CN1287577C - 自动检测协议不一致的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提供一种自动检测协议不一致的方法和装置，其中无需技术知识和复杂操作即可检测协议不一致。经由网络节点得到在终端之间传送或接收的分组，并计算关于所述分组的传送和接收状态的状态信息，以对应于根据通信协议的传送和接收控制的结果(连接信息计算部分)。同样，基于所述分组确定将被执行的传送和接收控制过程，并估计对应于所确定传送和接收控制过程被正常执行的处理结果的正常信息(正常信息计算部分)。根据由所述不一致信息定义的关系比较所述状态信息和正常信息(不一致比较确定部分)，以检测所述协议不一致。

Description

自动检测协议不一致的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种自动检测协议不一致的方法以及自动检测协议不一致的装置，尤其涉及一种在使用新通信装置时检测不一致所用的自动检测协议不一致的方法以及自动检测协议不一致的装置。
背景技术
近年来，由于互联网接入迅速增加，安装TCP/IP(传输控制协议/互联网协议)协议的各种计算机和通信设备已得到开发。同样，使用所述TCP/IP协议的新应用已被发展为提供更多类型的应用。由于安装所述TCP/IP协议的计算机与通信设备的种类增加，在安装所述TCP/IP协议中可能会发生更多的不一致。同样，尽管对于常规应用而言并不存在安装所述TCP/IP协议中的问题，但当其被用于新应用时，则可能会导致潜在不一致的可能性。换言之，在通信装置并不根据所述TCP/IP协议的技术规范执行操作时，或在因为诸如不正确使用应用的错误安装而无法在所述TCP/IP协议内执行预期通信过程时，或在因为常规使用中未假定的所述TCP/IP协议自身缺点或缺陷使预期通信过程无法在新应用内执行时，安装所述TCP/IP协议中的不一致可能会发生。
一种判断安装所述TCP/IP协议中的不一致的常规方法包括使用由tcpdump(参考非专利文件1)表示的协议分析器。图6示出了协议分析器8的原理框图。所述协议分析器8具有收集通过网络的分组的主要功能(网络接口8a、分组接收部分8b)。分组内的协议标题被在每个信息分隔符处翻译为可识别的文本数据(分组翻译部分8d)，并被输出在显示屏(显示屏输出部分8e)上，由此通过理解所述分组的内容来判断协议不一致。
此外，对于所述TCP，已建议了以tcptrace(参考非专利文件2)为代表的分析工具，以得到统计信息，例如传送数据量、重新传送数据量、吞吐量以及由诸如tcpdump的标准协议分析器收集的所保存分组数据的往返时间。这些统计信息被显示在显示屏上，并被用作协议不一致的判断材料。图7示出了分析工具9的功能框图。
(非专利文件1)
RFC2398 Some Testing Tools for TCP Implementors，(在线)，(2002年12月11日检索)，互联网< URL：http：//www.tcpdump.org>
(非专利文件2)
RFC2398 Some Testing Tools for TCP Implementors，(在线)，(2002年12月11日检索)，互联网< URL：http：//www.tcptrace.org>
但是，从所述协议分析器得到的翻译输出或从所述分析工具得到的统计信息不足以检测所述协议不一致。
换言之，所述协议分析器仅翻译每个在复式连接内传送或接收并同时收集的分组的标题。因此，在检测所述协议不一致时，需要复杂的操作以使每个分组与连接相关，并部分与来自所述翻译信息的协议固有顺序相关。
对于所述分析工具而言，处理所述协议分析器的所保存数据以提供统计值，例如传输数据量、重新传送数据量、吞吐量以及诸如每个连接的程序表的图表。但是，可在某种程度上证实异常的发生，却无法判断哪种处理不一致引起了所述异常。因此，为了基于所述分析工具指示的结果确定哪种处理不一致会被引起，需要大约在不一致可能发生时确定分组，并通过根据所述协议固有顺序检查分组配置内是否存在不一致来确定处理的不一致。此外，需要考虑协议的处理内容根据通信状态改变，因此需要一些技术知识和复杂操作来确定原因。
发明内容
根据上述问题，本发明的目的是提供一种协议不一致的自动检测方法，以及协议不一致的自动检测装置，其中无需技术知识和复杂操作即可检测所述协议不一致。
根据本发明，提供了一种在传送和接收控制过程中自动检测协议不一致的方法，所述传送和接收控制过程发生在传送和接收终端之间通信时，所述传送和接收终端根据预定通信协议执行至少一个传送和接收控制过程，所述方法包括：
计算步骤，通过得到在所述传送和接收终端之间通信时传送或接收的分组，计算关于所述分组的传送和接收状态的状态信息，以对应于根据所述通信协议的传送和接收控制的结果；以及
比较步骤，将在所述计算步骤内计算出的状态信息与表征所述至少一个传送和接收控制过程中不一致的不一致信息相比较；以及
估计步骤，基于根据所述通信协议在所述传送和接收终端中传送或接收的分组，指定将被执行的传送和接收控制过程，并估计对应于所述指定的传送和接收控制过程被正常执行的处理结果的正常信息；
其中所述不一致信息定义当存在所述不一致时在所述计算步骤内计算的状态信息与所述正常信息之间的关系，并且基于所述比较步骤的比较结果，检测其中发生所述不一致的传送和接收控制过程。
优选地，所述不一致信息定义了所述状态信息与预先为所述传送和接收控制过程中的不一致所确定的固定值之间的关系。
优选地，所述计算步骤还包括每当得到所述分组即更新所述状态信息，并且所述比较步骤还包括将在所述计算步骤内更新的最后状态信息与所述不一致信息相比较。
优选地，所述状态信息包括传送和接收分组的总量、分组大小的最大值或是最小值、直至接收到对所发送分组的响应分组时的往返时间。
根据本发明的另一个方面，提供了一种在传送和接收控制过程中自动检测协议不一致的装置，所述传送和接收控制过程发生在传送和接收终端之间通信时，所述传送和接收终端根据预定通信协议执行至少一个传送和接收控制过程，所述装置包括：
分组获得装置，用于获得将被在所述传送和接收终端之间通信时传送或接收的分组；
计算装置，基于由所述分组获得装置获得的分组，计算关于所述分组的传送和接收状态的状态信息，以对应于根据所述通信协议的传送和接收控制的结果；
比较装置，用于将由所述计算装置计算出的状态信息与表征所述至少一个传送和接收控制过程中不一致的不一致信息相比较，其中所述不一致消息被预先累积；以及
估计装置，所述估计装置根据所述通信协议，基于由所述分组获得装置获得的分组，指定将对于在所述传送和接收终端中获得的分组执行的传送和接收控制过程，以及估计对应于所述指定的传送和接收控制过程被正常执行的处理结果的正常信息；
其中所述不一致信息定义在存在所述不一致时由所述计算装置计算出的状态信息与所述正常信息之间的关系，并且基于所述比较装置的比较结果，检测其中发生所述不一致的传送和接收控制过程。
优选地，还包括分组过滤装置，基于所述分组获得装置获得的分组的标题信息仅选择所需分组，并将所需分组传送至所述计算装置。
附图说明
图1是解释根据本发明实施例的自动检测协议不一致装置的配置的方框图；
图2是用于解释使用根据所述实施例的自动检测协议不一致装置的网络的总体配置方框图；
图3用于解释在所述自动检测协议不一致装置内得到的分组；
图4用于解释在所述自动检测协议不一致装置中基于所述协议不一致自动检测装置内得到的分组计算或估计的信息；
图5是用于解释根据所述实施例的自动检测协议不一致方法的流程图；
图6是常规协议分析器的功能框图；以及
图7是常规分析工具的功能框图。
具体实施方式
以下将参照附图描述本发明的优选实施例。在以下的描述中，相同或类似的部分由各个图中的相同标号指示。
(协议不一致的自动检测装置的配置)
图1是用于说明根据本发明实施例的自动检测协议不一致的装置配置的方框图。
网络接口la具有与外部网络通信的功能。
分组接收部分lb具有接收到达所述网络接口la的分组的功能，其中如果有必要保存所述分组，则所述分组被传送到分组用于数据保留的分组保存/读取部分lk，或是除非有必要保存所述分组，否则所述分组被传送到分组过滤/分析部分lc。
所述分组保存/读取部分lk具有这样一种功能，即如果有必要保存在所述分组接收部分lb内接收的分组，则保存所述分组，或是如果所保存的分组数据经历不一致分析，则经由所述分组接收部分lb将所保存的分组数据传送到分组过滤/分析部分lc。
所述分组过滤/分析部分lc具有分析从所述分组接收部分lb接收的分组的标题信息，并放弃除了所需种类的分组之外的其它分组的功能，以及将所需种类分组的标题信息与有效负载信息传送到不一致比较确定部分lh和连接信息计算部分ld的功能。
所述连接信息计算部分ld具有经由所述分组过滤/分析部分lc接收所述分组的标题信息与有效负载信息，以及生成TCP连接信息并将该信息保存在连接信息保存部分le内的功能。
在此实施例中，所述TCP连接信息是通过得到在建立TCP连接时所传送或接收的分组计算的关于传送与接收状态的状态信息，以对应于根据TCP/IP协议的传送与接收控制的结果。在此实施例中，所述TCP连接信息是通过分析分组自身得到的，例如分组的标题信息、有效负载信息以及分组传送与接收事件的发生，且每次接收对应于所述连接的分组的标题信息和有效负载信息即更新所述TCP连接信息。所述TCP连接信息包括各个总值，例如传送分组量、重新传送分组量、SACK块的数量、最小分组大小、诸如最大重新传送间隔的吞吐量、诸如往返时间的各种估计值。
所述连接信息保存部分le具有保存在所述连接信息计算部分ld内生成的信息。
正常信息估计部分lf具有这样一种功能，即经由所述连接信息计算部分ld接收分组的标题信息与有效负载信息，基于所述分组的标题信息确定将在所述分组的传送源或传送目的地的传送或接收终端处执行的传送与接收控制过程，并估计正常信息，以对应于在所确定的传送与接收控制过程被正常执行时的处理结果。所述正常信息可能会包括诸如cwnd、ssthresh、srtt、rttvar的内变量，以及TCP的状态转移图内的状态估计值，所述的内变量被用于TCP在所述传送与接收终端内执行控制，从而通过建立TCP连接并根据TCP/IP协议执行传送与接收控制。所估计的正常信息被保存在所述正常信息保存部分lg。
所述正常信息保存部分lg具有保存在所述正常信息估计部分lf内估计的正常信息的功能。
不一致比较确定部分lh将所述分组过滤/分析部分lc的分析结果、保存在所述正常信息保存部分lg内的正常信息、保存在不一致信息保存部分li内的不一致信息与保存在所述连接信息保存部分le内的TCP连接信息相比较，以检测不一致发生的过程。比较与确定的结果被传送到确定结果输出部分lj。
所述的不一致信息保存部分11具有这样一种功能，即保存描述如上所知协议内至少一个过程中不一致的特征的信息。描述不一致的特征的数据的特殊实例包括关于TCP连接信息的条件公式、关于分组标题信息的条件公式以及其组合。所述关于TCP连接信息的条件公式可能是定义在TCP连接信息内保持的值与正常信息的估计值之间的大小关系的公式，或是如以下将描述的，在所述TCP连接信息是反常时该条件公式可能定义TCP连接信息的固定值与计算值之间的大小关系。同样，所述关于分组标题信息的条件公式可能涉及分组自身配置内的定义错误分组配置的不一致。
所述确定结果输出部分lj具有输出来自所述的不一致比较确定部分lh的确定结果的功能。
(协议不一致的自动检测装置以及协议不一致的自动检测方法的实例)
以下将描述一种用于检测不执行用于拥塞控制的“快速重新传送/快速恢复”算法(RCF2581TCP拥塞控制)的不一致的方法，作为借助图1的协议不一致自动检测装置检测不一致的一个实例，所述拥塞控制是借助TCP的分组传送与接收控制中的一种。
图2示出了使用根据此实施例的协议不一致自动检测装置的网络的全面配置。
服务器21经由路由器23、互联网I与路由器24与客户机22通信。所述服务器21具有不正常执行“快速重新传送/快速恢复”算法的不一致。
协议不一致的自动检测装置1与所述服务器21连接至相同的以太网(注册商标)部分，能够接收所有由所述服务器21传送或接收的分组。
所述连接信息计算部分ld处理统计值snd_uma与snd_max。统计值snd_uma是由所述服务器21确认的数据段的值，而统计值snd_max是指示从所述服务器21传送的数据段的最大序列号的统计值。因此，(snd_max-snd_uma)的统计值得出对应于在正常时间内所述服务器21中拥塞控制过程的结果的值。
所述正常信息估计部分lf每次在接收传送到所述服务器21的分组时即根据“快速重新传送/快速恢复”算法估计cwnd与ssthresh，并以snd_cwnd和snd_ssthresh将它们保存在所述正常信息保存部分lg。
所述正常信息保存部分lg如所述正常信息一样处理snd_cwnd和snd_ssthresh。
所述的不一致信息保存部分li保持条件公式(1)，所述条件公式描述不执行“快速重新传送/快速恢复”算法的不一致的特征。
(snd_max-snd_uma)＞snd_cwnd    ...(1)
当保存在所述的不一致信息保存部分li内的所述条件公式(1)得到满足时，所述的不一致比较确定部分lh显示观察到不精确执行“快速重新传送/快速恢复”算法的不一致的指示。
在所述正常信息保存部分lg内的snd_cwnd为43800且snd_ssthresh为65535的情况下，如果以估计值正确的状态接收图3所示的分组，则如图4所示改变snd_max、snd_uma、(snd_max-snd_uma)以及snd_cwnd。
在安装“快速重新传送/快速恢复”算法的正常服务器21的TCP内，每次在接收新ACK时即增加定义拥塞窗口大小的内变量cwnd的值。如果接收三个复制ACK(归因于拥塞的分组丢失被证实)，则cwnd变为先前值的一半，并被增加三段。对于多达两个的复制ACK，并不更新cwnd。在这种控制下，拥塞时的分组传送数量得到控制。
在15:37:21时的ACK接收P1 667007与在15:37:21的ACK接收P2 697003是复制ACK接收，其中对于这些ACK接收，不会在正常TCP中更新cwnd，如图4所示。
在15:37:21时的ACK接收P3 727007是第三个复制ACK接收，对于该ACK接收P3，cwnd变为先前值的一半，并被增加三段。对于后续复制ACK，每次在接收复制ACK时即增加一段。
根据正常算法的cwnd的估计值snd_cwnd在ACK接收P1与ACK接收P2时并不改变，但在ACK接收P3时被更新为先前值的一半+三段(46720/2+1460×3＝27740)。因此，对于每个复制ACK接收P4、P5、P6，以一段增加估计值snd_cwnd，如29200、30600、32120。
相反，(snd_max-snd_uma)随着两个复制ACK接收P1与P2增加(值45260，46720)，在第三复制ACK接收P3时并不减少(值46720)，并随着后续复制ACK接收P4，P5，P6..增加(值48180，49640，51100，..)。
因此，所述条件公式(1)从15:37:21时的ACK接收P3727007开始成立，从而使得所述确定结果输出部分lj显示观察到不精确执行“快速重新传送/快速恢复”算法的不一致的指示。
图5示出了此实例内实施的协议不一致自动检测方法的流程图。以下将参照图2和5描述协议不一致的自动检测方法。
在图5内，在步骤S101中，所述协议不一致的自动检测装置1得到在服务器21与客户机22之间传送或接收的分组，并计算关于分组的传送与接收状态的状态信息，以对应于根据TCP的传送与接收控制的结果，即在此实例中的snd_max和snd_uma。
在步骤S102中，所述协议不一致的自动检测装置1估计snd_cwnd，以对应于基于所述服务器21内传送或接收的分组并根据TCP执行的拥塞控制过程得以正常执行的处理结果。
在步骤S103中，将步骤S101中计算的状态信息(snd_max、snd_uma)与描述拥塞控制过程的不一致的特征的不一致信息相比较，以检测不一致。此处，对于不一致信息而言，定义步骤S101中计算的状态信息与步骤S102中估计的正常信息，从而执行比较以确定所述条件公式(1)是否得到满足。
在服务器21与客户机22之间的通信中重复从步骤S101到步骤S103的过程。
(检测协议不一致的特殊实例)
除了以上实例之外，还提供了检测协议不一致的下述实例。
例如，以下的不一致是通过计算连接时被传送或接收的分组的捕获时间来检测的。例如，存在这样一种不一致，即在从HTTP连接过程(超文本传送协议)内建立从客户机的TCP到服务器的连接之后两秒传送HTTP GET请求分组。通常，所述HTTP GET请求分组在建立TCP连接之后被立即传送。
在这种情况下，以下述方式检测所述的不一致。
首先，协议不一致自动检测装置的连接信息计算部分检测连接有效开启的建立，并记录其连接建立时间。换言之，检测三个分组，包括从客户机到服务器的SYN分组、从服务器到客户机的响应ACK+SYN分组以及再次从客户机到服务器的ACK分组。每次得到所述分组时必需得到或更新的信息被预先登记在所述连接信息计算部分内。
然后，检测从客户机传送到服务器的第一分组，并记录第一数据传输时间。
然后，所述的不一致比较确定部分基于定义条件公式(2)的不一致信息做出比较和确定，从而检测HTTP连接过程中的不一致。在得到或更新第一数据传输时间时，或每次在得到所述分组时，执行所述比较与确定。
(第一数据传输时间-连接建立时间)＞2秒    ..(2)
同样，下述的不一致也可得到检测。例如，TCP的重新传送过程与这样一种不一致相关，即归因于超时的重新传送的初始值变为60秒。通常，在执行重新传送过程的通信装置内测量往返时间，并且基于所测量的往返时间连续测量超时值，从而使得超时间隔不会被设置为60秒。
在这种情况下，例如以下述方式检测重新传送过程中的不一致。
如果所述连接信息计算部分得到传输数据段，则记录传输时间。
然后，如果所述连接信息计算部分得到归因于超时而重新传送的传输分组，则记录重新传送时间。
然后，如果基于不一致信息通过从传输时间减去重新传送时间计算的重新传送间隔为60秒，则不一致比较确定部分确定不一致。
此外，根据关于在连接时传送或接收的分组配置的不一致信息检测下述不一致。例如，存在这样一种不一致，即TCP标题的选项子段内的填充字符长于所需长度(例如，当将在所述选项字段内设置的信息并未被设置时)。通常，由于设置所述选项数据，所述TCP选项字段内的填充字符为3字节或更少。
在这种情况下，以下述方式检测不一致。
首先，所述连接信息计算部分或分组过滤/分析部分分析TCP标题的选项字段，并计算所述选项数据占用的字节数量。
然后，所述的不一致比较确定部分确定不一致，且如果通过从所述选项字段内的字节总数中减去由所述选项数据占用的字节数而计算的未使用区域内的字节数量是4字节或更多，则显示警告。
如上详细描述，借助根据本发明权利要求1的自动检测协议不一致方法以及根据本发明权利要求6的自动检测协议不一致装置，可以通过比较描述根据预定协议执行的至少一个处理中不一致的特征的数据与对应于不一致数据的实际通信状态，确定不一致发生时的处理，而无需执行复杂的操作。
借助根据本发明权利要求2的自动检测协议不一致方法以及本发明权利要求7的自动检测协议不一致装置，由于将根据所述协议预定的正常处理的估计值与对应于估计值的实际分组的传送和接收状态相比较，所以可更为准确并广泛地检测协议的不一致。同样，由于所述实际分组被用于输入，因此可依据通信状态检测其中控制内容改变的不一致。

Claims (6)

1、一种在传送和接收控制过程中自动检测协议不一致的方法，所述传送和接收控制过程发生在传送和接收终端之间通信时，所述传送和接收终端根据预定通信协议执行至少一个传送和接收控制过程，所述方法包括：
计算步骤，通过得到在所述传送和接收终端之间通信时传送或接收的分组，计算关于所述分组的传送和接收状态的状态信息，以对应于根据所述通信协议的传送和接收控制的结果；以及
比较步骤，将在所述计算步骤内计算出的状态信息与表征所述至少一个传送和接收控制过程中不一致的不一致信息相比较；以及
估计步骤，基于根据所述通信协议在所述传送和接收终端中传送或接收的分组，指定将被执行的传送和接收控制过程，并估计对应于所述指定的传送和接收控制过程被正常执行的处理结果的正常信息；
其中所述不一致信息定义当存在所述不一致时在所述计算步骤内计算的状态信息与所述正常信息之间的关系，并且基于所述比较步骤的比较结果，检测其中发生所述不一致的传送和接收控制过程。
2、根据权利要求1的自动检测协议不一致的方法，其中所述不一致信息定义了所述状态信息与预先为所述传送和接收控制过程中的不一致所确定的固定值之间的关系。
3、根据权利要求1的自动检测协议不一致的方法，其中所述计算步骤还包括每当得到所述分组即更新所述状态信息，并且
所述比较步骤还包括将在所述计算步骤内更新的最后状态信息与所述不一致信息相比较。
4、根据权利要求1的自动检测协议不一致的方法，其中所述状态信息包括传送和接收分组的总量、分组大小的最小值、直至接收到对所传送分组的响应分组时的往返时间。
5、一种在传送和接收控制过程中自动检测协议不一致的装置，所述传送和接收控制过程发生在传送和接收终端之间通信时，所述传送和接收终端根据预定通信协议执行至少一个传送和接收控制过程，所述装置包括：
分组获得装置，用于获得将被在所述传送和接收终端之间通信时传送或接收的分组；
计算装置，基于由所述分组获得装置获得的分组，计算关于所述分组的传送和接收状态的状态信息，以对应于根据所述通信协议的传送和接收控制的结果；
比较装置，用于将由所述计算装置计算出的状态信息与表征所述至少一个传送和接收控制过程中不一致的不一致信息相比较，其中所述不一致消息被预先累积；以及
估计装置，所述估计装置根据所述通信协议，基于由所述分组获得装置获得的分组，指定将对于在所述传送和接收终端中获得的分组执行的传送和接收控制过程，以及估计对应于所述指定的传送和接收控制过程被正常执行的处理结果的正常信息；
其中所述不一致信息定义在存在所述不一致时由所述计算装置计算出的状态信息与所述正常信息之间的关系，并且基于所述比较装置的比较结果，检测其中发生所述不一致的传送和接收控制过程。
6、根据权利要求5的自动检测协议不一致的装置，还包括分组过滤装置，基于所述分组获得装置获得的分组的标题信息仅选择所需分组，并将所需分组传送至所述计算装置。
CNB2003101205994A 2002-12-16 2003-12-15 自动检测协议不一致的方法和装置 Expired - Fee Related CN1287577C (zh)

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