论文武道与绘画的相通性

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1、论文武道与绘画的相通性1、相关定义1.1、可用连通性的定义与假设 为了能够充分利用直接连通性和间接连通性,如图 3.13 和图 3.14,我们对可 用连通性进行了详尽的统计分析,分析其影响因素。本文中,可用连通性的概念 如下: 定义 3.4 对于 VANETs 中的车辆节点的可用连通性,我们称其为一个度量,用来 评估车辆自组织网络中车辆节点对连接的概率贡献。 假设 i 是行驶在一维高速公路上的装备车辆节点,用 AC (i, t)表示 t 时刻节点 i 的瞬时可用连通性。考虑到在车辆自组织网络中节点的高移动性以及拓扑的高动 态性,要实现时时刻刻对连通性的计算比较困难。此外,当网络规模较大时,节

2、点数目成百上千,其计算量也会相当巨大。 源节点 R 目的节点 图 3.13 直接连通性的参考图 36 车辆自组织网络连通性分析与路由协议优化研究 存储转发中继 转发节点 R 源节点源节点转发节点 R目的节点 目的节点 (a)多跳转发形式 (b) 存储转发形式 图 3.14 间接连通性的参考图 因此,我们为分析可用连通性引入两个限制条件: Limitation I C ( x ) Cth(3-89) Limitation II p ( hops n ) Pth(3-90) 其中 Cth, Pth分别表示连通性的下界和跳数概率的下界。 在 VANETs 中,由于车辆的移动性很高,拓扑随着时间变化,

3、对于一个给定 车辆,与其的连接也在频繁的变化。因此,对可用连通性的准确定义能够反映瞬 时状态。但是,引入如此短暂的参数对 VANETs 的作用是微乎其微的。因此,我 们定义一个周期内的可用连通性。与此同时,我们仅仅考虑拓扑变化较慢的场景, 如自由状态流的情况,使得可用连通性的定义准确、合理。 为了使可用连通性具有实际的可操作性,我们采用时间-离散方法来表示可用 连0,通,2性,。 假中设 是设定的间隔时间,每隔 的时间更新可用连通性。T 是集合越个周大期。这T 就意, 的T味内元着的素有连。因更通此多性,的情节潜况点 i 的可用连通性可以改写为 AC(i, T),它代表了一在。节一点般可来以说

4、帮,助AC参(i,考 T)节的点值通越信大,这则使表得示改可善用整连个通网性 络的连通性有了可能。 1.2、连通性矩阵的相关概念 武器装备体系的连通性是指体系各组成系统向其它系统寻求、获取、提供信 息支持/指挥控制等的能力,是从信息交互关系的角度对体系作战能力的刻画。连 通性矩阵包含了体系拓扑结构、各系统间交互的重要性及交互质量等方面信息, 并从以上三个方面对武器装备体系的结构关系特性进行了量化,为体系连通性评 估奠定了基础;而体系的有向图模型则为建立体系连通性矩阵提供了可能。 (1)体系连通性矩阵的定义 定义 n 节点的有向图(体系)的任一边cij ( i , j= 1,2,., n) 为如

5、下三元组 cij= ( aij , wi j , q ij ) (3.1) 其中, a ij 描述节点间是否存在交互关系。若存在从节点 i 指向节点 j 的边,则 aij =1 ,否则aij = 0 . wij 为节点间交互关系重要程度的度量,且 1 1 1, 0,1 n n ij ij i j w w = = = . wij 可以由 专家打分、层次分析等方法得到。 q ij 为节点间情报、态势、指挥控制等方面信息交互质量的度量,描述了节 点的交互属性,决定于节点的性能参数/战技指标,其值可作归一化。 进一步,给出体系连通性矩阵的定义如下。 定义 3.1:连通性矩阵如式(3.2)所示: 国防科

6、学技术大学研究生院硕士学位论文 第 18 页 11 11 11 1 1 1 1 1 1 ij n n ( , , ) n n n n n n nn nn nn C c f A W Q a w q a w q a w q a w q = = ? ? = ? ? ? ? (3.2) 其中, A= aij n n 为有向图(体系)的邻接矩阵; W= wij n n 为有向图(体系)的权重矩阵; Q= qij n n 为有向图(体系)的交互质量矩阵。 (2)矩阵谱范数的基本概念 建立了连通性矩阵之后,可以将体系连通性的评估问题转化为对连通性矩阵 的处理问题。范数23表示欧氏空间中的任意一个点到坐标原点

7、的距离,可以用来 衡量该点的”大小”。如将n阶方阵C 看作欧氏空间R m n 中的一个点,则可用矩阵范 数 C 作为矩阵C 的衡量指标。以下给出矩阵范数的相关概念23。 设?C * R m n ,如果存在一个实函数N ( C *) ,记为C * ,且满足以下条件: 非负性:C * 0 ;C *= Om n ? C * = 0 齐次性:C *= C * , R 三角不等式:C *+ B * C * + B * , ?B * R m n 则称N ( C *)= C * 为C * 的广义矩阵范数。 进一步,若对Rm n, R n l , R m l 上的同类广义矩阵范数 ? ,又有 (矩阵相乘的)相

8、容性:C *i B * C * B * , B * R n l 则称N ( C* )= C * 为C * 的矩阵范数。 常用的矩阵范数有: 列和范数C*1= 1mj a nx i= m1 c* ij ; 谱范数 C*2= max | 是C *T ?C * 的特征 值 = max ( C * T ? C *) = 1 ; 行和范数 * * 1max 1 n C= j m i = cij . 由以上常用矩阵范数的计算公式可见,列和范数C* 1 与行和范数C * 都只 是对矩阵横向或纵向的比较和操作,而谱范数C* 2 是根据矩阵的特征值计算得 到,是对矩阵全面信息的综合计算,可以更好地刻画矩阵的特征

9、。 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 19 页 连通性矩阵的谱范数显然满足体系连通性指标的非负性要求。下面给出其满 足不相关体系合并连通性不增特性及单调递增特性的证明。 命题 3.1:假设两个体系连通性矩阵分别为A= aij n n 和B= bij m m ,在两者本 来不相关的条件下组成的新的体系的连通性矩阵为: C= ?A B ?m +n ,则 C2=max A 2 , B 2 . 证明: 设 AT? A 的n个特征值为 1 2 n 0 。由于 AT? A 是 Hermite 矩阵,故 存在n阶酉矩阵U A ,使得 UAH AH AU A= diag( 1, 2 , , n ) 。

10、 设B T? B 的n个特征值为 1 2 n 0 ,则存在n阶酉矩阵U B 使得 UBH B H BU B= diag( 1 , 2 , , n ) , 那么 00 00 0 0 00 00 0 0 00( 0 0 )00 00 0 0 H HT ATA A A H H BB B B H T AA H T BB H T A A H T B B UUC CU U U UAB A B U U U AAU U BBU U A AU U B BU ? ? ?= ? ? ? ? ? ? ? = ? ? ? ? ? = ? ? 显然 0 0 A B U U ? ? ? ? 也为酉矩阵,其转置为?U0A U

11、0B ?H = ? U 0AH U 0BH ?, 且 UAH AH AU A= diag( 1 , 2 , , n ) ,UBH B H BU B= diag( 1 , 2 , , n ) , 所以 00 00 H ATA H BB ?UU ? C C ?U U ? 也是对角阵diag ( 1 , 2 , , n , 1 , 2 , , n ) , 由谱范数性质: A2= max | 是 AT ? A的特征值 可知 C2=max1, 2 , , n , 1 , 2 , , n = max 1, 1 = ma x A 2 , B 2 证毕。 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 20 页 引

12、理 3.1:假设 A是一个n阶正定实方阵,其特征值分别为 1 2 n , 那么,对于任意n阶向量 X ,存在如下关系: X1 X X AX X n X 证明:假设特征值 i(i= 1,2, , n )对应的特征向量为 iP ,因为 iP(i= 1,2, , n ) 是n维欧式空间中的n个正交的基向量,所以存在n个实数 i (i= 1,2, , n ),使 得 X = 1 n i i i P = . 1 1 2 1 ( ) ( ) (2 ) n n i i i i i i n i i i i j i j i i j X AX P A P PAP PAP = = = = = + 注意到A iP=

13、i Pi ,且 iP (i= 1,2, , n )为基向量代入上式右边可得: 2 1 2 1 n i i i i(2 i i j j i ) i i j n i i i i i X AX PP P P PP = = = + = 同理, 2 1 1 1 ( ) ( ) n n n n i i n i i n i i i i i i X X P P PP = = = = = 2 1 1 1 1 1 1 ( ) ( ) n n n i i i i i i i i i i X X P P PP = = = = = 由于 1 2 n ,所以1 2 2 2 1 1 1 n n n i i i i i i

14、i n i i i i i i PP PP PP = = = ,即 X1 X X AX X n X ,证毕。 命题 3.2:假设有连通性矩阵A= ( aij )n n ,aij 0,1, i j , aii = 0 (i , j = 1,2, , n ) , 则当aij ( i j ) 单调递增时,A 2 也单调递增。 证明: 设连通性矩阵为A= ( aij ) n n ,某一非对角线元素a pq ,记a pq = a pq + pq ,ij 0 , A= ( aij )n n ,其中a ij = aij ,(i p 或i q ) ,a pq = a pq + pq 首先用归纳法证明 =A T

15、 A ? A T A 是半正定方阵: (1)当n = 2 时, 12 21 0 0 A= ? aa ? ,A = ?a201a 12 +0 12 ? 或?a21+0 21 a102 ? 国防科学技术大学研究生院硕士学位论文 第 21 页 当 12 12 21 0 0 A = ? aa + ? 时,计算可得: 2 12 12 12 0 0 0 2 =AT A ? AT A = ? a + ? ,显然它是半正定的。 同理 12 21 21 0 0 A = ? a+a ? 时, 也是半正定的,所以n = 2 时,A T A? AT A 是 半正定的。 (2)假设n m 时(m 2 ),A T A?

16、AT A 都是半正定的,易证明当n= m + 1 时 ,A T A? AT A 的 k 阶 主 子 式 ( k m ) 都 是 半 正 定 , 当k= m + 1 时 , det(AT A? A T A) = 0 ,所以n= m + 1 时,A T A? AT A 也半正定的 由(1)、(2)可知:?n 2 ,A T A? AT A 都是半正定的。 设 max 是 AT A的最大特征值,X max 是 A中与 max 对应的特征向量, max 是A T A 的最大特征值, =A T A ? AT A 。由引理 1 可得: max max max max max max max max max

17、max max ( ) ( ) T T T X X X A A X X A A X X A A X X X = = ? = ? max max max max max X AT A X X X 故: max max max max max max max max max max max max max X X X AT A X X X X X X X = + 即 max max ,证毕。 可见,连通性矩阵的谱范数满足体系连通性指标的非负性、单调递增、不相 关体系合并连通性不增等特性。因此,本章选取体系连通性矩阵的谱范数作为评 估武器装备体系连通性的指标。 1.3、网络图连通性的概念与分类 在研

18、究连通性之前,首先定义图的途径(路)是有必要的。图G =(V, E ) 的 一个点和边交替出现的有限序列,如式 2.5 所示。 W=v0e1v1e2v2?vk ? 1ek v k (2.5) 则称 W 是 G 的一条从 v0 到v k 的途径,边数即为途径的长度。 对于图 G 中的两个结点 u、v,如果存在一条(u? v ) 路,那么称结点 u、v 是连通的。如果图 G 中的任何两个结点 u、v 间存在一条(u? v ) 路,则称图 G 为连通图,否则为非连通图。 研究图的连通性,实际上是考察一个网络图整体或者其两结点之间,在给 定的条件下是否能够连通的性质,结果只有两种物理状态:要么是、要么

19、非, 而不存在介于二者中间的状态。 根据研究的范围,图的连通性可以分为两种:一种是图的整体连通性,即 当图(若为有向图则消去方向)中任意两点间都至少存在一条路时,该网络图 称为强连通图。另一种是图的局部连通性,它研究图中指定两个结点之间的连 通性,或者某一点与其他各点的连通性。 1.4、绘画艺术的基本概念 2.2.1 绘画2.2.1 绘画 绘画是指用笔、刀等工具,用墨、颜料等物质材料在纸、木板、纺织物或墙壁等平 面上通过构图、造型和设色等表现手段创造可视的视觉形象,分具象绘画、意象绘画和 抽象绘画。 绘画是一种在二维的平面上以手工方式临摹自然的艺术,在中世纪的欧洲,常把绘 画称作”猴子的艺术”

20、,因为如同猴子喜欢模仿人类活动一样,绘画也是模仿场景。 在 20 世纪以前,绘画模仿得越真实,技术越高超,但进入 20 世纪,随着摄影技术的出现和 发展,绘画开始转向表现画家主观自我的方向,看到一幅画鉴赏家有时已经说不清画的 是什么,但一定能说出是谁画的。每个画家开始发展自己独特的风格。不同的画家风格 不同,也有不同的价值。20 世纪初,有些画家的风格因评画者不能接受而被冷落甚至贬 低,这就是为什么有些画家画的很好而并不出名或甚至被冻死、饿死的缘故。 绘画按工具材料和技法的不同,分为中国画 、油画、 版画、 水彩画、 水粉画等 主要画种。中国画又按技法的工细与粗放,分为工笔画和写意画。版画又根

21、据版材的不 同,分为木版画、 铜版画、 纸版画、 石版画、 丝网版画等;版画还依制版方法和印 色技法分类,常见的有腐蚀版画 、油印木刻 、水印木刻 、黑白版画 、套色版画等。 4 以上画种,又依描绘对象的不同,分为人物画 、风景画 、静物画等。人物画又依 据描绘题材内容的不同,分为肖像画 、历史画 、宗教画、 风俗画、 军事画 、人体 画。 1.5、绘画表现语言的概念 文艺美学辞典中定义”绘画”是艺术家运用一定的物质材料和技术手段创造艺 术形象的过程,它借助线条、色彩和明暗这些基本绘画手段, 展示现实生活的内容。绘 画语言是传达信息的物质载体。绘画语言的表现可以分为两个层次,一是技巧性语言的

22、运用,如构图、明暗、肌理、色彩、笔触、结构、比例等;二是画家对主题的选择、形 象的把握、思想与情感的传达。总之,绘画体现了人处理外界事物与自身关系的一种主 体的外在反应形式。绘画语言的表现性指”绘画中被具体化的世界方面不是先于作品而 存在的,而是在作品中并透过作品而实现的。 它是在作品中得到表现而不是得到再 现。” “绘画的具象元素是一种表现的再现,尽管它们是建立在材料和造型元素的 再创造的基础上。”6 2、相关背景2.1、SDN背景介绍re Defined Networking, SDN),是美国斯坦福大学 clean slate研究小组提出的一种新的网络体系结构,OpenFlow技术是实现

23、其网 络架构的核心技术,通过控制平面和数据平面的分离,从而实现了网络流量的操 控,为网络改革与应用开发提供了一个良好的创新平台。从交换设备的设计角度 来看,OpenFlow可分解为两部分:软件部分和底层硬件。软件包括各种控制软 件和交换、路由协议。如果所有的网络设备和网络资源可以统一管理,那么类比 于计算机的操作系统,我们可以将网络的控制管理抽象为网络操作系统。网络操 作系统一方面使网络的物理设备的被抽象化,另一方面为上层服务提供了统一的 编程接口。因此,基于网络操作系统平台,用户可以开发各种管理网络的应用, 通过代码的编写网络的全局视图,实现网络资源的合理规划和分配,而无需考虑 底层物理网络

24、的具体实现。 SDN有如下基本特征: 一:控制于转发分离。通过控制平面的控制应用的操纵转发平面上的受控设 备,可使转发规则和逻辑业务完全受控于控制平面的软件应用。 二:非封闭的控制、转发接口。软件定义网络在控制平面提供可编程的网络 操作接口,这样控制平面只需要在编写控制程序时关注实现的控制逻辑,而不需 要考虑转发实现的底层详细细节。 三:集中的逻辑控制。控制平面可以控制数目不等的交换或者路由设备,抽 象出整个网络的拓扑,进而实现对整个网络的操作。而且还可以通过该全局网络 拓扑,实现链路的负载均衡,最佳路径选择等操控。 SDN通过对控制层的抽象,来减少传统网络中复杂的转发控制逻辑。当前网 络虽然

25、物理层和网络层的某些部分己经可以充分抽象,可是还有很多其他功能和 协议却无法按照目前的方法实现。而且,当前网络系统中包含了,如:边界网关 -? 协议,开放式最短路径优先,网络地址转换,多协议标签交换,流量工程等过多 5 北京邮电大学工程硕士学位论文 的复杂功能,为了让网络正常工作,工程师们只能以高度复杂的协议、算法来操 控网络,但是随着网络的规模的扩大和新技术的发展,以上方式控制网络已经越 来越难以为继。其实,完全可以利用SDN理念对控制层的控制功能和接口进行简 单而合适的抽象,以极大灵活性行进网络的规划和管理。在SDN架构下,可以按 照实际情况进行集中式或者分布式的控制,针对不同的转发性能需

26、求的网络流进 行虚拟或者物理的实现,并在流表项进行匹配规则设置。 1 j 抽象网络视图 激:r,. .n.、續全局网络视图 1 、二_ 丨 命 令 图2-1 SDN层次架构 SDN层次架构如上图2-1所示,其中: 第一层为应用层,主要实现不同的业务和和应用;第二层为控制层,主要负 责数据平面资源的调度,网络拓扑的维护,网络状态信息的监控;第三层为转发 设备层,主要负责以流表为基础的数据处理,流转发和网络状态的收集; 在SDN网络中,转发设备与现有网络交换设备相比功能更加简练,只有简单 的数据转发,可以采用通用的硬件,受统一的网络操作系统控制。而当前网络负 责控制转发逻辑的系统则被分离出来成为了

27、一个与转发设备相互分离的控制平 面,按照不同数据包的特性进行流表的匹配,与此同时,系统逻辑规则、业务特 性分类和转发设备之间的通信协议也都可以基于网络操作系统中的指令集中的 指令,通过组合编程实现。 2. 1. 2 OpenF I ow 组成 OpenFlow核心思想并不复杂,就是将当前网络交换设备的数据包控制和转 发功能,分为控制器(Controller) 控制转发逻辑、规则和OpenFlow交换机 (OpenFlow Switch) 单纯的数据包转发两个独立的部分。OpenFlow交换机内 部定义一个流表(Flow Table),如果交换机中有数据包相应的流表项则直接进行 转发。如果没有相

28、应的流表项,数据包就会经过控制器和交换机之间的安全通道 6 第二章OpenFlow互通性测试综述 (Secure Channel)提交给控制器,进行转发路径的确认,通过交换机上流表的更 新,再进行转发。 OpenFlow将传统以硬件为核心的互联网转变成了软件定义网络(Software defined networking),完成了传统互联网由静态不可变向动态可编程的升级。 而SDN除了更加高效、灵活之外,通过高效的软件编程实现和算法实现,可以极 大地提高网络的转发效率,安全性及鲁棒性。 一、OpenFlow设备组成 OpenFlow交换机(OpenFlow Switch )内含一张流表或者多张

29、流表 (Flow Table),负责数据包的查找和转发。OpenFlow交换机可以通过OpenFlow 协议,通过安全通道(Secure Channel)将数据包信息提交到控制器(Controller), 控制器按照协议对流表进行更新和管理。如图:2-2所示。 OpenFlow Controller A OpenFlow Protocol V r”- 一- Secure channel OpenFlow J Switch Flow table 图2-2 OpenFlow交换机通过安全通道连接到控制器 数据流表(Flow Table) 流表项由包头域(Header Fields),活动计数器(C

30、ounters),零至多个可 执行行动(Actions)。对经过OpenFlow交换机的数据包进行相关的匹配策略, 若没有相关记录,交换机需要将数据包提交到控制器,由控制器决定转发策略, 再下发至交换机流表进行处理。与数据包对应流表项可以将其转发至匹配的一个 或者多个端口,完成数据包的转发工作。 安全通道(Secure Channel ) 用于安全的传递OpenFlow交换机和控制器之间的指令和数据包。 OpenFlow 协议(OpenFlow Protocol ) 为OpenFlow交换机和控制器之间的通信提供方法。通过协议规定的接口, OpenF 10W的流表项可以由控制器进行修改操作。

31、二、OpenFlow 流表 OpenFlow釆用控制器集中控制的方法:控制器中存有网络的全局拓扑结构, 7 北京邮电大学工程硕士学位论文 通过OpenFlow协议规定的接口,对OpenFlow交换机中流表的表项进行操纵,通 过代码的编写实现每个数据包的处理方法。通过该中心控制器以及数据流分类技 术,研宄者可以把数据流区分为常规数据流和试验数据流。控制器可以通过为网 络上的数据流选择路径及其处理方式,来对数据流进行控制,从而实现了对网络 数据流的分类管理。 OpenFlow技术将数据包的转发分解为控制器和OpenFlow交换机协作完成, 分离了传统交换设备的控制转发功能,实现了控制逻辑和数据包转

32、发的分离,控 制器通过OpenFlow协议规定的操作控制OpenFlow交换机里的流表进而对匹配的 数据包执行转发操作。如下图2-3所示,每个OpenFlow交MAC 以太网 VLAN IP I IP i IP TCP TCP 源地ijt I目的地址 类型 ID 源地I目的地ii 端口 源端口 目的端口 图2-3 OpenF 10W安全通道及流表 OpenFlow交换机的流表是其数据包转发策略的依据,是交换机进行转发 的核心结构。交换机通过查找流表中的流表项对进入交换机的数据包进行匹配, 进而选择合适的转发策略。每个流表项包含的三个域:包头域(用于源、目的地 址的匹配),计数器(用于数据包信息

33、的统计),操作(用于表示执行数据包的操 作),用以指示OpenFlow交换机如何对的数据包进行操作。 在数据包处理时,首先找到流表中,与包头、计数、行动进行匹配,选出优 先级最高的流表项完成匹配,若没有匹配结果,则将数据包信息提交到控制器进 行处理。若数据包成功匹配了流表中某流表项,更新这个包的计数,同时这个流 表项中的行动将生效。若数据包最终无流表项匹配,OpenFlow交换机丢弃该数 据包。 三、OpenFlow消息 OpenFlow消息支持三种消息类型:控制器交换机消息 8 第二章O性测试综述 penFlow互通 (controller-to-switch),异步消息(asyncliro

34、nous),对称消息(symmetric)。 每一类消息又包含多种子消息。 控制器交换机消息:控制器主动发送给OpenFlow交换机,主要用于控制器 与交换机建立连接,用来管理、获取OpenFlow交换机的状态响应信息,并进行 相应的交换机配置和管理。 异步消息:由OpenFlow交换机发起,主要用于交换机向控制器报告端口变 化,流表项超时、错误等信息。 对称消息:控制器或OpenFlow交换机不经请求,按需求发送的信息。主要 用于网络链路状态的探测及厂商功能拓展。 2. 2 OpenF I ow测试分类 OpenFlow虽然是一种新型的网络设备交换设备,但是,它的目的也是为了 更好地对网络上

35、的数据流进行转发、处理。所以,对OpenFlow设备的测试研宄 也可以从其对协议的遵从性,控制、交换功能的实现,转发的效率和能力三个方 面进行考虑。在充分考虑OpenFlow设备新特点和传统网络交换设备测试分类的 基础上,我们可以将OpenFlow设备的测试研宄主要分为三个方向:注重协议分 析的一致性、注重功能实现的互通性和注重设备性能的基准测试。 2.2.1 致性测试 一致性测试的主要工作是测试设备的功能是否符合协议,是基于协议进行研 发的研究人员的一个重要研宄方向,是互通性测试和基准测试的基础。一致性测 试是一种黑盒测试,它是通过测试仪和被测设备交互行为来判断协议实现是否符 合要求。 如下

36、图2-4,通过对测试流的响应是否符合预期,判定被测实现 (Implementation Under Test, lUT)是否与协议规范符合。 测试输入 ? 构应 测(T试没备 被测实现 ester) (丨 UT) 图2-4 致性測试框图 ? 9 北京邮屯大学工程硕士学位论文 根据ITU-TX. 290系列IS0/IEC-9646定义的一致性测试方法,一致性测试标 准包括三部分: 抽象测试集(ATS):规定了某一标准协议的测试目的、测试内容、测试步骤; 协议一致性说明(PICS):说明实施要求,能力及测试项实现的情况; 协议实施附加信息(PIXIT):提供测试必须的协议参数。 可执行测试集(ET

37、S)在以上三部分的基础上生成,一致性测试步骤如下: 第一步,静态测试:测试设备读取协议一致性说明和协议实施附加信息相关 文件,并根据协议标准进行静态测试,检查被测实现参数是否符合说明标准; 第二步,动态测试:测试设备读取协议一致性说明、协议实施附加信息相关 文件和抽象测试集生成可执行测试集,而后对被测实现执行测试集,输入测试流, 分析响应输出。可采用的测试方式包括:本地测试、远程测试、分布式测试、协 同测试。 第三步:对一致性测试集执行完成之后的测试结果进行记录分析,按照测试 报告的要求生成测试报告。对成功、失败和不确定的测试项进行记录及必要描述, 尽量详细记录失败和不确定测试项的测试流程、执

38、行结果和可能性分析,方便后 续测试人员的进一步测试分析。 一致性测试一般测试流程如下图2-5所示。 I抽象测试集(ATS) 抽象测试集(ATS) IUTPICS/PIXIT 抽象测试集(ATS) 抽象测试集(ATS) j 可执测试集(ETS) 1 I 测试报告 图2-5 致性测试流程图 2.2.2互通性测试 协议的一致性测试是被测系统验证能否遵从协议规定进行合规通信的基础, 但是,一致性测试并不能检测出被测系统与其他系统进行的通信时能否正常工作。 为弥补一致性测试的不足,引入互通性测试。互通性测试是被测系统和其它执行 统一协议或者同一类协议的系统进行组网互通时的能力,解决组网时碰到的各种 10

39、 第二章O性测试综述 penFlow互通 问题,保证不同设备商的设备在组网的时候能够进行正常通信。 互通性测试的主要用于评价相似系统在实际网络环境中能否正常通信并实 现协议中的规定操作,确定被测系统对协议的遵从性。目前,互通性测试是设备 厂商的设备研发,运营商选购设备,各科研院所进行设备研发的必要阶段,为网 络设备的推广,技术的更新提供重要的参数信息。 在互通性测试操作的实际实施中,选择各设备商一致认可并经过长期测试认 证的设备,将其作为标准设备与被测设备进行互联的互通性测试是最为常见的测 试形式。标准设备可以是边缘设备、核心网络设备甚至是应用软件,也可以是专 门用来进行互通性测试的独立设备或

40、者测试系统。可以针对单独设备的互通性和 组网设备的互通性进行相关测试,两种测试流程图2-6如下: 參 秦 测K驱动 4d.准设备(0K) 被測设各(nm 驱动 图2-6互操作測试拓扑图 在测试图中可以看出,标准设备可以是单个设备或者一组系统。标准设备和 被测设备进行连接,由标准设备定义测试集,两台设备共同进行互通性测试。一 般情况下,标准设备和被测设备不能由同一设备商制造。互通性测试在测试人员 控制下进行,并产生相应的响应和测试结果,是对用户期望功能的测试。测试人 员可以使用手动测试或者是自动化测试,可以借助专门的测试设备也可以使用灵 活的软件编程进行测试。从结果上看来,互通性测试关注的只是设

41、备对用户要求 功能的实现,并不关心功能实现时对协议细节的遵从。 互通性测试由两个主要部分2-8互操作測试流程示意图 2.2.3基准测试 基准测试(Bench Marking)是依靠准确的测试工具、完备的测试系统,设 计规范有效的测试方案,并对被测设备的一项或者多项性能进行基于某一指标的 12 第二章O性测试综述 penFlow互通 过程可重复、结果可对比的测试。 基准测试可以测量和评估被测设备或者被测系统的性能指标,通过在可控环 境中的基准测试确立基准测试中某些测试项的性能指标,并将其作为基准线 性能指标。基准测试最常的使用场景为被测设备或系统的软硬件升级或者所在环 境发生变化后,通过再次的基

42、准测试确定以上变化与性能指标的差异,从而评估 对被测设备或者系统的影响。除此之外,通过基准测试研宄某些特殊情况下系统 负载性能的极限、提高整个系统的效率、监控系统所在环境的变化、提前发现某 些极限情况下系统的问题,也都是基准测试的适用范畴。 基准测试的一般流程为: 第一:在可控环境中对待测的标准系统进行基准测试,将测试结果整理为相 关测试文档,并进行环境、流程等必要描述的注释。而后把这些测试数据、测试 结果作为其他类似设备基准测试的性能指标。 第二:按照需求,对实际环境中的待测设备进行相应指标的基准测试,记录 测试结果。 第三:对第二步中的结果进行筛选分析,根据实际要求,选择第一部中最 近实际

43、环境的性能指标,对测试结果进行对比。确定被测系统的工作性能,并对 不达标的测试项进行再测试和分析。 第四:整理汇总的测试结果,给出测试报告及分析。 通常情况下,基准测试是针对不同功能进行测试,关心的是一个系统的某一 个或某些功能的效率是否达到了实际需求的标准。针对性能测试的工具种类繁多, 可以是单独的测试设备也可以是某些软件,实际测试时可以根据不同的需求选用 不同的测试工具。 按照某一周期对系统进行基准测试,尤其是系统升级或者是系统搬迁到新环 境中之后,具有非常重要的作用和意义。这为以后系统故障的排除,恢复提供了 重要的数据支持。当然,性能指标一定要提前按照需求制定,否则,基准测试对 以后系统

44、的监控运行并没有太大意义。 2.2.4各类測试的区别联系 一致性测试、互通性测试、基准测试相互关联。一致性测试是互通性测试的 基础,而基准测试又是建立在一致性测试盒互通性测试的基础上的,通过了基准 测试,其结果在标准修正、版本升级时,又可对一致性测试的方案和测试项产生 影响。 相对其他两个测试来说,一致性测试更加正式,通常在设备的幵发周期内执 13 北京邮电大学工程硕士学位论文 行测试。筛选测试项,并按照归类要求归纳为测试集,确保在对IUT进行测试时 是规范性。一致性测试一般都会分为正向测试和逆向测试,正向测试一般是测试 设备对协议的遵从性,逆向测试主要是进行非法输入流的测试。由于规范一般都

45、由自然语言描述,其中往往只描述了协议的正常实现,而非法输入可能性多,描 述复杂,故在协议中描述却相对较少。所以,逆向测试的测试项的数量往往要多 于正向测试。 一致性测试最常开始于独立测试实验室或者测试设备商,是被测设备进行互 通性测试和基准测试的基础。对通过一致性测试的多个设备商的产品,可以进一 步进行互通性测试。 虽然,一致性测试和互通性测试,都是有重要意义的测试方法,而且互为验 证。但是,它们还是有很大不同的。 第一:互通性测试只是验证被测设备或系统能否正常完成需求功能,而一致 性测试只关心设备对协议的遵从,测试的目的不同。 第二:互通性测试主要是功能级验证,而一致性测试为协议级验证,测试

46、级 别不同。 第三:互通性测试关注的是被测设备之间的互连是否正常,一致性测试要求 协议规则完全的实现,测试效果不同。 至于基准测试,其本身的测试对象一一被测设备功能的实现的效果一一即内 在的要求了设备的一致性和整体系统的互通性。没有前两者的基础,根本无法提 出设备的单端口和跨设备吞吐能力、连接效率、最大准许接入数等性能指标,更 不可能进行标准可再现的基准测试了。 综上可知,即使是通过了一致性測试,互通性测试也不见得会通过,互通性 测试可以保证设备在互连时系统的正常运转。只有一致性测试和互通性测试通过, 才可能进行基准测试,各种测试相互配合,才能对设备进行各方面的测试,并根 据测试的结果提高被测

47、设备的可靠性。 2.3 OpenFlow測试互通性测试需求分析 2.3.1 SDN/OpenF 丨 OW 网络发展 按照当前互联网的发展趋势,未来互联网业务对网络传输的要求一定会越来 越高。由于对未来网络如何应对新业务的需求理解的不同,未来网络技术的研究 14 第二章Qp性测试 enFlow互通 人员逐渐形成了改良和变革两个阵营。改良支持者们认为在现有设备的基础上只 需要添加新的功能逻辑就可以解决未来网络的发展问题。变革支持者们认为现有 网络架构已经不适于未来网络的发展,必须颠覆现有网络的设计思路,从新设计 互联网。他们按照从现有技术设计互联网和未来互联网可能的发展方向提出了一 系列的发展方案

48、。其中广受支持的一支就是SDN/OpenFlow。 SDN/OpenFlow起源于斯坦福大学Clean Slate课题,其最初目的就是要改 变现在己经略显冗杂且难以继续发展的网络基础架构,重新设计互联网。项目开 始时,如果按照传统解决方案,有两种方式可供选择一;是希望设备厂商开放接 口,使得研发人员可以在商用设备商进行二次开发,研宄新的方案与现有协议并 存的可能性;二是,网络协议研发人员自己制造设备。但是,这两种途径都不是 解决当前网络问题的高效方案。对方案一来说,设备厂商不可能冒着暴露自身设 备技术细节的风险开放开发接口。对方案二来说,研发人员自己制造的设备一般 不可能达到商用设备的性能。在

49、此情况下,课题组设计了新的解决方案一一 OpenFlowo OpenFlow将起初由交换设备操纵的数据流转发,修正为由OpenFlow交换机 和控制器来共同完成。OpenFlow交换机(OpenFlow switch)利用本身的流表(Flow Table),只负责对与流表项匹配的报文进行转发,而所有的控制逻辑都在控制器 (Controller)上进行实现,完成了转发和控制的分离。将所有的控制逻辑置于控 制器上,可以方便的对各种不同协议的共存进行分析研宄,也可以满足对不同流 的控制功能。鉴于OpenFlow巨大的灵活性和可操作性,自从OpenFlow诞生之日 起,就受到了各个科研院所、设备厂商的

50、高度关注。 从实际情况可以看出,SDN/OpenFlow发展的速度非常之快,已经从理论领 域快速的转化到了实际应用场合,并取得了良好的效果。致力于推动SDN发展的 ONF创立于2011年3月,但成员已经从初创的23家,发展到如今的90多家。 相信将来还会有更多的交换设备研发公司加入到这个组织中来。 15 北京邮电大学工程硕士学位论文 /90 Z M_ 23 . i PI : ;1-?. 2011 2012 2013 图2-9近3年SDN相关公司增长 鉴于SDN/OpenFlow的优势,各设备厂商对SDN/OpenFlow设备都在快速推进 中, 一、思科 作为当网络设备领域的领导者,思科与其他厂

51、商、学研机构和标准组织展开 了积极的合作,共同开发基于SDN/OpenFlow的新型网络技术,并推出了自己的 SDN/OpenFlow解决方案 思科开放网络环境(ONE, Open Network Environment)。该环境集成控制器和网络虚拟化技术,提供了多样的编程性,用 户可以在诸如大数据、视频、移动互联等方面灵活选择,在某一种或者某几种平 台下按照业务需求进行创新。 思科认为,SDN、OpenFlow、网络虚拟化,可以提高基础网络设备灵活性、 高效性、虚拟化,但其应用并不会影响到核心网设备,也不会降低核心网络设备 重要性的下降。所以,ONE主要提供了针对边缘网络基础设备灵活可选的应

52、用驱 动定制来协助用户实现各种业务,通过提高服务的质量、提高资源获取的效率、 提高用户体验来获的利润。 ONE集成了多项思科自身的新技术:One Platform Kit (One PK),可以兼 容各种思科操作系统,通过各种API进行摄入编程访问,便于客户和思科的合作 伙伴进行新业务软件的开发;思科控制器软件和OpenHow Agent可以在思科的 多款交换机上进行控制,同时提供对VMware和Microsoft虚机机管理的支持。 ONE现在已经支持各种各样的部署方案:对于学研机构,可以使用基于 SDN/OpenFlow的控制器进行研发,同时利用思科推出的OpenFlow Agnet进行网

53、络设计和网络划分;对于数据中心之类的大数据管理控制机构,ONE可以通过软 16 第二章O测试综述 penFlw互通性 件编写进行网络资源的分配和管理。对云服务提供商,ONE可以通过变成直接实 现自动化的资源分配和网络覆盖。对运营商,ONE可以通过编程对服务进行分析 和优化,实现利润的增值。对企业,ONE可以实现私有云,对企业内部各种应用 进行方便的管理。 二、华为 作为中国先进网络设备的制造商的华为,自然不会缺席SDN/OpenFlow设备 的研发。虽然对SDN/OpenHow布局谨慎,对整体战略方面没做过详细介绍,但 是华为与相关标准组织、各类学研机构的合作却一直都在各个设备厂商的前列。 华

54、为很早就己经加入了开放式网络基金会(ONF),而且在2012年5月北美 互通测试大会上,仅仅第二次参与的华为即与与会的的众多设备厂商一起,进行 了互通性的测试,设备间通信效果良好。而且就在2个月前,华为就己经和中国 互联网巨头腾讯展开了 OpenFlow和SDN的合作,建立通一的联合创新中心共同 推进SDN/OpenFlow技术在互联网业务方面的发展。而且华为也积极与各高校展 开合作,在成都云技术中心等地积极开展OpenFlow设备的研发。从目前状态看 来,华为SDN战略己经开始陆续发布。 通过相关资料可知,华为现在很可能将SDN应用在其One Net架构之下,作 为其产品和解决方案的有益补充

55、,而且SDN/OpenFlow的重点将聚焦于解决具体 的应用问题上,所以现在华关注的主要领域就是SDN的核心技术实现和SDN的应 用。在核心技术实现方面,华为对控制器架构、SDN网络实现和边缘业务的实现 的关键技术都有大量投入。而在应用方面,华为很可能将SDN/OpenF丨0W的控制 功能和企业网联合起来,通过控制器提供的标准接口,实现网络的控制和网络资 源的统一分配。若企业网内部的新应用不再依赖于硬件设备,而可以通过统一的 控制器来进行集中配置,那将极大地简化企业网的配置,降低企业业务升级的成 本。 综上可知,虽然华为并没对其SDN/OpenFlow战略进行大张旗鼓的宣传,但 是其内部布局已

56、经在有条不棄的进行了。对于华为的研发能力业界一直都持非常 认可的态度,而且每次华为推出的新产品都能使人耳目一新,相信华为未来的 SDN/OpenHow方案也能够给企业和业界带来更多的惊喜。 三、Juniper _ Juniper研发人员认为由于当前网络的设备成本不断降低而运营成本急剧增加,网络需要的创新要集中在自动化运维管理上,以减少网络运营压力。当前 网络的实现的三平面为为,数据平面:发送数据;控制平面:控制路由;管理平 面:对网络进行管理。若要为控制平面增加集中控制和自动化控制,就可以利用 到SDN,所以当前Juniper SDN研发人员主要是工作就是在此之上的研发,希望 17 北京邮电大

57、学工程硕士学位论文 将当前网络带宽配置、监控、统计效率大幅提高,并将控制能力拓展到数据平面 之外的区域去。由于当前运营商的核心网上以数据包的转发为主,过多其他操作 的添加可能不利于数据包的传输,所以Juniper不认为当前的核心网也适合进行 OpenFlow设备的替换,而当前各交换机自主控制转发的方式应该更加适合和有 效。 对于OpenFlow,Juniper认为作为SDN的重要技术之一,在自动化方面仍可 以做补充。OpenFlow作为南向接口,想要到达真正的高效还需要支持控制器之 间的信息交换。同时高效的北向接口对于系统和OpenFlow控制器之间的相互联 系也是必不可少的。 四、惠普 惠普

58、是第一个推出OpenFlow交换机的设备商,它认为SDN技术在5年时间 之内就可以逐渐走向应用,所以在推出其生产的OpenFlow控制器和交换机的同 时,惠普也为用户提供了可以对自主应用进行编程的北向接口,从惠普相关的产 品的推出速率来看,如此快速的OpenFlow部署,远远超出了业内人士的预期。 随着支持OpenFlow交换机的不断推出,惠普计划未来将OpenFlow的支持扩 大到其所有的交换产品组合。在推广其SDN控制器软件的同时,还将其硬件服务 器集成出售,形成控制器、OpenFlow交换机、应用程序接口、应用相互结合的 SDN解决方案。与其他OpenFlow设备提供商不同的是,惠普的S

59、DN解决方案并 不只专注于数据中心,在包含虚拟化和云解决方案的基础上,惠普还提出了终端 到终端的解决方案,基于用户需求,惠普甚至可以提供穿越广域网的服务。 除了以上各家外,其他的虚拟化厂商或者网络设备商也都开始积极布局 SDN/OpenFlow 相关产品,如 VMware 斥资 12.6 亿收购 SDN 先驱 Nicira,Oracle 收购Xsigo,博科收购Vyatta都显示出当前SDN领域的火爆。2012年SDN相关 产业产值为1. 6 / 午 OOOOOOQ rsl CM CM fM fN rvl (N 图2-10 SDN产业产值预期 2.3.2 OpenF I ow ;Si性測试进展

60、及前景分析 一、国际进展 2013年3月ONF举行了面向ONF全体会员的首期Plugfest,首次互通性测 试基于OpenFlowL 0. 0协议标准,该标准已经广泛部署于ONF会员的OpenFlow 产品上,部分会员甚至已经跳过OpenFlowL 1协议标准,直接开发基于 OpenFlowl. 2协议标准的OpenFlow设备。LDP的网络拓扑发现 2013年10月ONF举行了第二次Plugfest,此次Plugfest共吸引了 20多家 OpenFlow设备商和控制器生产商,互通性测试案例设计对象比上一次更加具体, 主要集中在运营商、大型数据中心、以太网等应用上。本次Plugfest进行了

61、更 多种类控制器的测试,其中还包括了仿真的控制器测试。还第一次对虚机交换机 和OpenFlowl. 2协议进行了测试,完成了更多的测试项。 2013 年 6 月,ONF 举行了第三次 Plugfest,此次 Plugfest 针对 OpenFlow 1. 0 20 第二章O性测试综述 penFlow互通 OpenFlow 1.2 OpenFlow 1. 3版本的互通测试。此次Plugfest吸引各大相关商 用控制器生产机构和OpenFlow设备商的参加,测试主要重点仍有运营商、数据 中心的相关应用和方案,同时对OpenFlow的企业网应用进行了 OpenFlow协议的 互通性,其中针对Open

62、Flowl. 3的IPv6和MPLS的创新测试取也取得了相关成果。 2013年11月,ONF举行了第四次Plugfest,此次Plugfest主要针对OpenFlow 1.3的互通性,并且首次对OF-ConfigOF管理配置协议进行了互通性测试。 OF-Config是ONF标准体系不可或缺的组成部分,它规定了控制器交互机制和更 新交换机参数的机制。 二、国内进展 国内进展: 2012年12月,第一届中国SDN与开放网络高峰会议在北京举行,本次峰会 以”未来网络的演进之路”为主题,并获得了 ONF的大力支持,尤其值得关注的 是国内三大运营商的研宄机构同时参与了本次SDN高峰会议。同时与会的还有清

63、 华大学、腾讯科技、华为等12家高等院校、网络公司、设备厂商。 本次峰会主要聚焦于SDN对未来网络架构的影响和网络虚拟化,研宄SDN 解决当前网络基础设施扩展、大型数据中心等的方案。 2013年8月,第二届中国SDN与开放网络高峰会议同样在北京举行,会议 继续获得ONF的深度支持,由技术专家、测试专家进行相关方向的培训,会议同 期进行了 OpenFlow设备的互通性测试、展览等。 三、互通性测试需求分析: 由以上各家OpenFlow设备厂商和国内外OpenFlow进展可知,SDN/OpenFlow 己经引起了各大设备商的充分重视,SDN/OpenFlow的相关研发工作都在如火如 荼的进行之中,

64、各厂商都在自己的SDN/OpenFlow平台上进行着自主产品的研发, 虽然OpenFlow设备在各方面都已经取得了突破性的进展,但现在OpenFlow互通 性还是有以下几个方面值得研宄: 1.各个OpenFlow版本之间的互通性测试,各个厂商控制器与其他厂商 OpenFlow交换机之间的互通性; 2.不同厂家的OpenFlow互通性在组网时的互通性; 3. OpenFlow与其他非OpenFlow设备互连互通情况; 4. OpenFlow设备在企业网等局域网、数据中心上的应用。 其实上述问题的解决也是从一到四逐步解决的,以后的各个问题的解决都依 赖于上一问题的解决,如果可以按顺序解决以上几个问题,OpenFlow设备在网 络升级方面的更迭肯定更加顺利。由于现有实验环境的问题,我们现在最有效的 出发点就是最开始的两点,所以本论文的出发点也是从这两点出发,希望能在 21 北京邮电大学工程硕士学位论文 OpenFlow互通性测试工作进行的过程中,产生对OpenFlow互通性有意义的流程、 方案和测试项。 2.4本章小结 本章主要介绍了 OpenFlow互通性