网络试验验证技术分析

◆张媛媛 姚晋

网络试验验证技术分析

◆张媛媛 姚晋

（中国舰船研究设计中心 湖北 430064）

为验证网络所具有的特性，需对网络进行科学合理的网络试验。本文对网络试验验证进行了概述，对网络试验验证的技术进行了分类，并详细分析了网络在网络设备层、系统层和应用层的试验验证。合理的网络试验验证是保证网络正常运行的基础条件，它还可以为未来扩展网络提供证明，从而避免在建设、维护和使用方面增加不必要的费用。

网络特性；多业务；试验验证

当前，科学技术的发展日新月异，人们对网络的需求也就越来越高，随之带来了很多问题，如网络操作模式的多样化，以及网络范围的因扩大而影响了网络的服务质量，还有网络带宽的一致性和高度复杂性会影响网络管理的质量，并直接影响网络性能和用户体验。因此，应该在初始阶段进行网络试验验证。网络试验验证将提供对网络操作和基准数据的初步了解，以进行适当的网络规划、设计、管理和维护。很多的工程师和管理人员都认识到网络试验验证的重要性。适当的网络试验和检查是网络正常运行的必要条件。还可以减少将来因网络的扩展而产生的相关费用。

1 网络试验验证技术的基础

1.1 验证的主要原因

随着科学技术的迅猛发展，人与人之间的信息交流和知识传播不断加大，对网络的使用需求不断增长，那就要求网络的规模日益增强，而网络的软件系统越大，网络的组成设备也就越繁杂，网络的负荷也就越来越大，因此，对网络进行试验验证至关重要。尤其是在网络的建设维护和故障的诊断[1]上，发挥着不可或缺的作用。

1.2 验证的主要目的

网络试验验证的主要目的是验证网络是否满足期望的特征，如网络的可靠性，来适应高科技的发展，满足人们的需求。

实现它的主要手段是通过采用多种技术方法，采集真实的实验数据，验证网络设计的合理性可行性，保证网络达到所需求的特性的主要方式。

传统的网络层转发数据包使用的是“尽力而为”的传输方式，所以IP协议不能保证它的可靠性。为了尽可能达到服务需求，确保网络传输的可靠性，网络应用程序层在实验验证设计中，根据网络的目标特性，选择合适的网络设备来验证网络的特性，并日益为人们所接受。

1.3 验证的主要层次

根据网络的复杂性，本文把网络试验验证予以简化。并分为设备层、系统层和应用层三个层次，通过这三个层次进行网络试验验证，以此达到期望的网络特性。

1.4 验证的主要步骤

根据网络的特性，本文把网络试验验证分为三步进行，第一步是系统试验验证，包括网络系统规划、网络性能、流量大小、物理网络和更多的网络运行等。第二步是设备试验验证，包括设备的功能验证、性能验证、一致性验证和互通性验证等。第三步是应用试验验证，通过应用试验验证，来是验证网络系统是否有能力承载多种业务资格的应用。

1.5 验证的三要素

为了满足人们对网络的客观需求，网络试验验证必须符合高标准的技术方法，因此，网络试验验证必须具备三个要素，第一要素是网络试验验证的工具。第二要素是网络试验验证的方法。其中有两种方法，首先是通过设备对多业务的需求进行单独试验和验证，然后是通过环境来对多业务需求在网络中的功能来实现的。第三要素是网络试验验证的经验。

以上三个要素缺一不可，相互补充。其中方法是核心，工具和经验是目标，只要有好的工具，正确的方法，丰富的经验，就能实现网络试验验证的目的。

1.6 验证的主要工具

为了适应网络验证工具的要求，已创建了一系列用于网络验证的模拟器应用程序。有用于试验和验证连接线的仿真器，以及用于试验和验证智能网络分析的仿真器。在实践中，网络试验可能会给很多领域带来问题，例如设备的使用，维护和管理，但是所有试验验证者都具有必要的网络知识，并且有必要在集成网络系统方面拥有丰富的经验，并且需有现场试验验证经验。

1.7 验证的主要过程

根据网络试验验证的多样性特点，验证的过程通常可以分为五个阶段，即网络试验验证的需求分析阶段、网络试验验证的试验设计阶段、网络试验验证的部署安装阶段、网络试验验证的运行验证阶段和网络试验验证的后期维护[2]阶段。

1.8 验证的物理设备

网络试验验证在选择物理设备后，可以使用设备访问试验验证，确认验证报告的条件，并根据参加者自身的要求访问。

最后我们进行网络的应用试验验证，也就是对网络的承载业务和应用的能力进行试验验证。

2 网络试验验证技术分类

2.1 网络设备试验验证

网络设备试验验证过程的工具是物理设备，是实现网络特性的核心部分，这个试验是由三种物理载体组成，第一种是核心层交换机设备，第二种是接入层交换机设备，第三种是隔离设备，只有选择合适的物理设备来进行试验，才能更准确验证网络特性。

具体过程如下：

2.1.1物理设备的基本属性

用户可以通过目视检查选择设备的颜色和外观，还可通过实际测量，端口配置，可扩展性等选择物理设备的颜色和重量。这些参数构成了用户选择相关设备的第一步，并将直接影响用户对设备的评估。此外，制造商的属性，型号，内存，硬盘驱动器，网卡的序列号和MAC地址是用户选择基准的重要指标，并且与物理设备的功能和性能要求直接相关，这对试验结果有重大影响。

2.1.2试验验证所用的工具

为了获得试验结果，需要一个可视的、便携式的收发网络试验器。网络试验器和被试验设备的连接模式，通过传输介质分为无线网络试验器和有线网络试验器两种。主要用于无线路由试验验证的无线网络试验器，目前仍在启动试验中。为了满足网络的特性，在实验中选择了电缆，作为该试验主要用作承载介质。

2.1.3对物理设备功能进行验证

通过试验，被试验的物理机器能否完成帧传输、过滤、流量控制、VLAN、生成树协议[3]等试验所需的基本功能被验证。

2.1.4对物理设备性能进行验证

被试验的物理设备的性能是网络设备试验验证的核心。根据各种类型的设备的特性，对网络设备的试验和核查需要各种技术和方法。通过对网络设备试验的验证技术和结果的分析，来确定试验设备的质量，以此选择满足网络属性的设备。主要程序是记录设备的各种试验数据，如：带宽、吞吐量、丢包率、时延抖动、故障恢复时间[4]等，根据数据来分析，该设备是否具有试验期望达到的网络特性，从而判断是否使用该设备。

2.1.5设备的一致性和互通性试验验证

试验设备主要是检查设备是否和议定的规格一致，并确保与它网络设备是否互通，试验验证报告应提供全面的详细记录包括试验对象、试验工具、试验环境、试验内容、试验结果等。并包含各种试验验证项目的验证结果，试验验证报告书应以编号、图表、列表等形式记录。一份完整、客观的设备试验验证报告对于设备的检查是十分重要的。

2.2 网络系统试验验证

网络系统试验的验证，首先要对网络环境、网络设备、网络应用、网络问题等全面了解。通过分析网络状况，就能知道网络试验验证的对象、目标、要求等，为试验验证过程的设计提供科学有效的依据。

网络系统试验验证是由物理层、数据链路层、网络层和应用层组成的，采用TCP/IP四层协议来进行系统的性能验证。网络系统试验验证主要是由主动试验验证和被动试验验证[5]组成的。

主动试验验证是指作为最终用户的试验人员与软件进行对话。试验者假定他或她是网络的用户，并提供各种各样的输入组合来验证网络的特性。

被动试验验证仅仅是通过观察和监控来验证软件的行为，与主动试验不同的是，试验人员手动与网络系统进行交互。被动试验不会中断被试验系统的正常运行，被动地观察被试验系统的输入和输出行为来试验系统故障的，这是一种具有很好传导性的网络试验和验证技术。

从网络系统中采集试验数据[6]是两种试验验证都需要的，见表1。

表1 主动试验验证和被动试验验证的特点

2.3 网络应用试验验证

在进行了网络设备试验验证和系统试验验证后，多业务应用程序就可以加载到网络试验环境中。多业务网络应用程序的质量和性能[7]与网络集成模式、环境配置和设备性能直接相关。

分析如下：

（1）网络试验验证中网络特性的最终验证是网络应用试验验证。它的目的是验证网络在传输多服务应用程序时可能遇到的网络特征，例如通过试验验证网络应用程序的性能和服务质量。

（2）网络应用程序的类型直接影响网络应用程序的验证结果。为了使验证结果科学、合理，并且对研究有用，需要设计各种网络集成环境，试验各种网络应用的验证方法。

（3）用户对通过网络交付的音频和视频质量的满意度是评估多媒体网络性能的一个重要指标。为了更科学地描述多媒体应用中的网络传输质量，将MOS值用于评价网络的质量和性能。

（4）试验验证报告书必须包含被试验的各要素的验证结果。需要用文本语言、数字表格、科学统计表等进行详细明确的记录。结论有必要书面陈述。完整、客观、科学的试验验证报告是对网络特性的分析，是对网络过程运行和维护的重要参考。

3 小结

网络试验是对网络特征验证最直接的方式，合理的网络试验是网络功能验证的基础。本文首先详细介绍了网络试验验证的状况，验证的过程及设备，为网络试验验证提供了理论支撑。然后，对网络试验验证的技术进行了全方位的分析，分别从网络设备试验验证，网络系统试验验证和网络应用试验验证进行。通过网络试验验证技术分析，可以更加准确地判断所用网络的具体状况，从而才能够有针对性的采用具体措施，使得网络运行更加稳定和安全，以满足高科技发展需求。

[1]林泽兵.电力一体化IP数据业务网架构研究[J].信息通信，2019（12）：146-147.

[2]张娜.计算机软件测试方法及应用分析[J].电子测试，2020（23）：137-138.

[3]焦彦平，李唱，陈东宁.基于协议的网络拓扑发现算法研究[J].科技创新导报，2014，11（20）：46-50.

[4]徐琳升. 工业以太网交换机环网冗余技术及其实现[D].上海交通大学，2015.

[5]伍银，叶新铭，龚汉明.IDS主动测试和被动测试相结合测试方法的研究[J].内蒙古大学学报（自然科学版），2013，44（01）：97-103.

[6]Lee D，Netravali A N，Sabnani K K，et al. Passive testing and applications to network management[C]//Proceedings 1997 International Conference on Network Protocols. IEEE，1997： 113-122.

[7]Mozhaev O，Kuchuk H，Kuchuk N，et al. Multiservice network security metric[C]//2017 2nd International Conference on Advanced Information and Communication Technologies （AICT）. IEEE，2017：133-136.