CN102571474B - 虚拟化的Radius测试系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明针对Radius服务器提出了一套基于虚拟化理论的测试系统和方法。所述测试系统包括两部分:提供网络接入访问服务、仿真网关硬件环境的虚拟网关模块和作为Hypervisor客户端来控制虚拟网关实例的虚拟网关控制器模块。虚拟网关模块包含空闲循环检测子模块,网络处理引擎子模块,网络端口适配器子模块,虚拟网络协议栈,Hypervisor服务端子模块和独立虚拟机子模块;而虚拟网关控制模块包含测试环境配置文件,CLI控制台子模块,Hypervisor客户端子模块。本发明可以在不依赖真实网络设备的基础上大大减少测试成本,并支持环境的快速搭建;其所提出的测试系统和方法可以在任意计算机上安装使用,从而能够让测试人员对Radius服务器进行快速、灵活、低成本的测试。
Description
所属技术领域
本发明专利涉及一种对AAA服务器的测试系统及方法,尤其是针对Radius服务器的功能和性能提出了一套基于虚拟化理论的测试系统和方法。
背景技术
AAA是认证、授权和计费的统称,在Internet广泛普及的今天,网络安全正处于一个相对薄弱的环节之上,这就需要采用AAA技术进行访问控制,AAA服务器是能够提供这些保障的网络设备。
在下一代AAA认证协议Diameter还未完全成熟以及大量使用的情况下,远程用户拨号认证协议(Radius)是目前使用最多的认证协议。为了能高效、低成本地使用Radius协议进行认证、计费和授权,就必须部署一个相对稳定以及功能可扩展的Radius服务器,使企业相关人员能够在短时间内根据不断变化的需求加入相关的功能。大多数企业为了节省软件购买和维护成本一般都会使用开源方案,或者根据相应的Radius协议标准进行内部开发。但是Radius协议采用C/S的工作模式,即客户端发送认证或计费请求,服务器通过响应这个请求来完成相应的认证或计费功能。这种工作模式对测试带来了一定的困难,即需要另外开发软件客户端或者购买相应的仪器来测试基本认证模块(比如PAP)的功能和性能,而像计费和其它认证方式(比如EAP)就需要搭建特定的环境才能对其进行充分地测试,这种方式存在一些问题:专业测试仪器或性能软件不能代替硬件测试环境,它往往只能单方面地充当C/S模式下的客户端来进行简单功能和性能的测试,这种测试环境往往是不够完备的;需要大量成本来为每一种功能购买搭建环境的硬件,并且这些硬件在测试工作结束后往往会很少被再利用,这就造成了投资上不必要的浪费;硬件设备本身的复杂性对测试带来了一定的困难,需要各种专业人员协同工作才能完成,而不是只需Radius开发人员在短期就能掌握。
因此,这种虚拟化的测试系统及其测试方法可以节省项目在测试环节上的成本,并为测试人员快速搭建测试环境创造了有利的条件。
发明内容
本发明所解决的技术问题是在不依赖专业测试仪器以及不消耗大量资金的情况下,提供一种虚拟化的RADIUS测试系统及其方法,对RADIUS服务器在功能和性能两个方面提供综合的测试服务。虚拟化的RADIUS测试系统主要包括两个部分:虚拟网关模块,虚拟网关控制器模块。
虚拟网关模块:主要提供网络接入访问服务,即在接收到VPN或PPP的接入请求时,通过将其封装为标准Radius认证协议包至Radius服务器来完成认证的功能;或在接收到VPN/PPP断开请求时,通过发送标准Radius计费协议包至Radius服务器端来实现计费功能。它虚拟化了典型的网关硬件环境,并允许在其上运行多个网关实例,共同构建复杂的测试环境。
虚拟网关控制器模块:作为Hypervisor客户端下的VMM(Virtual MachineMonitor)来控制运行在Hypervisor Server工作状态下的虚拟网关模块。本发明为控制模块自定义了一种ini-like测试环境配置文件格式,用来支持快速配置所需的测试环境,即配置所使用到的虚拟机网络处理引擎(NPE)以及连接它们的网络接口适配器类型;此模块还提供具有良好可读性的CLI控制台用以控制运行在虚拟网关模块上的各个虚拟机,并且支持在线测试环境配置的动态修改(OIR,Online InsertionRemoval),使得测试过程能够动态变化而无需被打断。
其中虚拟网关模块包括:
空闲循环检测子模块;
网络处理引擎子模块,它虚拟了网关内部主要的硬件单元,进一步包括:虚拟化处理器;虚拟化内存;
网络端口适配器子模块,进一步包括虚拟化串行(Serial)接口;虚拟化以太网(Ethernet)接口;
虚拟网络协议栈,主要包括物理层和链路层,其虚拟化的过程随着网络适配器单元类型的不同而不同;在实现的过程中,配合开源的网络库就能使得虚拟接口和宿主机的网络适配器接口进行桥接,使得各种虚拟设备与现实设备进行连接,这不仅以零成本的代价搭建所需的各种测试环境,而且还充分利用了现有的网络设备资源;
Hypervisor服务端子模块;
独立虚拟机子模块。
虚拟网关控制器模块包括:
测试环境配置文件;
CLI控制台子模块,它还进一步包含OIR(Online Insertion Removal)子模块;
Hypervisor客户端子模块。
本发明针对Radius服务器的功能和性能提出的一种可行的测试方法,其步骤如下:
1、通过合法渠道获得与测试环境相符的网络操作系统(IOS);
2、设计测试环境拓扑图;
3、设定测试环境中相关的参数值;
4、启动虚拟网关实例并进行连接;
本发明具有两种设定测试环境参数和启动虚拟网关实例的模式:HypervisorDaemon模式和独立工作模式;
Hypervisor Daemon模式下的步骤:
4-1创建ini-like本文本件;
4-2启动Hypervisor Server工作状态下的虚拟网关模块;
4-3以Hypervisor Client工作状态加载ini-like文件;
4-4使用控制台启动各个虚拟网关实例;
独立工作模式下的步骤:
4-1在虚拟网关模块中直接加载测试环境参数8;
5、启用空闲循环检测和休眠机制;
6、使用Telnet登录IOS并设定协议参数;
7、准备好Radius服务器;
8、使用测试工具进行相应测试。
本发明的有益效果是:首先,测试环境的大部分以软件的形式存在,其稳定性决定于虚拟测试系统所在的宿主机,所以基本无需设备维护人员;并且本发明界面友好,测试人员可以在短时间内掌握各种测试环境的搭建,无需大量专业人员协同工作。所以,测试人员可以在没有或很少的网络硬件设施的条件下,快速、低成本地搭建Radius测试环境。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的虚拟测试系统结构图
图2测试环境配置文件格式图
图3是本发明的典型Hypervisor测试环境图
图4是本发明的测试流程图
具体实施方式
本发明中描述的虚拟测试系统分为两个部分,都是用层次结构来描述的,这种层次结构所遵循的约定与网络协议栈相同,即上层使用下层提供的接口,不同层次体中相同层次通过协商好的规约进行通信。
其中本发明的虚拟网关模块(1)结构框图如图1的上图所示,包括:
网络操作系统IOS(2),实现了多种协议,并为虚拟网关提供了测试所需协议的使用接口;
空闲循环检测子模块(3),此模块可以正确地分析出正在运行的IOS的idle-loop的入口地址,并使处于空闲循环中的虚拟网关处理器进行无规律间断性的休眠,从而降低宿主机中处理器的使用率;
网络处理引擎子模块(4),主要提供了网络接入访问服务,虚拟了大部分现实网关硬件单元;
网络端口适配器子模块(7),它是虚拟网关与外界进行通信的接口,即对网络适配器的虚拟化;
虚拟网络协议栈(10),主要仿真了物理层和链路层,其主要实现随着网络适配器单元类型不同而不同;
Hypervisor服务端子模块(11),接收来自控制台对测试环境的建立和对虚拟网关实例的监控请求;
独立虚拟机子模块(12),支持在非Hypervisor模式下,独立地创建和连接虚拟机;
宿主操作系统(13),支持虚拟网关的运行。
本发明所描述的虚拟网关模块(1)之所以要使用空闲循环检测子模块(3),是因为Hypervisor并不知道虚拟网关实例的IOS是否在idle-loop(即处于空闲状态),它所做的工作就是将虚拟化处理器(5)的指令系统转换为宿主操作系统(13)所支持的指令系统,所以,即使IOS处于idle-loop状态,其循环指令是被宿主处理器当作正常指令执行,而使得宿主处理器的使用率居高不下。
本发明所描述虚拟网关模块的网络处理引擎子模块(4)还包括如下子模块:
虚拟化处理器(5),提供IOS(网络操作系统)对应的指令系统,其所属的寄存器也是以在宿主内存中分出一块特殊区域来虚拟的;
虚拟化内存(6),包括运行空间RAM、存储配置文件的NVRAM和缓冲JIT模式下的宿主指令空间三部分,因为所分配的内存大小以及IOS是否可以在虚拟内存中被共享是可以用参数进行控制的,所以虚拟内存的存在形式为MMAP映射文件。
本发明所描述虚拟网关模块的网络端口适配器子模块(7)作为一个I/O设备,其虚拟化工作是通过首先在虚拟内存中开辟一片特殊区域来仿真设备的存储单元,而后在读写数据时向虚拟处理器发送中断,其中断被虚拟处理器处理时会调用虚拟网络端口适配器的驱动程序。这个模块还进一步包括虚拟化串行接口(8)和虚拟化以太网接口(9);同种接口类型、不同接口数量以及不同带宽组成了多种可选的网络端口适配器子模块(7),为搭建测试环境提供了多种选择。与真实网络适配器一样,这两种接口都具有虚拟化物理层和链路层,即虚拟网络协议栈(10);其中物理层使用UDP来仿真,而链路层在以太网类型适配器上实现了标准的Ethernet、在串行适配器上实现了标准的PPP协议。
其次,本发明的虚拟网关控制器模块(14)如图1的下图所示,包括:
测试环境配置文件(15),堤用来配置测试环境参数的ini-like文件,控制模块读取此文件后,根据其内容在以Hypervisor Server工作状态运行的虚拟网关模块上加载相应的虚拟机并进行连接;
CLI控制台子模块(16),以命令行方式对虚拟网关实例进行全面监控;
Hypervisor客户端(18),根据ini-like配置文件中的参数发送监控请求;
宿主操作系统(19),支持虚拟网关的运行。
本发明所描述的CLI控制台子模块(16)还进一步包含OIR子模块(17),这个子模块使得CLI控制台子模块(16)支持在线测试环境配置的动态修改,对测试环境产生微调的效果。
本发明使用的测试环境配置文件格式如图2所示,整个格式与.ini文件相似,所以称为ini-like格式。在Hypervisor Daemon模式下,虚拟网关控制器模块读取这个文件,并根据其中的参数请求虚拟网关模块创建一定的测试环境。
全局参数定义(1),主要包含如下参数设定:
1、设定是否当Hypervisor Server在收到建立请求后自动启动虚拟网关实例;
2、设定当启动多个虚拟网关实例时,虚拟内存中加载的IOS是否被共享,这可以减少虚拟网关实例在宿主机器中占用的真实内存;
3、设定是否在宿主虚拟地址空间中将虚拟路由实例所设定的内存空间全部分给它还是按需供给,这可以用来减少虚拟网关实例在宿主虚拟地址空间的占用量,支持建立含有更多虚拟网关实例的测试环境。
HypervisorServer_IP{:port}(2)用来指定虚拟网关Daemon所使用的地址和端口,是控制台发送建立和监控请求的目的地;如果不指定port,则使用默认值;
Model_x(3),指明虚拟网关实例可以仿真的设备型号;
虚拟网关参数(4)定义的参数主要含有:
1、仿真此型号的虚似网关实例所加载的网络操作系统文件绝对路径;
2、仿真此型号的虚拟网关实例所需的内存;
3、仿真此型号的虚拟网关实例所使用的网络处理引擎模块。
Instance_Type_x(5)指明了设备类型(路由器、交换机或其它设备类型);
Instance_Name_x(6)指明这个设备的名字,用来标识控制台CLI控制的对象;
虚拟网关实例参数定义(7)主要包含:
1、所仿真的设备型号;
2、Idle-loop入口点,此参数值是在启动本网关实例后由空闲循环模块动态设定的;
3、所使用的网络适配器模块类型;
4、与其他虚拟/真实设备的连接设定,其格式为Adapter_typeSlot_num/int_num=Instanee_Namevy Adapter_type Slot_num/int_num(8);其中Instance_Name与上述描述一致,Adapter_type指定是串口还是以太网口,slot_num和int_num分别为使用的网络适配器模块在虚拟网关实例中所在插槽和接口编号。
图3所示了本发明中一个典型的Hypervisor测试环境图,包括:
测试工具(1)是运行在任意操作系统上的软件或测试设备,这些可以是现成的或者是临时开发的软件,只要能支持PPP协议并且能够与本地适配器进行桥接或设备本身提供以太网适配器接口就能够与虚拟网关实例进行桥接。
测试工具(1)与虚拟网关实例B(2)借助开源库(比如libpcap)进行真实桥接,接收并识别PPP连接请求,它同时作为VPN隧道的一个Peer,将PPP连接请求封装在隧道中传至虚拟网关实例A(3);它是VPN的另一个Peer,从VPN隧道中接收PPP连接请求,并从中析取出认证信息,用Radius认证请求协议包进行封装后发送给Radius服务器(4),Radius服务器(4)根据设定参数回送Radius认证响应包,虚拟网关实例A(3)根据回送的认证响应给测试工具(1)提供一定的服务或反馈一定的性能参数。
在整个测试环境中,虚拟网关实例A(3)和B(2)它们作为运行在虚拟测试系统上的虚拟机是可控的,虚拟网关模块作为Hypervisor的服务端接收来自虚拟网关控制器(5)的监控请求。
图4所示了本发明中的一个测试流程,包括如下步骤:
1、通过合法渠道获得与测试环境相符的网络操作系统IOS(1)
虽然所需的网络操作系统并不属于本发明之中,但是本发明所提出的虚拟化是建立在某一类IOS所支持的处理器架构之上来进行的;再者,网络操作系统主要提供各种协议功能模块,在进行Radius服务器测试的过程中,至少需要提供充当Radius客户端所需要的各种协议;最后,各种测试环境都建立在相应的协议之上,所以在测试当中,选择恰当的IOS是非常重要的一个环节。
2、设计测试环境拓扑图(2)
可以参照图2设计测试环境。
3、设定测试环境中相关的参数值(3)
相关的参数包括:
测试工具的参数主要随所使用工具类型(软件和硬件)及其目的(性能或功能)的不同而不同;
测试环境中各个设备之间所使用的协议;
Hypervisor Server地址和端口号;
IOS文件的绝对路径;
虚拟网关实例所仿真的网络设备型号、使用的NPE类型、内存大小;
虚拟网关实例使用的网络端口适配器接口类型、插槽号和子接口号、带宽类型;
虚拟网关之间或网关与真实设备之间的连接设定,主要为真实设备的NIODescriptor,连接两端使用的UDP连接地址和端口号(物理连接使用UDP连接来仿真)。
4、启动虚拟网关实例并进行连接(4)
本发明具有两种设定测试环境参数和启动虚拟网关实例的模式:HypervisorDaemon模式和独立工作模式,在不同模式下其启动实例和连接的步骤是存在差异的。在Hypervisor Daemon工作模式下,虚拟网关实例在控制台的控制下来创建测试环境;而在独立工作模式中虚拟网关模块并不受控,为是一个虚拟机整体,与传统Hypervisor类型虚拟机结构一样。其连接设定可以在控制台创建测试环境时以参数的形式传入,也可以在独立工作模式下以命令行的形式传入,即告诉Hypervisor UDP连接两端的地址和端口。
Hypervisor Daemon模式下的步骤:
4-1创建ini-like本文本件(9),此文本文件的格式如图4所示,所需的参数为步骤3中所述参数的子集;
4-2启动Hypervisor Server工作状态下的虚拟网关模块(10),接收来自控制台对测试环境的建立和对虚拟网关实例的监控请求;
4-3以Hypervisor Client工作状态加载ini-like文件(11),根据ini-like配置文件中的参数发送测试环境的建立和监控请求;
4-4使用控制台启动各个虚拟网关实例(12)。
独立工作模式的步骤:
4-1在虚拟网关模块中直接加载测试环境参数(13),即步骤3中所述相关参数的子集。
5、启用空闲循环检测和休眠机制(5),即检测出各虚拟网关实例中加载的IOSidle-loop,减小宿主处理器的使用率。
6、使用Telnet登录IOS并设定协议参数(6),使得在操作系统层面上的体验和使用真实网络设备一样。
7、准备好Radius服务器(7),即做好被测功能或性能的配置。
使用测试工具进行相应测试(8)。通过发送认证请求来验证Radius服务器的功能和性能,其结果通过测试工具显示。
Claims (10)
1.一种虚拟化的Radius测试系统,其特征在于,所述虚拟化的Radius测试系统包括:
虚拟网关模块,用于提供网络接入访问服务;
虚拟网关控制器模块,作为Hypervisor客户端下的VMM来控制运行在Hypervisor Server工作状态下的虚拟网关模块;
其中,所述的虚拟网关模块包括:
网络操作系统IOS,实现了多种协议,用于为虚拟网关提供测试所需协议的使用接口;
空闲循环检测子模块,用于分析出正在运行的IOS的idle-loop的地址,并使处于空闲循环中的虚拟网关处理器进行无规律间断性的休眠,从而降低宿主机中处理器的使用率;
网络处理引擎NPE子模块,用于提供网络接入访问服务,虚拟了现实网关的硬件单元;
网络端口适配器子模块,是网关模块上与外部通信的接口,即对网络适配器的虚拟化;
虚拟网络协议栈,仿真了物理层和链路层,其实现随着网络适配器单元类型不同而不同;
Hypervisor服务端子模块,接收来自控制台对测试环境的建立和对虚拟网关实例的监控请求;
独立虚拟机子模块,支持非Hypervisor模式下独立地创建和连接虚拟机;
宿主操作系统,支持虚拟网关的运行;
所述的虚拟网关控制器模块包括:
测试环境配置文件,是用来配置测试环境参数的ini-like文件;
CLI控制台子模块,以命令行方式对虚拟网关实例进行全面监控;
Hypervisor客户端子模块,根据ini-like配置文件中的参数发送监控请求;
宿主操作系统,支持虚拟网关的运行。
2.根据权利要求1所述的虚拟化的Radius测试系统,其特征在于,所述的空闲循环检测子模块分析出正在运行的IOS的idle-loop的入口地址,并使处于空闲循环中的虚拟网关处理器进行无规律间断性的休眠,从而达到降低宿主处理 器的使用率。
3.根据权利要求1所述的虚拟化的Radius测试系统,其特征在于,所述的网络处理引擎子模块还包括如下子模块:虚拟化处理器,用于提供IOS网络操作系统对应的指令系统,其所属的寄存器也是以在宿主内存中分出一块特殊区域来虚拟的。
4.根据权利要求1所述的虚拟化的Radius测试系统,其特征在于,所述的网络处理引擎子模块还包括如下子模块:虚拟化内存,包括运行空间RAM、存储配置文件的NVRAM和缓冲JIT模式下的宿主指令空间三部分,由于所分配的内存大小以及IOS是否可以在虚拟内存中被共享是可以用参数进行控制的,所以虚拟内存的存在形式为MMAP映射文件。
5.根据权利要求1所述的虚拟化的Radius测试系统,其特征在于,所描述虚拟网关模块的网络端口适配器子模块作为一个I/O设备,其虚拟化工作是通过首先在虚拟内存中开辟一片特殊区域来仿真设备的存储单元,而后在读写数据时向虚拟处理器发送中断,其中断被虚拟处理器处理时会调用虚拟网络端口适配器的驱动程序。
6.根据权利要求1所述的虚拟化的Radius测试系统,其特征在于,所述的网络端口适配器子模块还进一步包括虚拟化串行接口和虚拟化以太网接口;同种接口类型、不同接口数量以及不同带宽组成了多种可选的网络端口适配器子模块,为搭建测试环境提供了多种选择;与真实网络适配器一样,这两种接口都具有虚拟化物理层和链路层,即虚拟网络协议栈;其中物理层使用UDP来仿真,而链路层在以太网类型适配器上实现了标准的Ethernet、在串行适配器上实现了标准的PPP协议。
7.根据权利要求1所述的虚拟化的Radius测试系统,其特征在于,所述的CLI控制台子模块还进一步包含OIR子模块,这个子模块使得CLI控制台子模块支持在线测试环境配置的动态修改,对测试环境产生微调的效果。
8.根据权利要求1所述的虚拟化的Radius测试系统,其特征在于,所述的测试环境配置文件,其内容被读取后,然后在以Hypervisor Server工作状态运行的虚拟网关模块上加载相应的虚拟机并进行连接。
9.一种利用如权利要求1所述的测试系统进行测试的虚拟化的Radius测试方法,其特征在于,虚拟化的Radius测试系统主要包括两个部分:虚拟网关 模块,虚拟网关控制器模块;其中虚拟网关模块包括:空闲循环检测子模块、网络处理引擎子模块、网络端口适配器子模块、虚拟网络协议栈、Hypervisor服务端子模块、独立虚拟机子模块;虚拟网关控制器模块包括:测试环境配置文件、CLI控制台子模块、Hypervisor客户端子模块;测试流程包括以下步骤:
(1)通过合法渠道获得网络操作系统IOS;
(2)设计测试环境拓扑图;
(3)设定测试环境中相关的参数值;
(4)启动虚拟网关实例并进行连接;
(5)启用空闲循环检测和休眠机制,即检测出各虚拟网关实例中加载的IOS idle-loop,减小宿主处理器的使用率;
(6)使用Telnet登录IOS并设定协议参数,使得在操作系统层面上的体验和使用真实网络设备一样;
(7)准备好Radius服务器,即做好被测功能或性能的配置;
(8)使用测试工具进行相应测试,通过发送认证请求来验证Radius服务器的功能和性能,其结果通过测试工具显示。
10.根据权利要求9所述的利用如权利要求1所述的测试系统进行测试的虚拟化的Radius测试方法,其特征在于,启动虚拟网关实例时,在Hypervisor Daemon模式下设定测试环境参数和启动虚拟网关实例,步骤如下:
(1)创建ini-like文本文件,所需参数为设计测试环境时所设定的参数;
(2)启动Hypervisor Server工作状态下的虚拟网关模块,接收来自控制台对测试环境的建立和对虚拟网关实例的监控请求;
(3)以Hypervisor Client工作状态加载ini-like文件,根据ini-like配置文件中的参数发送测试环境的建立和监控请求;
(4)使用控制台启动各个虚拟网关实例。
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