CN112839355B - 一种5g网络的网络中ipsec测试系统和方法 - Google Patents

一种5g网络的网络中ipsec测试系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种5G网络的网络中IPSEC测试系统和方法，所述系统包括：电脑端、IPSEC网关、二层交换机、多个IPSEC终端和多网口嵌入式单板；所述电脑端和所述IPSEC网关连接，所述IPSEC网关通过5G网络和所述二层交换机连接，所述二层交换机和多个所述IPSEC终端分别连接，多个所述IPSEC终端通过各自的下行接口分别连接所述多网口嵌入式单板的多个子接口；所述IPSEC网关与多个所述IPSEC终端建立隧道；所述电脑端通过所述隧道与所述多网口嵌入式单板进行通信，以测试所述IPSEC网关的接入能力。本发明通过一个多网口嵌入式单板代替多个PC机，大大降低对设备的需求，提供一个简洁的测试环境。

Description

一种5G网络的网络中IPSEC测试系统和方法
技术领域
本发明涉及5G应用技术领域，尤其涉及一种5G网络的网络中IPSEC测试系统和方法。
背景技术
5G(5th generation mobile networks或5th generation wireless systems、5th-Generation，简称5G或5G技术)表示第五代移动通信技术，是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继4G(LTE-A、WiMax)、3G(UMTS、LTE)和2G(GSM)系统之后的延伸。5G的性能目标是高数据速率、减少延迟、节省能源、降低成本、提高系统容量和大规模设备连接。Release-15中的5G规范的第一阶段是为了适应早期的商业部署。Release-16的第二阶段将于2020年4月完成，作为IMT-2020技术的候选提交给国际电信联盟(ITU)。ITU IMT-2020规范要求速度高达20Gbit/s，可以实现宽信道带宽和大容量MIMO。
VPN(Virtual Private Network，虚拟专用网络，功能是在公用网络上建立专用网络，进行加密通讯，在企业网络中有广泛应用，VPN网关通过对数据包的加密和数据包目标地址的转换实现远程访问，VPN可通过系统、硬件、软件等多种方式实现)技术在生活中广泛应用，遍布世界各地的主机可以通过因特网组建虚拟局域网(VPN)，地理上的差异被VPN技术隔离了。VPN有很多实现技术，比较常见的是IPSEC VPN，IPSEC VPN指采用IPSEC协议来实现远程接入的一种VPN技术，IPSEC全称为Internet Protocol Security，是由InternetEngineering Task Force(IETF)定义的安全标准框架，在公网上为两个私有网络提供安全通信通道，通过加密通道保证连接的安全，在两个公共网关间提供私密数据封包服务；IPSEC VPN由发起方(start)和等待方(add)组成。发起方向等待方发起连接请求，各种认证通过后会建立起一条VPN隧道。如果要测试一个IPSEC VPN网关的接入能力，需要建立很多条隧道，并且在隧道上跑满流量。IPSEC VPN网关只需要一个，但是IPSEC VPN的发起者需要很多个，几十甚至上百个，这样对设备的需求，对网络环境的要求很难满足。
因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种5G网络的网络中IPSEC测试系统和方法，旨在解决现有技术中IPSEC VPN组网测试对组网设备和其他辅助的网线电源需求大，网络环境的要求难以满足的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种5G网络的网络中IPSEC测试系统，所述5G网络的网络中IPSEC测试系统包括：
电脑端、IPSEC网关、二层交换机、多个IPSEC终端和多网口嵌入式单板；
所述电脑端和所述IPSEC网关连接，所述IPSEC网关通过5G网络和所述二层交换机连接，所述二层交换机和多个所述IPSEC终端分别连接，多个所述IPSEC终端通过各自的下行接口分别连接所述多网口嵌入式单板的多个子接口；
所述IPSEC网关与多个所述IPSEC终端建立隧道；
所述电脑端通过所述隧道与所述多网口嵌入式单板进行通信，以测试所述IPSEC网关的接入能力。
可选地，所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其中，所述多网口嵌入式单板包括CPU和交换芯片；
所述交换芯片用于提供多个所述子接口，所述CPU通过CPU网口和所述交换芯片的预设端口连接。
可选地，所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其中，每个所述子接口接收不同的VLAN-TAG报文。
可选地，所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其中，所述交换芯片的所述预设端口接收多个所述子接口发送的VLAN-TAG报文，并将所接收的报文发送至所述CPU的所述CPU网口。
可选地，所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其中，多个所述IPSEC终端的多个下行接口与所述多网口嵌入式单板的多个子接口一一对应，一个所述下行接口对应连接一个所述子接口。
可选地，所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其中，每个所述子接口配置不同网段的IP地址。
可选地，所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其中，所述子接口为RJ45物理对外的网口。
可选地，所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其中，所述CPU为嵌入式CPU。
可选地，所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其中，所述多网口嵌入式单板的所述子接口的数量包括8口、16口、24口和32口。
此外，为实现上述目的，本发明还提供一种基于如上所述5G网络的网络中IPSEC测试系统的5G网络的网络中IPSEC测试方法，其中，所述5G网络的网络中IPSEC测试方法包括：
多个所述IPSEC终端通过各自的下行接口分别连接所述多网口嵌入式单板的多个子接口；
所述IPSEC网关与多个所述IPSEC终端建立隧道，所述多网口嵌入式单板接收VLAN-TAG报文；
所述电脑端通过所述隧道与所述多网口嵌入式单板进行通信，以测试所述IPSEC网关的接入能力。
本发明的5G网络的网络中IPSEC测试系统包括：电脑端、IPSEC网关、二层交换机、多个IPSEC终端和多网口嵌入式单板；所述电脑端和所述IPSEC网关连接，所述IPSEC网关通过5G网络和所述二层交换机连接，所述二层交换机和多个所述IPSEC终端分别连接，多个所述IPSEC终端通过各自的下行接口分别连接所述多网口嵌入式单板的多个子接口；所述IPSEC网关与多个所述IPSEC终端建立隧道；所述电脑端通过所述隧道与所述多网口嵌入式单板进行通信，以测试所述IPSEC网关的接入能力。本发明通过一个多网口嵌入式单板代替多个PC机，大大降低对设备的需求，提供一个简洁的测试环境。
附图说明
图1是现有技术中进行IPSEC测试的原理示意图；
图2是本发明5G网络的网络中IPSEC测试系统的较佳实施例的原理示意图；
图3是本发明5G网络的网络中IPSEC测试系统的较佳实施例中多网口嵌入式单板的内部逻辑框图；
图4是本发明5G网络的网络中IPSEC测试系统的较佳实施例中IPSEC VPN的报文的结构示意图；
图5是本发明5G网络的网络中IPSEC测试方法的较佳实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
首先，如图1所示，一个加密网关(即1中的IPSEC网关)可以和n个加密终端(即IPSEC终端)建立隧道，加密网关(IPSEC网关)和二层交换机通过5G网络连接。加密网关(IPSEC网关)下面接一台PC0(个人计算机)，每个加密终端(IPSEC终端)下面又接一台PC，PC0与PCn(即PC1、PC2、···PCn)可以通过隧道进行通讯。如果有n个加密终端(IPSEC终端)，则总共需要n+1台PC。如果N达到20以上，那么组网设备和其他辅助的网线电源等将非常庞大，需要的实验环境也需要很大的空间。
针对现有技术所存在的问题，本发明提供了一种5G网络的网络中IPSEC测试系统，本发明较佳实施例所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，如图2所示，所述5G网络的网络中IPSEC测试系统包括：
电脑端(即图2中的PC0)、IPSEC网关、二层交换机、多个IPSEC终端和多网口嵌入式单板；所述电脑端和所述IPSEC网关连接，所述IPSEC网关通过5G网络和所述二层交换机连接，所述二层交换机和多个所述IPSEC终端分别连接，多个所述IPSEC终端通过各自的下行接口分别连接所述多网口嵌入式单板的多个子接口(例如通过网线连接)；所述IPSEC网关与多个所述IPSEC终端建立隧道；所述电脑端通过所述隧道与所述多网口嵌入式单板进行通信，以测试所述IPSEC网关的接入能力。
其中，所述多网口嵌入式单板的所述子接口的数量包括8口、16口、24口和32口。例如，本发明利用一台8口(也可以16口、24口、32口)的多网口嵌入式单板代替加密终端(IPSEC终端)下面接的PC(例如图1中的PC1、PC2、···PCn)，每个加密终端(IPSEC终端)的下行接口对应所述多网口嵌入式单板的一个子接口，那么一台所述多网口嵌入式单板就可以代替8至32台PC机，组网环境和所需的设备，以及实验环境将大大减少。在所述多网口嵌入式单板的端口配置网络子接口为eth0.1，eth0.2···，eth0.8，为每个子接口配置不同网段的IP地址，目的是配置不同网段，使得所述多网口嵌入式单板路由好控制，不然多个网口在同网段，出去的路由需要手动指定；其次，IPSEC不同的隧道，不能互相重叠在相同网段，不然出去的流不清楚自己所在哪个隧道；然后利用ping-I eth0.1 xxxx命令(ping-I就是指定一个接口，如eth0.1这个是一个子接口，后面的xxx是一个IP地址)，经过IPSEC终端1与PC0通讯，其他子接口也是一样。
具体地，如图3所示，所述多网口嵌入式单板包括CPU和交换芯片；所述交换芯片用于提供多个所述子接口，例如p1，p2···，p8，所述CPU通过CPU网口(例如图3中的eth0)和所述交换芯片的预设端口(p0)连接。其中，每个所述子接口(p1，p2···，p8)用于接收不同的VLAN-TAG报文。所述交换芯片的所述预设端口(p0)接收多个所述子接口(p1，p2···，p8)发送的VLAN-TAG报文，并将所接收的报文发送至所述CPU的所述CPU网口(eth0)。多个所述IPSEC终端的多个下行接口与所述多网口嵌入式单板的多个子接口(p1，p2···，p8)一一对应，一个所述下行接口对应连接一个所述子接口。
其中，所述子接口为RJ45物理对外的网口。RJ45是布线系统中信息插座(即通信引出端)连接器的一种，连接器由插头(接头、水晶头)和插座(模块)组成，插头有8个凹槽和8个触点。RJ是Registered Jack的缩写，意思是“注册的插座”。在FCC(美国联邦通信委员会标准和规章)中RJ是描述公用电信网络的接口，计算机网络的RJ45是标准8位模块化接口的俗称。
其中，所述CPU为嵌入式CPU(即嵌入式处理器)，嵌入式处理器是嵌入式系统的核心，是控制、辅助系统运行的硬件单元。范围极其广阔，从最初的4位处理器，目前仍在大规模应用的8位单片机，到最新的受到广泛青睐的32位，64位嵌入式CPU。嵌入式微处理器与普通台式计算机的微处理器设计在基本原理上是相似的，但是工作稳定性更高，功耗较小，对环境(如温度、湿度、电磁场、振动等)的适应能力强，体积更小，且集成的功能较多。在桌面计算机领域，对处理器进行比较时的主要指标就是计算速度，从33MHz主频的386计算机到3GHz主频的Pentium 4处理器，速度的提升是用户最主要关心的变化，但在嵌入式领域，情况则完全不同。嵌入式处理器的选择必须根据设计的需求，在性能、功耗、功能、尺寸和封装形式、SoC程度、成本、商业考虑等等诸多因素之中进行折中，择优选择。嵌入式处理器做为嵌入式系统的核心，嵌入式处理器担负着控制、系统工作的重要任务，使宿主设备功能智能化、灵活设计和操作简便。为合理高效的完成这些任务，一般说，嵌入式处理器具有以下特点：很强的实时多任务支持能力，存储区保护功能，可扩展的微处理器结构，较强的中断处理能力，低功耗。
如图3所示，所述多网口嵌入式单板由一个嵌入式CPU与一个多端口的交换芯片组成。所述交换芯片直接出8个(16、24、32也可以，根据实际交货芯片的端口数)物理网口，每个网口可以插网线，对接一个加密终端(IPSEC终端)。所述交换芯片从任意端口接收的报文，都可能转发给CPU网口eth0。在该嵌入式系统上配置8个(同上)子接口，每个子接口支持不通的VLAN-TAG报文，eth0.1,eth0.1，···eth0.8。表示8个子接口可以接收VLAN-TAG＝1，2，···8的报文。这样，所述多网口嵌入式单板上有8个网口，配置8个不同网段的IP地址，对应8个不同的网口，那等同于8台独立的PC电脑，可以支持8台加密终端的测试。
另外，如图4所示，本发明所使用的公网5G网络。IPSEC VPN的报文，在5G网络中被封装起来，5G包头包括源IP、目的IP和协议类型，私网整个报文包括源IP、目的IP、协议类型和净，带有5G网络的外部头，内部私有的内容当成了5G的净荷。
进一步地，本发明较佳实施例基于所述5G网络的网络中IPSEC测试系统的5G网络的网络中IPSEC测试方法，如图5所示，所述5G网络的网络中IPSEC测试方法包括以下步骤：
步骤S10、多个所述IPSEC终端通过各自的下行接口分别连接所述多网口嵌入式单板的多个子接口；
步骤S20、所述IPSEC网关与多个所述IPSEC终端建立隧道，所述多网口嵌入式单板接收VLAN-TAG报文；
步骤S30、所述电脑端通过所述隧道与所述多网口嵌入式单板进行通信，以测试所述IPSEC网关的接入能力。
具体地，在所述多网口嵌入式单板上，使能交换芯片每个端口(即子接口)的VLAN-TAG功能，VLAN技术要点主要有两点：支持VLAN的交换机的内部交换原理；设备之间(交换机之间，交换机与路由器之间，交换机与主机之间)交互时，VLAN TAG的添加和移除。802.1QVLAN只定义了数据帧的封装格式，即，在以太网帧头中插入了4个字节的VLAN字段。其主要内容为VLAN TAG，紧随其后的数据类型和802.1p报文优先级的标识。只有具备相同VLAN-TAG端口才能转发该报文。端口p1进来的报文自动打上VLAN＝1的tag(就是给这个端口进来的报文自动添加4字节的VLAN-TAG字段，用于eth0.1的子接口使用)，端口p2进来的报文自动打上VLAN＝2的tag，以此类推；与CPU连接的端口p0可以接收VLAN＝1～8的报文；给CPU的网口eth0，配置8个子接口，分别为eth0.1,eth0.2···，eth0.8；给8个子接口配置不同网段的IP地址；用ping-I eth0.1 IP-PC0与PC0通讯，其他接口依次执行；整个过程后，所述多网口嵌入式单板可以发送8个流与PC0通讯，这样代替了8台PC的工作。如果嵌入式单板能提供32个网口，用上述操作就可以替代32台PC，大大节省测试PC数量。
综上所述，本发明提供一种5G网络的网络中IPSEC测试系统和方法，所述系统包括：电脑端、IPSEC网关、二层交换机、多个IPSEC终端和多网口嵌入式单板；所述电脑端和所述IPSEC网关连接，所述IPSEC网关通过5G网络和所述二层交换机连接，所述二层交换机和多个所述IPSEC终端分别连接，多个所述IPSEC终端通过各自的下行接口分别连接所述多网口嵌入式单板的多个子接口；所述IPSEC网关与多个所述IPSEC终端建立隧道；所述电脑端通过所述隧道与所述多网口嵌入式单板进行通信，以测试所述IPSEC网关的接入能力。本发明通过一个多网口嵌入式单板代替多个PC机，大大降低对设备的需求，提供一个简洁的测试环境。
当然，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关硬件(如处理器，控制器等)来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取的计算机可读存储介质中，所述程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的计算机可读存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种5G网络的网络中IPSEC测试系统，其特征在于，所述5G网络的网络中IPSEC测试系统包括：
电脑端、IPSEC网关、二层交换机、多个IPSEC终端和多网口嵌入式单板；
所述电脑端和所述IPSEC网关连接，所述IPSEC网关通过5G网络和所述二层交换机连接，所述二层交换机和多个所述IPSEC终端分别连接，多个所述IPSEC终端通过各自的下行接口分别连接所述多网口嵌入式单板的多个子接口；
所述IPSEC网关与多个所述IPSEC终端建立隧道；
所述电脑端通过所述隧道与所述多网口嵌入式单板进行通信，以测试所述IPSEC网关的接入能力。
2.根据权利要求1所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其特征在于，所述多网口嵌入式单板包括CPU和交换芯片；
所述交换芯片用于提供多个所述子接口，所述CPU通过CPU网口和所述交换芯片的预设端口连接。
3.根据权利要求2所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其特征在于，每个所述子接口接收不同的VLAN-TAG报文。
4.根据权利要求3所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其特征在于，所述交换芯片的所述预设端口接收多个所述子接口发送的VLAN-TAG报文，并将所接收的报文发送至所述CPU的所述CPU网口。
5.根据权利要求1所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其特征在于，多个所述IPSEC终端的多个下行接口与所述多网口嵌入式单板的多个子接口一一对应，一个所述下行接口对应连接一个所述子接口。
6.根据权利要求5所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其特征在于，每个所述子接口配置不同网段的IP地址。
7.根据权利要求5所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其特征在于，所述子接口为RJ45物理对外的网口。
8.根据权利要求2所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其特征在于，所述CPU为嵌入式CPU。
9.根据权利要求1所述的5G网络的网络中IPSEC测试系统，其特征在于，所述多网口嵌入式单板的所述子接口的数量包括8口、16口、24口和32口。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述5G网络的网络中IPSEC测试系统的5G网络的网络中IPSEC测试方法，其特征在于，所述5G网络的网络中IPSEC测试方法包括：
多个所述IPSEC终端通过各自的下行接口分别连接所述多网口嵌入式单板的多个子接口；
所述IPSEC网关与多个所述IPSEC终端建立隧道，所述多网口嵌入式单板接收VLAN-TAG报文；
所述电脑端通过所述隧道与所述多网口嵌入式单板进行通信，以测试所述IPSEC网关的接入能力。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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