網絡協(xié)議設計與開發(fā)

網絡協(xié)議設計與開發(fā)第一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一內容提要課時：20課時授課+10課時上機主要內容：網絡協(xié)議工程方法網絡協(xié)議開發(fā)技術參考資料：吳禮發(fā)著,《網絡協(xié)議工程》,電子工業(yè)出版社,2011TCP/IP詳解卷2TCP/IP詳解卷3/（中國協(xié)議分析網）第二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一前言一、設么叫協(xié)議？例如：人與人之間人與物之間物與物之間協(xié)議是多個對象之間為了實現(xiàn)某個共同目標而制定的、需要共同遵守的、關于各自行為方式的時序化的約定。第三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一用系統(tǒng)的觀點看協(xié)議系統(tǒng)是由相互作用相互依賴的若干組成部分結合而成的，具有特定功能的有機整體，而且這個有機整體又是它從屬的更大系統(tǒng)的組成部分。第四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)包含：輸入、系統(tǒng)部件（關聯(lián)、狀態(tài)）、輸出遵循協(xié)議的對象構成的總體形成了一個系統(tǒng)。在上述系統(tǒng)中，各個對象之間根據協(xié)議內容，按照一定時序關系改變各自的狀態(tài)（事件），在某一時刻各個對象呈現(xiàn)出不同的確定性的狀態(tài)，這樣的系統(tǒng)稱之為“離散事件系統(tǒng)”。例如：數(shù)字電路系統(tǒng)（組合+時序邏輯電路）第五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一例如：一個簡單的串行奇偶檢測電路

電路中包括T觸發(fā)器，輸入、輸出，狀態(tài)；在上述系統(tǒng)中有沒有協(xié)議？第六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一奇偶檢測系統(tǒng)是由T觸發(fā)器構成，T觸發(fā)器是由基本門電路構成，所以上述系統(tǒng)是由若干基本門電路按照確定的連接方式構成，各個單元之間按照已知的方式協(xié)調工作從而形成上述系統(tǒng)。第七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一一些結論：協(xié)議定義了系統(tǒng)內各組成單元的功能集合以及它們之間的關聯(lián)方式。系統(tǒng)按照協(xié)議運行時，表現(xiàn)為系統(tǒng)狀態(tài)的時序性變化（即狀態(tài)變遷）在已學的技術中，可以用狀態(tài)圖或狀態(tài)表的方式描述系統(tǒng)按照協(xié)議的運行情況。設計協(xié)議就是設計一種離散事件系統(tǒng)！第八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一二、如何設計協(xié)議？協(xié)議工程：按照系統(tǒng)化、規(guī)范化、可度量化等工程原則和方法去進行協(xié)議的設計。什么叫系統(tǒng)化？為什么要系統(tǒng)化？系統(tǒng)化：把協(xié)議看做是一種離散事件系統(tǒng)系統(tǒng)化有利于合理簡化問題，并找到分析問題的科學方法。什么叫規(guī)范化？為什么要規(guī)范化？規(guī)范化：按照標準化的步驟進行協(xié)議設計規(guī)范化有利于保證協(xié)議的正確性、提高設計效率什么叫可度量化？為什么要可度量化？可度量化就是對協(xié)議的正確性和性能進行量化可度量化有利于確定性的比較優(yōu)劣第九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一三、本課程的目標學習如何合理的設計計算機網絡協(xié)議。網絡的協(xié)議模型（通用模板）網絡協(xié)議應該包含的內容網絡協(xié)議的設計方法網絡協(xié)議性能的保證機制網絡協(xié)議的描述方式網絡協(xié)議的測試方法網絡協(xié)議的驗證方法第十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一第一講基本概念一、網絡協(xié)議：為計算機網絡中對等實體進行數(shù)據交換而建立的規(guī)則、標準或約定的集合。網絡協(xié)議是由語法、語義和同步（時序關系）三個要素組成：實體(Entity)是指任何可以發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程，在大多數(shù)情況下，就是一個特定的軟件進程。位于不同系統(tǒng)的同一層次內交互的實體，就構成了對等實體。第十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議定義：語法在語言學中，語法是指語言組成成分(詞、句等)之間以什么樣的關系結合而構成語句或語言，也即是語言的結構方法和構成規(guī)則。網絡協(xié)議中的語法的含義？網絡協(xié)議中的語法體現(xiàn)為數(shù)據報文中的控制信息(通常在報文的首部)和各種控制報文的結構、格式，也即是規(guī)定報文的長度，報文中劃分多少個域(Field)，每個域的名稱、意義、數(shù)據類型、長度等。其中，報文中各個域的類型、長度及相互間的位置、順序關系則構成了詞法。第十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議定義：語義網絡協(xié)議的語義可以理解為協(xié)議數(shù)據報文中的控制信息和控制報文所約定的含義，即需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應。例如：報文首部控制信息中的目的地址信息指明了報文的目的地，接收到此報文的網絡結點均將其作為進行路由選擇的依據，因而規(guī)定在首部控制信息中在給定域給出目標結點地址就是一種語義。

為了實現(xiàn)有連接的傳輸服務，設計了一套實現(xiàn)連接的控制報文。發(fā)起連接方構造一個請求連接的協(xié)議控制報文，這個“請求連接”就是該控制報文的語義。收端收到這個控制報文后，根據已知的格式分析規(guī)定域中報文類型碼就可了解這個“請求連接”的語義，從而作出“允許連接”或“拒絕連接”的響應。第十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議定義：語義（Cont.）例如（續(xù)）：“允許連接”報文和“拒絕連接”報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文按一定時序關系的交換即可實現(xiàn)建立連接的功能和提供有連接服務。其它的在協(xié)議中常使用的“數(shù)據收到確認”報文(ACK報文)、“出錯通知”報文、“緊急通知”報文等等均可看成為具有特定語義的網絡協(xié)議的語句，即協(xié)議的組成部分。

第十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議定義：同步簡單地說，同步是指事件實現(xiàn)順序的詳細說明。

具體來說，同步是指通信過程中各種控制報文傳送的順序關系，例如“允許連接”或“拒絕連接”報文必須是作為請求連接報文的一種響應來發(fā)送，“拆除連接”報文也必須在建立連接后的某種條件下發(fā)送等等。這種控制報文發(fā)送的時序關系，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)的制約關系，所以常用通信雙方的有限狀態(tài)機的方法來描述網絡協(xié)議。在有些文獻中，也將這種同步關系視為協(xié)議語法的一部分。

第十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議定義：進一步延伸進一步延伸為計算機通信協(xié)議。

協(xié)議是計算機網絡和分布式系統(tǒng)中各種通信實體或進程間相互交換信息時必須遵守的一組規(guī)則或約定。網絡協(xié)議工程中的許多技術和方法均可應用到分布式系統(tǒng)中的進程間通信協(xié)議的設計活動當中。

第十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一大量的研制經驗表明，對于非常復雜的計算機網絡協(xié)議，其結構應采用層次式的。

在計算機網絡中，將計算機網絡的各層及其協(xié)議的集合，稱為網絡的體系結構(architecture)。ISO的OSI/RM（開放系統(tǒng)互連/參考模型）IBM的SNA（系統(tǒng)網絡體系結構）DEC的DNA（分布式網絡體系結構）IETF的TCP/IP

第十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一二、協(xié)議標準化Whatarestandards?Standardsaredocumentedagreementscontainingtechnicalspecificationstobeusedconsistentlyasrules,guidelines,ordefinitionsofcharacteristics,toensurethatmaterials,products,processesandservicesarefitfortheirpurposeInternationalStandardscontributetomakinglifesimpler,andtoincreasingthereliabilityandeffectivenessofthegoodsandservicesweuseIndustry-widestandardizationisaconditionexistingwithinaparticularindustrialsectorwhenthelargemajorityofproductsorservicesconformtothesamestandards第十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議標準化（Cont.）WhyPushForStandardization?Theaimistofacilitatetrade,exchangeandtechnologytransferthroughEnhancedproductqualityandreliabilityatareasonableprice.Greatercompatibilityandinteroperabilityofgoodsandservices.Simplificationforimprovedusability.Increaseddistributionefficiency,andeaseofmaintenance第十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議標準化（Cont.）Whatmakesupastandard?Itmaycontain:SymbolsDefinitionsDiagramsCodesTestmethods第二十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議標準化（Cont.）OrganizationforStandardizationforProtocols

InternationalOrganizationforStandardization

(ISO)國際電報電話咨詢委員會

(CCITT)InternationalTelecommunicationsUnion(ITU-T)InternetEngineeringTaskForce(IETF)InstituteofElectricalandElectronicsEngineers(IEEE)WorldWideWebConsortium(W3C)AssociationforComputingMachinery(ACM)AsynchronousTransferModeForum(ATMForum)AmericanNationalStandardsInstitute(ANSI)第二十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ISO是一個涉及范圍很廣的國際標準開發(fā)機構，包括很多政府的或民間的標準研究機構，如美國的國家標準研究所ANSI。成立于1947年。ISO下屬多個技術委員會TC(TechnicalCommittees)，TC又由多個分委員會SC(Subcommittees)組成。每個SC下有多個工作組WG(WorkingGroups)。例如，TC97主要負責與計算機有關的標準的制定，TC97/SC6主要處理電信領域的標準，TC97/SC6/WG1則主要負責數(shù)據鏈路協(xié)議標準。一個ISO標準從最初的提名到真正發(fā)行要經歷七個步驟。

第二十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ISO(Cont.)ISO制定的很多標準是與另一個標準化組織，國際電工技術委員會IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)，合作制定的。

IEC關心的主要是電子和電氣工程標準(器材、元件以及測量方法的標準化)。在信息技術領域，雖然IEC強調的是硬件，而ISO強調的是軟件，但它們的職能在很多地方有所重疊。1987年由這兩個組織聯(lián)合成立了聯(lián)合技術委員會JTC，而ISO的TC97同時宣告解散。代替舊的ISO的TC97組織是ISO/IECJTC1，而其下屬的各分委員會SC的名稱仍用原來TC97中的各分委員會的序號。這個委員會負責信息技術領域文檔的開發(fā)，這些文檔最終可能成為ISO及IEC的標準。

第二十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ISO（Cont.）ISO制定的與協(xié)議有關的著名標準：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個不同的子工作組分別制定的，它們得到廣泛的應用。

一致性測試序列標準：ISO9646-1(CCITTX.290)一般概念ISO9646-2抽象測試集(suite)規(guī)范ISO9646-3樹表組合記法TTCN(TreeandTabularCombinedNotation)ISO9646-4測試實現(xiàn)ISO9646-5一致性認證處理對測試實驗室及其客戶的要求ISO9646-6測試實驗室的操作第二十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一CCITTandITU-TCCITT(InternationalTelephoneandTelegraphConsultativeCommittee,國際電話與電報顧問委員會)最開始主要從通信的角度考慮一些標準的制定。隨著科學技術的發(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共同關心的領域。

很多ISO制定的標準，CCITT均有與之相對應的標準。

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

第二十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一CCITTandITU-T(Cont.)ITU-T是國際電信聯(lián)盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）下屬的電信標準部，它的成員主要是各國政府組織和得到許可的私人運營商。成立于1993年3月1日，主要任務是制定電話、電報和數(shù)據通信接口的技術建議。它取代了原國際電報電話咨詢委員會CCITT。人們仍然常常遇到CCITT建議，例如，CCITTX.25，雖然自1993年起這些建議都打上了ITU-T標記。ITU-T的實際工作是在研究組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)。第二十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ITU-TStandards:XSeriesDatanetworksandopensystemcommunicationsPublicdatanetworks-Interfaces:X.21

-InterfacebetweenDataTerminalEquipment(DTE)andDataCircuit-terminatingEquipment(DCE)forsynchronousoperationonpublicdatanetworks.OSI-Modelandnotation:X.200-Informationtechnology–OpenSystemsInterconnection–BasicReferenceModel:Thebasicmodel.第二十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ITU-TStandards:XSeries(Cont.)MessageHandlingSystems:X.400

-Messagehandlingservices:MessagehandlingsystemandserviceoverviewDirectoryServices:X.500

-Informationtechnology-OpenSystemsInterconnection-TheDirectory:Overviewofconcepts,modelsandservicesSecurity:X.800-SecurityarchitectureforOpenSystemsInterconnectionforCCITTapplications.第二十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ITU-TStandards:VSeriesDatacommunicationoverthetelephonenetworkInterworkingwithothernetworks:V.18-OperationalandinterworkingrequirementsforDCEsoperatinginthetexttelephonemode.Interfacesandvoice-bandmodems:V.33-14400bitspersecondmodemstandardizedforuseonpoint-to-point4-wireleasedtelephone-typecircuits.Errorcontrol:V.42-Error-correctingproceduresforDCEsusingasynchronous-to-synchronousconversion.第二十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ITU-TStandards:QSeriesSwitchingandsignallingGeneralRecommendationsrelativetosignalingandswitchingsystems:Q.20-Comparativeadvantagesof"in-band"and"out-band"systems.Functionaldescriptionofthesignalingsystem:Q.251-GeneralDefinitionandfunctionofsignals:Q.254-Telephonesignals.第三十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ITU-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,release1第三十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一IFIP國際信息處理聯(lián)盟IFIP(InternationalFederationforInformationProcessing)，雖然不直接參與協(xié)議的標準化，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，經常組織一些協(xié)議形式化描述與驗證方面的國際會議。

第三十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一IETF因特網協(xié)會ISOC因特網體系結構研究委員會IAB因特網研究指導小組IRSG因特網研究部IRTF因特網工程部IETF因特網工程指導小組IESG領域領域…WGRGWGWGWG……RG…IETF網址：第三十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一IETF（Cont.）因特網在制定其標準上很有特色：面向公眾。所有技術文檔都可從因特網上免費下載，而且任何人都可以用電子郵件隨時發(fā)表對某個文檔的意見或建議。這種方式對因特網的迅速發(fā)展影響很大。因特網標準：RFC(RequestForComments)的意思就是“請求評論”。所有的RFC文檔都可從因特網上免費下載。

并非所有的RFC文檔都是因特網標準，其中只有一小部分最后才能變成標準。第三十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一IETF（Cont.）因特網草案建議標準草案標準因特網標準歷史的RFC實驗的RFC提供信息的RFC因特網草案(InternetDraft)建議標準(ProposedStandard)草案標準(DraftStandard)因特網標準(InternetStandard)第三十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一W3CWorldWideWebConsortiumpromotestheWebbyproducingspecificationsandreferencesoftware.W3Cisfundedbyindustrialmembersbutitsproductsarefreelyavailabletoall.TheConsortiumisrunbyMITLCSwithINRIAactingasEuropeanhost

andKeioUniversityinAsia,incollaborationwithCERNwheretheweboriginated.第三十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一IEEETheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers(電氣和電子工程師協(xié)會)istheworld'slargesttechnicalprofessionalsociety.Anon-profitorganization,IEEEpromotesthedevelopmentandapplicationofelectrotechnologyandalliedsciencesforthebenefitofhumanity,theadvancementoftheprofession,andthewell-beingofit’smembers.FamousStandards:IEEE802series第三十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ACMAssociationforComputingMachinery(founded1947，(美國)計算機學會)isaninternationalscientificandeducationalorganizationdedicatedtoadvancingtheart,science,engineering,andapplicationofinformationtechnology(其宗旨在于不斷地推動計算機科學與技術的發(fā)展),servingbothprofessionalandpublicinterestsbyfosteringtheopeninterchangeofinformationandbypromotingthehighestprofessionalandethicalstandards.SinceitsinceptionACMhasprovideditsmembersandtheworldofcomputerscienceaforumforthesharingofknowledgeondevelopmentsandachievementsnecessarytothefruitfulinterchangeofideas.第三十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ACM（Cont.）OvertheyearsACMhasflourishedalongwiththeindustryitself,playingamajorroleinenrichingthequality,formandfunctionofcomputerusage.ACMformsSpecialInterestGroups(SIGs)whichfocusonspecificareasofcomputerscience.SomeSIGswhichrelatetodatacommunicationsinclude:DataCommunication(SIGCOMM)Hypertext/Hypermedia(SIGLINK)Multimedia(SIGMM)第三十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ANSIFoundedin1918,theAmericanNationalStandardsInstitute(ANSI,美國國家標準化組織),isaprivate,not-for-profitmembershiporganizationthatcoordinatestheU.S.voluntaryconsensusstandardssystemandapprovesAmericanNationalStandards.ANSIconsistsofapproximately1,300nationalandinternationalcompanies,30governmentagencies,20institutionalmembers,and250professional,technical,trade,laborandconsumerorganizations.第四十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ANSI（Cont.）ANSIactstoinsurethatasingleconsistentsetofconsensusbasedAmericanNationalStandardsaredevelopedbyANSI-accreditedstandardsdevelopers.Integraltothedevelopmentandapprovalprocessistherequirementthatallinterestsconcernedhavetheopportunitytoparticipateinthedevelopmentprocess.FamousStad.:ANSI.1第四十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一Obtainingstandarddocuments:Standardsbodiesdistributetheirdocumentsinseveralfileformatsandtodifferentgroupsororganizations.Manystandardsmustbepurchasedbeforeyoumayimplementproductsbasedonthem.However,thedocumentsarefree.Somestandardsbodiesrequirepaymentup-frontbeforeyouarepermittedaccesstothestandardsdocuments.第四十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一Obtainingstandarddocuments(Cont.)Stillotherstandardsbodiestakeanopenapproachwheredocumentsareentirelyfreetoreadersandimplementationvendors(RFCs).MoststandardsareavailableontheInternetviaFTP,Gopher,ortheWWW.Manysiteshavesearchengineswhichallowuserstoobtaindifferentdocuments,allofwhichpertaintothesamestandard/protocol.第四十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一Obtainingstandarddocuments(Cont.)DocumentFormats:Text/ASCII-mostpopularformat.Postscript-requiresapostscriptprinterorTeX/LaTeXtoview.WordforWindows-MicrosoftWindowseditor.HTML-browseabledocumentswithlinkstootherreferences.PDF-AdobeAcrobathyper-linkformat.第四十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一IndustryControlandAcceptanceCommonlyintoday’scomputerindustry,theacceptanceofproductsarefacilitatedbytheconformancetoandsupportofstandards.Mostproductsbecomeobsoleteiftheyareonlybasedonproprietaryspecificationsanddonotsupportstandards.Ifacompanymaintainscontroloverthemajorityofproductsbasedonaparticulartechnology,thatcompanycanusuallydictatethedirectionoftheindustryandanystandardstofollow.第四十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一Timing:It’simportantforstandardsMITD.Clark‘s“apocalypse(啟示)ofthetwoelephants”ThebestperiodforstandardizationisbetweenburstofresearchandburstofmarketingTheperiodisveryshortTCP/IPalreadyentrenchedbymid/lateeightiesOSI/RMisputupintheburstofmarketingofTCP/IP第四十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一Examples:OSI/RMProblemsTannenbaum:BadtechnologyBadtimingBadimplementationBadpolitics第四十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一三、協(xié)議工程：Why?網絡服務要求的提高應用的多樣性網絡系統(tǒng)的多樣性導致在協(xié)議方面的體現(xiàn)復雜性分布性并發(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準化導致用直覺的工程方法不能保證協(xié)議的協(xié)議工程(ProtocolEngineering)軟件工程的經驗1981年由T.F.Piatkowski第一次提出“協(xié)議工程學”的概念第四十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一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上，Piatkowski首先提出了“協(xié)議工程（PE：ProtocolEngineering）”的概念協(xié)議工程學用形式化方法描述協(xié)議設計和維護中的各個過程，它是以協(xié)議軟件為研究對象的軟件工程，而且建立了一套比一般軟件工程方法更為嚴格、更為數(shù)學化的理論和方法。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)過程中潛在的錯誤，提高協(xié)議開發(fā)的效率，促進協(xié)議標準化的發(fā)展。第四十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一所謂“集成化”，就是指協(xié)議描述、驗證、實現(xiàn)和測試等技術前后銜接，并在同一個開發(fā)系統(tǒng)中完成。在以往的協(xié)議開發(fā)過程中，各個階段并不互相銜接，各個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)議設計者憑自己的經驗和智慧設計出協(xié)議，用自然語言進行描述，經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才采用某種方法和理論對協(xié)議進行驗證。協(xié)議實現(xiàn)往往根據自己的環(huán)境和要求修改協(xié)議，協(xié)議實現(xiàn)之后不考慮實現(xiàn)與協(xié)議規(guī)范是否一致。協(xié)議的測試往往由協(xié)議實現(xiàn)者自己進行，這實際上是一種程序調試。第五十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一所謂“形式化”，就是指用形式描述技術FDT(FormalDescriptionTechnique)貫穿協(xié)議開發(fā)的各個階段。一種形式化描述語言FDL(FormalDescriptionLanguage)以一種或多種形式化描述技術為基礎，有嚴格的語法和語義定義，抽象于具體的實現(xiàn)，可以符號執(zhí)行，可以轉換、翻譯成程序設計語言。當協(xié)議進行形式化描述后，協(xié)議的驗證、自動實現(xiàn)、測試就可以在一個集成化的協(xié)議工程系統(tǒng)中進行了。第五十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一ProtocolEngineering:Procedure非形式化協(xié)議規(guī)范形式化協(xié)議規(guī)范形式描述與機器無關的源代碼實現(xiàn)代碼(產品)轉換實現(xiàn)產品測試器測試序列發(fā)生器一致性測試性能分析模擬驗證設計用戶需求說明第五十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一PEActivities:Design我們的定義：根據協(xié)議的需求說明構造協(xié)議的非形式描述文本(經過非形式的驗證分析)稱為協(xié)議設計；而將“協(xié)議的設計、形式描述、驗證、實現(xiàn)、測試、運行”這一全過程稱為“協(xié)議開發(fā)”，即協(xié)議開發(fā)是指協(xié)議工程活動的全過程。

其它定義：將協(xié)議設計定義為“從協(xié)議的需求說明到協(xié)議的形式描述文本，并經過嚴格驗證和性能分析”這一過程，或定義為協(xié)議工程活動的全過程，即相當于“協(xié)議開發(fā)”。

包括：協(xié)議環(huán)境分析、協(xié)議的功能設計、協(xié)議組織形式的確定、協(xié)議元素的構造、協(xié)議文本的編制等。第五十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一PEActivities:Design（Cont.）協(xié)議設計質量的好壞直接關系到開發(fā)出來的協(xié)議性能、功能是否能滿足用戶需求的一個重要因素。協(xié)議設計階段的結果是非形式描述協(xié)議文本。

協(xié)議設計涉及到很多技術，如差錯控制技術、流量控制技術、連接管理技術、路由選擇技術等。協(xié)議設計還必須遵循一些基本原則，如結構化、模塊化等。

第五十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一PEActivities:FormalDescrpt.通信系統(tǒng)行為的復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來準確地描述系統(tǒng)行為。在過去，人們習慣使用自然語言進行協(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)點是：方便、易懂致命缺點是：不嚴格、不精確、結構不好、沒有描述標準和有二義性且很難進行協(xié)議實現(xiàn)、測試的自動化和協(xié)議驗證。

不同的人對協(xié)議描述的理解不一樣導致不同的協(xié)議實現(xiàn)之間不能實現(xiàn)互連，甚至還會得出錯誤的協(xié)議。

解決辦法：形式化技術FDT(FormalDescriptionTechnique)第五十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議描述第五十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一采用形式描述技術的最終目的是：為開發(fā)者提供一種分析的方法；作為對開發(fā)結果驗證的基礎；為設計人員和應用人員提供交流途徑；作為開發(fā)文檔能在將來再開發(fā)時使用。

理想的形式描述技術應該既能描述系統(tǒng)的行為特征，又能進行操作：在系統(tǒng)需求分析和設計階段，它應該是一種描述語言在系統(tǒng)實現(xiàn)階段它應該是一種編程語言。形式描述技術是將協(xié)議工程各階段在技術上銜接起來的紐帶，因此它對協(xié)議工程的發(fā)展起決定性作用。

第五十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一形式描述模型

有限狀態(tài)機FSM(FiniteStateMachine)Petri網(PetriNet)時態(tài)邏輯TL(TemporalLogic)通信系統(tǒng)演算CCS(CalculusofCommunicationSystem)通信順序進程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對象管理組織OMG制定的統(tǒng)一建模語言UML第五十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議驗證與性能分析活鎖(livelock)

指事物1可以使用資源，但它讓其他事物先使用資源；事物2可以使用資源，但它也讓其他事物先使用資源，于是兩者一直謙讓，都無法使用資源?；铈i有一定幾率解開。而死鎖（deadlock）是無法解開的。第五十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議驗證(VerificationandValidation)技術和形式描述技術是同步發(fā)展的在進行協(xié)議實現(xiàn)之前還要進行以下二項工作：在語法和語義方面進行驗證；進行計算機模擬。

協(xié)議的驗證主要內容包括：可達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)議的動作序列檢查通道溢出檢查等

第六十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一驗證方法主要有兩類：模型檢查(ModelChecking)最常見方法：可達性分析，它包括狀態(tài)窮舉，狀態(tài)隨機枚舉，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密地證明協(xié)議的各種性質其他方法：模擬（Simulation）通過一些模擬試驗來測試協(xié)議的各種性質第六十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議實現(xiàn)第六十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議測試第六十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一驗證一個新的協(xié)議實現(xiàn)，通常要作多項測試。一般主要考慮以下兩個方面：

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

對協(xié)議實現(xiàn)的評價。核對新實現(xiàn)的包括性能參數(shù)在內的其它性質。

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

協(xié)議一致性測試要做到兩點：徹底性和標準化“徹底性”是指必須徹底測試所實現(xiàn)的協(xié)議“標準化”是指使用的測試集必須是標準的。

第六十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一一致性測試的基礎：FDT一致性測試要解決兩個問題：測試系統(tǒng)設計：重點解決測試方法和測試系統(tǒng)的體系結構問題測試序列的產生：解決測試的“徹底性”和“標準化”問題，以及測試序列的形式描述和自動生成問題。測試序列發(fā)生器可以產生各種可能發(fā)生的情況組合，以測試所實現(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。

國際標準化組織ISO發(fā)布了“開放系統(tǒng)互連一致性測試方法和框架(ISO9646)”來指導一致性測試工作，并為許多常用的標準協(xié)議制訂了相應的一致性測試序列。

協(xié)議工程中技術難度最大，工業(yè)上又很需要第六十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議的性能主要包括吞吐量和時延

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

可用數(shù)學分析方法和模擬方法來進行，兩者都基于排隊論和概率論

第六十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議維護第六十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一第六十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一四、協(xié)議設計不當?shù)睦觭emaphoreswithblock-intervalsystem(空閑/阻塞信號系統(tǒng))第六十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一signalmenonbothendslinkedbytelegraphicline第七十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一turntoredautomaticallyasatrainpasses第七十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一settogreenbyhandafterwards第七十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一malfunctionofblock-intervalsystemsignalledbyabell第七十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一redandwhiteflagstoreplacemalfunctioningsemaphore第七十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議例子：報文(Messages)Message:TT:TraininTunnelTF:TunnelisFreeTL:HastheTrainlefttheTunnel?第七十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一協(xié)議例子：差錯控制ErrorFreeFunctioningtrainenterstunnel,signalmanAsendsTTtoBtrainleavesthetunnel,BsendsTFtoAAsetssemaphoretogreenbyhandUnderErrorSituationtrainenterstunnel,AsendsTTtoBbellrings,Ashowsredflagtonexttraintrainleavesthetunnel,BsendsTFt