CN114640596B - 一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行网络损伤模拟的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤的系统和方法，通过自动记录两个实体间首次交互的所有报文，然后控制两个实体进行相同业务的反复交互，通过精确匹配或模糊匹配或顺序匹配方法将交互报文中待网络损伤模拟的报文和原始报文比较，根据网络损伤覆盖度进行对应网络损伤类型的模拟或直接透传，从而实现对两个实体间所有交互报文进行自动遍历网络损伤模拟的效果。本发明方法无需人工进行报文特征识别并配置，大大减少了报文特征识别和配置的工作量，用户体验好。
Description
技术领域
本发明提供了一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行网络损伤模拟的系统和方法，属于网络测试领域。通过在收发报文的两个实体中间串入自动遍历报文网络损伤系统(纯软件或硬件仪器)，由自动遍历报文网络损伤系统记录下交互的所有原始报文，然后自动遍历报文网络损伤系统每次对一个原始报文进行损伤模拟并对已经损伤过的原始报文进行标记，直到所有原始报文全部被损伤过，从而实现对完整业务交互中的所有报文进行遍历网络损伤模拟的效果，达到全面评估每个报文网络损伤对业务影响的目的。
背景技术
根据知名咨询机构Gartner的研究，全球超过70％的应用部署都是失败的。因为几乎所有应用的开发和测试都是在网络性能较好的局域网实验室完成的，技术人员重点关注的是上层应用实现，而忽略了下层数据连接。真实广域网中存在有限的带宽、时延、丢包、抖动、乱序、重复报文、竞争流量、拥塞、误码等等，这些状况对网络应用来说可能会降低应用的性能，甚至有时是致命的。网络损伤模拟就是在实验室中模拟出带宽限制、时延、时延抖动、丢包、乱序、重复报文、误码、拥塞等网络状况，以便在实验室条件下准确可靠地测试出网络应用在真实网络环境中的性能。
现有的网络损伤方法(比如思博伦的Attero、Keysight的Network Emulator II、迈思源的HoloWAN、开源工具WANem)都是在报文交互的两个实体之间串入网络损伤工具，通过配置报文的匹配规则对交互报文中的指定报文进行网络损伤模拟，或配置随机的规则随机对交互报文进行网络损伤模拟。虽然现有的网络损伤方法实现了网络损伤模拟，但均无法实现对两个实体间业务交互报文的自动遍历网络损伤模拟：
1、按报文匹配规则方式：每个或每种报文的网络损伤，均需要根据报文特征设置匹配规则，如果存在2个或以上报文的特征是一样，在第一个报文匹配到进行网络损伤模拟并导致交互的两个实体业务异常中断时，后面同样特征的报文由于业务中断流程走不到而无法进行网络损伤模拟，无法实现对两个实体间所有交互报文的自动遍历网络损伤模拟。而且此种方式需要识别报文特征，对于大量交互报文或切换业务进行网络损伤模拟，识别和配置工作量巨大。
2、按随机规则方式：由于每次都是随机的，就算同样两个实体的业务交互，也无法明确知道哪些报文有损伤过，无法实现对两个实体间所有交互报文的自动遍历网络损伤模拟。
发明内容
本发明提供一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤模拟的系统和方法。
附图2为本发明所述的自动遍历报文网络损伤系统，其中包括报文接收/发送模块、原始报文记录模块、报文比较模块、损伤配置模块、损伤模拟模块、报文损伤标记模块、报文覆盖度统计模块。
1、报文接收/发送模块负责以下功能
(1)接收外部系统发送过来的报文，将两个实体间交互报文以及对应接口编号、接收报文序号和报文进出方向传递给原始报文记录模块、报文比较模块；
(2)从损伤模拟模块获取经过损伤模拟的报文或从报文比较模块获取无需损伤模拟的报文发送到外部系统。
2、原始报文记录模块负责以下功能
(1)解析接收自外部系统的报文，提取以太报文头、IP头、TCP/UDP 头、Payload；
(2)记录提取到的以太报文头、IP头、TCP/UDP头、Payload以及对应接口编号、接收报文序号、报文进出方向；
(3)记录完整的一次交互的所有报文，提供接口用于开始记录和停止记录，供外部系统调用；
(4)从损伤配置模块获取损伤配置记录到原始报文信息中，配置的网络损伤类型采用2个字节以Bitmap的方式记录，每个bit代表一种网络损伤类型，对应bit置0表示此种损伤不需要进行模拟，置1表示此种损伤需要进行模拟。
3、报文比较模块负责以下功能
(1)解析接收自外部系统的报文，和记录的原始报文记录进行比较，识别是否同一个报文。具体的识别方法有如下几种：a)精确匹配。这种方法通过和记录的原始报文内容进行精确匹配来识别是否同一个报文，用于报文内容固定不变的场景；b)模糊匹配。这种方法通过计算待损伤报文内容和原始报文内容的相似度来识别是否同一个报文，用于报文内容携带少量随机信息的场景(比如：序列号)；c)顺序匹配。这种方法不进行报文内容的比较，直接根据报文进入网络损伤工具的顺序进行匹配，用于报文内容被加密但交互顺序不变的场景。这三种方法都会先通过报文对应的网络损伤工具接口编号和进出方向进行初步筛选。
4、损伤配置模块负责以下功能
(1)设置需要模拟的网络损伤类型，包括但不限于包括但不限于：有限的带宽、时延、丢包、抖动、乱序、重复报文、竞争流量、拥塞、误码；
(2)设置需要达到的报文网络损伤覆盖度；
(3)设置异常退出的重试次数。
5、损伤模拟模块负责以下功能
(1)对未进行网络损伤模拟的报文，修改报文内容构造网络损伤；
(2)对已进行网络损伤模拟的报文，直接透传给报文接收/发送模块。
6、报文损伤标记模块负责以下功能
(1)根据配置的网络损伤类型和实际损伤模拟的情况，对原始报文记录标记是否已经进行网络损伤。标记内容包括：具体的网络损伤类型、是否已经模拟过，采用2个字节以Bitmap的方式记录，每个bit代表一种网络损伤类型，对应bit置0表示没有模拟过，置1表示已经模拟过。
7、报文覆盖度统计模块负责以下功能
(1)统计单个报文各种损伤的覆盖情况，损伤类型对应bit为1的是已经覆盖的，损伤类型对应bit为0的是未覆盖的，所有配置的损伤类型均已覆盖的，则对应报文为已覆盖，否则对应报文为未覆；
(2)统计所有报文各种损伤的覆盖情况；
(3)统计每个报文的异常重试次数，可以指定异常覆盖度退出条件，在未达到指定覆盖度但在两个实体连续指定次数完整交互后均无新增报文网络损伤模拟的，停止网络损伤模拟；
(4)可以指定覆盖度，在达到覆盖度后停止网络损伤模拟，具体可以指定网络损伤类型的覆盖度，也可以指定总的报文的覆盖度。指定网络损伤覆盖度包括具体网络损伤类型的覆盖度和整个报文的覆盖度。网络损伤类型的覆盖度统计方法是统计已进行指定网络损伤类型模拟的报文数占所有记录的原始报文数的比例。整个报文的覆盖度统计方法是统计已进行所有配置的网络损伤类型模拟的报文数占所有记录的原始报文数的比例。
本发明还提供一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤模拟的方法，它采用本发明所述的自动遍历报文网络损伤系统，串接在两个实体间使用。
系统启动后，通过PC连接到系统进行网络损伤配置，并启动原始报文记录。接着PC控制实体1和实体2发起业务交互，这时自动遍历报文网络损伤系统通过报文接收/发送模块接收到实体1和实体2的报文，然后报文转交给原始报文记录模块进行记录，待实体1和实体2之间的所有报文交互完成，停止原始报文记录。
接着继续控制实体1和实体2反复发起相同的业务交互，这时自动遍历报文网络损伤系统将接收到的报文转给报文比较模块，对于判断为还未进行损伤的报文，就转给损伤模拟模块进行网络损伤构造，然后将带有损伤的报文转给报文接收/发送模块发送出去，同时由报文损伤标记模块记录损伤模拟情况，由报文覆盖度统计模块统计报文损伤覆盖情况；对于判断为已经进行损伤的报文，就直接转给报文接收/发送模块发送出去。当报文损伤覆盖度达到设置目标或异常重试次数达到设置阈值时，由PC控制实体1和实体2停止业务交互，本次自动遍历报文网络损伤测试完成。
在测试过程中，通过PC连到自动遍历报文网络损伤系统可以实时查看原始报文各种损伤类型覆盖情况。
技术效果
采用本发明提供的实现自动对两个实体间所有交互报文进行网络损伤模拟的方法，通过自动记录完整交互原始报文，在自动触发两个实体反复进行完整业务交互过程中，自动匹配原始报文进行网络损伤模拟，从而达到无需人工干预的自动遍历所有交互报文进行网络损伤模拟的效果。
本方法还有如下额外效果：1)可以无需关注每个报文具体特征差异做到对每个报文进行损伤模拟，大大减少人工进行报文特征识别和配置的工作量；2) 通过每个报文每种损伤类型的覆盖度统计，可以可视化呈现每个报文针对每种损伤的覆盖情况。
具体实施方式
步骤1：将自动遍历报文网络损伤系统串入两个业务实体中间，同时设置好损伤类型和报文损伤覆盖度(默认100％，即每个报文每种损伤都进行模拟)；
步骤2：通过PC控制两个业务实体进行一次完整报文交互，并控制自动遍历报文网络损伤系统记录完整交互原始报文(仅第一次完整交互进行记录)；
步骤3：通过PC获取自动遍历报文网络损伤系统的覆盖度，检查报文损伤比例是否已经达到目标值，如果还没达到，则跳转到步骤2重复执行相同的业务。如果达到目标值或者未达到目标值但已经在连续指定次数完整交互后均无新增报文损伤模拟，则结束测试。
具体使用组网如附图1，具体处理流程如附图3。
附图说明
图1为本发明所述的自动实现对两个实体间所有交互报文进行网络损伤模拟的部署图。
图2为本发明所述的自动实现对两个实体间所有交互报文进行网络损伤模拟的系统模块组成示意图。
图3为本发明所述的自动实现对两个实体间所有交互报文进行网络损伤模拟的主处理流程图。
图4为本发明所述的待损伤报文和记录的原始报文比较的处理流程图。
Claims (7)
1.一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤的系统，其特征是部署在两个实体之间，通过自动记录两个实体间首次交互的所有报文，然后控制两个实体进行相同业务的反复交互，根据交互报文和原始报文比较结果进行对应网络损伤类型的模拟或直接透传，从而实现对两个实体间所有交互报文进行自动遍历网络损伤模拟的效果；系统包括报文接收/发送模块、原始报文记录模块、报文比较模块、损伤配置模块、损伤模拟模块、报文损伤标记模块、报文覆盖度统计模块，其中：
1)报文接收/发送模块负责以下功能：
接收外部系统发送过来的报文，并传递给原始报文记录模块、报文比较模块；从损伤模拟模块获取经过损伤模拟的报文或从报文比较模块获取无需损伤模拟的报文发送到外部系统；
2)原始报文记录模块负责以下功能：
解析接收自报文接收/发送模块的报文，记录报文特征和网络损伤配置；
3)报文比较模块负责以下功能：
解析接收自报文接收/发送模块的报文，和记录的原始报文记录进行比较，识别是否同一个报文以及是否已进行过损伤；
4)损伤配置模块负责以下功能：
设置需要模拟的网络损伤类型、报文网络损伤覆盖度、异常退出重试次数，其中网络损伤类型包括：有限的带宽、时延、丢包、抖动、乱序、重复报文、竞争流量、拥塞、误码；
5)损伤模拟模块负责以下功能：
按照配置的网络损伤类型修改报文构造网络损伤；
6)报文损伤标记模块负责以下功能：
根据实际损伤模拟的情况，对原始报文记录标记是否已经进行网络损伤；
7)报文覆盖度统计模块负责以下功能：
统计单个报文和所有报文各种损伤的覆盖情况，以及统计每个报文的异常重试次数。
2.如权利要求1所述的一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤的系统，其特征在于，原始报文记录模块通过自动遍历报文网络损伤系统提供开始记录和停止记录接口自动记录两个实体间首次交互的所有报文，记录报文特征包括：以太报文头、IP头、TCP/UDP头、Payload以及报文进入自动遍历报文网络损伤系统的顺序编号、自动遍历报文网络损伤系统对应接口编号、进出方向。
3.如权利要求1所述的一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤的系统，其特征在于，报文损伤标记模块在每个原始记录报文信息中增加网络损伤类型标记和是否已经损伤标记，网络损伤类型标记根据损伤配置进行设置，是否已经损伤标记根据实际损伤模拟情况设置。
4.如权利要求1所述的一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤的系统，其特征在于，报文比较模块对进入自动遍历报文网络损伤系统的报文和记录的原始报文进行比较，识别是否同一个报文的方法，包括：
1)精确匹配：通过和记录的原始报文内容进行逐字段精确匹配来识别是否同一个报文，用于报文内容固定不变的场景；
2)模糊匹配：通过计算待损伤报文内容和原始报文内容的相似度来识别是否同一个报文，用于报文内容携带少量随机信息的场景；
3)顺序匹配：不进行报文内容的比较，直接根据报文进入网络损伤工具的顺序进行匹配，用于报文内容被加密但交互顺序不变的场景。
5.如权利要求1所述的一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤的系统，其特征在于，报文覆盖度统计模块计算原始报文信息中的网络损伤类型标记和是否已经损伤标记，统计单个报文的各种网络损伤类型覆盖度，然后根据每个报文的损伤类型覆盖度，统计所有报文的各种网络损伤类型覆盖度。
6.如权利要求1所述的一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤的系统，其特征在于，损伤模拟模块在未达到指定覆盖度的情况下，两个实体间经过一次完整交互后无新增报文网络损伤模拟的，则开始记录异常重试次数，在未达到设置的异常重试次数之前，如果在记录过程中出现新增报文网络损伤模拟的，则异常重试次数归零。
7.一种实现自动对两个实体间所有交互报文进行遍历网络损伤模拟的方法，其特征在于采用权利要求1-6所述的一种实现自动遍历报文网络损伤系统，系统串接在两个实体间，系统启动后，通过PC连接到系统进行网络损伤配置，并启动原始报文记录；接着PC控制实体1和实体2发起业务交互，这时自动遍历报文网络损伤系统通过报文接收/发送模块接收到实体1和实体2的报文，然后报文转交给原始报文记录模块进行记录，待实体1和实体2之间的所有报文交互完成，停止原始报文记录；接着继续控制实体1和实体2反复发起相同的业务交互，这时自动遍历报文网络损伤系统将接收到的报文转给报文比较模块，对于判断为还未进行损伤的报文，就转给损伤模拟模块进行网络损伤构造，然后将带有损伤的报文转给报文接收/发送模块发送出去，同时由报文损伤标记模块记录损伤模拟情况，由报文覆盖度统计模块统计报文损伤覆盖情况，对于判断为已经进行损伤的报文，就直接转给报文接收/发送模块发送出去；当报文损伤覆盖度达到设置目标或异常重试次数达到设置阈值时，由PC控制实体1和实体2停止业务交互完成本次自动遍历报文网络损伤测试；在测试过程中，通过PC连到自动遍历报文网络损伤系统可以实时查看原始报文各种损伤类型覆盖情况。
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