38第三章 树表描述语言与协议软件测试

第三章树表描述语言TTCNOSI/ITU组织颁布的协议一致性测试基本框架和方法标准(ISO/IEC9646(ITUX.290series)由五大部分构成，树表描述语言(TreeTabularCombineNotation)是其中的第三部分，即ISO/IEC9646-3。该标准的颁布为通讯协议的一致性测试提供了准则，所以TTCN得到了广泛的应用。下面分别介绍TTCN的基本语法、符号的语义及TTCN的应用。3.1协议一致性测试基础框架3.1.1协议一致性测试系统结构在一致性测试中一个被测试部分（ImplementUnderTest简称IUT）是一个OSI协议实体，IUT所在的系统称为被测试系统（SystemUnderTest简称SUT）。一个概念上的一致性测试体系结构如图3.1所示。IUT有一个上层测试（UpperTest）接口和下层测试(LowTest)接口，UT和LT通过控制观察点（PointsofControlandObservation简称PCOs）对系统进行测试。通常LT是远程可访问接口，因此IUT定义一个远端的PCO，即底层接口被设置在远端。通信被认为是异步通信，所以在每一个PCO都对应两个队列（FIFO），一个是输入，另一个是输出。在一致性测试方法框架（ConformanceTestingMethodologyFramework简称CTMF）中，严格区分上层测试和下层测试功能，IUT的上层测试由UT控制，下层测试由LT控制。在测试过程中，UT扮演一个用户来使用IUT提供的功能，而LT模仿一个IUT下层的通信实体。也就说UT与IUT的交互是通过LT来实现的。IUT和UT之间通过抽象服务元语（AbstractServicePrimitives简称ASPs）进行通信。从概念角度，IUT和LT通过协议数据单元（ProtocolDataUnits简称PDUs）交换数据；从实际角度，PDUs采用ASPs对基本服务动作进行编码，即PDUs不是直接进行交互，而是CTMF允许根据PDUs的编码进行交互，即在一个抽象的测试中使用PDUs进行交换，所以ASPs与PDUs不再加以区分。正如图3.1所示，测试协调过程（TestCoordinationProcedures简称TCP）来协调LT和UT的动作，这在LT和UT是两个独立的过程时十分必要。图3.1仅表现了一致性测试方法框架（CTMF）的概念结构，实际中的测试系统可根据采用的测试方法的不同有相应的变化。在CTMF中测试方法可分为局部的、分布的、协调的和远程的测试几种。它们的主要不同是对UTIUTUnderLyingServiceLTASPsPDUs图3.1一致性测试体系结构CTMFTCPPCOPCOLT和UT的协调以及对它们的控制与观察程度不同。图3.2是一个基于CTMF的测试过程。一个IUT首先由测试例的触发条件激活，并从稳定状态进入被测试状态；经过测试用例在测试体中运行，进入结束状态；如果执行的结果不唯一，则需要经检查步分析结果中存在的问题，从而进入EndState（Verification）状态；根据检查结果提出反馈，进入下一次的测试阶段。在上面的测试过程中，如果测试例的结束状态相同，则直接进入到下一次测试过程。3.1.2X-协议一致性测试为了解释TTCN一致性测试的过程，本节给出一个假想的协议，称为X-协议；给出协议一致性测试的要求。结合CTMF的X-协议执行脚本如下：MTC（MasterTesterComponent）首先通过产生PTCs(ParallelTesterComponents)对测试系统进行初始化。对于X-协议产生一个低端PTC和一个高端PTC。通过IUT，低端PTC建立一个与高端PTC的一个X-连接。出于简单考虑，我们假定一个N网络连接连接已经建立，即不会出现一个X_CONNECTrequest被拒绝（该假定是为了解释TTCN特性）；低端PTC发送一个数据包，该数据包将通过IUT在高端PTC返回，这个数据包将在一个指定的时间间隔内返回，该过程重复多次；在完成数据传递后，低端PTC断开，并发送它的最初结果给MTC后，计算最终结论并终止测试。为了对X-协议进行测试需要提供以下配置和相关描述。X-协议一致性测试基于CTMF，其中IUT是一个X-协议的实现。我们也假设有一个网络服务提供商提供网络服务（N），X-协议测试在此基础进行。因此有以下测试例：LT将用N-SERVICE元语和X-PDUs加以说明，分别用N_DATArequest和CR_PDU进行说明；UT将用X-SERVICE元语加以说明，使用X_CONNECTrequest；一般说来，ISO一致性标准需要对N-1层的ASP、N层ASPs和N层PDUs进行说明。为此，TTCN提供了一个最小的功能集合。提供能够通过测试系统发送和/或接收ASPs的能力；StablestateTeststateEndstate(TestBody)EndState(Verification)postamblepreambleTestBodyVerification图3-2测试例方案提供嵌在ASPs中PDUs的描述能力；说明ASPs在PCOs被发送和/或被接收的次序；TTCN采用以下方法提供上述功能：声明ASP和PDU的类型；声明PCOs说明实际的ASPs和PDUs说明行为实例在以后的章节中，我们将深入学习以上内容。本测试例的使用有两种意义：IUT在限定的时间内通过X-协议，接收并返回指定数量的数据包。每一个测试目标将用不同的测试例表达。我们将在以后的章节中，逐步建立该协议一致性测试例的测试套，X-协议测试的完整的说明将在本章的后面“完整实例”一节给出。3.2测试系统行为描述为了测试IUT，我们需要建立一个仿真测试事件集合或交互行动序列。这个用于描述测试任务的事件或行动的序列称为测试例（testcase），一个特定协议的测试例集合称为测试套。TTCN就是一种用于说明测试例的符号集，它可以建立一个实际被测系统的抽象模型，并说明测试例的执行过程。抽象的测试例包括所有的IUT所支持的被测目标，但它不包括测试系统的信息。然而，说TTCN是一个符号集，并不意味着TTCN本身是抽象的，现在TTCN已经逐渐进化成具有可操作的语法和语义的形式化描述语言，用TTCN描述协议测试例如同编写程序一样。在ISO/IEC9646-3中定义了两种TTCN的图表，一种是图形符号，另一种是语义符号。图形符号采用表格的形式描述测试例的内容。这种表现形式比较直观，所以称为TTCN-GR，它适合于测试例的分析与设计。语义符号采用巴氏克范式Backus-NaurForm简称BNF)形式说明TTCN测试例，所以它更适合与计算机处理，所以把这种形式的表示称为TTCN-MP(TTCN-machineprocessable)。在本教材中主要采用TTCN-GR来描述测试用例。3.2.1行为树在我们深入讨论TTCN语言之前，首先讨论TTCN是如何描述一个测试组件的行为。在TTCN中，许多标准服务定义和协议说明都采用图或表来描述，并在此基础上产生测试例。然而，一致性测试只关心控制与观察点上的交互，所以系统行为用一颗树来表示比较自然，这棵树就称之为行为树。在行为树中，每一个树枝表示两个协议状态之间可能发生交互。在TTCN中，为了与表格形式一致，把行为树的分支随着时间逐层横向缩排，并写在一个表框内。在行为树中，处在同一层的节点不一定是姊妹关系，如F、G与I、J就是如此。在行为树中，一个节点被称为行为行。一个行为行有以下部分构成。1.行号2.标签3.声明行4.约束5.结论6.行为行注释在上面的构成成员中，那些被使用可随具体情况而定。如行号和注释是必须体现的，而约束和结论仅在需要时使用。表3-1测试例动态行为表序号标号行为描述（声明）约束结论注释12345678910ACFGHDEIJB3.2.2TTCN行为描述在TTCN中，所有的行为行用动态行为表来说明。有三种类型的行为表，它们的表头和表体有所不同。测试例动态行为表测试步动态行为表缺省动态行为表虽然他们的表体基本相同，但从表面上看他们有不同的表头，而更实质上的区别是使用方法的不同。在动态行为表中（见表3-1），各个列分别是行号、标签、声明行、约束条件、结论和注释。淡灰底纹的行表示一个行为行的范围，而深灰底纹的行表示一个声明行。TreeBCADIEFGHJABCFDGEJI图3-3TTCN行为树TimeHTime3.2.2.1声明行与声明在一个动态行为表中，声明行在行为描述栏中定义，它用于说明事件发生顺序。在声明行中描述测试系统的行为，如发送和接受ASPs等等。一个声明又可分成三个不同的类型。1.事件2.行动3.条件事件声明是否成立，取决于当前所发生的事件。声明成立也称为事件匹配。有两类事件，分别是输入事件（inputevents）和时间事件(timerevents)。一个输入事件是一个到达指定PCO的ASP，或者是指定CP（协同点coordinationpoints简称CP)的消息。一个时间事件是一个协议时间结束时刻。TTCN声明中的事件有：1.RECEIVE2.OTHERWISE3.TIMEOUT行动有时声明总是成立的，也就是说它是可执行的，我们把这种声明称之为活动。虽然在ISO/IEC9646-3标准中没有行动这个词，但实际上一个测试系统有许多行动被执行。在TTCN中假定他们都能够成功的执行。TTCN中的行动有：SENDIMPLICIT_SENDASSIGNMENT_LISTTIMER_OPERATIONGOTO条件声明行也可以包括条件声明，即布尔表达式。我们把这个声明行称为条件声明行。如果没有事件匹配，也就没有行动被执行，除非声明行中的条件的值为True。如果一个声明行不包括条件，则为非条件声明行。一个TTCN条件就是布尔表达式：BOOLEAN_EXPRESSION事件、行动和条件的结合事件、行动和条件组合可以通过TTCN-MP来定义。在下面的章节中，我们将根据具体内容介绍基于TTCN-MP的事件、行为和条件组合的应用。3.2.2.2执行和匹配现在我们将讨论一个行为树如何被执行或遍例。替换在同一缩排的声明行的集合中，有相同父节点的节点称为可替换声明行，简称替换。例如，在图1-1中(A,B),(C,D,E),(F,G),(I,J)和(H)是所有的替换。由于一个替换集合中不同替换的前后次序是十分重要的，所以必须把所有事件和条件在一个没有激活的行动之前声明。行为树的执行行为树的执行从树根开始。首先第一个替换集合被循环执行，每一个替换均以他们在集合中出现的先后次序被赋值。如果一个替换不成功，则执行下一个替换；如果替换成功，则执行该替换的下一级替换集。在所有的替换都被执行后，该替换集合的循环停止。这时将得出结论。图3.3是一个行为树执行的例子。首先被执行的是替换集合（A,B）。如果B成功，则执行终止。如果A成功，则下一个替换集合（C,D,E）被激活。现在假定E是成功的，则下一个替换集合是（I,J）。如果I或J有一个是成功的，则执行终止。注意：如果在任意一个替换集合中没有声明是成功的，则执行将“死锁”。3.3TTCN数据类型和取值本节我们将讨论TTCN的数据类型和他们的取值，TTCN所包含的数据类型用来说明行为描述中所涉及到的数据，如在ASPs和ASPs中的数据类型说明等等。TTCN所定义的数据类型来自于ASN.1(AbstractSyntaxNotationOne)定义的数据类型，而且在TTCN与ASN.1之间无明显的界线，所不同的只是构造类型的定义有所不同。在说明测试套时，可以不使用ASN.1，例如在ISO网络模型中的底层协议就没有使用ASN.1。TTCN包括众多的预定义数据类型，也允许用户根据预定义数据类型自己定义构造类型。在定义数据类型时使用下面TTCN表。1.简单类型定义表2.构造类型定义表（一个类型定义使用一个表）3.3.1预定义数据类型TTCN有丰富的预定义数据类型。除HE