網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程第1章-概述課件

第１章概述第１章概述內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程32內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程32課程名稱網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程網(wǎng)絡(luò)：三網(wǎng)（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)絡(luò)、CATV），分布式系統(tǒng)/操作系統(tǒng)協(xié)議：規(guī)定通信雙方交換數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題。工程：用工程化的方法來開發(fā)協(xié)議3課程名稱網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程3課程目標(biāo)為什么要上這門課？研討目標(biāo)：協(xié)議開發(fā)中常見的設(shè)計(jì)技術(shù)、形式化描述技術(shù)和協(xié)議工程學(xué)的基本理論立足點(diǎn)：基于最基本的理論，結(jié)合最先進(jìn)的技術(shù)，理解最本質(zhì)的知識(shí)。本課程包括：閱讀資料、面授教學(xué)、課堂討論、學(xué)生講授、習(xí)題討論等環(huán)節(jié)。希望通過本課程的學(xué)習(xí)，不僅掌握所涉及的協(xié)議開發(fā)知識(shí)，而且鍛煉一些研究生必備的科研技能。與協(xié)議有關(guān)的課程比較多，如：分布式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信等。這些課程往往描述的是一些被廣泛接受并被一些國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)化了的協(xié)議。它們并不解釋：協(xié)議為什么正確工作、協(xié)議的設(shè)計(jì)過程，協(xié)議是不是有缺陷。而這些正是本課程要解決的問題。4課程目標(biāo)為什么要上這門課？與協(xié)議有關(guān)的課程比較多，如：分布式課程目標(biāo)（續(xù)）內(nèi)容要求：對(duì)協(xié)議工程學(xué)有一個(gè)基本認(rèn)識(shí)重點(diǎn)掌握協(xié)議設(shè)計(jì)技術(shù)、形式化描述技術(shù)（FSM，SDL）了解協(xié)議驗(yàn)證技術(shù)和一致性測試技術(shù)鍛煉的科研技能：獨(dú)立解決一個(gè)具體科研問題的能力

科研表達(dá)與溝通的能力撰寫科技文章的能力面對(duì)一個(gè)并不熟悉的科研領(lǐng)域，可以做到獨(dú)立查閱資料、確定一個(gè)具體的研究目標(biāo)、制定實(shí)施計(jì)劃、最終完成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究。

將已經(jīng)掌握的科研內(nèi)容，用精練的語言表達(dá)出來，通過與其他人討論，更深入地掌握此方面知識(shí)。在獨(dú)立解決了某個(gè)科研問題后，將科研成果以學(xué)術(shù)論文的形式表達(dá)出來。爭取發(fā)表一篇論文。

5課程目標(biāo)（續(xù)）內(nèi)容要求：面對(duì)一個(gè)并不熟悉的科研領(lǐng)域，可以做到授課內(nèi)容概述協(xié)議設(shè)計(jì)形式化描述技術(shù)（FSM，PetriNet,SDL,LOTOS,ESTELLE）協(xié)議驗(yàn)證協(xié)議一致性測試6授課內(nèi)容概述6國內(nèi)相關(guān)課程清華大學(xué)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的形式化方法和協(xié)議工程學(xué)主要內(nèi)容：形式化描述方法、一致性測試技術(shù)北京郵電大學(xué)：協(xié)議工程與通信軟件協(xié)議工程的概念協(xié)議模型技術(shù)協(xié)議形式化描述技術(shù)協(xié)議驗(yàn)證技術(shù)協(xié)議實(shí)現(xiàn)和測試技術(shù)MSC和SDL語言簡介通信軟件設(shè)計(jì)方法與實(shí)踐7國內(nèi)相關(guān)課程清華大學(xué)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的形式化方法和協(xié)議工程學(xué)7國內(nèi)相關(guān)課程（Cont.）中國科技大學(xué)軟件學(xué)院：《通信系統(tǒng)軟件開發(fā)》東南大學(xué)，河海大學(xué)研究生課程：《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程》云南大學(xué)，華中科技大學(xué)，浙江理工大學(xué)等也開設(shè)了類似課程8國內(nèi)相關(guān)課程（Cont.）中國科技大學(xué)軟件學(xué)院：《通信系統(tǒng)軟國外相關(guān)課程9國外相關(guān)課程9先修課程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)通信操作系統(tǒng)分布式系統(tǒng)10先修課程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)通信10參考書目吳禮發(fā)著，《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程》,2011.4，電子工業(yè)出版社。GerardJ.Holzmann:

《DesignandValidationofComputerProtocols》,PrenticeHallAt/cm/cs/what/spin/Doc/Book91.html古天龍，蔡國永：

《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的形式化分析與設(shè)計(jì)》，電子工業(yè)出版社，2003.6龔正虎，《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程》，國防科技大學(xué)出版社，1993.12R.Lai,A.Jirachiefpattana：

《CommunicationProtocolSpecificationandVerification》,KluwerAcademicPublishers,199811參考書目吳禮發(fā)著，《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程》,2011.4，電子工業(yè)出內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程312內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程312協(xié)議定義為網(wǎng)絡(luò)中互相通信的對(duì)等實(shí)體間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不可缺少的組成部分，保證實(shí)體在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有條不紊地交換數(shù)據(jù)。實(shí)體(Entity)是指任何可以發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程，在大多數(shù)情況下，就是一個(gè)特定的軟件進(jìn)程。位于不同系統(tǒng)的同一層次內(nèi)交互的實(shí)體，就構(gòu)成了對(duì)等實(shí)體。轉(zhuǎn)60頁13協(xié)議定義為網(wǎng)絡(luò)中互相通信的對(duì)等實(shí)體間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則協(xié)議定義（Cont.）英格蘭國家物理實(shí)驗(yàn)室NPL(NationalPhysicalLaboratory)的R.A.Scantlebury和K.A.Bartlett在一份備忘錄(AprotocolforuseintheNPLdatacommunicationsnetwork)中最早將“協(xié)議(protocol)”一詞用于描述數(shù)據(jù)通信過程?！皡f(xié)議是關(guān)于分布式系統(tǒng)進(jìn)行信息交換時(shí)的一種約定，協(xié)議應(yīng)按照語言的方式進(jìn)行定義。”其于他們的觀點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是具有規(guī)定文法、語法和語義的語言，其中，文法給出了有效信息的精確格式，語法描述了數(shù)據(jù)交換的規(guī)則，語義規(guī)定了可交換信息的詞匯及其含義。14協(xié)議定義（Cont.）英格蘭國家物理實(shí)驗(yàn)室NPL(Natio協(xié)議定義（Cont.）協(xié)議三要素(從語言的角度來理解協(xié)議)：語法語義同步

15協(xié)議定義（Cont.）協(xié)議三要素(從語言的角度來理解協(xié)議)：協(xié)議定義：語法在語言學(xué)中，語法是指語言組成成分(詞、句等)之間以什么樣的關(guān)系結(jié)合而構(gòu)成語句或語言，也即是語言的結(jié)構(gòu)方法和構(gòu)成規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的語法的含義？網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的語法體現(xiàn)為數(shù)據(jù)報(bào)文中的控制信息(通常在報(bào)文的首部)和各種控制報(bào)文的結(jié)構(gòu)、格式，也即是規(guī)定報(bào)文的長度，報(bào)文中劃分多少個(gè)域(Field)，每個(gè)域的名稱、意義、數(shù)據(jù)類型、長度等。其中，報(bào)文中各個(gè)域的類型、長度及相互間的位置、順序關(guān)系則構(gòu)成了詞法。16協(xié)議定義：語法在語言學(xué)中，語法是指語言組成成分(詞、句等)之協(xié)議定義：語義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的語義可以理解為協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文中的控制信息和控制報(bào)文所約定的含義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。例如：報(bào)文首部控制信息中的目的地址信息指明了報(bào)文的目的地，接收到此報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)均將其作為進(jìn)行路由選擇的依據(jù)，因而規(guī)定在首部控制信息中在給定域給出目標(biāo)結(jié)點(diǎn)地址就是一種語義。

為了實(shí)現(xiàn)有連接的傳輸服務(wù)，設(shè)計(jì)了一套實(shí)現(xiàn)連接的控制報(bào)文。發(fā)起連接方構(gòu)造一個(gè)請(qǐng)求連接的協(xié)議控制報(bào)文，這個(gè)“請(qǐng)求連接”就是該控制報(bào)文的語義。收端收到這個(gè)控制報(bào)文后，根據(jù)已知的格式分析規(guī)定域中報(bào)文類型碼就可了解這個(gè)“請(qǐng)求連接”的語義，從而作出“允許連接”或“拒絕連接”的響應(yīng)。17協(xié)議定義：語義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的語義可以理解為協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文中的控制信協(xié)議定義：語義（Cont.）例如（續(xù)）：“允許連接”報(bào)文和“拒絕連接”報(bào)文的格式和語義也是協(xié)議中約定好的，通信雙方通過這些約定語義的控制報(bào)文按一定時(shí)序關(guān)系的交換即可實(shí)現(xiàn)建立連接的功能和提供有連接服務(wù)。其它的在協(xié)議中常使用的“數(shù)據(jù)收到確認(rèn)”報(bào)文(ACK報(bào)文)、“出錯(cuò)通知”報(bào)文、“緊急通知”報(bào)文等等均可看成為具有特定語義的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的語句，即協(xié)議的組成部分。

18協(xié)議定義：語義（Cont.）例如（續(xù)）：18協(xié)議定義：同步簡單地說，同步是指事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。

具體來說，同步是指通信過程中各種控制報(bào)文傳送的順序關(guān)系，例如“允許連接”或“拒絕連接”報(bào)文必須是作為請(qǐng)求連接報(bào)文的一種響應(yīng)來發(fā)送，“拆除連接”報(bào)文也必須在建立連接后的某種條件下發(fā)送等等。這種控制報(bào)文發(fā)送的時(shí)序關(guān)系，也決定了通信雙方所處的通信狀態(tài)(發(fā)送狀態(tài)、接收狀態(tài)、等待狀態(tài)等)的制約關(guān)系，所以常用通信雙方的有限狀態(tài)機(jī)的方法來描述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在有些文獻(xiàn)中，也將這種同步關(guān)系視為協(xié)議語法的一部分。

19協(xié)議定義：同步簡單地說，同步是指事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。1協(xié)議定義：進(jìn)一步延伸進(jìn)一步延伸為計(jì)算機(jī)通信協(xié)議。

協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)中各種通信實(shí)體或進(jìn)程間相互交換信息時(shí)必須遵守的一組規(guī)則或約定。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程中的許多技術(shù)和方法均可應(yīng)用到分布式系統(tǒng)中的進(jìn)程間通信協(xié)議的設(shè)計(jì)活動(dòng)當(dāng)中。

20協(xié)議定義：進(jìn)一步延伸進(jìn)一步延伸為計(jì)算機(jī)通信協(xié)議。20協(xié)議定義：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)大量的研制經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于非常復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其結(jié)構(gòu)應(yīng)采用層次式的。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合，稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)。ISO的OSI/RM（開放系統(tǒng)互連/參考模型）IBM的SNA（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）DEC的DNA（分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）IETF的TCP/IP

21協(xié)議定義：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)大量的研制經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于非常復(fù)雜的計(jì)算協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化Whatarestandards?Standardsaredocumentedagreementscontainingtechnicalspecificationstobeusedconsistentlyasrules,guidelines,ordefinitionsofcharacteristics,toensurethatmaterials,products,processesandservicesarefitfortheirpurposeInternationalStandardscontributetomakinglifesimpler,andtoincreasingthereliabilityandeffectivenessofthegoodsandservicesweuseIndustry-widestandardizationisaconditionexistingwithinaparticularindustrialsectorwhenthelargemajorityofproductsorservicesconformtothesamestandards22協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化Whatarestandards?22協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（Cont.）WhyPushForStandardization?Theaimistofacilitatetrade,exchangeandtechnologytransferthroughEnhancedproductqualityandreliabilityatareasonableprice.Greatercompatibilityandinteroperabilityofgoodsandservices.Simplificationforimprovedusability.Increaseddistributionefficiency,andeaseofmaintenance23協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（Cont.）WhyPushForStand協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（Cont.）Whatdoesastandardlooklike?-ISOexplainsthemajorcomponentsoftheirstandardsdocuments:Itcanbeanythingfromafourdocumenttoa1000tome,includingtwicetheweightofthestandarditselfininformativeannexes.Itmayspecifythetasksthatacertainrangeofequipmentmustbeabletoperform,ordescribeindetailanapparatusanditssafetyfeatures24協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（Cont.）Whatdoesastanda協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（Cont.）Whatmakesupastandard?Itmaycontain:SymbolsDefinitionsDiagramsCodesTestmethods25協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（Cont.）Whatmakesupast協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（Cont.）OrganizationforStandardizationforProtocolsInternationalOrganizationforStandardization

(ISO)國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)

(CCITT)InternationalTelecommunicationsUnion(ITU-T)InternetEngineeringTaskForce(IETF)InstituteofElectricalandElectronicsEngineers(IEEE)WorldWideWebConsortium(W3C)AssociationforComputingMachinery(ACM)AsynchronousTransferModeForum(ATMForum)AmericanNationalStandardsInstitute(ANSI)26協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化（Cont.）OrganizationforSISO是一個(gè)涉及范圍很廣的國際標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)機(jī)構(gòu)，包括很多政府的或民間的標(biāo)準(zhǔn)研究機(jī)構(gòu)，如美國的國家標(biāo)準(zhǔn)研究所ANSI。成立于1947年。ISO下屬多個(gè)技術(shù)委員會(huì)TC(TechnicalCommittees)，TC又由多個(gè)分委員會(huì)SC(Subcommittees)組成。每個(gè)SC下有多個(gè)工作組WG(WorkingGroups)。例如，TC97主要負(fù)責(zé)與計(jì)算機(jī)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)的制定，TC97/SC6主要處理電信領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)，TC97/SC6/WG1則主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)ISO標(biāo)準(zhǔn)從最初的提名到真正發(fā)行要經(jīng)歷七個(gè)步驟。

27ISO是一個(gè)涉及范圍很廣的國際標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)機(jī)構(gòu)，包括很多政府的或ISO(Cont.)ISO制定的很多標(biāo)準(zhǔn)是與另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織，國際電工技術(shù)委員會(huì)IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)，合作制定的。

IEC關(guān)心的主要是電子和電氣工程標(biāo)準(zhǔn)(器材、元件以及測量方法的標(biāo)準(zhǔn)化)。在信息技術(shù)領(lǐng)域，雖然IEC強(qiáng)調(diào)的是硬件，而ISO強(qiáng)調(diào)的是軟件，但它們的職能在很多地方有所重疊。1987年由這兩個(gè)組織聯(lián)合成立了聯(lián)合技術(shù)委員會(huì)JTC，而ISO的TC97同時(shí)宣告解散。代替舊的ISO的TC97組織是ISO/IECJTC1，而其下屬的各分委員會(huì)SC的名稱仍用原來TC97中的各分委員會(huì)的序號(hào)。這個(gè)委員會(huì)負(fù)責(zé)信息技術(shù)領(lǐng)域文檔的開發(fā)，這些文檔最終可能成為ISO及IEC的標(biāo)準(zhǔn)。

28ISO(Cont.)ISO制定的很多標(biāo)準(zhǔn)是與另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO（Cont.）ISO制定的與協(xié)議有關(guān)的著名標(biāo)準(zhǔn)：OSI/RM（ISO7498），TC97/SC16制定，雖然沒有流行，但其中有很多協(xié)議被廣泛使用形式描述語言LOTOS(LanguageofTemporalOrderingSpecifications)和Estelle，ISOTC97/SC21/WG1下的2個(gè)不同的子工作組分別制定的，它們得到廣泛的應(yīng)用。

一致性測試序列標(biāo)準(zhǔn)：ISO9646-1(CCITTX.290)一般概念I(lǐng)SO9646-2抽象測試集(suite)規(guī)范ISO9646-3樹表組合記法TTCN(TreeandTabularCombinedNotation)ISO9646-4測試實(shí)現(xiàn)ISO9646-5一致性認(rèn)證處理對(duì)測試實(shí)驗(yàn)室及其客戶的要求ISO9646-6測試實(shí)驗(yàn)室的操作29ISO（Cont.）ISO制定的與協(xié)議有關(guān)的著名標(biāo)準(zhǔn)：29CCITTandITU-TCCITT(InternationalTelephoneandTelegraphConsultativeCommittee,國際電話與電報(bào)顧問委員會(huì))最開始主要從通信的角度考慮一些標(biāo)準(zhǔn)的制定。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信與信息處理的界限變得比較模糊了。于是，通信與信息處理就都成為CCITT與ISOTC97共同關(guān)心的領(lǐng)域。

很多ISO制定的標(biāo)準(zhǔn)，CCITT均有與之相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

CCITT的建議書X.200就是開放系統(tǒng)互連參考模型，它與ISO7498基本上是相同的。

CCITT制定的著名標(biāo)準(zhǔn)：X.25形式描述語言SDL(SpecificationandDescriptionLanguage)廣泛用交換系統(tǒng)的描述。

30CCITTandITU-TCCITT(InternatiCCITTandITU-T(Cont.)ITU-T是國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）下屬的電信標(biāo)準(zhǔn)部，它的成員主要是各國政府組織和得到許可的私人運(yùn)營商。成立于1993年3月1日，主要任務(wù)是制定電話、電報(bào)和數(shù)據(jù)通信接口的技術(shù)建議。它取代了原國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)CCITT。人們?nèi)匀怀３Ｓ龅紺CITT建議，例如，CCITTX.25，雖然自1993年起這些建議都打上了ITU-T標(biāo)記。ITU-T的實(shí)際工作是在研究組SG(StudyGroup)完成的，通常有400人。為了能夠完成工作，研究組又分成了很多工作組WG(WorkingGroup)，然后又再分為專家小組(ExpertTeam)，最后分成特別小組(AdHocGroup)。31CCITTandITU-T(Cont.)ITU-T是國際ITU-TStandards:XSeriesDatanetworksandopensystemcommunicationsPublicdatanetworks-Interfaces:X.21

-InterfacebetweenDataTerminalEquipment(DTE)andDataCircuit-terminatingEquipment(DCE)forsynchronousoperationonpublicdatanetworks.OSI-Modelandnotation:X.200-Informationtechnology–OpenSystemsInterconnection–BasicReferenceModel:Thebasicmodel.32ITU-TStandards:XSeriesDataITU-TStandards:XSeries(Cont.)MessageHandlingSystems:X.400

-Messagehandlingservices:MessagehandlingsystemandserviceoverviewDirectoryServices:X.500

-Informationtechnology-OpenSystemsInterconnection-TheDirectory:Overviewofconcepts,modelsandservicesSecurity:X.800-SecurityarchitectureforOpenSystemsInterconnectionforCCITTapplications.33ITU-TStandards:XSeries(ContITU-TStandards:VSeriesDatacommunicationoverthetelephonenetworkInterworkingwithothernetworks:V.18-OperationalandinterworkingrequirementsforDCEsoperatinginthetexttelephonemode.Interfacesandvoice-bandmodems:V.33-14400bitspersecondmodemstandardizedforuseonpoint-to-point4-wireleasedtelephone-typecircuits.Errorcontrol:V.42-Error-correctingproceduresforDCEsusingasynchronous-to-synchronousconversion.34ITU-TStandards:VSeriesDataITU-TStandards:QSeriesSwitchingandsignallingGeneralRecommendationsrelativetosignalingandswitchingsystems:Q.20-Comparativeadvantagesof"in-band"and"out-band"systems.Functionaldescriptionofthesignalingsystem:Q.251-GeneralDefinitionandfunctionofsignals:Q.254-Telephonesignals.35ITU-TStandards:QSeriesSwitcITU-TStandards:QSeries(Cont.)SignallingSystemNo.7(SS#7):Q.700-IntroductiontoCCITTSignallingSystemNo.7IntegratedServicesDigitalNetwork(ISDN):Q.860-IntegratedServicesDigitalNetwork(ISDN)andBroadbandIntegratedServicesDigitalNetwork(B-ISDN)GenericAddressingandTransport(GAT)ProtocolQ.2010-Broadbandintegratedservicesdigitalnetworkoverview-Signalingcapabilityset1,release136ITU-TStandards:QSeries(ContIFIP國際信息處理聯(lián)盟IFIP(InternationalFederationforInformationProcessing)，雖然不直接參與協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，但它的主要目的之一是作為CCITT和ISO之間溝通的橋梁。IFIP成立于1960年，經(jīng)常組織一些協(xié)議形式化描述與驗(yàn)證方面的國際會(huì)議，例如，JointInternationalConferenceonFormalDescriptionTechniquesforDistributedSystemsandCommunicationProtocols(FORTE)andProtocolSpecification,TestingandVerification(PSTV)。

37IFIP國際信息處理聯(lián)盟IFIP(InternationalIETF因特網(wǎng)協(xié)會(huì)ISOC因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會(huì)IAB因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG因特網(wǎng)研究部IRTF因特網(wǎng)工程部IETF因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG領(lǐng)域領(lǐng)域…WGRGWGWGWG……RG…38IETF因特網(wǎng)協(xié)會(huì)ISOC因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IETF（Cont.）因特網(wǎng)在制定其標(biāo)準(zhǔn)上很有特色：面向公眾。所有技術(shù)文檔都可從因特網(wǎng)上免費(fèi)下載，而且任何人都可以用電子郵件隨時(shí)發(fā)表對(duì)某個(gè)文檔的意見或建議。這種方式對(duì)因特網(wǎng)的迅速發(fā)展影響很大。因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)：RFC(RequestForComments)的意思就是“請(qǐng)求評(píng)論”。所有的RFC文檔都可從因特網(wǎng)上免費(fèi)下載。

并非所有的RFC文檔都是因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，其中只有一小部分最后才能變成標(biāo)準(zhǔn)。39IETF（Cont.）因特網(wǎng)在制定其標(biāo)準(zhǔn)上很有特色：面向公眾IETF（Cont.）因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷史的RFC實(shí)驗(yàn)的RFC提供信息的RFC因特網(wǎng)草案(InternetDraft)建議標(biāo)準(zhǔn)(ProposedStandard)草案標(biāo)準(zhǔn)(DraftStandard)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)(InternetStandard)40IETF（Cont.）因特網(wǎng)草案建議標(biāo)準(zhǔn)草案標(biāo)準(zhǔn)因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)歷W3CWorldWideWebConsortiumpromotestheWebbyproducingspecificationsandreferencesoftware.W3Cisfundedbyindustrialmembersbutitsproductsarefreelyavailabletoall.TheConsortiumisrunbyMITLCSwithINRIAactingasEuropeanhost

andKeioUniversityinAsia,incollaborationwithCERNwheretheweboriginated.41W3CWorldWideWebConsortiumpIEEETheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers(電氣和電子工程師協(xié)會(huì))istheworld'slargesttechnicalprofessionalsociety.Anon-profitorganization,IEEEpromotesthedevelopmentandapplicationofelectrotechnologyandalliedsciencesforthebenefitofhumanity,theadvancementoftheprofession,andthewell-beingofit’smembers.FamousStandards:IEEE802series,eg.802.342IEEETheInstituteofElectricaACMAssociationforComputingMachinery(founded1947，(美國)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì))isaninternationalscientificandeducationalorganizationdedicatedtoadvancingtheart,science,engineering,andapplicationofinformationtechnology(其宗旨在于不斷地推動(dòng)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展),servingbothprofessionalandpublicinterestsbyfosteringtheopeninterchangeofinformationandbypromotingthehighestprofessionalandethicalstandards.SinceitsinceptionACMhasprovideditsmembersandtheworldofcomputerscienceaforumforthesharingofknowledgeondevelopmentsandachievementsnecessarytothefruitfulinterchangeofideas.43ACMAssociationforComputingMACM（Cont.）OvertheyearsACMhasflourishedalongwiththeindustryitself,playingamajorroleinenrichingthequality,formandfunctionofcomputerusage.ACMformsSpecialInterestGroups(SIGs)whichfocusonspecificareasofcomputerscience.SomeSIGswhichrelatetodatacommunicationsinclude:DataCommunication(SIGCOMM)Hypertext/Hypermedia(SIGLINK)Multimedia(SIGMM)44ACM（Cont.）OvertheyearsACMhATMForumTheAsynchronousTransferModeForumisaworldwideorganization,aimedatpromotingATMwithintheindustryandtheendusercommunity.FormedinOctober1991,withfour(4)members,theATMForummembershipcurrentlyincludesmorethan700companiesrepresentingallsectorsofthecommunicationsandcomputerindustries,aswellasanumberofgovernmentagencies,researchorganizationsandusers.45ATMForumTheAsynchronousTranANSIFoundedin1918,theAmericanNationalStandardsInstitute(ANSI,美國國家標(biāo)準(zhǔn)化組織),isaprivate,not-for-profitmembershiporganizationthatcoordinatestheU.S.voluntaryconsensusstandardssystemandapprovesAmericanNationalStandards.ANSIconsistsofapproximately1,300nationalandinternationalcompanies,30governmentagencies,20institutionalmembers,and250professional,technical,trade,laborandconsumerorganizations.46ANSIFoundedin1918,theAmeriANSI（Cont.）ANSIactstoinsurethatasingleconsistentsetofconsensusbasedAmericanNationalStandardsaredevelopedbyANSI-accreditedstandardsdevelopers.Integraltothedevelopmentandapprovalprocessistherequirementthatallinterestsconcernedhavetheopportunitytoparticipateinthedevelopmentprocess.FamousStad.:ANSI.147ANSI（Cont.）ANSIactstoinsureObtainingstandarddocuments:Standardsbodiesdistributetheirdocumentsinseveralfileformatsandtodifferentgroupsororganizations.Manystandardsmustbepurchasedbeforeyoumayimplementproductsbasedonthem.However,thedocumentsarefree.Somestandardsbodiesrequirepaymentup-frontbeforeyouarepermittedaccesstothestandardsdocuments.48Obtainingstandarddocuments:SObtainingstandarddocuments(Cont.)49Obtainingstandarddocuments(CObtainingstandarddocuments(Cont.)DocumentFormats:Text/ASCII-mostpopularformat.Postscript-requiresapostscriptprinterorTeX/LaTeXtoview.WordforWindows-MicrosoftWindowseditor.HTML-browseabledocumentswithlinkstootherreferences.PDF-AdobeAcrobathyper-linkformat.50Obtainingstandarddocuments(CObtainingstandarddocuments(Cont.)DocumentLanguages:Mostinternationalstandardsbodiesoffertheirdocumentswritteninpopularspokenlanguages,including:EnglishFrenchSpanishNationallanguageoftheorganization’sorigin.51Obtainingstandarddocuments(CIndustryControlandAcceptanceCommonlyintoday’scomputerindustry,theacceptanceofproductsarefacilitatedbytheconformancetoandsupportofstandards.Mostproductsbecomeobsoleteiftheyareonlybasedonproprietaryspecificationsanddonotsupportstandards.Ifacompanymaintainscontroloverthemajorityofproductsbasedonaparticulartechnology,thatcompanycanusuallydictatethedirectionoftheindustryandanystandardstofollow.52IndustryControlandAcceptancTiming:It’simportantforstandardsMITD.Clark‘s“apocalypse(啟示)ofthetwoelephants”ThebestperiodforstandardizationisbetweenburstofresearchandburstofmarketingTheperiodisveryshortTCP/IPalreadyentrenchedbymid/lateeightiesOSI/RMisputupintheburstofmarketingofTCP/IP53Timing:It’simportantforstaExamples:OSI/RMProblemsTannenbaum:BadtechnologyBadtimingBadimplementationBadpolitics54Examples:OSI/RMProblemsTanneBadtechnologyModelandprotocolflawedStandardizedbeforeimplementedDesignbycommitteew/oimplementationvs.designbyimplementors/researchers/engineersBoundariessomewhatarbitraryTopthreelayersneverquiteresolved

(application,presentation,session)Whysevenlayers?ManyfundamentalissuescanbeaddressedatmultiplelayersReliabilityFlowcontrolSecurityAddressing/naming55BadtechnologyModelandprotocBadtimingMITD.Clark‘s“apocalypse(啟示)ofthetwoelephants”Technologyactivityvs.timetostandardizationTCP/IPalreadyentrenchedbymid/lateeighties56BadtimingMITD.Clark‘s“apocBadimplementationsComplexityhuge&slowimplementations(考慮大而全，要全部實(shí)現(xiàn)就苯拙且效率低)Competition(BSDTCP/IP)wasgood,free,andeasytodeploy57BadimplementationsComplexityBadpoliticsPushedbyEuropeanCommunityandU.S.governmentNegativeimageofgovernmentdictatingstandardsRemember“ClipperChip”58BadpoliticsPushedbyEuropeanTCP/IP:FeaturesLayeringnotstrict-onlywhereappropriateCandefinenewabstractionsontopofanyexistingprotocolIP/UDPprovidessimple“sendapacket”svcEx:RPC,DNS,IPphone,etc.HourglassshapeIPcenterpiece,commondenominatorDesignandimplementationgohand-in-handIETFrequirestwoindependent,interoperableimplementationsbeforestandardizationThe“dogma（教義）”:

Werejectkings,presidents,andvoting.Webelieveinroughconsensusandworkingcode.D.Clark59TCP/IP:FeaturesLayeringnots內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程360內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程360ProtocolEngineering：Why?網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求的提高應(yīng)用的多樣性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多樣性導(dǎo)致在協(xié)議方面的體現(xiàn)復(fù)雜性分布性并發(fā)性異步性不穩(wěn)定性多樣性完整性正確性安全性可移植性標(biāo)準(zhǔn)化導(dǎo)致用直覺的工程方法不能保證協(xié)議的協(xié)議工程(ProtocolEngineering)軟件工程的經(jīng)驗(yàn)61ProtocolEngineering：Why?網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要ProtocolEngineering:What?七十年代未人們開始用形式化的方法描述通信協(xié)議。1981年，在軟件工程思想的基礎(chǔ)上，Piatkowski首先提出了“協(xié)議工程（PE：ProtocolEngineering）”的概念協(xié)議工程學(xué)用形式化方法描述協(xié)議設(shè)計(jì)和維護(hù)中的各個(gè)過程，它是以協(xié)議軟件為研究對(duì)象的軟件工程，而且建立了一套比一般軟件工程方法更為嚴(yán)格、更為數(shù)學(xué)化的理論和方法。集成化(Integrated)、形式化(Formal)的協(xié)議開發(fā)過程稱為協(xié)議工程。協(xié)議工程的目的是減少協(xié)議開發(fā)過程中潛在的錯(cuò)誤，提高協(xié)議開發(fā)的效率，促進(jìn)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展。

所謂“集成化”，就是指協(xié)議描述、驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)和測試等技術(shù)前后銜接，并在同一個(gè)開發(fā)系統(tǒng)中完成。在以往的協(xié)議開發(fā)過程中，各個(gè)階段并不互相銜接，各個(gè)階段的研究人員作完自己的事情就不再管別的事情了。協(xié)議設(shè)計(jì)者憑自己的經(jīng)驗(yàn)和智慧設(shè)計(jì)出協(xié)議，用自然語言進(jìn)行描述，經(jīng)過他人審定或模擬之后，就予以公布。其他的人只有在感興趣時(shí)才采用某種方法和理論對(duì)協(xié)議進(jìn)行驗(yàn)證。協(xié)議實(shí)現(xiàn)往往根據(jù)自己的環(huán)境和要求修改協(xié)議，協(xié)議實(shí)現(xiàn)之后不考慮實(shí)現(xiàn)與協(xié)議規(guī)范是否一致。協(xié)議的測試往往由協(xié)議實(shí)現(xiàn)者自己進(jìn)行，這實(shí)際上是一種程序調(diào)試。

所謂“形式化”，就是指用形式描述技術(shù)FDT(FormalDescriptionTechnique)貫穿協(xié)議開發(fā)的各個(gè)階段。一種形式化描述語言FDL(FormalDescriptionLanguage)以一種或多種形式化描述技術(shù)為基礎(chǔ)，有嚴(yán)格的語法和語義定義，抽象于具體的實(shí)現(xiàn)，可以符號(hào)執(zhí)行，可以轉(zhuǎn)換、翻譯成程序設(shè)計(jì)語言。當(dāng)協(xié)議進(jìn)行形式化描述后，協(xié)議的驗(yàn)證、自動(dòng)實(shí)現(xiàn)、測試就可以在一個(gè)集成化的協(xié)議工程系統(tǒng)中進(jìn)行了。

62ProtocolEngineering:What?七十年P(guān)rotocolEngineering:Procedure非形式化協(xié)議規(guī)范形式化協(xié)議規(guī)范形式描述與機(jī)器無關(guān)的源代碼實(shí)現(xiàn)代碼(產(chǎn)品)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品測試器測試序列發(fā)生器一致性測試性能分析模擬驗(yàn)證設(shè)計(jì)用戶需求說明63ProtocolEngineering:ProcedurePEActivities:Design我們的定義：根據(jù)協(xié)議的需求說明構(gòu)造協(xié)議的非形式描述文本(經(jīng)過非形式的驗(yàn)證分析)稱為協(xié)議設(shè)計(jì)；而將“協(xié)議的設(shè)計(jì)、形式描述、驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)、測試、運(yùn)行”這一全過程稱為“協(xié)議開發(fā)”，即協(xié)議開發(fā)是指協(xié)議工程活動(dòng)的全過程。

其它定義：將協(xié)議設(shè)計(jì)定義為“從協(xié)議的需求說明到協(xié)議的形式描述文本，并經(jīng)過嚴(yán)格驗(yàn)證和性能分析”這一過程，或定義為協(xié)議工程活動(dòng)的全過程，即相當(dāng)于“協(xié)議開發(fā)”。

包括：協(xié)議環(huán)境分析、協(xié)議的功能設(shè)計(jì)、協(xié)議組織形式的確定、協(xié)議元素的構(gòu)造、協(xié)議文本的編制等。64PEActivities:Design我們的定義：根據(jù)協(xié)PEActivities:Design（Cont.）協(xié)議設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到開發(fā)出來的協(xié)議性能、功能是否能滿足用戶需求的一個(gè)重要因素。協(xié)議設(shè)計(jì)階段的結(jié)果是非形式描述協(xié)議文本。

協(xié)議設(shè)計(jì)涉及到很多技術(shù)，如差錯(cuò)控制技術(shù)、流量控制技術(shù)、連接管理技術(shù)、路由選擇技術(shù)等。協(xié)議設(shè)計(jì)還必須遵循一些基本原則，如結(jié)構(gòu)化、模塊化等。

課程的重點(diǎn)內(nèi)容Back65PEActivities:Design（Cont.）協(xié)PEActivities:FormalDescrpt.通信系統(tǒng)行為的復(fù)雜性增大了行為描述的難度，人們必須借助一種語言或一種技術(shù)來準(zhǔn)確地描述系統(tǒng)行為。在過去，人們習(xí)慣使用自然語言進(jìn)行協(xié)議描述（用自然語言寫協(xié)議的規(guī)格說明或規(guī)范）優(yōu)點(diǎn)是：方便、易懂致命缺點(diǎn)是：不嚴(yán)格、不精確、結(jié)構(gòu)不好、沒有描述標(biāo)準(zhǔn)和有二義性且很難進(jìn)行協(xié)議實(shí)現(xiàn)、測試的自動(dòng)化和協(xié)議驗(yàn)證。

不同的人對(duì)協(xié)議描述的理解不一樣導(dǎo)致不同的協(xié)議實(shí)現(xiàn)之間不能實(shí)現(xiàn)互連，甚至還會(huì)得出錯(cuò)誤的協(xié)議。

解決辦法：形式化技術(shù)FDT(FormalDescriptionTechnique)66PEActivities:FormalDescrptPEActivities:FormalDescrpt采用形式描述技術(shù)的最終目的是：為開發(fā)者提供一種分析的方法；作為對(duì)開發(fā)結(jié)果驗(yàn)證的基礎(chǔ)；為設(shè)計(jì)人員和應(yīng)用人員提供交流途徑；作為開發(fā)文檔能在將來再開發(fā)時(shí)使用。

理想的形式描述技術(shù)應(yīng)該既能描述系統(tǒng)的行為特征，又能進(jìn)行操作：在系統(tǒng)需求分析和設(shè)計(jì)階段，它應(yīng)該是一種描述語言在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)階段它應(yīng)該是一種編程語言。形式描述技術(shù)是將協(xié)議工程各階段在技術(shù)上銜接起來的紐帶，因此它對(duì)協(xié)議工程的發(fā)展起決定性作用。

67PEActivities:FormalDescrpt形式描述模型

有限狀態(tài)機(jī)FSM(FiniteStateMachine)Petri網(wǎng)(PetriNet)時(shí)態(tài)邏輯TL(TemporalLogic)通信系統(tǒng)演算CCS(CalculusofCommunicationSystem)通信順序進(jìn)程CSP(CommunicatingSequentialProcesses)形式文法FG(FormalGrammar)

形式描述語言

ISO制定的Estelle和LOTOSCCITT制定的SDL對(duì)象管理組織OMG制定的統(tǒng)一建模語言UML課程的重點(diǎn)內(nèi)容PEActivities:FormalDescrptBack68形式描述模型PEActivities:FormalPEActivities:VV協(xié)議驗(yàn)證(VerificationandValidation)技術(shù)和形式描述技術(shù)是同步發(fā)展的在進(jìn)行協(xié)議實(shí)現(xiàn)之前還要進(jìn)行以下二項(xiàng)工作：在語法和語義方面進(jìn)行驗(yàn)證；進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。

協(xié)議的驗(yàn)證主要內(nèi)容包括：可達(dá)性分析死鎖和活鎖檢測協(xié)議的有界性和完整性檢查協(xié)議的動(dòng)作序列檢查通道溢出檢查等

69PEActivities:VV協(xié)議驗(yàn)證(VerificPEActivities:VV(Cont.)驗(yàn)證方法主要有兩類：模型檢查(ModelChecking)最常見方法：可達(dá)性分析，它包括狀態(tài)窮舉，狀態(tài)隨機(jī)枚舉，狀態(tài)概率枚舉等方法重要問題：狀態(tài)空間爆炸證明(Proving)試圖用推理演算方法嚴(yán)密地證明協(xié)議的各種性質(zhì)其他方法：模擬（Simulation）通過一些模擬試驗(yàn)來測試協(xié)議的各種性質(zhì)Back70PEActivities:VV(Cont.)驗(yàn)證方法主PEActivities:Implementation協(xié)議實(shí)現(xiàn)是指由協(xié)議規(guī)范到可執(zhí)行的協(xié)議目標(biāo)代碼的過程協(xié)議的實(shí)現(xiàn)必須滿足協(xié)議規(guī)范的要求，以及針對(duì)具體應(yīng)用需要提供的附加機(jī)制協(xié)議實(shí)現(xiàn)的自動(dòng)化是協(xié)議工程的主要目的之一，但完全自動(dòng)化幾乎是不可能的。通過形式化描述技術(shù)可實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化，兩個(gè)步驟：第一步利用翻譯程序?qū)f(xié)議的形式描述文本轉(zhuǎn)換成程序設(shè)計(jì)語言(如，C語言)的與機(jī)器無關(guān)的源代碼手工編寫與機(jī)器有關(guān)的、在協(xié)議規(guī)范中沒有描述的問題的處理代碼。協(xié)議實(shí)現(xiàn)不在本課程的討論范圍Back71PEActivities:ImplementationPEActivities:Testing驗(yàn)證一個(gè)新的協(xié)議實(shí)現(xiàn)，通常要作多項(xiàng)測試。一般主要考慮以下兩個(gè)方面：

協(xié)議一致性測試(conformancetesting)。即檢測新協(xié)議實(shí)現(xiàn)是否能滿足該協(xié)議規(guī)范所規(guī)定的所有規(guī)則。

對(duì)協(xié)議實(shí)現(xiàn)的評(píng)價(jià)。核對(duì)新實(shí)現(xiàn)的包括性能參數(shù)在內(nèi)的其它性質(zhì)。

協(xié)議一致性測試是協(xié)議工程活動(dòng)中重要的一環(huán)。如果協(xié)議實(shí)現(xiàn)通過了一致性測試，則說明該協(xié)議實(shí)現(xiàn)與其它同樣通過一致性測試的協(xié)議實(shí)現(xiàn)可在同一個(gè)全局系統(tǒng)中很好地協(xié)調(diào)工作。

協(xié)議一致性測試要做到兩點(diǎn)：徹底性和標(biāo)準(zhǔn)化“徹底性”是指必須徹底測試所實(shí)現(xiàn)的協(xié)議“標(biāo)準(zhǔn)化”是指使用的測試集必須是標(biāo)準(zhǔn)的。

72PEActivities:Testing驗(yàn)證一個(gè)新的協(xié)PEActivities:ConformanceTesting一致性測試的基礎(chǔ)：FDT一致性測試要解決兩個(gè)問題：測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)：重點(diǎn)解決測試方法和測試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)問題測試序列的產(chǎn)生：解決測試的“徹底性”和“標(biāo)準(zhǔn)化”問題，以及測試序列的形式描述和自動(dòng)生成問題。測試序列發(fā)生器可以產(chǎn)生各種可能發(fā)生的情況組合，以測試所實(shí)現(xiàn)的協(xié)議是否在各種正常和非正常情況下均能正確工作。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO發(fā)布了“開放系統(tǒng)互連一致性測試方法和框架(ISO9646)”來指導(dǎo)一致性測試工作，并為許多常用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議制訂了相應(yīng)的一致性測試序列。

協(xié)議工程中技術(shù)難度最大，工業(yè)上又很需要Back73PEActivities:ConformanceTePEActivities:PerformaceTesting協(xié)議的性能主要包括吞吐量和時(shí)延

協(xié)議的性能分析的目的是改善協(xié)議機(jī)制，提高執(zhí)行效率。

可用數(shù)學(xué)分析方法和模擬方法來進(jìn)行，兩者都基于排隊(duì)論和概率論

本課程不涉及此課題

74PEActivities:PerformaceTesPEActivities:Maintenance協(xié)議維護(hù)(Maintenance)是指對(duì)已運(yùn)行的協(xié)議的修改、補(bǔ)充等，故協(xié)議的維護(hù)可能包含對(duì)協(xié)議設(shè)計(jì)、協(xié)議的驗(yàn)證和分析、協(xié)議測試，以及協(xié)議實(shí)現(xiàn)等多項(xiàng)任務(wù)。良好的設(shè)計(jì)有助于降低維護(hù)成本。75PEActivities:Maintenance協(xié)議維ProtocolEngineering:Procedure非形式化協(xié)議規(guī)范形式化協(xié)議規(guī)范形式描述與機(jī)器無關(guān)的源代碼實(shí)現(xiàn)代碼(產(chǎn)品)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品測試器測試序列發(fā)生器一致性測試性能分析模擬驗(yàn)證設(shè)計(jì)用戶需求說明76ProtocolEngineering:Procedure參考以下PPT介紹的有關(guān)協(xié)議工程概念的不同觀點(diǎn)，供參考77參考以下PPT介紹的有關(guān)協(xié)議工程概念的不同觀點(diǎn)，供參考77協(xié)議開發(fā)過程（FerreiraPires）ProtocolengineeringUser

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design78協(xié)議開發(fā)過程（FerreiraPires）Protoc797980808181828283838484ProtocolEngineering:Another85ProtocolEngineering:Another8ProtocolEngineering:Another(Cont.)86ProtocolEngineering:Another(思考題1-1試論“軟件工程”與“協(xié)議工程”的關(guān)系。1-2查閱有關(guān)“協(xié)議工程”的文獻(xiàn)，探討各家之見。1-3從你所知的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中選擇一個(gè)，來簡要說明該協(xié)議的三要素。87思考題1-1試論“軟件工程”與“協(xié)議工程”的關(guān)系。87第１章概述第１章概述內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程389內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程32課程名稱網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程網(wǎng)絡(luò)：三網(wǎng)（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電信網(wǎng)絡(luò)、CATV），分布式系統(tǒng)/操作系統(tǒng)協(xié)議：規(guī)定通信雙方交換數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題。工程：用工程化的方法來開發(fā)協(xié)議90課程名稱網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程3課程目標(biāo)為什么要上這門課？研討目標(biāo)：協(xié)議開發(fā)中常見的設(shè)計(jì)技術(shù)、形式化描述技術(shù)和協(xié)議工程學(xué)的基本理論立足點(diǎn)：基于最基本的理論，結(jié)合最先進(jìn)的技術(shù)，理解最本質(zhì)的知識(shí)。本課程包括：閱讀資料、面授教學(xué)、課堂討論、學(xué)生講授、習(xí)題討論等環(huán)節(jié)。希望通過本課程的學(xué)習(xí)，不僅掌握所涉及的協(xié)議開發(fā)知識(shí)，而且鍛煉一些研究生必備的科研技能。與協(xié)議有關(guān)的課程比較多，如：分布式系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)通信等。這些課程往往描述的是一些被廣泛接受并被一些國際標(biāo)準(zhǔn)化組織標(biāo)準(zhǔn)化了的協(xié)議。它們并不解釋：協(xié)議為什么正確工作、協(xié)議的設(shè)計(jì)過程，協(xié)議是不是有缺陷。而這些正是本課程要解決的問題。91課程目標(biāo)為什么要上這門課？與協(xié)議有關(guān)的課程比較多，如：分布式課程目標(biāo)（續(xù)）內(nèi)容要求：對(duì)協(xié)議工程學(xué)有一個(gè)基本認(rèn)識(shí)重點(diǎn)掌握協(xié)議設(shè)計(jì)技術(shù)、形式化描述技術(shù)（FSM，SDL）了解協(xié)議驗(yàn)證技術(shù)和一致性測試技術(shù)鍛煉的科研技能：獨(dú)立解決一個(gè)具體科研問題的能力

科研表達(dá)與溝通的能力撰寫科技文章的能力面對(duì)一個(gè)并不熟悉的科研領(lǐng)域，可以做到獨(dú)立查閱資料、確定一個(gè)具體的研究目標(biāo)、制定實(shí)施計(jì)劃、最終完成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的研究。

將已經(jīng)掌握的科研內(nèi)容，用精練的語言表達(dá)出來，通過與其他人討論，更深入地掌握此方面知識(shí)。在獨(dú)立解決了某個(gè)科研問題后，將科研成果以學(xué)術(shù)論文的形式表達(dá)出來。爭取發(fā)表一篇論文。

92課程目標(biāo)（續(xù)）內(nèi)容要求：面對(duì)一個(gè)并不熟悉的科研領(lǐng)域，可以做到授課內(nèi)容概述協(xié)議設(shè)計(jì)形式化描述技術(shù)（FSM，PetriNet,SDL,LOTOS,ESTELLE）協(xié)議驗(yàn)證協(xié)議一致性測試93授課內(nèi)容概述6國內(nèi)相關(guān)課程清華大學(xué)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的形式化方法和協(xié)議工程學(xué)主要內(nèi)容：形式化描述方法、一致性測試技術(shù)北京郵電大學(xué)：協(xié)議工程與通信軟件協(xié)議工程的概念協(xié)議模型技術(shù)協(xié)議形式化描述技術(shù)協(xié)議驗(yàn)證技術(shù)協(xié)議實(shí)現(xiàn)和測試技術(shù)MSC和SDL語言簡介通信軟件設(shè)計(jì)方法與實(shí)踐94國內(nèi)相關(guān)課程清華大學(xué)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的形式化方法和協(xié)議工程學(xué)7國內(nèi)相關(guān)課程（Cont.）中國科技大學(xué)軟件學(xué)院：《通信系統(tǒng)軟件開發(fā)》東南大學(xué)，河海大學(xué)研究生課程：《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程》云南大學(xué)，華中科技大學(xué)，浙江理工大學(xué)等也開設(shè)了類似課程95國內(nèi)相關(guān)課程（Cont.）中國科技大學(xué)軟件學(xué)院：《通信系統(tǒng)軟國外相關(guān)課程96國外相關(guān)課程9先修課程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)通信操作系統(tǒng)分布式系統(tǒng)97先修課程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或數(shù)據(jù)通信10參考書目吳禮發(fā)著，《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程》,2011.4，電子工業(yè)出版社。GerardJ.Holzmann:

《DesignandValidationofComputerProtocols》,PrenticeHallAt/cm/cs/what/spin/Doc/Book91.html古天龍，蔡國永：

《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的形式化分析與設(shè)計(jì)》，電子工業(yè)出版社，2003.6龔正虎，《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程》，國防科技大學(xué)出版社，1993.12R.Lai,A.Jirachiefpattana：

《CommunicationProtocolSpecificationandVerification》,KluwerAcademicPublishers,199898參考書目吳禮發(fā)著，《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程》,2011.4，電子工業(yè)出內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程399內(nèi)容提要課程概述1協(xié)議2協(xié)議工程312協(xié)議定義為網(wǎng)絡(luò)中互相通信的對(duì)等實(shí)體間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)不可缺少的組成部分，保證實(shí)體在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有條不紊地交換數(shù)據(jù)。實(shí)體(Entity)是指任何可以發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進(jìn)程，在大多數(shù)情況下，就是一個(gè)特定的軟件進(jìn)程。位于不同系統(tǒng)的同一層次內(nèi)交互的實(shí)體，就構(gòu)成了對(duì)等實(shí)體。轉(zhuǎn)60頁100協(xié)議定義為網(wǎng)絡(luò)中互相通信的對(duì)等實(shí)體間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則協(xié)議定義（Cont.）英格蘭國家物理實(shí)驗(yàn)室NPL(NationalPhysicalLaboratory)的R.A.Scantlebury和K.A.Bartlett在一份備忘錄(AprotocolforuseintheNPLdatacommunicationsnetwork)中最早將“協(xié)議(protocol)”一詞用于描述數(shù)據(jù)通信過程。“協(xié)議是關(guān)于分布式系統(tǒng)進(jìn)行信息交換時(shí)的一種約定，協(xié)議應(yīng)按照語言的方式進(jìn)行定義?！逼溆谒麄兊挠^點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議就是具有規(guī)定文法、語法和語義的語言，其中，文法給出了有效信息的精確格式，語法描述了數(shù)據(jù)交換的規(guī)則，語義規(guī)定了可交換信息的詞匯及其含義。101協(xié)議定義（Cont.）英格蘭國家物理實(shí)驗(yàn)室NPL(Natio協(xié)議定義（Cont.）協(xié)議三要素(從語言的角度來理解協(xié)議)：語法語義同步

102協(xié)議定義（Cont.）協(xié)議三要素(從語言的角度來理解協(xié)議)：協(xié)議定義：語法在語言學(xué)中，語法是指語言組成成分(詞、句等)之間以什么樣的關(guān)系結(jié)合而構(gòu)成語句或語言，也即是語言的結(jié)構(gòu)方法和構(gòu)成規(guī)則。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的語法的含義？網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中的語法體現(xiàn)為數(shù)據(jù)報(bào)文中的控制信息(通常在報(bào)文的首部)和各種控制報(bào)文的結(jié)構(gòu)、格式，也即是規(guī)定報(bào)文的長度，報(bào)文中劃分多少個(gè)域(Field)，每個(gè)域的名稱、意義、數(shù)據(jù)類型、長度等。其中，報(bào)文中各個(gè)域的類型、長度及相互間的位置、順序關(guān)系則構(gòu)成了詞法。103協(xié)議定義：語法在語言學(xué)中，語法是指語言組成成分(詞、句等)之協(xié)議定義：語義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的語義可以理解為協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文中的控制信息和控制報(bào)文所約定的含義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動(dòng)作以及做出何種響應(yīng)。例如：報(bào)文首部控制信息中的目的地址信息指明了報(bào)文的目的地，接收到此報(bào)文的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)均將其作為進(jìn)行路由選擇的依據(jù)，因而規(guī)定在首部控制信息中在給定域給出目標(biāo)結(jié)點(diǎn)地址就是一種語義。

為了實(shí)現(xiàn)有連接的傳輸服務(wù)，設(shè)計(jì)了一套實(shí)現(xiàn)連接的控制報(bào)文。發(fā)起連接方構(gòu)造一個(gè)請(qǐng)求連接的協(xié)議控制報(bào)文，這個(gè)“請(qǐng)求連接”就是該控制報(bào)文的語義。收端收到這個(gè)控制報(bào)文后，根據(jù)已知的格式分析規(guī)定域中報(bào)文類型碼就可了解這個(gè)“請(qǐng)求連接”的語義，從而作出“允許連接”或“拒絕連接”的響應(yīng)。104協(xié)議定義：語義網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的語義可以理解為協(xié)議數(shù)據(jù)報(bào)文中的控制信協(xié)議定義：語義（Cont.）例如（續(xù)）：“允許連接”報(bào)文和“拒絕連接”報(bào)文的格式和語義也是協(xié)議中約定好的，通信雙方通過這些約定語義的控制報(bào)文按一定時(shí)序關(guān)系的交換即可實(shí)現(xiàn)建立連接的功能和提供有連接服務(wù)。其它的在協(xié)議中常使用的“數(shù)據(jù)收到確認(rèn)”報(bào)文(ACK報(bào)文)、“出錯(cuò)通知”報(bào)文、“緊急通知”報(bào)文等等均可看成為具有特定語義的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的語句，即協(xié)議的組成部分。

105協(xié)議定義：語義（Cont.）例如（續(xù)）：18協(xié)議定義：同步簡單地說，同步是指事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。

具體來說，同步是指通信過程中各種控制報(bào)文傳送的順序關(guān)系，例如“允許連接”或“拒絕連接”報(bào)文必須是作為請(qǐng)求連接報(bào)文的一種響應(yīng)來發(fā)送，“拆除連接”報(bào)文也必須在建立連接后的某種條件下發(fā)送等等。這種控制報(bào)文發(fā)送的時(shí)序關(guān)系，也決定了通信雙方所處的通信狀態(tài)(發(fā)送狀態(tài)、接收狀態(tài)、等待狀態(tài)等)的制約關(guān)系，所以常用通信雙方的有限狀態(tài)機(jī)的方法來描述網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在有些文獻(xiàn)中，也將這種同步關(guān)系視為協(xié)議語法的一部分。

106協(xié)議定義：同步簡單地說，同步是指事件實(shí)現(xiàn)順序的詳細(xì)說明。1協(xié)議定義：進(jìn)一步延伸進(jìn)一步延伸為計(jì)算機(jī)通信協(xié)議。

協(xié)議是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布式系統(tǒng)中各種通信實(shí)體或進(jìn)程間相互交換信息時(shí)必須遵守的一組規(guī)則或約定。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程中的許多技術(shù)和方法均可應(yīng)用到分布式系統(tǒng)中的進(jìn)程間通信協(xié)議的設(shè)計(jì)活動(dòng)當(dāng)中。

107協(xié)議定義：進(jìn)一步延伸進(jìn)一步延伸為計(jì)算機(jī)通信協(xié)議。20協(xié)議定義：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)大量的研制經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于非常復(fù)雜的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，其結(jié)構(gòu)應(yīng)采用層次式的。

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合，稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)。ISO的OSI/RM（開放系統(tǒng)互連/參考模型）IBM的SNA（系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）DEC的DNA（分布式網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）IETF的TCP/IP

108協(xié)議定義：網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)大量的研制經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)于非常復(fù)雜的計(jì)算協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化Whatarestandards?Standardsaredocumentedagreementscontainingtechnicalspecificationstobeusedconsistent