移动IPv6互操作性测试的设计与实现-

1、 移动IPv6互操作性测试的设计与实现张从辉,黄小红,马严北京邮电大学信息网络中心,北京 (100876E-mail:zhangch1208摘要:移动IPv6协议是IPv6协议族中一个非常重要的协议,对其进行互操作性测试有助于协议的完善,发现协议实现中存在的错误,从而保证不同厂商产品之间的正确协作。本文简单介绍了协议互操作性测试的基本理论,提出了关于移动IPv6协议互操作性的测试方法,并针对两种不同的协议实现MIPL和SHISA设计了互操作性测试方案,最后给出了测试结果以及分析。关键词:协议测试;移动IPv6;互操作性测试中图分类号:TP393.061.引言近年来,以Internet为代表的信

2、息技术飞速发展,Internet逐步走出其原有的军事、科研、教育领域,深入到人们的日常生活中。另一方面,随着移动通信技术的迅猛发展,手机、笔记本电脑、掌上电脑等移动通信设备的广泛应用,用户希望能通过这些移动通信设备,随时随地甚至在移动中也能接入Internet。为此,IETF于1996年通过了移动IP标准草案,并公布了建议标准,对移动IP的发展起到了关键性作用。随着IPv4向IPv6逐步过渡,IETF也着手制定了新的移动IPv6协议1。目前已经有很多学校、组织和公司实现了各自的移动IPv6协议实现。例如芬兰赫尔辛基大学开发的MIPL2,日本的SHISA3等。这些不同的协议实现是否和标准相符合,

3、以及它们之间是否能够协调工作,成为了制约协议使用的瓶颈问题。因此对现有的移动IPv6协议实现进行一致性测试和互操作性测试成为解决这些问题的有效方式。然而现有的大部分协议测试例主要是针对老版本的移动IPv6协议,随着新版本移动协议的产生,旧的测试例已不能适应新的测试需要。为此我们选择MIPL和SHISA作为被测实现,并设计了新的测试例,对其进行互操作性测试。2.移动IPv6协议概述移动IPv6协议主要保证移动节点能在以IPv6为基础的下一代互联网中能自由的移动,并且保持一直可达。它由移动IPv4发展而来,继承了移动IPv4的许多概念,包括移动节点、家乡代理、通信对端、家乡地址和转交地址等,但移动

4、IPv6中取消了外地代理的概念。在移动IPv6协议体系中,不管其当前接入链路在何处,移动节点拥有唯一的网络标识“家乡地址”。当移动节点处于其家乡网络时,移动节点与普通IPv6网络节点一样正常地使用其家乡地址与外界通信。当移动节点移动到其家乡网络之外的时候,移动节点会获得转交地址,转交地址指明了移动节点当前的接入链路,移动节点还会申请其家乡网络中的家乡代理绑定其家乡地址和转交地址。绑定之后,发往移动节点的家乡地址的IP数据报将会被家乡代理通过隧道的方式透明的路由到移动节点的转交地址,上层协议不会有任何察觉。而当移动节点向通信对端发送绑定更新时,通信对端采用返回路径可达过程来验证绑定更新的可靠性。

5、由于移动IPv6不是通过修改面向连接的协议(如TCP来保持移动节点的连结,而是通过对IP层地址的处理来实现这一目标,因此对于传输层来说,移动节点的位置改变完全是 透明的。移动IPv6使用移动节点的特定地址来建立和保持连接,无论移动节点如何改变位置和地址,连接都会保持,这也是移动IPv6协议的突出优点4。3.协议互操作性测试简介互操作性测试评价被测实现与相连接相似实现之间在网络操作环境中是否能够正确的交互并且完成协议标准中规定的功能,从而确定被测设备是否支持所需要的功能。它实际上是将一致性测试中所用的一致的协议实现软件替换成需要与之互通互操作的来自不同机构的协议实现,选择一些重要且典型的互连方式

6、配置,观察两个不完全一致的协议实现是否能够按照预期正常工作。互操作性测试通常用于研发阶段多厂商准正式测试或者运营商的选型测试,从而提供重要的互通信息。互操作性测试基于用户期望的功能,并由用户控制并观察测试结果,用户可以是人工操作也可以是软件操作。互操作性测试主要关注设备功能,而并不关心协议细节。互操作性测试主要包括两个部分:开发互操作性测试规范和具体互操作性测试过程。开发互操作性测试规范的过程通常由进行互操作者根据关注测试功能要点进行制定,该步骤是互操作性测试中最重要的部分。具体互操作性测试过程和一致性测试过程类似,同样包括三个步骤:测试准备、具体测试、测试报告5。4.移动IPv6协议的互操作

7、性测试4.1 测试工具互操作性测试所使用的主要测试工具是“ping”、“traceroute”命令以及一些网络抓包工具,例如Ethereal。同时,我们还需要检查测试中所涉及到的家乡代理和通信对端的绑定缓存,以及不同家乡代理的家乡代理列表。“ping”命令发送一些ICMP Echo Request数据包并且等待相应的ICMP Echo Reply数据包。而“traceroute”命令会给出从一台主机至另一台主机之间经过的路由以及该路径上每两台相邻主机之间的时间延迟。4.2 测试框架移动IPv6协议中包括以下三个角色实体:z移动节点(Mobile Node,简称MN:可以从一个链路移动到另一个链

8、路,并且通过其家乡地址保持始终可达。z通信对端(Correspondent Node,简称CN:移动节点与之通信的对等节点,通信对端可以是移动的也可以是静止的。z家乡代理(Home Agent,简称HA:移动节点家乡链路上的一个特殊的路由器,移动节点向其注册自己当前的转交地址。当移动节点远离家乡链路时,家乡代理会截取发往移动节点家乡地址的数据包,封装它们,并通过隧道发送给移动节点已经注册的转交地址。对于外地链路的选取我们有两种不同的方法:外地链路和家乡链路处于同一个站点,但是外地链路有不同的网络前缀,如下图所示: 图1 外地链路和家乡链路处于不同站点或者外地链路和家乡链路处于不同的站点,如下图

9、所示: 外地链路和家乡链路处于同一个站点 本实验中,我们采取第二种方法,即外地链路和家乡链路处于同一个站点,只是网络前缀不同。这样对于测试过程的描述并没有影响。4.3 测试例的选取试验选取的测试例为移动IPv6中的一个重要功能“通信对端绑定以及路由优化”。当移动节点和通信对端需要通信时,分两种情况:一种情况,通信对端首先发起通信请求,移动节点发现通信对端的IP数据报是由其家乡代理通过隧道发送过来的;另一种情况,移动节点首先发起通信请求,移动节点直接以其转交地址向通信对端发送通信请求,而通信对端如果没有移动节点的当前转交地址的绑定,会返回通知移动节点不承认它当前的转交地址。在这两种情况下,移动节

10、点都会向通信对端发起通信对端绑定(correspondent binding请求,如图3所示,通信对端在接到通信对端绑定请求,认证其合法性后发送绑定确认应答。通信对端绑定之后,通信对端CN再向移动节点发送IP数据报时就不再向移动节点的家乡链路发送了,而是直接发往移动节点的转交地址。这一过程也被称为路由优化(Routing Optimization。 图3 通信对端绑定注册过程4.4 测试环境下图为实验中采用的移动IPv6拓扑图。它包括以下几个部分:(1家乡代理:使用SHISA 协议栈作为安装其上的被测协议实现,启动后它将会获得一个任播地址;(2移动节点:使用MIPL 协议栈作为安装其上的被测协

11、议实现,从而区别于家乡代理上安装的协议实现,达到互操作性测试的目的,初始时,其处于外地链路,且未向家乡代理绑定;(3通信对端:通信对端上也安装了SHISA 协议实现,用于完成移动节点对其绑定以及路由优化过程,它处于不同于家乡代理和移动节点所在链路的另一条链路。 图4 测试环境拓扑图在测试初始时,移动节点必须配置自己的家乡地址并在配置文件里写入其家乡代理的全球单播地址,同时还必须清除和移动节点相关的家乡代理以及通信对端的绑定缓存。移动节点(MN 通信对端(CN 4.5 测试步骤“通信对端绑定以及路由优化”过程包括了家乡绑定、返回路径可达、通信对端绑定以及路由优化几个功能,具体的测试过程如下所示:

12、(1启动MN以及MN上的移动IPv6功能。此时MN获得转交地址(Care-of-Address并向HA发送绑定更新(Binding Update数据包。(2HA在MN的家乡链路上执行重复地址检测(DAD功能,并以MN的身份向家乡链路上的所有节点发送路由广播,如果DAD过程成功,HA向MN返回绑定确认(Binding Acknowledgement数据包。(3使用“ping”命令从CN向MN发送一系列“Echo Request”数据包,此时这些数据包通过HA以隧道的方式发送给MN。(4MN初始化一个在它和CN之间的返回路径可达过程,用以确保MN的转交地址和其家乡地址是可到达的。(5MN向CN注册

13、以完成通信对端绑定,若绑定成功则CN和MN之间可以直接通信,不必再经由HA,从而完成路由优化过程。4.6 测试结果及分析下表为测试结果报告,在本测试中,测试的结果主要看“通信对端绑定以及路由优化”过程中的各个功能是不是都能正确实现,即各个功能中HA、MN和CN之间相互交互的数据包以及数据包的格式是不是和标准符合。表1 测试报告测试报告名称MN和CN之间的路由优化过程分组通信对端绑定和路由优化目的验证移动节点和通信对端之间的路由优化过程测试过程HA0 MN0 CN0| | |<- | | Binding Update|-> | | Binding Acknowledgement| |

14、 | => | <-| ICMP Echo Request| <=|-> | ICMP Echo Reply| | | <=| -> | Home Test Init| | -> | Care-of Test Init| | <- | Care-of Test| => | <- | Home Test| | | | -> | Binding Update| | <- | Binding Acknowledgement| | | | <- | ICMP Echo Request | | -> | ICMP Ech

15、o Reply 测试标准 1. MN0 向 HA0 发送 BU 数据包， HA0 收到后向 MN0 返回 BA 数据包， 包中的状态位字 BA 段应为 0 。 2. 从另一外地链路上的 CN0 向 MN0 的家乡地址发送一系列的 Echo Request 数据包， HA0 将截取这些数据包并通过隧道将其转发给 MN0 的转交地址， MN0 返回的 Echo Reply 数 据包同样要经由 HA0。 3. MN0 向 CN0 发送 Home and Care-of Test Init 数据包, Home Test Init 包通过反向隧道经由 HA0 传给 CN0，而 Care-of Test

16、Init 数据包直接发送给 CN0。 4. CN0 向 MN0 分别返回 Home Test 数据包和 Care-of Test 数据包， 其中 Home Test 数据包 将经过 HA0 由隧道传给 MN0，而 Care-of Test Init 直接发送给 MN0。 5. MN0 向 CN0 发送 BU 数据包，CN0 向 MN0 返回 BA 数据包，该 BA 的状态位字段应该 为 0。 6. 此时 CN0 将直接向 MN0 的转交地址发送数据包。 7. 检查 HA0 和 CN0 的绑定缓存，将分别有对应于 MN0 家乡地址的绑定条目。 测试结果 1. 通过 2. 通过 3. 通过 4.

17、通过 5. 通过 6. P 通过 7. 通过 5. 结论 本文给出了移动 IPv6 协议实现 MIPL 和 SHISA 之间进行互操作性测试的过程，测试选 取的协议功能为“通信对端绑定以及路由优化”。 通过分析测试结果， 我们可以得出如下结论： 移动 IPv6 协议实现 MIPL 和 SHISA 之间的互通性良好，可以很好的完成通信对端绑定和路 由优化功能。 -6- 参考文献 1 2 3 4 5 RFC3775Mobility Support in IPv6 SJun. 2004 MIPL, Mobile IPv6 for Linux, 2005 SHISA Mobile IPv6, 2005

18、 蒋亮，郭健下一代网络移动 IPv6 技术 M，北京：机械工业出版社，2005 落红卫协议测试技术分析 J电信网技术，2007，第 3 期 The Design and Implementation of Interoperability Testing of MIPv6 Zhang Conghui, Huang Xiaohong, Ma Yan Information Network Center of Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing (100876 Abstract Mobile IPv6 protocol is a very import