將真實世界帶入實驗室—使用ALPS進行網(wǎng)絡損傷仿真測試

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導讀：本文主要描述了網(wǎng)絡損傷仿真測試解決方案，旨在幫助開發(fā)人員和企業(yè)優(yōu)化其網(wǎng)絡。

7/31/2024，光纖在線訊，本文主要描述了網(wǎng)絡損傷仿真測試解決方案，旨在幫助開發(fā)人員和企業(yè)優(yōu)化其網(wǎng)絡。

一、不完美的真實世界網(wǎng)絡
    不同于穩(wěn)定、可控的傳統(tǒng)網(wǎng)絡實驗室的網(wǎng)絡環(huán)境，真實世界的網(wǎng)絡環(huán)境面臨著許多挑戰(zhàn)和風險，這些挑戰(zhàn)在很大程度上增加了網(wǎng)絡的脆弱性和復雜性：

        （1）物理損傷：真實世界的網(wǎng)絡基礎設施，如光纜、交換機和路由器，可能因為自然災害（如地震、洪水）或人為因素（如施工誤操作）遭到物理損害,這種損傷可能導致大面積的網(wǎng)絡中斷。

        （2）技術故障：軟件錯誤、硬件故障或配置錯誤都可能導致網(wǎng)絡服務的中斷或性能下降。

        （3）網(wǎng)絡擁塞：主要由帶寬不足、網(wǎng)絡結構問題、突發(fā)流量、設備故障和惡意攻擊等因素引起，導致延遲增加、數(shù)據(jù)丟包、數(shù)據(jù)包的重復傳輸或重新排序、吞吐量下降等問題。

        （4）網(wǎng)絡設備性能不足：由老舊的硬件、配置錯誤、資源分配不當和軟件限制等因素引起，這導致網(wǎng)絡可靠性下降和吞吐量限制等問題。

    在產(chǎn)品開發(fā)時，如果開發(fā)者忽視了潛在的這些網(wǎng)絡風險就會帶來以下問題：一旦這些產(chǎn)品被交付給客戶和消費者使用，可能會在未預料到的網(wǎng)絡環(huán)境中表現(xiàn)異�；虬l(fā)生崩潰，從而影響產(chǎn)品的可靠性和用戶體驗。

二、將真實世界帶入實驗室
    網(wǎng)絡損傷是指在數(shù)據(jù)通信過程中由于網(wǎng)絡設施、配置或外部攻擊等因素的不利影響，造成的數(shù)據(jù)傳輸效率下降、延遲增加、連接不穩(wěn)定和服務可用性降低的現(xiàn)象。通過在實驗室網(wǎng)絡中仿真網(wǎng)絡損傷，幫助開發(fā)人員在各種惡劣網(wǎng)絡條件下運行他們的網(wǎng)絡代碼、應用程序和網(wǎng)絡產(chǎn)品，評估不同網(wǎng)絡應用或協(xié)議在面對各種網(wǎng)絡異常情況時的表現(xiàn)，為網(wǎng)絡系統(tǒng)、網(wǎng)絡應用和網(wǎng)絡設備的設計和部署提供更科學的依據(jù)。

以下是一些常見的網(wǎng)絡損傷類型：
    ·   數(shù)據(jù)包丟失：由于網(wǎng)絡擁塞或硬件故障，數(shù)據(jù)包在傳輸過程中可能沒有到達目的地。
     ·  數(shù)據(jù)包重復：在某些情況下，數(shù)據(jù)包可能會被發(fā)送多次，導致接收方收到重復的數(shù)據(jù)。
     ·  數(shù)據(jù)包亂序：數(shù)據(jù)包可能不會按照發(fā)送的順序到達，這在某些需要順序處理的應用中會造成問題。
    ·   數(shù)據(jù)包分片：發(fā)送方會將超過MTU大小的數(shù)據(jù)包分割成多個較小的數(shù)據(jù)包，每個小數(shù)據(jù)包的大小都不超過MTU。每個分片都需要單獨處理，增加了處理時間和復雜性。
    ·   數(shù)據(jù)包延遲：數(shù)據(jù)包到達目的地的時間比預期的要晚，這可能是由于網(wǎng)絡擁塞、路由問題或硬件性能不足造成的。
    ·   數(shù)據(jù)包損壞：數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能會因為噪聲、信號衰減或硬件故障而損壞，導致數(shù)據(jù)包內(nèi)容出錯。
    ·   帶寬限制：網(wǎng)絡的帶寬限制可能導致數(shù)據(jù)傳輸速率降低，影響用戶體驗。

三、網(wǎng)絡損傷仿真測試解決方案
    既然真實網(wǎng)絡環(huán)境中的網(wǎng)絡損傷是不可避免的，我們能否在測試網(wǎng)絡環(huán)境中模擬真實的網(wǎng)絡環(huán)境？通過仿真特定的網(wǎng)絡質(zhì)量模型來評估其對上層應用的影響如何？

    信而泰網(wǎng)絡損傷仿真測試解決方案提供了兩種選擇：一是X-Compass系列網(wǎng)絡損傷仿真平臺，二是ALPS應用與安全仿真測試軟件平臺。這兩種方案旨在高效而準確地模擬真實的網(wǎng)絡損傷場景，提供全面的測試和分析工具，幫助用戶實現(xiàn)查找故障、設計網(wǎng)絡、測試應用性能和優(yōu)化性能的目的。

01、X-Compass系列網(wǎng)絡損傷仿真平臺
    信而泰X-Compass系列網(wǎng)絡損傷儀配合信而泰BigTao/DarYu系列網(wǎng)絡測試儀串接在測試網(wǎng)絡中，針對網(wǎng)絡測試儀發(fā)生的流量引入帶寬限制、延時/抖動、丟包、亂序、重復報文、物理鏈路損傷等損傷仿真功能，并支持同時設立8類場景，每個損傷應用場景可針對特定的流量進行過濾，并支持獨立配置各類損傷及組合，以驗證在特定網(wǎng)絡損傷模型下（如：特定的丟包率、特定的時延及抖動下）對上層應用業(yè)務的影響。

X-Compass網(wǎng)絡損傷儀應用場景

X-Compass網(wǎng)絡損傷儀功能-軟件配置界面

02、ALPS應用與安全仿真測試軟件平臺
信而泰的ALPS應用與安全仿真測試軟件平臺不僅能夠模擬豐富的網(wǎng)絡應用流量和場景，還集成了網(wǎng)絡損傷仿真功能，可以針對仿真的應用流量進行網(wǎng)絡損傷仿真，還原現(xiàn)實世界及網(wǎng)絡環(huán)境，幫助開發(fā)人員評估網(wǎng)絡設備在各種異常網(wǎng)絡條件下的性能和安全性。

ALPS應用和安全仿真測試平臺應用場景

1.損傷模板全局共用，在網(wǎng)絡接口下使能配置和使能損傷功能，達到端口級別的網(wǎng)絡損傷控制功能：

2.在測試組件中支持設置是否使能網(wǎng)絡損傷功能，達到組件級網(wǎng)絡損傷控制功能：

3.在應用配置/回放配置中設置應用流/回放流使能網(wǎng)絡損傷功能，達到特定流級別網(wǎng)絡損傷控制功能：

    4.ALPS支持報文丟包、亂序、重復幀、分片等網(wǎng)絡損傷類型，不同損傷類型可以疊加使用，其中網(wǎng)絡損傷類型實現(xiàn)優(yōu)先級為：丟包 > 亂序 > 重復幀 > IP報文分片：

    A.丟包損傷：設置丟包比例和每次連續(xù)丟包數(shù)參數(shù)，在所有發(fā)送報文中，以指定丟包比例丟棄隨機位置的報文，每次連續(xù)丟棄指定數(shù)量的報文。

B.亂序損傷：設置亂序比例、每次連續(xù)亂序包數(shù)和每次亂序跳過包數(shù)參數(shù)，在所有發(fā)送報文中，以指定亂序比例對隨機位置的報文重新排序，每次將指定數(shù)量的亂序報文在跳過指定數(shù)量的正常報文之后發(fā)送。

C.幀復制損傷：設置復制比例、每次連續(xù)復制包數(shù)和每個復制包的副本數(shù)參數(shù)，在所有發(fā)送報文中，以指定復制比例對隨機位置的報文進行復制，每次復制指定數(shù)量的連續(xù)報文，每個報文復制指定數(shù)量的副本。

D.分片報文損傷：設置分片比例和分片大小參數(shù)，在所有發(fā)送IP報文中，以指定復制比例對隨機位置的報文進行分片(數(shù)據(jù)大小大于分片大小時)，同時支持逆序發(fā)送、僅發(fā)送指定數(shù)量的分片、發(fā)送指定數(shù)量的數(shù)據(jù)偏移量重合分片功能(重合位置、重合大小均隨機)。當設置發(fā)送的數(shù)據(jù)偏移量重合分片數(shù)時，由于分片偏移量不再固定，報文總分片數(shù)將可能發(fā)生變化(分片數(shù)較正常分片增多)。

四、信而泰助力數(shù)通產(chǎn)品優(yōu)化迭代
（1）X-Compass網(wǎng)絡損傷儀
Xcompass系列網(wǎng)絡損傷儀是信而泰推出的面向網(wǎng)絡鏈路損傷仿真的產(chǎn)品。該產(chǎn)品采用FPGA架構，能夠?qū)崿F(xiàn)100%的線速性能，。Xcompass-S支持以納秒級的精度引入時延、抖動、丟包、亂序、重復包和錯包，幫助驗證網(wǎng)絡設備和應用的性能極限，以及為優(yōu)化性能提供依據(jù)。

X-Compass-S10

X-Compass-S100

（2）DarPeng2000E應用和安全仿真測試儀
信而泰DarPeng2000E是基于新一代x86架構打造的安全測試儀，具有高性能，高帶寬，高集成度，高效能四大特點。配合信而泰基于PCT架構的新一代基于B/S架構的測試軟件ALPS，支持真實的應用層流量仿真，其HTTP/TCP的新建連接數(shù)可達數(shù)百萬、并發(fā)連接可達億級別；同時可以仿真真實的攻擊流量、惡意流量、病毒流量。在IPsec、SSL等加解密協(xié)議中支持國密算法，在應用層協(xié)議仿真中支持音視頻質(zhì)量測試。