fixed merge conflicts, new results table
[tt2015.git] / a2 / 1cases.tex
index 18420a7..ce1031d 100644 (file)
@@ -7,84 +7,71 @@ are to be run in a terminal. Commands prefixed with a \texttt{\#} should be run
 with root permissions. Commands prefixed with a \texttt{\$} should be run with
 user permissions.
 
-\begin{table}[H]
-\begin{tabularx}{\linewidth}{|l|X|}
+\begin{longtable}{|l|rp{.8\linewidth}|}
        \hline
-       Check 1 & Get the SUT in a workable state. \\
+       Check 1 & \multicolumn{2}{l|}{Get the SUT in a workable state.}\\
        \hline
-       Course of action &
-               \begin{enumerate}
-                       \item Import the VirtualBox image into VirtualBox.
-                       \item Boot the vm.
-                       \item Verify the SUT booted successfully and the network modules
-                               are loaded.
-               \end{enumerate}\\
-       \hline Passed & \textit{Yes/No} \\
+       \multirow{3}{*}{Course of action} 
+               & 1. & Import the VirtualBox image into VirtualBox.\\
+               & 2. & Boot the vm.\\
+               & 3. & Verify the SUT booted successfully and the network modules are
+               loaded.\\
+       \hline
+       Passed & \multicolumn{2}{l|}{\textit{Yes/No}}\\
        \hline\hline
-       Check 2 & Verify the SUT is complete. \\\hline
-       Course of action &
-               \begin{enumerate}
-                       \item Boot the SUT as in \emph{Check 1}.
-                       \item Verify the loopback device exists by running
-                               \texttt{\$ ifconfig}.
-                       \item Verify the \emph{echo-server} is present on the system.
-                       \item Verify \emph{Scapy} is present on the system by running
-                               \texttt{\$ scapy}.
-                       \item Verify all scripts used for testing are present on the
-                               system.
-               \end{enumerate}\\
+       Check 2 & \multicolumn{2}{l|}{Verify the SUT is complete.}\\
+       \hline
+       \multirow{5}{*}{Course of action}
+               & 1. & Boot the SUT as in \emph{Check 1}.\\
+               & 2. & Verify the loopback device exists by running 
+                        \texttt{\$ ifconfig}.\\
+               & 3. & Verify the \emph{echo-server} is present on the system by running
+                       \texttt{\$ file code/server/Main.java}\\
+               & 4. & Verify \emph{Scapy} is present on the system by running
+                       \texttt{\$ scapy}.\\
+               & 5. & Verify all scripts used for testing are present on the system.\\
        \hline
-       Passed & \textit{Yes/No}\\
-       \hline \hline
-       Check 3 & Initialize the testing environment.\\
+       Passed & \multicolumn{2}{l|}{\textit{Yes/No}}\\
+       \hline\hline
+       Check 3 & \multicolumn{2}{l|}{Initialize the testing environment..}\\
        \hline
-       Course of action &
-                       \begin{enumerate}
-                               \item Boot the SUT as in \emph{Check 1}.
-                               \item Setup iptables by executing 
-                                       \texttt{\# code/iptables.sh}~\footnote{ The IPTables script
-                                       ensures that the OS does not drop packets due to an the
-                                       unknown source.}
-                               \item Navigate to the working directory by running
-                                       \texttt{\$ cd /home/student/tt2015}
-                               \item Compile the echo server by running 
-                                       \texttt{\# cd code/server \&\& make \&\& cd -}
-                               \item Start the echo server by running
-                                       \texttt{\# cd code/server \&\& java Main}
-               \end{enumerate}\\
+       \multirow{6}{*}{Course of action}
+               & 1. & Boot the SUT as in \emph{Check 1}.\\
+               & 2. & Setup iptables by executing
+                       \texttt{\# code/iptables.sh}~\footnote{The IPTables script ensures
+                       that the OS does not drop packets due to an the unknown source.}\\
+               & 3. & Navigate to the working directory by running
+                       \texttt{\$ cd /home/student/tt2015}\\
+               & 4. & Compile the echo server by running 
+                       \texttt{\# cd code/server \&\& make}\\
+               & 5. & Start the echo server by running
+                       \texttt{\# cd code/server \&\& java Main}\\
+               & 6. & Generate all test cases by running
+                       \texttt{\$ python code/client/gen.py}\\
        \hline
-       Passed & \textit{Yes/No}\\
+       Passed & \multicolumn{2}{l|}{\textit{Yes/No}}\\
        \hline\hline
-       Check 4 & Test the tool environment.\\
+       Check 4 & \multicolumn{2}{l|}{Test the tool environment.}\\
        \hline
-       Course of action &
-               \begin{enumerate}
-                       \item Initialize the SUT as in \emph{Check 3}
-                       \item Execute the test script by running
-                               \texttt{\# code/client/helloworld.py}.
-                       \item Verify the console displays a success message.
-               \end{enumerate}\\
+       \multirow{3}{*}{Course of action}
+               & 1. & Initialize the SUT as in \emph{Check 3}\\
+               & 2. & Execute the test script by running
+                       \texttt{\# code/client/helloworld.py}\\
+               & 3. & Verify the console displays a success message.\\
        \hline
-       Passed & \textit{Yes/No}\\
+       Passed & \multicolumn{2}{l|}{\textit{Yes/No}}\\
        \hline\hline
-       Check 5 & All test inputs and scripts are present. \\\hline
-       % DIT MOET NOG EVEN ANDERS
-       Course of action & 
-               \begin{enumerate}
-                       \item Boot the SUT as in \emph{Check 1}.
-                       \item Execute the command \texttt{ls scripts/tests}
-                       \item Verify that there is a file named case$X$ for each test case $X$
-                       \item Use \emph{ls packets}
-                       \item Verify that there is a file named \texttt{single.pcap} and
-                       \texttt{multi.pcap}.
-               \end{enumerate}\\
+       Check 5 & \multicolumn{2}{l|}{All test inputs and scripts are present.}\\
        \hline
-       Passed & \textit{Yes/No}\\
+       \multirow{2}{*}{Course of action}
+               & 1. & Boot the SUT as in \emph{Check 1}.\\
+               & 2. & Verify that the test generation script is present by running
+                       \texttt{\$ file code/client/test.py}\\
        \hline
-\end{tabularx}
-\end{table}
-
-\newpage
+       Passed & \multicolumn{2}{l|}{\textit{Yes/No}}\\
+       \hline
+       \caption{Preflight checklist\label{tbl:preflight}}
+\end{longtable}
 
 \subsection{Testing of SUT}
 The SUT is a series of services for other computer programs with no end-user
@@ -104,52 +91,109 @@ a feasible test suite the tests are divided into equivalence partitions. Below
 these partitions are given.
 
 \begin{enumerate}
-       \item \emph{Number of packets} in request~\footnote{A request is considered
-               establishing a connection (handshake) and a number of payload packets}
+       \item \emph{Number of segments} in request~\footnote{A request is
+               considered establishing a connection (handshake) and a number of
+               payload segments}
                \begin{enumerate}
-                       \item 0 payload packets
-                       \item 1 payload packet
-                       \item n=small payload packets
-                       \item n=big payload packets
+                       \item 0 payload segments
+                       \item 1 payload segments
+                       \item n=small payload segments (1 byte)
+                       \item n=big payload segments (65495 bytes)
                \end{enumerate}
-       \item Correct or incorrect \emph{source port}
-       \item Correct or incorrect \emph{destination port}
-       \item Bits flipped in \emph{payload}
+       \item \emph{source port}
+               \begin{enumerate}
+                       \item Correct
+                       \item Incorrect
+               \end{enumerate}
+       \item \emph{destination port}
+               \begin{enumerate}
+                       \item Correct
+                       \item Incorrect
+               \end{enumerate}
+       \item Bit errors in \emph{payload}
                \begin{enumerate}
                        \item Correct payload
-                       \item Payload with even number of bits flipped
-                       \item Payload with odd number of bits flipped
+                       \item Payload with bit flips that do not show in checksum
+                       \item Payload with bit flips that do show in checksum
+               \end{enumerate}
+       \item \emph{checksum}
+               \begin{enumerate}
+                       \item Correct
+                       \item Incorrect
+               \end{enumerate}
+       \item \emph{Segment order}
+               \begin{enumerate}
+                       \item Correct
+                       \item Out of order
+                       \item Missing Segments
                \end{enumerate}
-       \item Correct or Incorrect \emph{checksum}
-       \item Packets received in or out of order, or missing packets
 \end{enumerate}
 
-\textbf{hier iets over waarom deze partities relevant zijn! Waarom odd en 
-even number of bits flipped bijv interessant?}
+These partitions were chosen since they correspond to key parts of the TCP
+specification. 
+
+TCP segments are send over a TCP connection from a \emph{source} to a \emph{destination port}. Therefore segments which are received that have a 
+source or destination port set to an incorrect value should not be regarded
+as segments belonging to the connection by the SUT. 
+
+TCP uses a \emph{checksum} to catch any error introduced in headers, when this
+checksum does not match the actual computed checksum the SUT should
+disregard the received segment.
+
+The TCP checksum is also an inherently weak one, as it is simply the 
+bitwise negation of the addition, in ones complement arithmetic, 
+of all 16 bit words in the header and data of the segment (excluding the
+checksum itself). Therefore any \emph{bit error} where the ones complement value
+of one word
+increases by one, and the value of another decreases by one, is undetected. 
+The SUT should exhibit the same behavior and accept packets where these type
+of bit errors occur.
+
+TCP guarantees that segments are delivered \emph{in order}
+,even when they are received
+out of order and that missing segments are resend. The SUT should
+exhibit the same behavior. If segments are received out of order it should
+either reassemble them when the missing packet has arrived or request them to
+be resend when the  Missing segments should be re-requested (by ACK-ing
+the correct sequence number).  
+
 \bigskip
 
 Partitions 2 to 6 are tested using pairwise testing to keep the number of test
 cases feasible. The pairs are then all *except some where it does not make sense
 to do so) tested with the different request sizes of partition 1.
 
-This is expressed in Table~\ref{table:testpairs}.
-
-\begin{table}
-% DIT MAAK IK NOG EVEN MOOI
-       \begin{tabularx}{\linewidth}{p{2cm} | l | p{2cm} | l | p{1cm} || c | c | p{1.3cm} | p{1.3cm}}
-       \textbf{Payload}      & \textbf{checksum}  & \textbf{destination port} & \textbf{order}         & \textbf{source port} & \textbf{payload 0} & \textbf{payload 1} & \textbf{payload small} & \textbf{payload big} \\  \hline \hline
-       Correct               & Correct   & Correct          & In order       & Correct     & \checkmark & \checkmark & \checkmark & \checkmark \\  \hline
-       Correct               & Incorrect & Incorrect        & Missing packet & Incorrect   & \xmark & \xmark & \checkmark & \checkmark \\  \hline
-       odd\# of bits flipped  & Correct   & Incorrect        & Out of order   & Incorrect   & \xmark & \xmark & \checkmark & \checkmark \\  \hline
-       odd\# of bits flipped  & Incorrect & Correct          & Missing packet & Correct     & \xmark & \xmark & \checkmark & \checkmark \\  \hline
-       even\# of bits flipped & Correct   & Incorrect        & Missing packet & Correct     & \xmark & \xmark & \checkmark & \checkmark \\  \hline
-       even\# of bits flipped & Incorrect & Correct          & Out of order   & Incorrect   & \xmark & \xmark & \checkmark & \checkmark \\  \hline
-       odd\# of bits flipped  & Incorrect & Incorrect        & In order       & Incorrect   & \checkmark & \checkmark & \checkmark & \checkmark \\  \hline
-       even\# of bits flipped & Incorrect & Incorrect        & In order       & Incorrect   & \checkmark & \checkmark & \checkmark & \checkmark \\  \hline
-       Correct               & Incorrect & Incorrect        & Out of order   & Correct     & \xmark & \xmark & \checkmark & \checkmark \\  
-\end{tabularx}
+This is expressed in Table~\ref{tbl:testpairs}. In this table the first five
+columns represent the different options for the partitions 2 to 6 of the above
+enumeration. The last four columns are the different number segments as
+described in the partition 1 of the above enumeration. These cells identify
+individual test cases by a number. An \xmark in the cell indicates that this
+test case can not be created as it is not possible with that number of segments
+(eg. sending segments out of order when the number of segments is 1).
+
+\setcounter{TCC}{1}
+\begin{table}[H]
+       \centering
+       \begin{tabular}{|l|l|l|l|l|l||l|l|l|l|}
+               \hline
+               & \multicolumn{9}{c|}{\textbf{Partition}}\\
+               \hline
+               & 4 & 5 & 3 & 6 & 2 & 1a & 1b & 1c & 1d\\
+               \hline\hline
+               \multirow{9}{*}{Instance} 
+               & a & a & a & a & a & \doTCC & \doTCC & \doTCC & \doTCC\\
+               & a & b & b & c & b & \xmark & \xmark & \doTCC & \doTCC\\
+               & c & a & b & a & b & \xmark & \xmark & \doTCC & \doTCC\\
+               & c & b & a & c & a & \xmark & \xmark & \doTCC & \doTCC\\
+               & b & a & b & c & a & \xmark & \xmark & \doTCC & \doTCC\\
+               & b & b & a & b & b & \xmark & \xmark & \doTCC & \doTCC\\
+               & c & b & b & a & b & \xmark & \doTCC & \doTCC & \doTCC\\
+               & b & b & b & a & b & \xmark & \doTCC & \doTCC & \doTCC\\
+               & a & b & b & b & a & \xmark & \xmark & \doTCC & \doTCC\\
+               \hline
+       \end{tabular}
 \caption{Combinations of test cases}
-\label{table:testpairs}
+\label{tbl:testpairs}
 \end{table}
 
 \subsection{Quality, completeness and coverage of tests}
@@ -176,11 +220,18 @@ test suite can be clearly assessed.
 
 As always, $100\%$ completeness is not feasible, therefore test cases are
 carefully selected to cover the most interesting parts of the TCP specification
-to ensure a test suite.
+to ensure a complete but feasible test suite.
+
+To further increase the coverage of the test suites tests are randomized. The
+tests which test the handling of \emph{bit errors}, changes in the \emph{packet
+order} and \emph{dropped packets} randomize where they introduce an error. The
+test suite runs these tests multiple times to increase the likelihood that they
+discover a fault which is only present when an error occurs in a certain
+position. 
 
 To further decrease the number of tests needed test cases are divided into
 equivalence partitions and the combination of cases as described in 
-Table~\ref{table:testpairs} ensures that all partitions are
+Table~\ref{tbl:testpairs} ensures that all partitions are
 covered and the number of individual tests is still feasible. 
 
 
@@ -190,9 +241,150 @@ covered and the number of individual tests is still feasible.
 %
 
 
-\subsection{Test cases}
+\subsection{Test suite}
+
+Before executing the test suite the test environment has to be initialized. 
+
+\begin{enumerate}
+       \item Boot the vm using VirtualBox.
+       \item Setup iptables by executing \texttt{\# code/iptables.sh}
+       \item Navigate to the working directory by running 
+               \texttt{\$ cd /home/student/tt2015}
+       \item Start the echo server by running 
+               \texttt{\# cd code/server \&\& Java Main}
+\end{enumerate}
+
+\subsubsection{Preflight checks}
+The we do the preflight checks as defined in Table~\ref{tbl:preflight}.
+
+\subsubsection{Test Cases}
+If the SUT passes the preflight checks the actual test cases can be executed.
+Table~\ref{tbl:testcases} shows the expected results of each of the test cases
+described in Table~\ref{table:testpairs}. 
+
+\setcounter{TCC}{1}
+\begin{table}[H]
+       \centering
+    \begin{tabular}{|l|p{.7\linewidth}|}
+       \hline
+       Test number & Expected results\\  
+       \hline\hline
+       \doTCC & An ACK\# of the send sequence number + 1.\\  \hline
+       \doTCC & An ACK\# of the sequence number of the last send segment + the
+               size of the payload of that segment.\\  \hline
+       \doTCC & An ACK\# of the sequence number of the last send segment + the
+               size of the payload of that segment.\\  \hline
+       \doTCC & An ACK\# of the sequence number of the last send segment + the
+               size of the payload of that segment.\\  \hline
+       \doTCC & The ACK\# for the SEQ\# of the first segments which is
+               corrupted is received for each consecutive segment send.\\  
+       $\vdots$ & \\  
+       \setcounter{TCC}{14}
+       \doTCC & The ACK\# for the SEQ\# of the first segments which is
+               corrupted is received for each consecutive segment send.\\  \hline
+       \doTCC & The segment is not attributed to the current connection
+               and therefore no ACK\# is received. \\  \hline
+       \doTCC & The ACK\# for the SEQ\# of the first segments which is
+               corrupted is received for each consecutive segment send.\\  \hline
+       \doTCC & The ACK\# for the SEQ\# of the first segments which is
+               corrupted is received for each consecutive segment send.\\  \hline
+       \doTCC & The segment is not attributed to the current connection
+               and therefore no ACK\# is received. \\  \hline
+       \doTCC & The ACK\# for the SEQ\# of the first segments which is
+               corrupted is received for each consecutive segment send.\\  \hline
+       \doTCC & The ACK\# for the SEQ\# of the first segments which is
+               corrupted is received for each consecutive segment send.\\ \hline
+       \doTCC & The ACK\# for the SEQ\# of the first segments which is
+               corrupted is received for each consecutive segment send.\\  \hline
+       \doTCC & The ACK\# for the SEQ\# of the first segments which is
+               corrupted is received for each consecutive segment send.\\ \hline
+       \hline
+    \end{tabular}
+\caption{Expected results of test cases}
+\label{table:preflightresults}
+\end{table}
+
+% Bij Ramons afwezigheid
+% Paul Vitero (linkerkant lange gang)
+% verdieping Mercator
+
+
+%\begin{longtable}{|p{.2\linewidth}|p{.8\linewidth}|}
+       %\hline
+       %Nr & 1 \\\hline
+       %Title & Single valid request with 1byte payload. \\\hline
+       %Input & Generated packets. \\\hline
+       %Expected output & Packets echoed back by Echo-Server. \\\hline
+       %\multirow{2}{*}{Course of action}
+ %& 1. Use the steps listed above in order to start the SUT. \\
+ %& 2. Execute the script by running \texttt{\# code/client/tests/1.py} \\\hline
+       %Valid trace & Verify that the script prints 'Success'. \\\hline
+       %\hline
+%      
+       %Nr & 2 \\\hline
+       %Title & Single valid request with 65495bytes payload. \\\hline
+       %Input & Generated packets. \\\hline
+       %Expected output & Packets echoed back by Echo-Server. \\\hline
+       %\multirow{2}{*}{Course of action}
+       %& 1. Use the steps listed above in order to start the SUT. \\
+       %& 2. Execute the script by running \texttt{\# code/client/tests/2.py} \\\hline
+       %Valid trace & Verify that the script prints 'Success'. \\\hline
+       %\hline
+%      
+       %Nr & 3 \\\hline
+       %Title & 5 valid requests with 1byte payload. \\\hline
+       %Input & Generated packets. \\\hline
+       %Expected output & Packets echoed back by Echo-Server, in the same order as the client sent them. \\\hline
+       %\multirow{2}{*}{Course of action}
+       %& 1. Use the steps listed above in order to start the SUT. \\
+       %& 2. Execute the script by running \texttt{\# code/client/tests/3.py} \\\hline
+       %Valid trace & Verify that the script prints 'Success'. \\\hline
+       %\hline
+%      
+       %Nr & 4 \\\hline
+       %Title & 5 valid requests with 65495bytes payload. \\\hline
+       %Input & Generated packets with 65495bytes payload. \\\hline
+       %Expected output & Packets echoed back by Echo-Server, in the same order as the client sent them. \\\hline
+       %\multirow{2}{*}{Course of action}
+       %& 1. Use the steps listed above in order to start the SUT. \\
+       %& 2. Execute the script by running \texttt{\# code/client/tests/4.py} \\\hline
+       %Valid trace & Verify that the script prints 'Success'. \\\hline
+       %\hline
+%      
+       %Nr & 5 \\\hline
+       %Title & 5 valid requests with 1byte payload sent out of order. \\\hline
+       %Input & Generated packets with 1byte payload, two packets are swapped in position. \\\hline
+       %Expected output & All requests sent up to and including
+        %the swapped packet with the lowest sequence number, the remaining packets are dropped. \\\hline
+       %\multirow{2}{*}{Course of action}
+       %& 1. Use the steps listed above in order to start the SUT. \\
+       %& 2. Execute the script by running \texttt{\# code/client/tests/5.py} \\\hline
+       %Valid trace & Verify that the script prints 'Success'. \\\hline
+       %\hline
+%      
+       %Nr & 6 \\\hline
+       %Title & Request with corrupted source port. \\\hline
+       %Input & Generated packets with 1byte payload, in these packets the source port number is increased by one. \\\hline
+       %Expected output & - \\\hline
+       %\multirow{2}{*}{Course of action}
+       %& 1. Use the steps listed above in order to start the SUT. \\
+       %& 2. Execute the script by running \texttt{\# code/client/tests/6.py} \\\hline
+       %Valid trace & Verify that the script prints 'Success'. \\\hline
+       %\hline
+%      
+%      
+       %Nr & 6 \\\hline
+       %Title & Request with corrupted destination port. \\\hline
+       %Input & Generated packets with 1byte payload, in these packets the destination port number is increased by one. \\\hline
+       %Expected output & - \\\hline
+       %\multirow{2}{*}{Course of action}
+       %& 1. Use the steps listed above in order to start the SUT. \\
+       %& 2. Execute the script by running \texttt{\# code/client/tests/6.py} \\\hline
+       %Valid trace & Verify that the script prints 'Success'. \\\hline
+       %\hline
+%      
+%\end{longtable}
 
-%\begin{table}
 %\begin{tabularx}{\linewidth}{| l | X|}
 %\hline
 %Nr & 1 \\\hline
@@ -230,5 +422,3 @@ covered and the number of individual tests is still feasible.
 %      \end{enumerate} \\\hline
 %\end{tabularx}
 %\end{table}
-
-\newpage