คู่มือการทดสอบโปรโตคอล (ระดับ 2 และ 3)
โธมัส แฮมิลตัน
⚡ สรุปอย่างชาญฉลาด
การทดสอบโปรโตคอลเป็นการตรวจสอบวิธีการที่อุปกรณ์เครือข่ายแลกเปลี่ยนข้อมูลผ่านโปรโตคอล L2 และ L3 โดยจะตรวจสอบโครงสร้างแพ็กเก็ต ความสอดคล้อง ประสิทธิภาพ และความสามารถในการทำงานร่วมกันของสวิตช์ เราเตอร์ อุปกรณ์ VoIP และอุปกรณ์ไร้สายที่ผู้ผลิตต่างๆ ใช้ Ciscoจูนิเปอร์ และอัลคาเทล
ก่อนที่เราจะเรียนรู้เกี่ยวกับการทดสอบโปรโตคอล เรามาทำความเข้าใจพื้นฐานที่การทดสอบนี้สร้างขึ้นกันก่อน
โปรโตคอลคืออะไร?
เมื่อคอมพิวเตอร์สื่อสารกัน จะมีชุดกฎและเงื่อนไขทั่วไปที่แต่ละคอมพิวเตอร์ต้องปฏิบัติตาม กล่าวอีกนัยหนึ่ง โปรโตคอลเป็นตัวกำหนดวิธีการส่งข้อมูล transmitกฎเกณฑ์ที่ใช้ร่วมกันเหล่านี้กำหนดขึ้นระหว่างอุปกรณ์คอมพิวเตอร์และผ่านเครือข่าย หากไม่มีกฎเกณฑ์ที่ใช้ร่วมกันเหล่านี้ อุปกรณ์จากผู้ผลิตที่แตกต่างกันจะไม่สามารถแลกเปลี่ยนข้อมูลได้อย่างน่าเชื่อถือ
การทดสอบตามโปรโตคอลคืออะไร?
การทดสอบโปรโตคอล การทดสอบโปรโตคอลเป็นวิธีการตรวจสอบโปรโตคอลการสื่อสารในด้านการสวิตช์ การสื่อสารไร้สาย VoIP การกำหนดเส้นทาง และพื้นที่เครือข่ายที่คล้ายคลึงกัน เป้าหมายหลักของการทดสอบโปรโตคอลคือการตรวจสอบโครงสร้างของแพ็กเก็ตที่ส่งผ่านเครือข่ายโดยใช้เครื่องมือทดสอบโปรโตคอลโดยเฉพาะ เราเตอร์และสวิตช์ถูกนำมาใช้ในการทดสอบเพื่อเป็นส่วนประกอบของอุปกรณ์และผลิตภัณฑ์ที่กำลังทดสอบ
เมื่อเราได้นิยามหลักปฏิบัติแล้ว ตอนนี้เรามาพิจารณากันว่าเหตุใดระเบียบวินัยนี้จึงมีความสำคัญในเครือข่ายการผลิต
เหตุใดการทดสอบโปรโตคอลจึงมีความสำคัญ
เครือข่ายสมัยใหม่รองรับปริมาณงานที่สำคัญยิ่งยวด เช่น การโทรผ่าน VoIP ธุรกรรมทางการเงิน และการสตรีมวิดีโอ ข้อผิดพลาดของโปรโตคอลเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้การทำงานร่วมกันระหว่างผู้จำหน่ายหยุดชะงัก ทำให้แพ็กเก็ตสูญหาย หรือเปิดเผยช่องโหว่ด้านความปลอดภัย การทดสอบโปรโตคอลช่วยปกป้องคุณภาพโดยการตรวจสอบว่าการใช้งานโปรโตคอลแต่ละรายการตรงตามข้อกำหนด ปรับขนาดได้ภายใต้ภาระงาน และทำงานได้อย่างคาดการณ์ได้ในระหว่างเกิดข้อผิดพลาด
เมื่อเข้าใจแรงจูงใจแล้ว คำถามต่อไปคือ โปรโตคอลต่างๆ ถูกจัดประเภทอย่างไรในเครือข่ายจริง
โปรโตคอลการกำหนดเส้นทางและการกำหนดเส้นทาง
โปรโตคอลแบ่งออกเป็นสองประเภท: โปรโตคอลที่กำหนดเส้นทาง และ โปรโตคอลการกำหนดเส้นทาง.
- โปรโตคอลแบบกำหนดเส้นทาง: โปรโตคอลแบบกำหนดเส้นทางใช้สำหรับส่งข้อมูลผู้ใช้จากเครือข่ายหนึ่งไปยังอีกเครือข่ายหนึ่ง โดยจะส่งข้อมูลการใช้งานของผู้ใช้ เช่น อีเมล การเข้าชมเว็บไซต์ และการถ่ายโอนไฟล์ ตัวอย่างของโปรโตคอลแบบกำหนดเส้นทาง ได้แก่ IP, IPX และ AppleTalk
- โปรโตคอลการกำหนดเส้นทาง: โปรโตคอลการกำหนดเส้นทางเป็นโปรโตคอลเครือข่ายที่ใช้กำหนดเส้นทางสำหรับเราเตอร์ โดยจะใช้เฉพาะระหว่างเราเตอร์เท่านั้น ตัวอย่างเช่น RIP, IGRP และ EIGRP
ในแง่ง่ายๆ, เราเตอร์เปรียบเสมือนรถบัสที่ใช้ในการขนส่ง ในขณะที่โปรโตคอลการกำหนดเส้นทางเปรียบเสมือนสัญญาณบนท้องถนน
โปรโตคอลที่ใช้จะแตกต่างกันไปตามประเภทของการสื่อสาร บริษัทต่างๆ เช่น CiscoJuniper และ Alcatel ผลิตอุปกรณ์เครือข่าย เช่น เราเตอร์ โมเด็ม และจุดเชื่อมต่อไร้สาย ซึ่งใช้โปรโตคอลการสื่อสารที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น Cisco ใช้ EIGRP และ OSPF การทดสอบโปรโตคอลโดยพื้นฐานแล้วคือการตรวจสอบว่า EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Path First) หรือโปรโตคอลอื่นๆ ทำงานได้ตามมาตรฐานที่เกี่ยวข้องหรือไม่
ประเภทของโปรโตคอลคอมพิวเตอร์
ตารางด้านล่างแสดงรายการโปรโตคอลทั่วไปที่ผู้ทดสอบจะพบเจอในการทดสอบแบบใช้สาย
| ประเภทของโปรโตคอล | วัตถุประสงค์ของพิธีสาร |
|---|---|
| TCP / IP | ใช้เพื่อส่งข้อมูลในรูปแบบแพ็กเก็ตขนาดเล็กผ่านทางอินเทอร์เน็ต |
| ยูดีพี/ไอซีเอ็มพี | ใช้สำหรับส่งข้อมูลจำนวนเล็กน้อยในรูปแบบแพ็กเก็ตข้อมูลผ่านทางอินเทอร์เน็ต |
| POP3 และ SMTP | ใช้สำหรับส่งและรับเมล์ |
| โปรโตคอลการโอนถ่ายข้อมูลแบบไฮเปอร์เท็กซ์ | ใช้สำหรับถ่ายโอนหน้าเว็บ HTML ในรูปแบบเข้ารหัส เพื่อรักษาความปลอดภัยให้กับข้อมูลที่สำคัญ |
| FTP | ใช้สำหรับขนส่งไฟล์ผ่านเครือข่ายจากโหนดหนึ่งไปยังอีกโหนดหนึ่ง |
* TCP / IP - Transmission โปรโตคอลควบคุม/โปรโตคอลอินเทอร์เน็ต ยูดีพี/ไอซีเอ็มพี – ผู้ใช้เดตาแกรมโปรโตคอล / โปรโตคอลข้อความควบคุมอินเทอร์เน็ต, POP3 / SMTP – ระเบียบปฏิบัติของที่ทำการไปรษณีย์/แบบง่าย Mail โปรโตคอลการโอน HTTP – โปรโตคอลการถ่ายโอนข้อความไฮเปอร์ FTP – โปรโตคอลการถ่ายโอนไฟล์ (File Transfer Protocol)
โปรโตคอลเครือข่ายประเภทต่างๆ (L2 และ L3)
โมเดล OSI ประกอบด้วยเลเยอร์การสื่อสารเครือข่ายทั้งหมดเจ็ดเลเยอร์ โดยเลเยอร์ 2 (L2) และเลเยอร์ 3 (L3) มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการทดสอบโปรโตคอล
- ชั้นที่ 2 (L2): นี่คือเลเยอร์การเชื่อมโยงข้อมูล ที่อยู่ MAC, อีเธอร์เน็ต, โทเค็นริง และเฟรมรีเลย์ ล้วนเป็นตัวอย่างของเลเยอร์การเชื่อมโยงข้อมูล
- ชั้นที่ 3 (L3): ชั้นเครือข่าย (Network Layer) เป็นตัวกำหนดเส้นทางที่ดีที่สุดสำหรับการสื่อสารในเครือข่าย ตัวอย่างเช่น ที่อยู่ IP ก็เป็นตัวอย่างของชั้น L3
วิธีทำการทดสอบโปรโตคอล
- สำหรับการทดสอบโปรโตคอล คุณต้องมี เครื่องวิเคราะห์โปรโตคอลและเครื่องจำลอง.
- โปรแกรมวิเคราะห์โปรโตคอลช่วยให้มั่นใจได้ว่าการถอดรหัสเป็นไปอย่างถูกต้อง พร้อมทั้งวิเคราะห์การโทรและเซสชัน ส่วนโปรแกรมจำลองจะจำลองส่วนประกอบต่างๆ ขององค์ประกอบเครือข่าย
- โดยปกติ การทดสอบโปรโตคอลจะดำเนินการโดยใช้ DUT (Device Under Test) ที่เชื่อมต่อกับอุปกรณ์อื่นๆ เช่น สวิตช์และเราเตอร์ ซึ่งมีการกำหนดค่าโปรโตคอลเป้าหมายไว้ในอุปกรณ์นั้นแล้ว
- จากนั้น ผู้ทดสอบจะตรวจสอบโครงสร้างแพ็กเก็ตของแพ็กเก็ตที่ส่งมาจากอุปกรณ์ต่างๆ
- เครื่องมือนี้จะตรวจสอบความสามารถในการขยายขนาด ประสิทธิภาพ และพฤติกรรมของอัลกอริธึมโปรโตคอลของอุปกรณ์ โดยใช้เครื่องมือต่างๆ เช่น IxNetwork Scapyและ Wireshark.
ประเภทการทดสอบสำหรับการทดสอบโปรโตคอล
การทดสอบโปรโตคอลประกอบด้วยการทดสอบฟังก์ชันการทำงาน ประสิทธิภาพ โครงสร้างโปรโตคอล การทำงานร่วมกัน และอื่นๆ ในระหว่างการทดสอบโปรโตคอล จะมีการตรวจสอบพื้นฐานสามอย่าง
- ความถูกต้อง: เราได้รับพัสดุ X ตรงตามเวลาที่คาดไว้หรือไม่?
- แฝง: แพ็กเก็ตใช้เวลานานเท่าใดในการส่งผ่านระบบ?
- Bandwidth: เราสามารถส่งแพ็กเก็ตได้กี่แพ็กเก็ตต่อวินาที?
การทดสอบตามโปรโตคอลสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ๆ ได้แก่ การทดสอบความเครียดและความน่าเชื่อถือ และการทดสอบการทำงาน การทดสอบความเครียดและความน่าเชื่อถือครอบคลุมถึง... โหลดการทดสอบ, การทดสอบความเครียดและ การทดสอบประสิทธิภาพ. การทดสอบสมรรถนะ ซึ่งรวมถึงการทดสอบเชิงลบ การทดสอบความสอดคล้อง และการทดสอบความสามารถในการทำงานร่วมกัน
- การทดสอบความสอดคล้อง: โปรโตคอลที่นำมาใช้ในผลิตภัณฑ์จะได้รับการทดสอบเพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานต่างๆ เช่น IEEE และ RFC.
- การทดสอบการทำงานร่วมกัน: มีการทดสอบความสามารถในการทำงานร่วมกันระหว่างผู้จำหน่ายต่างๆ การทดสอบนี้จะดำเนินการหลังจากที่การทดสอบความสอดคล้องบนแพลตฟอร์มที่เกี่ยวข้องเสร็จสมบูรณ์แล้ว
- การทดสอบคุณสมบัติเครือข่าย: มีการทดสอบการทำงานของฟังก์ชันต่างๆ ในผลิตภัณฑ์เครือข่ายโดยอ้างอิงจากเอกสารการออกแบบ ตัวอย่างเช่น ฟังก์ชันต่างๆ อาจได้แก่ การรักษาความปลอดภัยของพอร์ตบนสวิตช์ หรือ ACL บนเราเตอร์
กรณีทดสอบตัวอย่างสำหรับการทดสอบโปรโตคอลของอุปกรณ์เครือข่าย
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างชุดกรณีทดสอบสำหรับเราเตอร์และสวิตช์
| ชื่อการทดสอบ | กรณีทดสอบ |
|---|---|
| หนึ่ง VLAN บนสวิตช์เดียว | สร้าง VLAN สองตัวที่แตกต่างกัน ตรวจสอบการมองเห็นระหว่างโฮสต์ใน VLAN ต่างๆ |
| VLAN สมมาตรสามชุดบนสวิตช์ตัวเดียว | สร้าง VLAN แบบไม่สมมาตรที่แตกต่างกันสามชุด ตรวจสอบการมองเห็นระหว่างโฮสต์ |
| Spanning Tree: การเปลี่ยนแปลงต้นทุนเส้นทางราก | ทดสอบว่าค่าใช้จ่ายของเส้นทางราก (Root Path Cost) เปลี่ยนแปลงอย่างไรหลังจากมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเครือข่าย (Topology) |
| Spanning Tree: การปิดกั้นพอร์ต | ตรวจสอบว่าโปรโตคอล Spanning Tree ป้องกันการเกิดวงจรในเครือข่ายและปิดกั้นลิงก์ที่ซ้ำซ้อนได้อย่างไร ในกรณีที่มี... VLAN เกินไป |
| Root Bridge ที่แตกต่างกันสำหรับ MSTI ที่แตกต่างกัน | แสดงให้เห็นว่า MSTI แต่ละตัวสามารถมี Root Bridge ที่แตกต่างกันได้ |
| ทัศนวิสัยระหว่างภูมิภาค STP ต่างๆ | เมื่อใช้ VLAN เดียวกัน ให้ตรวจสอบการมองเห็นระหว่างภูมิภาค STP ที่แตกต่างกัน |
| ประสิทธิภาพการสลับโทรศัพท์ | ทำการโทรออก 1000 ครั้ง แล้วตรวจสอบว่าระบบสวิตช์โทรศัพท์ยังคงทำงานอยู่หรือไม่ หรือประสิทธิภาพลดลง |
| ผลการทดสอบอุปกรณ์เป็นลบ | ป้อนรหัสไม่ถูกต้องและตรวจสอบการยืนยันตัวตน ผู้ใช้ไม่ควรได้รับอนุญาตให้เข้าถึง |
| ความเร็วของสาย | ตรวจสอบว่าอุปกรณ์ทำงานที่ความเร็ว 10 Gbps โดยใช้แบนด์วิดท์ที่มีอยู่ทั้งหมดเพื่อรองรับปริมาณการรับส่งข้อมูลขาเข้า |
| อัตราการสนทนาตามโปรโตคอล | Tracka การสนทนา TCP ระหว่างอุปกรณ์สองเครื่อง และตรวจสอบว่าอุปกรณ์แต่ละเครื่องทำงานได้อย่างถูกต้อง |
| เวลาตอบสนองสำหรับการเริ่มต้นเซสชัน | วัดเวลาตอบสนองของอุปกรณ์ต่อคำขอเชิญเพื่อเริ่มต้นเซสชัน |
เครื่องมือสำหรับการทดสอบโปรโตคอล
เรามาพูดคุยกันถึงเครื่องมือทดสอบที่สำคัญที่สุดที่ใช้ในการตรวจสอบโปรโตคอลกันเถอะ
1) Scapy สำหรับการประดิษฐ์บรรจุภัณฑ์
Scapy เป็นโปรแกรมจัดการแพ็กเก็ตแบบโต้ตอบที่มีประสิทธิภาพสูง ช่วยให้คุณสามารถ:
- สร้างแพ็กเก็ต
- ถอดรหัสแพ็กเก็ตบนเครือข่าย
- จับแพ็กเก็ตและวิเคราะห์
- แทรกแพ็กเก็ตเข้าไปในเครือข่าย
สรุปก็คือ Scapy โดยหลักแล้วทำหน้าที่สองอย่าง: รับคำตอบและส่งแพ็คเก็ตคุณกำหนดแพ็กเก็ต ระบบจะส่งแพ็กเก็ตเหล่านั้น รับคำตอบ จับคู่คำขอและคำตอบ และส่งคืนรายการคู่แพ็กเก็ตและรายการแพ็กเก็ตที่ไม่ตรงกัน
นอกจากนี้ยังสามารถจัดการงานอื่นๆ ได้อีกด้วย เช่น tracการกำหนดเส้นทางอิเล็กทรอนิกส์, การทดสอบหน่วย, การโจมตี, การค้นหาเครือข่าย, การพัฒนาping โปรโตคอลใหม่และการตรวจสอบ
Scapy ช่วยให้คุณสามารถเขียนได้ Python สคริปต์ที่ช่วยให้คุณสามารถทำงานต่างๆ เช่น การส่ง การรับ หรือการดักจับแพ็กเก็ต ตัวอย่างเช่น Scapy สามารถดักจับแพ็กเก็ตข้อมูลโดยใช้สายสั้นๆ Python สคริปต์ คำสั่งสำหรับเปิดโปรแกรมแก้ไขข้อความแสดงอยู่ด้านล่าง
#gedit scapysniff.py #!/usr/bin/env python from scapy.all import * a = sniff(count=10) a.nsummary() save, and change the mode of the file into an executable form #chmod +x scapysniff.py # ./scapysniff.py
มันจะตรวจสอบแพ็กเก็ตจำนวน 10 แพ็กเก็ต และเมื่อตรวจสอบครบ 10 แพ็กเก็ตแล้ว มันจะพิมพ์สรุปออกมา Scapy นอกจากนี้ยังมีชุดคำสั่งสำหรับส่งและรับแพ็กเก็ตพร้อมกันอีกด้วย
2) Wireshark เพื่อการวิเคราะห์
Wireshark เป็นเครื่องมือชั้นนำที่ใช้ในการวิเคราะห์การทดสอบโปรโตคอล ช่วยให้คุณสามารถจับแพ็กเก็ตแบบเรียลไทม์และแสดงผลในรูปแบบที่อ่านง่าย คุณสามารถเจาะลึกเข้าไปในปริมาณการรับส่งข้อมูลเครือข่ายและตรวจสอบแพ็กเก็ตแต่ละรายการโดยใช้การเข้ารหัสสีและตัวกรองได้
Wireshark ระบบจะดักจับแพ็กเก็ตข้อมูลที่ช่วยให้ระบุได้ว่าการเชื่อมต่อเริ่มต้นขึ้นเมื่อใด การถ่ายโอนข้อมูลเริ่มต้นขึ้นเมื่อใด และมีการส่งข้อมูลปริมาณเท่าใดในแต่ละครั้ง
Wireshark มีคุณสมบัติมากมาย ซึ่งรวมถึง:
- มีการตรวจสอบอย่างละเอียดถี่ถ้วนในหลายร้อยรายการ และมีการเพิ่มรายการใหม่ๆ เข้ามาตลอดเวลา
- การจับภาพสดและการวิเคราะห์ออฟไลน์
- การวิเคราะห์ VoIP ที่หลากหลาย
- โปรแกรมเรียกดูแพ็กเก็ตแบบสามบานหน้าต่างมาตรฐาน
- ใช้งานได้บนหลายแพลตฟอร์ม เช่น Windows, ลินุกซ์ และ macOS
- ข้อมูลเครือข่ายที่บันทึกไว้สามารถเรียกดูได้ผ่าน GUI
- รองรับการถอดรหัสสำหรับโปรโตคอลหลายประเภท เช่น IPsec, ISAKMP และ SSL/TLS
- สามารถอ่านข้อมูลแบบเรียลไทม์ได้จาก Ethernet, ATM, Bluetooth, USB และ Token Ring
- ผลลัพธ์สามารถส่งออกเป็นไฟล์ CSV, XML และข้อความธรรมดาได้
3) TTCN
TTCN เป็นภาษาทดสอบมาตรฐานสำหรับการกำหนดค่า สถานการณ์การทดสอบ และการนำไปใช้สำหรับการทดสอบโปรโตคอล ชุดทดสอบ TTCN ประกอบด้วยกรณีทดสอบจำนวนมากที่เขียนด้วยภาษาโปรแกรม TTCN และใช้สำหรับ การทดสอบระบบปฏิกิริยาหรือการทดสอบพฤติกรรม.
ตัวอย่างเช่น ลองนึกถึงเครื่องขายกาแฟอัตโนมัติที่จ่ายกาแฟเมื่อใส่เหรียญ 1 ดอลลาร์ แต่จะไม่ทำงานหากใส่เหรียญน้อยกว่า 1 ดอลลาร์ ในการเขียนโปรแกรมเครื่องจักรดังกล่าว จะใช้ TTCN-3 เพื่อให้เครื่องชงกาแฟทำงานเมื่อใส่เหรียญ คุณจะต้องเขียนส่วนประกอบ TTCN-3 ที่ทำงานเหมือนเครื่องชงกาแฟ ซึ่งจะช่วยให้คุณสามารถทดสอบได้ก่อนที่เครื่องชงกาแฟจริงจะวางจำหน่าย เมื่อเสร็จแล้ว คุณสามารถเชื่อมต่อชุดทดสอบ TTCN-3 กับอุปกรณ์ภายนอกได้
ระบบทดสอบส่งสิ่งเร้า (เหรียญดอลลาร์) และรับการตอบสนอง (กาแฟ) ตัวรับสิ่งเร้าจะรับสิ่งเร้าจากระบบทดสอบและส่งต่อไปยังระบบที่กำลังทดสอบ ตัวรับการตอบสนองจะรอการตอบสนองจากระบบที่กำลังทดสอบและส่งต่อไปยังระบบทดสอบ
TTCN-3 สามารถนำไปใช้ในหลากหลายสาขา เช่น:
- การสื่อสารเคลื่อนที่ (LTE, WiMAX, 3G)
- เทคโนโลยีบรอดแบนด์ (ATM, DSL)
- แพลตฟอร์มมิดเดิลแวร์ (เว็บเซอร์วิส, CORBA)
- โปรโตคอลอินเทอร์เน็ต (SIP, IMS, IPv6)
- สมาร์ทการ์ด
- ยานยนต์ (AutoSAR, MOST, CAN)
ใน TTCN คุณสามารถกำหนดค่าได้ดังนี้:
- ห้องทดสอบ
- กรณีทดสอบ
- ขั้นตอนการทดสอบ
- ตัวแปรที่ประกาศไว้
- ตัวจับเวลาที่ประกาศไว้
- หน่วยจ่ายไฟ (PDU) และอื่นๆ
TTCN สามารถบูรณาการเข้ากับระบบที่เขียนด้วยภาษาอื่นๆ เช่น ASN.1 ได้ XMLและ C/C++ภาษาหลักของ TTCN-3 มีให้เลือกทั้งในรูปแบบข้อความ รูปแบบตาราง รูปแบบกราฟ และรูปแบบการนำเสนอ
วิธีการนำการทดสอบโปรโตคอลไปใช้ในทางปฏิบัติ
ในการนำเทคนิคเหล่านี้ไปใช้กับโครงการจริง ให้กำหนดขอบเขตของโปรโตคอล (L2, L3 หรือสูงกว่า) ตั้งค่า DUT โดยต่อโปรแกรมจำลองและตัววิเคราะห์เข้าด้วยกัน ร่างกรณีทดสอบความสอดคล้องและกรณีทดสอบเชิงลบโดยอ้างอิงจากข้อกำหนด RFC หรือ IEEE จากนั้นทำการทดสอบความเครียด การทำงานร่วมกัน และการตรวจสอบความผิดปกติโดยใช้ AI ช่วยเหลือ บันทึกผลลัพธ์ลงใน Wireshark และทำซ้ำไปเรื่อยๆ จนกว่าพฤติกรรมของแพ็กเก็ตจะตรงตามมาตรฐาน
