服務端回應所述的TCP數據報文，進行數據通訊設備的測試；及測試完畢，根據已經建立的TCP連接，向服務端發送拆除TCP連接報文；採用本發明提供的測試方法對多用戶在網絡上工作的整個過程進行模擬，從而對被測試設備在用戶數和連接數接近極限或者超過系統極限時的情況進行充分的測試，只需要廉價的臺式計算機和網卡即可，測試成本低，實現方便，且可隨時、方便地擴充被測設備的數量。
下面將結合實施例參照附圖進行詳細說明，以便對本發明的目的、特徵及優點有更深入的理解。
圖1示出了本發明的測試環境圖。
圖2示出了本發明實現的詳細流程圖。
圖3示出了本發明能夠支持的數據鏈路層報文格式。
具體實施例方式
圖1是本發明的一個測試系統環境圖，首先該測試系統需要兩臺計算機分別作為測試的客戶機101和測試伺服器103。在測試客戶機上，將產生多用戶和多連接，而測試伺服器用來對客戶機的連接請求進行回應；在進行數據通訊設備102(以下簡稱設備)的測試時，客戶機和伺服器並不局限於兩臺電腦，同時可以有多臺計算機，兩兩構成客戶機和伺服器，只要正確配置客戶機的初始配置參數，不要造成配置參數衝突的情況出現即可。在客戶機和伺服器上的網卡，要求支持混雜模式。例如，根據被測試設備接口的不同，本發明中提及的網卡可以是10M網卡、100M網卡或者千兆網卡。
圖2是本發明的詳細流程圖，包含了本發明技術方案的詳細流程。
下面將結合圖2對實現過程進行詳細的說明數據通訊設備提供的許多功能，如ARP、TCP、NAT、VLAN、路由功能等，都會列出明確的性能指標，這些指標決定了該通訊設備可以建設的網絡規模。通常提供的指標包括最多可以支持多少乙太網接入用戶、單用戶允許的最多TCP連接數、設備支持的總TCP連接數、支持的數據鏈路層幀格式等，本發明也需對上面所述的各種參數進行測試。
對於測試系統的客戶端，其操作流程詳述如下
首先配置測試系統的工作參數，步驟201c。參數類型具體包括以下內容(1)配置乙太網幀類型，本發明中，可以支持三種不帶VLAN標記的數據鏈路層幀格式(參見圖3)(a)Ethernet II幀格式；(b)具有802.2邏輯鏈路控制的IEEE802.3乙太網幀格式；(c)IEEE802.3子網訪問協議(乙太網SNAP)；如果被測試設備支持VLAN功能，則可以構造帶有VLAN標記的數據鏈路層幀格式，可以支持帶有VLAN標記的上述三種幀格式，這樣通過普通的網卡可以發送帶有VLAN標記的幀格式，而不需要用其他的通訊設備。
(2)配置要仿真的上網機器數量Count以及仿真的單用戶的最大TCP連接數MaxNum，這樣一來，本發明的測試系統所能模擬的最大連接數即為Count與MaxNum的乘積；(3)配置網卡的起始MAC地址sMAC(uchar sMAC[6]，注意sMAC遞增產生的新MAC地址不能與被測設備其他任意MAC地址相同，否則會引起被測試設備的異常)；若配置的幀類型支持VLAN功能，則配置VLAN ID，在下述的所有幀報文構建中，需要按該VLAN ID構造VLAN幀，報文格式見圖3，以下敘述中略；(4) 配置網卡的起始IP位址sIP(uchar sIP[4]，與被測設備相連的埠IP位址應在同一網段，且sIP[3]大於埠IP位址的最後一個字節，避免在被測試系統中，出現重複的IP位址)；(5)配置本網卡對應的網關IP位址GWIP；(6)配置要訪問的伺服器的IP位址SvrIP；(7)配置TCP連接的起始埠號sPort和目的埠號dPort；(8)配置TCP連接建立成功後，發送的TCP數據報文個數DataNum；(9)配置超時時間間隔Timeout，如果在Timeout到時，未捕獲到返回的指定報文，則放棄該報文的捕獲。
將網卡的工作方式設置在混雜模式，步驟202c；然後，通過配置的參數，構造ARP請求報文，以解析配置的網關設備的MAC地址，步驟203c；其中的源MAC地址和源IP位址在每一個ARP請求報文中均不相同，二者結合起來唯一決定一個用戶。如果被測設備的埠支持VLAN功能，則按照附圖3中帶有VLAN標記的數據鏈路層幀格式來構造所有乙太網幀格式。
接著，發送ARP請求報文，並設置ARP回應報文的捕獲條件，以捕獲到發出的ARP請求報文的回應報文，步驟204c；在設置網卡幀的捕獲條件時，要保證該條件能夠捕獲到唯一正確的ARP響應報文，這樣才可以獲得網關設備對應埠的MAC地址；在源MAC地址和源IP位址、解析到的網關設備MAC地址、另一臺模擬伺服器的測試計算機(以下簡稱測試伺服器)的IP位址保持不變的情況下，建立TCP連接報文，按照TCP連接建立的三次握手機制，通過被測設備，向測試伺服器發送正確的TCP報文，以建立TCP連接，同時在每一個TCP報文發送以後，設置乙太網幀的捕獲條件，並捕獲含有正確的的TCP回應報文的乙太網幀，步驟205c；測試伺服器收到TCP報文後，按照TCP連接建立的要求回應正確的報文，TCP連接成功建立，發送指定個數的TCP數據報文；設置捕獲對應的TCP回應報文的過濾條件，並捕獲回應報文，步驟206c；若採用當前的MAC地址和源IP位址建立的TCP連接數小於測試系統規定的單機最大連接數，則在保持原IP位址、目的IP位址不變的情況下，改變TCP頭中的源TCP埠號和目的TCP埠號，步驟207c；注意，在本發明的測試系統及方法中，禁用已知協議的TCP埠號，如FTP連接的埠號21等，因為有的設備網絡業務會對這些報文進行特殊處理，重複上面的步驟205c到步驟207c，即可以完成一個用戶上的多條連接的模擬；若模擬的用戶網卡數小於系統指定值，則改變步驟203c中的源MAC地址和源IP位址，步驟208c；重複上面的步驟203c到208c。這樣從網關設備的角度來看，就如同有許多計算機而且每個計算機上又有許多TCP連接在同時訪問測試伺服器，從而起到模擬多用戶和多連接的功能；因此被測設備在最多用戶數連接數以及超過最多用戶數連接數時的極限情況，即可以達到測試的目的；測試完畢，根據已經建立的TCP連接，向Server端發拆除TCP連接報文，步驟209c。
對於測試系統的伺服器端，其操作流程詳述如下首先進行測試系統的初始化，並將網卡的工作方式設置為混雜模式，步驟201s；然後根據收到的來自客戶端步驟205c中建立的TCP連接請求報文，按照TCP連接建立的三次握手機制，向客戶端返回正確的TCP響應報文，以與客戶端之間建立TCP連接，步驟202s；伺服器端回應收到的客戶端的TCP數據報文，步驟203s；若收到來自客戶端的拆除TCP連接報文，則服務端回應收到的來自客戶端的TCP連接拆除報文，在伺服器端拆除與客戶端的TCP連接，步驟204s。
圖3所示為本發明所能夠支持的數據鏈路層報文格式，其中包括不帶VLAN標記的數據鏈路層幀格式和帶VLAN標記的數據鏈路層幀格式。
以上所述，僅是本發明的較佳實施方式，不應被視為是對本發明範圍的限制，而且本發明所主張的權利要求範圍並不局限於此，凡熟悉此領域技藝的人士，依據本發明所揭露的技術內容，可輕易思及的等效變化，均應落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試系統，它包括作為客戶端的計算機、作為伺服器端的計算機，被測試的數據通訊設備，及其所組成的通訊網絡，以及安裝在所述客戶端和所述服務端的用於通訊連接的網卡。
2.如權利要求1所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試系統，其中所述客戶端的計算機與作為服務端的計算機可分別為多臺計算機，兩兩構成客戶端與服務端的網絡連接關係。
3.如權利要求1或2所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試系統，其中所述在客戶機和伺服器上的網卡，其工作方式能夠支持混雜模式。
4.如權利要求1或2所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試系統，其中所述在客戶機和伺服器上的網卡可以是10M網卡、100M網卡或者千兆網卡。
5.一種模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試方法，包括以下步驟(1)測試網絡初始化；(2)利用ARP請求報文，解析到網關設備的MAC地址；(3)建立客戶端與服務端的TCP連接；(4)發送TCP數據報文至服務端；(5)服務端回應所述的TCP數據報文，進行數據通訊設備的測試；及(6)測試完畢，根據已經建立的TCP連接，向服務端發送拆除TCP連接報文。
6.如權利要求5所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試方法，其中所述測試網絡初始化更包括配置客戶端工作參數和將客戶端、服務端網卡的工作方式設置在混雜模式。
7.如權利要求6所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試方法，其中所述配置客戶端工作參數步驟中的工作參數，包括乙太網幀類型、要仿真的上網機器數量Count以及仿真的單用戶的最大TCP連接數、網卡的起始MAC地址、網卡的起始IP位址、本網卡對應的網關IP位址GWIP、要訪問的服務端的IP位址、配置TCP連接的起始埠號和目的埠號、TCP連接建立成功時發送的TCP數據報文個數、超時時間間隔。
8.如權利要求5所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試方法，其中所述利用ARP請求報文，解析到網關設備的MAC地址的步驟，還包括通過配置的參數，構造ARP請求報文，並設置捕獲對應的ARP響應報文的條件，以及發送ARP請求報文，解析到網關設備的MAC地址。
9.如權利要求5所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試方法，其中所述建立客戶端與服務端的TCP連接步驟還包括在源MAC地址和源IP位址、解析到的網關設備MAC地址、服務端的IP位址保持不變的情況下，構造建立TCP連接報文，按照TCP連接建立的三次握手機制，通過被測設備，向所述服務端發送正確的TCP報文，以建立TCP連接。
10.如權利要求5所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試方法，若採用當前的MAC地址和源IP位址建立的TCP連接數小於測試系統規定的單機最大連接數，則在保持原IP位址、目的IP位址不變的情況下，改變TCP頭中的源TCP埠號和目的TCP埠號，並重複步驟(3)至步驟(5)。
11.如權利要求10所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試方法，其中所述能夠建立的TCP連接數的最大值為上網計算機的數量Count與被模擬的單用戶的最大TCP連接數MaxNum的乘積。
12.如權利要求5所述的模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試方法，若模擬的用戶網卡數小於系統指定值，則改變源MAC地址和源IP位址，循環執行步驟(2)至步驟(5)。
全文摘要
本發明之模擬多用戶、多連接的數據通訊設備測試系統及方法，該系統包括作為客戶端的計算機、作為伺服器端的計算機，及其所組成的通訊網絡，以及安裝在所述客戶端和所述服務端的用於通訊連接的網卡；該方法包括以下步驟測試網絡初始化；利用ARP請求報文，解析到網關設備的MAC地址；建立客戶端與服務端的TCP連接；發送TCP數據報文至服務端；服務端回應所述的TCP數據報文，進行數據通訊設備的測試；測試完畢，根據已經建立的TCP連接，向服務端發送拆除TCP連接報文。本發明能夠對被測試設備在用戶數和連接數接近極限或者超過系統極限時的情況進行充分測試，測試成本低，實現方便，且可隨時、方便地擴充被測設備的數量。
文檔編號H04B17/00GK1514586SQ0213992
公開日2004年7月21日 申請日期2002年12月31日 優先權日2002年12月31日
發明者狄強, 朱柳輝, 張浩軍, 郭仕剛, 宣志堅, 狄 強 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司