CN103475541B - 用于网络设备性能测试的数据生成方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于网络设备性能测试的数据生成方法和装置，所述方法包括：a）根据模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例为每一应用程序生成多个事务项；b）将生成的所有事务项以散列的方式按逻辑顺序均匀地存储在逻辑地址连续的存储空间中；c）使滑动窗口以预定滑动速度滑过所述存储空间，并依次获得不同位置处的滑动窗口内的所有事务项；以及d）根据从所述滑动窗口内获得的事务项构造数据包，并列队发送所述数据包。使用所述方法，可以在测试网络设备的性能时模拟更复杂的应用场景而不增加测试设备的性能损耗。
Description
技术领域
本发明属于互联网测试领域，具体地说，涉及一种用于网络设备性能测试的数据生成方法和装置。
背景技术
在互联网中，一些网络节点的网络设备（例如防火墙、应用识别设备、入侵检测设备、路由、网关等）需要对其所连接的子网中的客户机和服务器所发送的数据包进行处理，例如，转发、检查、扫描、过滤、验证、替换、重组、代理等。这些网络设备对数据包的处理能力是有限的，当单位时间内需要处理的数据包超过一定的数量时，这些网络设备就会产生延迟和丢包等现象，从而不能正常工作。因此，测试这些网络设备的数据包处理能力是测试这些网络设备性能的最重要的一环。
图1是示意图，示出了待测网络设备的数据包处理能力的现有测试方法。如图1所示，现有的测试设备100包括用于模拟客户机的虚拟客户端110和用于模拟服务器的虚拟服务器端120，待测网络设备200的一端与虚拟客户端110连接，另一端与虚拟服务器端120连接。测试设备100的虚拟客户端110的应用程序（例如FTP、HTTP、SMTP等应用程序）发出应用请求，该应用请求经过待测网络设备200后到达测试设备100的虚拟服务器端120，虚拟服务器端120接收到所述应用请求后，发出应答，该应答经过待测网络设备200后到达测试设备100的虚拟客户端110，如此往复，便实现了虚拟客户端110和虚拟服务器端120之间经过待测网络设备200的通信。
在一个具体的通信中，每个请求和其对应的应答构成一个事务（transaction）。以TCP登陆为例，虚拟客户端110的TCP应用程序发出请求“user XXX”，虚拟服务器端120对该请求作出应答“331please specify thepassword”，这一对请求和应答构成一个事务。接着，所述TCP应用程序再发出请求“PASS YYYY”，虚拟服务器120对该请求作出应答“230loginsuccessful”，这一对请求和应答也构成一个事务。然后，所述TCP应用程序发出请求“SYST”，虚拟服务器120对该请求作出应答“215UNIX type:L8”，同样，这一对请求与应答也构成一个事务。这样，TCP的登陆通信就完成了。
在实际通信中，子网中的每个客户机可能同时运行许多应用程序，因而与该子网相连的被测网络设备200需要为多个客户机的许多应用程序建立多个并发连接（例如从数百个到数十万个并发连接）以处理并发事务。被测网络设备200的每秒处理事务的最大数目（transactions per second，TPS）是其众多性能测试指标中最具代表性的一种测试指标。当被测网络设备200每秒所处理的事务数超过其TPS值时，其CPU的负荷就超过了该CPU的性能上限，从而产生延迟和丢包现象处理。
在实际场景中，不同子网的客户机中的应用程序的构成及使用情况不同。图2是饼图，示出了企业网场景中各种应用程序的使用比例。为此，测试设备100需要模拟出不同应用场景下各种应用程序的使用情况。在现有的待测网络设备200的性能的测试方法中，现有的测试设备100通常采用虚拟系统来完整地虚拟出客户端系统和服务器端系统，并且由虚拟客户端和虚拟服务器端根据应用场景中各种应用程序的使用情况将各个事务实时生成测试数据包发出。当生成的测试数据包通过待测网络设备200后出现延迟或丢包的现象时，便可获得待测网络设备200的性能上限。
由于现有的测试设备100要根据应用场景中各种应用程序的使用情况实时地生成测试数据，而当需模拟的应用程序的数目很多时，不仅总的事务数很多，而且事务之间的逻辑依赖、继承关系变得复杂，这导致测试设备100在生成测试数据包时的计算量变得很大，从而导致测试设备100的性能损耗变得很大，甚至使测试本身失去意义。
发明内容
本发明是为了解决现有技术中存在的上述技术问题而做出，其目的在于提供一种用于网络设备性能测试的数据生成方法和装置，以便在对网络设备的性能进行测试时能够模拟更复杂的应用场景而不增加测试设备的性能损耗。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于网络设备性能测试的数据生成方法，该方法包括：a）根据模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例为每一所述应用程序生成多个事务项；b）将所述多个应用程序的所有事务项以散列的方式存储在逻辑地址连续的存储空间中，使得每一应用程序的事务项在该存储空间中按其逻辑顺序进行循环存储，并且在该存储空间的任一足够大的子空间中存储的每一应用程序的事务项的数目与该子空间中的所有事务项的数目之比为固定值；c）使滑动窗口以预定滑动速度滑过所述存储空间，并依次获得不同位置处的滑动窗口内的所有事务项；以及d）根据从所述滑动窗口内获得的事务项构造数据包，并列队发送所述数据包。
优选地，为每一所述应用程序生成的多个事务项中的每个事务项可以包括该应用程序所产生的一个事务的应用信息和该应用信息的连接信息。
优选地，所述滑动窗口的长度要足够大，使得从该滑动窗口内获得的每一应用程序的事务项的数目与该滑动窗口中的所有事务项的数目之比为所述固定值。
另外，优选地，所述滑动窗口的滑动速度可以为每秒滑过一个滑动窗口长度。
再者，所述滑动窗口的长度可以为可变长度。
根据本发明的另一方面，提供一种用于网络设备性能测试的数据生成装置，其包括：事务项生成单元，该事务项生成单元根据模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例为每一所述应用程序生成多个事务项；存储单元，所述多个应用程序的所有事务项以散列的方式存储在该存储单元的逻辑地址连续的存储空间中，使得每一应用程序的事务项在该存储空间中按其逻辑顺序进行循环存储，并且在该存储空间的任一足够大的子空间中存储的每一应用程序的事务项的数目与该子空间中的所有事务项的数目之比为固定值；滑动窗口单元，该滑动窗口单元以预定滑动速度滑过所述存储空间，并依次获得不同位置处的滑动窗口单元内的所有事务项；以及数据包构造单元，该数据包构造单元根据从所述滑动窗口单元内获得的事务项构造数据包，并列队发送所述数据包。
优选地，为每一所述应用程序生成的多个事务项中的每个事务项包括该应用程序所产生的一个事务的应用信息和该应用信息的连接信息。
由上面的描述可知，根据本发明所述的用于网络设备性能测试的数据生成方法，通过构造连续存储空间和滑动窗口，可以在测试开始前构造出复杂的应用程序数据，而不是像现有技术那样，在测试进行的同时不断地构造所述复杂的应用程序数据，从而大幅减轻了测试过程中的运算负荷，使得测试设备可以模拟更为复杂的应用场景进行测试。对于采用虚拟系统的现有测试设备来说，要模拟的应用程序的个数越多，其性能损耗越大。而对于采用本发明所述的数据生成方法的测试设备来说，由于复杂的应用程序数据在测试开始前已经构造出，在测试过程中，只需通过滑动窗口获取这些应用程序数据即可，这相当于用空间换时间，因此，其性能损耗与要模拟的应用程序的个数无关。
另外，由于多个应用程序产生的事务项以散列的方式按逻辑顺序均匀地存储在逻辑地址连续的存储空间中，因此，任何时候从滑动窗口内读出的事务项均反映了模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例，从而根据滑动窗口内的获取的事务项构造的数据包能够反映真实应用场景，并且通过控制滑动窗口的长度，可以控制并发数据包的数目，以便对被测网络设备的性能进行测试。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1是示意图，示出了待测网络设备的数据包处理能力的现有测试方法；
图2是饼图，示出了企业网场景中各种应用程序的使用情况的比例；
图3是流程图，示出了本发明的一个实施例所述的用于网络设备性能测试的数据生成方法；
图4是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的多个应用程序的事务项在逻辑地址连续的存储空间中的存储方式；
图5是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的事务项的内容；
图6是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的滑动窗口；
图7是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的根据从滑动窗口内获得的事务项构造数据包的过程；
图8是示意图，示出了采用本发明所述的数据生成方法生成网络设备性能测试数据的测试设备；以及
图9是方框图，示出了本发明的一个实施例所述的用于网络设备性能测试的数据生成装置。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
图3是流程图，示出了本发明的一个实施例所述的用于网络设备性能测试的数据生成方法。如图3所示，首先，在步骤S10中，根据模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例为每一应用程序生成多个事务项。然后，在步骤S20中，将生成的所有事务项以散列的方式按逻辑顺序均匀地存储在逻辑地址连续的存储空间中。也就是说，将所述多个应用程序的所有事务项以散列的方式存储在逻辑地址连续的存储空间中，使得每一应用程序的事务项在该存储空间中按其逻辑顺序进行循环存储，并且在该存储空间的任一足够大的子空间中存储的每一应用程序的事务项的数目与该子空间中的所有事务项的数目之比为固定值。下面参考图4以举例的方式对上述步骤进行说明。
图4是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的多个应用程序的事务项在逻辑地址连续的存储空间中的存储方式。在图4所示的例子中，设模拟的预定应用场景包含FTP和HTTP两个应用程序，且这两个应用程序的使用比例为1:2。也就是说，FTP所产生的事务数与HTTP所产生的事务数的比例为1:2。由每个应用程序所产生的每个事务可以生成一个事务项，例如图4中由FTP应用程序所产生的FTP事务1～FTP事务3可以生成FTP事务项1～FTP事务项3，以及由HTTP应用程序所产生的HTTP事务1～HTTP事务4（未示出）可以生成HTTP事务项1～HTTP事务项4。将所有事务项（FTP事务项1-3和HTTP事务项1-4）以散列方式存储在逻辑地址连续的存储空间中，使得循环存储的FTP各事务项在存储空间中保持其逻辑顺序、循环存储的HTTP各事务项在存储空间中也保持其逻辑顺序，并且在该存储空间的任一足够大的子空间中存储的每一应用程序的事务项的数目与该子空间中的所有事务项的数目之比为固定值，在图4的例子中，对于FTP应用程序来说，该固定值为1:3，对于HTTP应用程序来说，该固定值为2:3，从而保证了这两个应用程序的使用比例为1:2。所述足够大子空间依赖于具体的模拟场景来确定。
图5是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的事务项的内容。如图5所示，为每一应用程序生成的多个事务项中的每个事务项可以包括该应用程序所产生的一个事务的应用信息和该应用信息的连接信息。连接信息包括通常的五元组（源地址、目的地址、源端口、目的端口、协议）信息以及连接状态等。应用信息包括当前连接的协议或应用的信息，例如应用内容、状态、标记、时间戳等。
返回图3，接着，在步骤S30中，使滑动窗口以预定滑动速度滑过所述存储空间，并依次获得不同位置处的滑动窗口内的所有事务项。图6是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的滑动窗口。如图6所示，滑动窗口是由一对起始地址和结束地址定义的结构体，在该对起始地址和结束地址之间的地址范围内存储的事务项可以被读出，而在该地址范围之外的事务项则不被读出。滑动窗口从连续存储空间的起始位置开始，以预定的滑动速度滑动。在某一时刻（例如t1时刻或t2时刻），只有该时刻滑动窗口所包含的地址范围内的事务项可以被读出。
滑动窗口的长度要足够大，使得从该滑动窗口内获得的每一应用程序的事务项的数目与该滑动窗口中的所有事务项的数目之比为固定值。例如，在图6所示的例子中，滑动窗口内的FTP事务项的数目与该滑动窗口内的总事务项的数目之比为1:3，滑动窗口内的HTTP事务项的数目与该滑动窗口内的总事务项的数目之比为2:3，这样，每次从滑动窗口内读出的事务项均反映了模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例。
优选地，滑动窗口的滑动速度为每秒滑过一个滑动窗口长度。这样，从滑动窗口内读出的事务项的数目直接等于TPS值。
滑动窗口的长度为可变长度。每次滑动窗口滑过所述连续存储空间时，其长度可以保持不变，而下次滑动窗口滑过所述连续存储空间时，其长度可以不同于上次滑过所述连续存储空间时的长度，但任何时候从滑动窗口内读出的事务项均反映了模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例，这一点与滑动窗口的长度无关。因此，通过改变滑动窗口的长度，可以高效且精确的控制并发事务数。
最后，在步骤S40中，根据从滑动窗口内获得的事务项构造数据包，并列队发送数据包。图7是示意图，示出了本发明的一个实施例所述的根据从滑动窗口内获得的事务项构造数据包的过程。
连续存储空间中存储的每个事务项在大小与结构上都是一样的，它们并不包括生成数据包时的负载内容，而只包括应用逻辑信息、应用ID等固定字段的数据。可以这些数据为索引从应用数据文件中得到对应的负载内容，从而构成完整的用于测试的数据包。具体说，为每个应用程序建立一个应用数据文件，该应用数据文件保存构造数据包时的负载内容。构造数据包时，可以根据事务项中的索引信息读取文件中的负载内容，并将其封装为用于测试的数据包。
图8是示意图，示出了采用本发明所述的数据生成方法生成网络设备性能测试数据的测试设备。如图8所示，采用本发明所述的数据生成方法生成网络设备性能测试数据的测试设备300包括连续存储空间310、滑动窗口单元320、客户端数据包构造及解析单元330、服务器端数据包构造及解析单元340。在使用测试设备300对待测网络设备200的性能进行测试时，滑动窗口单元320从连续存储空间310中获取并发事务项并将其发送给客户端数据包构造及解析单元330，如图8中的方向①所示。客户端数据包构造及解析单元330根据所述并发事务项构造并发请求数据包，并将其通过待测网络设备200发送给服务器端数据包构造及解析单元340。测试设备300记录下发送时刻。服务器端数据包构造及解析单元340接收到所述并发请求数据包后，对其进行解析并更新连续存储空间中相应事务项的状态，如图8中的方向②所示。测试设备300记录下接收时刻。然后，滑动窗口单元320从连续存储空间310中获取更新后的并发事务项并将其发送给服务器端数据包构造及解析单元340，如图8中的方向③所示。服务器端数据包构造及解析单元340根据所述并发事务项构造并发应答数据包，并将其通过待测网络设备200发送给客户端数据包构造及解析单元330。测试设备300记录下发送时刻。客户端数据包构造及解析单元330接收到所述并发应答数据包后，对其进行解析并更新连续存储空间中相应事务项的状态，如图8中的方向④所示。测试设备300记录下接收时刻。当滑动窗口在所述连续存储空间中滑动时，生成的数据包可以模拟真实场景中的应用程序的使用情况。
根据测试设备300记录下的发送和接收时刻可以计算出收发数据包的时间延迟。在滑动窗口的长度为某个值时，如果测试设备300发现延迟突然增加，并超过预设值，则认为当前并发测试数据包的流量已经超出被测设备200的性能极限。因此，通过调节滑动窗口的长度，可以改变并发数据包的数目，由此可以测得被测设备200处理数据包的能力。
如上参照图3-图8描述了本发明所述的用于网络设备性能测试的数据生成方法。本发明所述的用于网络设备性能测试的数据生成方法可以采用软件实现，也可以采用硬件实现，或采用软件和硬件组合的方式实现。
图9是方框图，示出了本发明的一个实施例所述的用于网络设备性能测试的数据生成装置。如图9所示，本发明的一个实施例所述的用于网络设备性能测试的数据生成装置900包括：事务项生成单元910、存储单元920、滑动窗口单元930和数据包构造单元940。
事务项生成单元940根据模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例为每一所述应用程序生成多个事务项。
事务项生成单元940所生成的所述多个应用程序的所有事务项以散列的方式存储在存储单元920的逻辑地址连续的存储空间中，使得每一应用程序的事务项在该存储空间中按其逻辑顺序进行循环存储，并且在该存储空间的任一足够大的子空间中存储的每一应用程序的事务项的数目与该子空间中的所有事务项的数目之比为固定值。
滑动窗口单元930以预定滑动速度滑过所述存储空间，并依次获得不同位置处的滑动窗口单元内的所有事务项。
数据包构造单元940根据从所述滑动窗口单元内获得的事务项构造数据包，并列队发送所述数据包。
由上面的描述可知，根据本发明所述的用于网络设备性能测试的数据生成方法，通过构造连续存储空间和滑动窗口，可以在测试开始前构造出复杂的应用程序数据，而不是像现有技术那样，在测试进行的同时不断地构造所述复杂的应用程序数据，从而大幅减轻了测试过程中的运算负荷，使得测试设备可以模拟更为复杂的应用场景进行测试。对于采用虚拟系统的现有测试设备来说，要模拟的应用程序的个数越多，其性能损耗越大。而对于采用本发明所述的数据生成方法的测试设备来说，由于复杂的应用程序数据在测试开始前已经构造出，在测试过程中，只需通过滑动窗口获取这些应用程序数据即可，这相当于用空间换时间，因此，其性能损耗与要模拟的应用程序的个数无关。
另外，由于多个应用程序产生的事务项以散列的方式按逻辑顺序均匀地存储在逻辑地址连续的存储空间中，因此，任何时候从滑动窗口内读出的事务项均反映了模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例，从而根据滑动窗口内的获取的事务项构造的数据包能够反映真实应用场景，并且通过控制滑动窗口的长度，可以控制并发数据包的数目，以便对被测网络设备的性能进行测试。
尽管已经结合详细示出并描述的优选实施例公开了本发明，但是本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的用于网络设备性能测试的数据生成方法和装置，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
Claims (6)
1.一种用于网络设备性能测试的数据生成方法，包括：
a)根据模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例为每一所述应用程序生成多个事务项，所述多个事务项中的每个事务项包括所述应用程序所产生的一个事务的应用信息和该应用信息的连接信息；
b)将所述多个应用程序的所有事务项以散列的方式存储在逻辑地址连续的存储空间中，使得每一应用程序的事务项在该存储空间中按其逻辑顺序进行循环存储，并且在该存储空间的任一足够大的子空间中存储的每一应用程序的事务项的数目与该子空间中的所有事务项的数目之比为固定值；以及，为所述多个应用程序的每个应用程序建立一个应用数据文件，所述应用数据文件保存构造数据包时的负载内容；
c)使滑动窗口以预定滑动速度滑过所述存储空间，并依次获得不同位置处的滑动窗口内的所有事务项的应用信息和连接信息，以应用信息和连接信息作为索引读取所述应用数据文件中的负载内容；以及
d)根据读取到的负载内容构造数据包，并列队发送所述数据包。
2.如权利要求1所述的用于网络设备性能测试的数据生成方法，其中，
所述滑动窗口的长度足够大，使得从该滑动窗口内获得的每一应用程序的事务项的数目与该滑动窗口中的所有事务项的数目之比为所述固定值。
3.如权利要求1所述的用于网络设备性能测试的数据生成方法，其中，
所述滑动窗口的滑动速度为每秒滑过一个滑动窗口长度。
4.如权利要求1所述的用于网络设备性能测试的数据生成方法，其中，
所述滑动窗口的长度为可变长度。
5.一种用于网络设备性能测试的数据生成装置，包括：
事务项生成单元，该事务项生成单元根据模拟的预定应用场景中的多个应用程序的使用比例为每一所述应用程序生成多个事务项，所述多个事务项中的每个事务项包括所述应用程序所产生的一个事务的应用信息和该应用信息的连接信息；
存储单元，所述多个应用程序的所有事务项以散列的方式存储在该存储单元的逻辑地址连续的存储空间中，使得每一应用程序的事务项在该存储空间中按其逻辑顺序进行循环存储，并且在该存储空间的任一足够大的子空间中存储的每一应用程序的事务项的数目与该子空间中的所有事务项的数目之比为固定值；以及，为所述多个应用程序的每个应用程序建立一个应用数据文件，所述应用数据文件保存构造数据包时的负载内容；
滑动窗口单元，该滑动窗口单元以预定滑动速度滑过所述存储空间，并依次获得不同位置处的滑动窗口单元内的所有事务项的应用信息和连接信息，以应用信息和连接信息作为索引读取所述应用数据文件中的负载内容；以及
数据包构造单元，该数据包构造单元根据读取到的负载内容构造数据包，并列队发送所述数据包。
6.如权利要求5所述的用于网络设备性能测试的数据生成装置，其中，
为每一所述应用程序生成的多个事务项中的每个事务项包括该应用程序所产生的一个事务的应用信息和该应用信息的连接信息。
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