Підручник з тестування протоколів (L2 та L3)

Перш ніж ми дізнаємося про тестування протоколів, давайте розберемося з фундаментом, на якому воно базується.

Що таке протокол?

Коли комп’ютери взаємодіють один з одним, існує спільний набір правил та умов, яких повинен дотримуватися кожен комп’ютер. Іншими словами, протоколи визначають, як дані передаються. transmitміж обчислювальними пристроями та через мережі. Без цих спільних правил пристрої різних постачальників не могли б надійно обмінюватися трафіком.

Що таке тестування протоколів?

Тестування протоколу – це метод перевірки протоколів зв'язку в сферах комутації, бездротового зв'язку, VoIP, маршрутизації та подібних мережевих областях. Основною метою тестування протоколів є перевірка структури пакетів, що надсилаються мережею, за допомогою спеціалізованих інструментів тестування протоколів. Маршрутизатори та комутатори використовуються під час тестування як частини пристроїв та продуктів, що тестуються.

Тепер, коли ми визначили практику, давайте розглянемо, чому ця дисципліна важлива у виробничих мережах.

Чому тестування протоколів важливе

Сучасні мережі виконують критично важливі робочі навантаження, такі як VoIP-дзвінки, фінансові транзакції та потокове відео. Одна помилка протоколу може порушити сумісність між постачальниками, втратити пакети або виявити прогалини в безпеці. Тестування протоколів гарантує якість, перевіряючи, чи кожна реалізація протоколу відповідає своїй специфікації, масштабується під навантаженням і поводиться передбачувано під час збоїв.

Зрозумілою мотивацією, наступним питанням є те, як протоколи класифікуються в реальних мережах.

Маршрутизація та протоколи маршрутизації

Протоколи поділяються на дві категорії: маршрутизовані протоколи та протоколи маршрутизації.

• Маршрутизовані протоколи: Маршрутизовані протоколи використовуються для надсилання даних користувачів з однієї мережі до іншої. Вони передають трафік користувачів, такий як електронна пошта, веб-трафік та передача файлів. Прикладами маршрутизованих протоколів є IP, IPX та AppleTalk.
• Протоколи маршрутизації: Протоколи маршрутизації – це мережеві протоколи, що визначають маршрути для маршрутизаторів. Вони використовуються лише між маршрутизаторами. Прикладами є RIP, IGRP та EIGRP.

Прості слова Маршрутизатор схожий на автобус, який використовується для транспортування, тоді як протоколи маршрутизації – це сигнали на дорозі.

Залежно від типу зв'язку використовуються різні протоколи. Такі компанії, як Cisco, Juniper та Alcatel виробляють мережеві пристрої, такі як маршрутизатори, модеми та точки бездротового доступу, які використовують різні протоколи для зв'язку. Наприклад, Cisco використовує EIGRP та OSPF. Тестування протоколу, по суті, перевіряє, чи працює EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Path First) або будь-який інший протокол відповідно до його відповідного стандарту.

Типи комп'ютерних протоколів

У таблиці нижче наведено найпоширеніші протоколи, з якими тестер зіткнеться під час роботи з мережею.

* TCP / IP - Transmission Протокол керування/Інтернет-протокол, UDP/ICMP – Протокол дейтаграм користувача/Протокол керуючих повідомлень Інтернету, POP3 / SMTP – Протокол поштового відділення/Простий Mail Передавальний протокол, HTTP – протокол передачі гіпертексту, Ftp – Протокол передачі файлів.

Різні типи мережевих протоколів (L2 та L3)

Модель OSI має загалом сім рівнів мережевого зв'язку, з яких рівень 2 (L2) та рівень 3 (L3) є дуже важливими для тестування протоколів.

• Шар 2 (L2): Це канальний рівень. MAC-адреса, Ethernet, Token Ring та Frame Relay – все це приклади канального рівня.
• Шар 3 (L3): Саме мережевий рівень визначає найкращий доступний шлях у мережі для зв'язку. IP-адреса є прикладом L3.

Як провести тестування протоколу

• Для тестування протоколу вам знадобиться аналізатор протоколів та симулятор.
• Аналізатор протоколів забезпечує правильне декодування разом з аналізом викликів та сеансів. Симулятор моделює різні сутності мережевого елемента.
• Зазвичай тестування протоколів виконується за допомогою DUT (пристрою, що тестується), підключеного до інших пристроїв, таких як комутатори та маршрутизатори, з налаштованим на ньому цільовим протоколом.
• Після цього тестер перевіряє структуру пакетів, надісланих пристроями.
• Він перевіряє масштабованість, продуктивність та поведінку алгоритму протоколу пристрою за допомогою таких інструментів, як IxNetwork, Scapy та Wireshark.

Типи тестування для тестування протоколу

Тестування протоколів включає тестування функціональності, продуктивності, стеку протоколів, сумісності тощо. Під час тестування протоколів виконуються три основні перевірки.

• Правильність: Чи отримуємо ми пакет X, коли очікуємо?
• Затримка: Скільки часу потрібно пакету, щоб пройти через систему?
• Пропускна здатність: Скільки пакетів ми можемо надсилати за секунду?

Тестування протоколів можна розділити на дві широкі категорії: стрес-тести та тести надійності, і функціональні тести. Стрес-тести та тести надійності охоплюють Тестування навантаження, Стрес-тестування та Тестування продуктивності. Функціональне тестування включає негативне тестування, тестування на відповідність та тестування на сумісність.

• Тестування відповідності: Протоколи, що реалізуються на продуктах, перевіряються на відповідність таким стандартам, як IEEE та RFC.
• Тестування сумісності: Тестується сумісність для різних постачальників. Це тестування проводиться після завершення тестування на відповідність на відповідній платформі.
• Тестування мережевих функцій: Функціональність мережевих продуктів тестується з урахуванням проектної документації. Наприклад, такими функціями можуть бути захист портів на комутаторі або ACL на маршрутизаторі.

Зразки тестових випадків для тестування протоколів мережевих пристроїв

Ось приклад набору тестових випадків для маршрутизаторів та комутаторів.

Інструменти для тестування протоколу

Давайте обговоримо найважливіші інструменти тестування, що використовуються для перевірки протоколів.

1) Scapy для створення пакетів

Scapy — це потужна інтерактивна програма для маніпулювання пакетами. Вона дозволяє вам:

• Створюйте пакети
• Декодувати пакети в мережі
• Захоплюйте пакети та аналізуйте їх
• Вводити пакети в мережу

Отже, в основному, Scapy в основному робить дві речі: отримання відповідей і відправка пакетівВи визначаєте пакети, він їх надсилає, отримує відповіді, зіставляє запити з відповідями та повертає список пар пакетів і список неспівпадаючих пакетів.

Він також може виконувати інші завдання, такі як tracелектронна маршрутизація, модульні тести, атаки, виявлення мережі, розробкаping нові протоколи та зондування.

Scapy дозволяє вам написати Python скрипт, який дозволяє виконувати такі завдання, як надсилання, отримання або перехоплення пакетів. Наприклад, Scapy може перехоплювати пакети даних за допомогою короткого Python скрипт. Команда для відкриття редактора показана нижче.

#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

Він переніме 10 пакетів, і як тільки переніме 10 пакетів, надрукує зведення. Scapy також має набір команд для одночасного надсилання та отримання пакетів.

Завантажити Scapy

2) Wireshark для аналізу

Wireshark є провідним інструментом, що використовується для аналізу тестування протоколів. Він дозволяє захоплювати пакети в режимі реального часу та відображати їх у зручному для людини вигляді. Ви можете заглиблюватися в мережевий трафік та перевіряти окремі пакети за допомогою колірного кодування та фільтрів.

Wireshark фіксує пакети, які допомагають визначити, коли встановлюється сеанс, коли саме було розпочато передачу даних і скільки даних надсилається кожного разу.

Wireshark має багатий набір функцій, який включає:

• Ретельна перевірка сотень протоколів, і постійно додаються нові
• Зйомка в реальному часі та офлайн-аналіз
• Насичений аналіз VoIP
• Стандартний трипанельний браузер пакетів
• Працює на кількох платформах, таких як Windows, Linux і macOS
• Захоплені мережеві дані можна переглядати за допомогою графічного інтерфейсу користувача
• Підтримка дешифрування для багатьох протоколів, таких як IPsec, ISAKMP та SSL/TLS
• Дані в реальному часі можна зчитувати з Ethernet, ATM, Bluetooth, USB та Token Ring
• Вихідні дані можна експортувати у формати CSV, XML та звичайний текст

Завантажити Wireshark

3) ТТКН

TTCN — це стандартна мова тестування для визначення Тестові сценарії та їх реалізація для тестування протоколів. Набір тестів TTCN містить багато тестових випадків, написаних мовою програмування TTCN, і використовується для тестування реактивних систем або поведінкове тестування.

Наприклад, розглянемо кавовий автомат, який видає каву, коли в нього вставлено монету в один долар, але не реагує, якщо вставлено менше долара. Для програмування таких автоматів використовується TTCN-3. Щоб кавоварка реагувала на вставлену монету, потрібно написати компонент TTCN-3, який поводиться як кавоварка. Це дозволяє запускати тести до того, як фактична кавоварка стане доступною як продукт. Після цього можна підключити набір тестів TTCN-3 до зовнішнього пристрою.

Тестова система випромінює стимули (монету в один долар) та отримує відповіді (каву). Адаптер стимулів отримує стимули від тестової системи та передає їх тестованій системі. Адаптер відповідей очікує на відповіді тестованої системи та передає їх тестованій системі.

TTCN-3 може використовуватися в різних сферах, таких як:

• Мобільний зв'язок (LTE, WiMAX, 3G)
• Широкосмугові технології (ATM, DSL)
• Платформи проміжного програмного забезпечення (веб-сервіси, CORBA)
• Інтернет-протоколи (SIP, IMS, IPv6)
• Смарт-картки
• Автомобільний (AutoSAR, MOST, CAN)

У TTCN ви можете визначити:

• Набори тестів
• Тестові випадки
• Етапи тестування
• Оголошені змінні
• Оголошені таймери
• PDU та інше

TTCN можна інтегрувати з системами, написаними іншими мовами, такими як ASN.1, XML, та С/C++Базова мова TTCN-3 існує в текстовому форматі, а також у табличному, графічному та презентаційному форматах.

Як застосовувати тестування протоколів на практиці

Щоб застосувати ці методи до реального проєкту, визначте область дії протоколу (L2, L3 або вище), налаштуйте випробуване обладнання (DUT) з підключеними симулятором та аналізатором, складіть чернетки тестових випадків на відповідність та негативні тестові випадки, що посилаються на специфікації RFC або IEEE, а потім виконайте перевірки на напруження, сумісність та аномалії за допомогою штучного інтелекту. Зафіксуйте результати в Wireshark та повторювати, доки поведінка пакета не відповідатиме стандарту.

Поширені запитання