论文题目: 域间路由协议BGP-4健壮性测试技术的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 计算机科学与技术
作者: 王乐春
导师: 龚正虎
关键词: 计算机网络,协议工程,健壮性测试,场景模型,测试系统体系结构,反向测试集合
文献来源: 国防科学技术大学
发表年度: 2005
论文摘要: 随着计算机网络技术的蓬勃发展，Internet已经成为全球通信的核心基础设施。协议是计算机网络中各种通信实体相互交换信息时必须遵守的一组规则，它是Internet的灵魂。而协议中的任何错误和缺陷都将给系统的稳定性、可靠性、安全性、容错性、互通性和互操作性带来巨大的危害，面向协议错误和缺陷的健壮性研究正在成为协议工程的研究热点。 BGP协议健壮性测试研究具有重要理论意义和实际应用价值。BGP位于Internet的核心控制层面，是域问路由的事实标准，BGP的脆弱性直接影响Internet路由的稳定性。BGP协议健壮性测试取得任何突破性进展，将直接提高Internet的可靠性和可用性。此外BGP协议具有路由协议的一般性特征，BGP健壮性测试使用的测试方法和测试框架可以方便地推广到其他协议的健壮性测试中。 本论文通过对BGP协议组的分析，根据BGP协议的特点、Internet发展的新趋势和BGP面临的挑战，提出了适合于BGP健壮性测试的测试方法和测试框架，并对其中的一些关键问题进行了研究。本论文的主要研究工作包括以下几个方面： 第一，健壮性缺陷分析和分类。虽然BGP协议标准中含有健壮性设计的内容，但是当BGP应用到Internet之后，面对复杂的Internet环境还是表现出众多的健壮性缺陷。利用测试机构提供的测试数据，互联网上公布的监测信息、统计结果和BGP失效实例，以及本实验室多年从事BGP研究、开发和测试的文档资料，本论文详细分析了BGP协议在设计、实现、使用和扩展等阶段可能出现的健壮性缺陷。对BGP健壮性缺陷的分析和分类将帮助协议设计和实现工程组在以后各自的工程中不再重复这些错误，更为健壮性测试确定了测试目标，使后续工作做到有的放矢。 第二，NC的健壮性测试集合研究。BGP协议的功能可以分成两部分：网络通信(NC，Network Communication)和路由信息处理(RI-Pro，Routing Information Processing)。NC的作用是为路由信息流提供稳定可靠的通信通道。BGP协议的NC在协议标准中使用FSM描述，该状态机实现了对等体的建立，维护TCP连接和参数协商等功能。我们提出了基于RFSM(Robustness Finite State Machines)的健壮性测试方法，该方法对FSM的功能部分和功能保护部分进行了严格区分，对功能部分提出用CFSM(Core FSM)描述，对功能保护部分提出使用RFSM进行描述。本文详细地构造了BGP的RFSM，并提出了RFSM的构造方法。在构造RFSM的过程中还重点探讨了冲击集合，以及特征序列和测试预言等健壮性测试面临的新问题。该测试方法可以系统地生成BGP协议NC部分的反向测试集合，此外该健壮性测试方法具有通用性：对于通信协议的FSM，都可以使用该方法构造新的RFSM，实现健壮性测试案例的生成。 第三，RI-Pro的健壮性测试集合研究。RI-Pro是路由协议软件的核心，其主要功能是路由信息的计算和路由表的更新，以及新路由信息的生成和传播。RI-Pro的测试不仅具有
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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 问题的提出
1.1.1 研究背景
1.1.2 一致性测试
1.1.3 协议健壮性测试
1.1.4 BGP协议面临的问题
1.1.5 BGP协议健壮性测试的意义与挑战
1.2 本文的工作
1.2.1 BGP健壮性测试集生成技术研究
1.2.2 BGP健壮性测试系统的设计和实现
1.3 论文的结构
第二章 BGP健壮性测试相关研究
2.1 BGP协议的发展
2.1.1 BGP协议诞生
2.1.2 BGP行为综述
2.1.3 路径属性
2.1.4 错误处理
2.1.5 BGP发展的新动向
2.2 BGP协议测试研究现状
2.3 健壮性基础
2.3.1 健壮性的起源与发展
2.3.2 健壮性的定义
2.3.3 系统健壮性的基本要素
2.3.4 软件健壮性技术
2.4 健壮性测试研究现状
2.4.1 计算机系统健壮性研究
2.4.2 协议健壮性测试研究
2.4.3 BGP健壮性测试研究
第三章 BGP协议及实现软件脆弱性分析
3.1 BGP协议标准中的健壮性设计
3.2 BGP设计的脆弱性分析
3.2.1 明文通信
3.2.2 Fail-Begin技术
3.2.3 连接冲突
3.2.4 Internet路由模式改变
3.2.5 底层协议服务失败
3.2.6 路由汇总
3.2.7 错误模型
3.3 BGP实现的脆弱性分析
3.3.1 消息解析
3.3.2 协议状态处理
3.3.3 规模和速率的限制
3.3.4 随机数问题
3.3.5 一致性问题
3.3.6 其他风险
3.4 BGP使用的脆弱性分析
3.4.1 策略配置和观察行为不一致
3.4.2 错误配置
3.4.3 迂回路由
3.4.4 前缀过滤策略
3.4.5 BGP收敛
3.4.6 路由环路
3.4.7 网络阻塞
3.4.8 非对称路由
3.4.9 自同步共振
3.5 BGP扩展的脆弱性分析
3.5.1 抖动抑制策略不一致
3.5.2 新属性的错误使用
3.5.3 兼容性
3.6 脆弱性解决方案探讨
3.7 本章小结
第四章 基于RFSM模型的NC测试集生成方法研究
4.1 BGP网络通信的健壮性问题
4.1.1 问题的引入
4.1.2 BGP有限状态机健壮性分析
4.2 RFSM
4.3 构造BGP的RFSM
4.4 BGP协议的冲击集合
4.4.1 有效RFSM的冲击集合
4.4.2 理想RFSM的冲击集合
4.5 健壮性测试案例的生成
4.5.1 案例集合
4.5.2 测试实现和结果分析
4.6 本章小结
第五章 基于场景模型的RI-PRO测试集生成方法研究
5.1 RI-PRO分析与场景模型
5.1.1 RI-Pro分析
5.1.2 RI-Pro建模
5.1.3 基于场景模型的RI-Pro表述
5.2 构造场景模型的△集合
5.2.1 基本△集合的构造
5.2.2 扩展△集合的构造
5.3 利用矛盾关系构造应用场景
5.4 测试集合组成和测试结果分析
5.4.1 测试集合
5.4.2 测试结果及其分析
5.5 本章小结
第六章 基于错误注入的BGP健壮性测试系统设计与实现
6.1 BGP健壮性测试方法
6.2 错误注入技术
6.3 BGP错误注入机制设计
6.4 体系结构
6.4.1 体系结构框架
6.4.2 测试系统硬件和底层支持
6.4.3 测试系统软件
6.4.4 多代理协同测试
6.5 系统实现和实际测试
6.5.1 ANVL
6.5.2 LAN-6100
6.5.3 测试环境
6.5.4 测试内容
6.5.5 测试结果分析
6.6 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 研究工作总结
7.2 本文的主要贡献
7.3 下一步的工作
致谢
攻读博士学位期间发表的论文
攻读博士学位期间参研工作
参考文献
附录A NC健壮性测试案例列表
附录B RI-PRO健壮性测试案例列表
附录C BGP协议组
附录D BGP状态机
附录E EXPECT脚本
发布时间: 2006-09-22
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