網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)與開發(fā)

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)與開發(fā)第一頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一內(nèi)容提要課時(shí)：20課時(shí)授課+10課時(shí)上機(jī)主要內(nèi)容：網(wǎng)絡(luò)協(xié)議工程方法網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)技術(shù)參考資料：吳禮發(fā)著,《網(wǎng)絡(luò)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(guó)協(xié)議分析網(wǎng)）第二頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一前言一、設(shè)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(gè)對(duì)象之間為了實(shí)現(xiàn)某個(gè)共同目標(biāo)而制定的、需要共同遵守的、關(guān)于各自行為方式的時(shí)序化的約定。第三頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一用系統(tǒng)的觀點(diǎn)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(jié)合而成的，具有特定功能的有機(jī)整體，而且這個(gè)有機(jī)整體又是它從屬的更大系統(tǒng)的組成部分。第四頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一系統(tǒng)包含：輸入、系統(tǒng)部件（關(guān)聯(lián)、狀態(tài)）、輸出遵循協(xié)議的對(duì)象構(gòu)成的總體形成了一個(gè)系統(tǒng)。在上述系統(tǒng)中，各個(gè)對(duì)象之間根據(jù)協(xié)議內(nèi)容，按照一定時(shí)序關(guān)系改變各自的狀態(tài)（事件），在某一時(shí)刻各個(gè)對(duì)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(shí)序邏輯電路）第五頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一例如：一個(gè)簡(jiǎn)單的串行奇偶檢測(cè)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(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一奇偶檢測(cè)系統(tǒng)是由T觸發(fā)器構(gòu)成，T觸發(fā)器是由基本門電路構(gòu)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(gòu)成，各個(gè)單元之間按照已知的方式協(xié)調(diào)工作從而形成上述系統(tǒng)。第七頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一一些結(jié)論：協(xié)議定義了系統(tǒng)內(nèi)各組成單元的功能集合以及它們之間的關(guān)聯(lián)方式。系統(tǒng)按照協(xié)議運(yùn)行時(shí)，表現(xiàn)為系統(tǒng)狀態(tài)的時(shí)序性變化（即狀態(tài)變遷）在已學(xué)的技術(shù)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(yùn)行情況。設(shè)計(jì)協(xié)議就是設(shè)計(jì)一種離散事件系統(tǒng)！第八頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一二、如何設(shè)計(jì)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(jìn)行協(xié)議的設(shè)計(jì)。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(jiǎn)化問題，并找到分析問題的科學(xué)方法。什么叫規(guī)范化？為什么要規(guī)范化？規(guī)范化：按照標(biāo)準(zhǔn)化的步驟進(jìn)行協(xié)議設(shè)計(jì)規(guī)范化有利于保證協(xié)議的正確性、提高設(shè)計(jì)效率什么叫可度量化？為什么要可度量化？可度量化就是對(duì)協(xié)議的正確性和性能進(jìn)行量化可度量化有利于確定性的比較優(yōu)劣第九頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、本課程的目標(biāo)學(xué)習(xí)如何合理的設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議模型（通用模板）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)該包含的內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)計(jì)方法網(wǎng)絡(luò)協(xié)議性能的保證機(jī)制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的描述方式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的測(cè)試方法網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的驗(yàn)證方法第十頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一第一講基本概念一、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中對(duì)等實(shí)體進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)或約定的集合。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是由語法、語義和同步（時(shí)序關(guān)系）三個(gè)要素組成：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。第十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(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(zhǎng)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(zhǎng)度等。其中，報(bào)文中各個(gè)域的類型、長(zhǎng)度及相互間的位置、順序關(guān)系則構(gòu)成了詞法。第十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(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)。第十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，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(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。

第十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(xié)議定義：同步簡(jiǎn)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。

第十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(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。

第十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一大量的研制經(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

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

InternationalOrganizationforStandardization

(ISO)國(guó)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)第二十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一ISO是一個(gè)涉及范圍很廣的國(guó)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(guó)的國(guó)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。

第二十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一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(guó)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(cè)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)。

第二十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一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(cè)試序列標(biāo)準(zhǔn)：ISO9646-1(CCITTX.290)一般概念I(lǐng)SO9646-2抽象測(cè)試集(suite)規(guī)范ISO9646-3樹表組合記法TTCN(TreeandTabularCombinedNotation)ISO9646-4測(cè)試實(shí)現(xiàn)ISO9646-5一致性認(rèn)證處理對(duì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室及其客戶的要求ISO9646-6測(cè)試實(shí)驗(yàn)室的操作第二十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一CCITTandITU-TCCITT(InternationalTelephoneandTelegraphConsultativeCommittee,國(guó)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。

第二十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一CCITTandITU-T(Cont.)ITU-T是國(guó)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(guó)政府組織和得到許可的私人運(yùn)營(yíng)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(guó)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)。第二十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，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(yè)，共八十三頁(yè)，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(yè)，共八十三頁(yè)，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(yè)，共八十三頁(yè)，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(yè)，共八十三頁(yè)，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(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一IFIP國(guó)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(guó)際會(huì)議。

第三十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一IETF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…IETF網(wǎng)址：第三十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一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)。第三十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一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)第三十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一W3CWorldWideWebConsortiumpromotestheWebbyproducingspecificationsandreferencesoftware.W3Cisfundedbyindustrialmembersbutitsproductsarefreelyavailabletoall.TheConsortiumisrunbyMITLCSwithINRIAactingasEuropeanhost

andKeioUniversityinAsia,incollaborationwithCERNwheretheweboriginated.第三十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一IEEETheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers(電氣和電子工程師協(xié)會(huì))istheworld'slargesttechnicalprofessionalsociety.Anon-profitorganization,IEEEpromotesthedevelopmentandapplicationofelectrotechnologyandalliedsciencesforthebenefitofhumanity,theadvancementoftheprofession,andthewell-beingofit’smembers.FamousStandards:IEEE802series第三十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一ACMAssociationforComputingMachinery(founded1947，(美國(guó))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.第三十八頁(yè)，共八十三頁(yè)，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(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一ANSIFoundedin1918,theAmericanNationalStandardsInstitute(ANSI,美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化組織),isaprivate,not-for-profitmembershiporganizationthatcoordinatestheU.S.voluntaryconsensusstandardssystemandapprovesAmericanNationalStandards.ANSIconsistsofapproximately1,300nationalandinternationalcompanies,30governmentagencies,20institutionalmembers,and250professional,technical,trade,laborandconsumerorganizations.第四十頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一ANSI（Cont.）ANSIactstoinsurethatasingleconsistentsetofconsensusbasedAmericanNationalStandardsaredevelopedbyANSI-accreditedstandardsdevelopers.Integraltothedevelopmentandapprovalprocessistherequirementthatallinterestsconcernedhavetheopportunitytoparticipateinthedevelopmentprocess.FamousStad.:ANSI.1第四十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一Obtainingstandarddocuments:Standardsbodiesdistributetheirdocumentsinseveralfileformatsandtodifferentgroupsororganizations.Manystandardsmustbepurchasedbeforeyoumayimplementproductsbasedonthem.However,thedocumentsarefree.Somestandardsbodiesrequirepaymentup-frontbeforeyouarepermittedaccesstothestandardsdocuments.第四十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一Obtainingstandarddocuments(Cont.)Stillotherstandardsbodiestakeanopenapproachwheredocumentsareentirelyfreetoreadersandimplementationvendors(RFCs).MoststandardsareavailableontheInternetviaFTP,Gopher,ortheWWW.Manysiteshavesearchengineswhichallowuserstoobtaindifferentdocuments,allofwhichpertaintothesamestandard/protocol.第四十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，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(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一IndustryControlandAcceptanceCommonlyintoday’scomputerindustry,theacceptanceofproductsarefacilitatedbytheconformancetoandsupportofstandards.Mostproductsbecomeobsoleteiftheyareonlybasedonproprietaryspecificationsanddonotsupportstandards.Ifacompanymaintainscontroloverthemajorityofproductsbasedonaparticulartechnology,thatcompanycanusuallydictatethedirectionoftheindustryandanystandardstofollow.第四十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，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(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一Examples:OSI/RMProblemsTannenbaum:BadtechnologyBadtimingBadimplementationBadpolitics第四十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一三、協(xié)議工程：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)1981年由T.F.Piatkowski第一次提出“協(xié)議工程學(xué)”的概念第四十八頁(yè)，共八十三頁(yè)，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(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。第四十九頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一所謂“集成化”，就是指協(xié)議描述、驗(yàn)證、實(shí)現(xiàn)和測(cè)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(cè)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。第五十頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一所謂“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(cè)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。第五十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，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(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(cè)試器測(cè)試序列發(fā)生器一致性測(cè)試性能分析模擬驗(yàn)證設(shè)計(jì)用戶需求說明第五十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一PEActivities: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(cè)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。第五十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一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。

第五十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一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(cè)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)第五十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(xié)議描述第五十六頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一采用形式描述技術(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。

第五十七頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一形式描述模型

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第五十八頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(xié)議驗(yàn)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(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(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(cè)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

第六十頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一驗(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(cè)試協(xié)議的各種性質(zhì)第六十一頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(xié)議實(shí)現(xiàn)第六十二頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(xié)議測(cè)試第六十三頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一驗(yàn)證一個(gè)新的協(xié)議實(shí)現(xiàn)，通常要作多項(xiàng)測(cè)試。一般主要考慮以下兩個(gè)方面：

協(xié)議一致性測(cè)試。即檢測(cè)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(cè)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(cè)試，則說明該協(xié)議實(shí)現(xiàn)與其它同樣通過一致性測(cè)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(cè)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(cè)試所實(shí)現(xiàn)的協(xié)議“標(biāo)準(zhǔn)化”是指使用的測(cè)試集必須是標(biāo)準(zhǔn)的。

第六十四頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一一致性測(cè)試的基礎(chǔ)：FDT一致性測(cè)試要解決兩個(gè)問題：測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)：重點(diǎn)解決測(cè)試方法和測(cè)試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)問題測(cè)試序列的產(chǎn)生：解決測(cè)試的“徹底性”和“標(biāo)準(zhǔn)化”問題，以及測(cè)試序列的形式描述和自動(dòng)生成問題。測(cè)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(cè)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO發(fā)布了“開放系統(tǒng)互連一致性測(cè)試方法和框架(ISO9646)”來指導(dǎo)一致性測(cè)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(cè)試序列。

協(xié)議工程中技術(shù)難度最大，工業(yè)上又很需要第六十五頁(yè)，共八十三頁(yè)，編輯于2023年，星期一協(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

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