网络协议工程第1章-概述.pptx
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1、南京邮电大学南京邮电大学第第 章章 概述概述第第 1 章章 概述概述 内容提要内容提要课程概述课程概述1协议协议2协议工程协议工程32第第 1 章章 概述概述 课程名称课程名称v网络协议工程网络协议工程v网络:三网计算机网络、电信网络、网络:三网计算机网络、电信网络、CATV,分布式系统,分布式系统/操作系统操作系统v协议:规定通信双方交换数据的格式以及协议:规定通信双方交换数据的格式以及有关的同步问题。有关的同步问题。v工程:用工程化的方法来开发协议工程:用工程化的方法来开发协议3第第 1 章章 概述概述 课程目的课程目的v为什么要上这门课?为什么要上这门课?v研讨目的:协议开发中常见的设计
2、技术、形式化研讨目的:协议开发中常见的设计技术、形式化描绘技术和协议工程学的根本理论描绘技术和协议工程学的根本理论v立足点:基于最根本的理论,结合最先进的技术,立足点:基于最根本的理论,结合最先进的技术,理解最本质的知识。理解最本质的知识。v本课程包括:阅读资料、面授教学、课堂讨论、本课程包括:阅读资料、面授教学、课堂讨论、学生讲授、习题讨论等环节。希望通过本课程的学生讲授、习题讨论等环节。希望通过本课程的学习,不仅掌握所涉及的协议开发知识,而且锻学习,不仅掌握所涉及的协议开发知识,而且锻炼一些研究生必备的科研技能。炼一些研究生必备的科研技能。与协议有关的课程比较多,如:分布式系统、计算机网络
3、、数据通信等。这些课程往往描绘的是一些被广泛承受并被一些国际标准化组织标准化了的协议。它们并不解释:协议为什么正确工作、协议的设计过程,协议是不是有缺陷。而这些正是本课程要解决的问题。4第第 1 章章 概述概述 课程目的续课程目的续v内容要求:内容要求:v对协议工程学有一个根本认识对协议工程学有一个根本认识v重点掌握协议设计技术、形式化描绘技术重点掌握协议设计技术、形式化描绘技术FSM,SDLv理解协议验证技术和一致性测试技术理解协议验证技术和一致性测试技术v锻炼的科研技能:锻炼的科研技能:v独立解决一个详细科研问题的才能独立解决一个详细科研问题的才能 v科研表达与沟通的才能科研表达与沟通的才
4、能 v撰写科技文章的才能撰写科技文章的才能 面对一个并不熟悉的科研领域,可以做到独立查阅资料、确定一个详细的研究目的、制定施行方案、最终完成一个相对独立的研究。将已经掌握的科研内容,用精练的语言表达出来,通过与其别人讨论,更深化地掌握此方面知识。在独立解决了某个科研问题后,将科研成果以学术论文的形式表达出来。争取发表一篇论文。5第第 1 章章 概述概述 授课内容授课内容 v概述概述v协议设计协议设计v形式化描绘技术形式化描绘技术FSM,PetriNet,SDL,LOTOS,ESTELLEv协议验证协议验证v协议一致性测试协议一致性测试6第第 1 章章 概述概述 国内相关课程国内相关课程v清华大
5、学:计算机网络中的形式化方法和协议工清华大学:计算机网络中的形式化方法和协议工程学程学v主要内容:形式化描绘方法、一致性测试技术主要内容:形式化描绘方法、一致性测试技术v北京邮电大学:协议工程与通信软件北京邮电大学:协议工程与通信软件v协议工程的概念协议工程的概念v协议模型技术协议模型技术v协议形式化描绘技术协议形式化描绘技术v协议验证技术协议验证技术v协议实现和测试技术协议实现和测试技术vMSC和和SDL语言简介语言简介v通信软件设计方法与理论通信软件设计方法与理论7第第 1 章章 概述概述 国内相关课程国内相关课程Cont.v中国科技大学软件学院:中国科技大学软件学院:?通信系统软件开发通
6、信系统软件开发?v东南大学,东南大学,河海大学研究生课程:河海大学研究生课程:?计算机网络计算机网络协议工程协议工程?v云南大学,华中科技大学,浙江理工大学等也云南大学,华中科技大学,浙江理工大学等也开设了类似课程开设了类似课程8第第 1 章章 概述概述 国外相关课程国外相关课程9第第 1 章章 概述概述 先修课程先修课程v计算机网络或数据通信计算机网络或数据通信v操作系统操作系统v分布式系统分布式系统10第第 1 章章 概述概述 参考书目参考书目v吴礼发著,吴礼发著,?网络协议工程,电子工业出版社。网络协议工程,电子工业出版社。vGerard J.Holzmann:v?Design and
7、Validation of Computer Protocols?,Prentice Hallv At v古天龙,蔡国永:古天龙,蔡国永:v?网络协议的形式化分析与设计网络协议的形式化分析与设计?,电子工业出版社,电子工业出版社,v龚正虎,龚正虎,?计算机网络协议工程计算机网络协议工程?,国防科技大学出版社,国防科技大学出版社,vR.Lai,A.Jirachiefpattana:v?Communication Protocol Specification and Verification?,Kluwer Academic Publishers,1998 11第第 1 章章 概述概述 内容提要内
8、容提要课程概述课程概述1协议协议2协议工程协议工程312第第 1 章章 概述概述 协议定义协议定义v为网络中互相通信的对等实体间进展数据交换而为网络中互相通信的对等实体间进展数据交换而建立的规那么、标准或约定,是计算机网络不可建立的规那么、标准或约定,是计算机网络不可缺少的组成部分,保证实体在计算机网络中有条缺少的组成部分,保证实体在计算机网络中有条不紊地交换数据。不紊地交换数据。v实体实体(Entity)(Entity)是指任何可以发送或接收信息的硬是指任何可以发送或接收信息的硬件或软件进程,在大多数情况下,就是一个特定件或软件进程,在大多数情况下,就是一个特定的软件进程。的软件进程。v位于
9、不同系统的同一层次内交互的实体,就构成位于不同系统的同一层次内交互的实体,就构成了对等实体。了对等实体。转60页13第第 1 章章 概述概述 协议定义协议定义Cont.v英格兰国家物理实验室英格兰国家物理实验室NPL(National Physical NPL(National Physical Laboratory)Laboratory)的的R.A.ScantleburyR.A.Scantlebury和在一份备忘录和在一份备忘录(A(A protocol for use in the NPL data communications protocol for use in the NPL da
10、ta communications network)network)中最早将中最早将“协议协议(protocol)(protocol)一词用于描绘数据一词用于描绘数据通信过程。通信过程。v “协议是关于分布式系统进展信息交换时的一种约定,协议是关于分布式系统进展信息交换时的一种约定,协议应按照语言的方式进展定义。协议应按照语言的方式进展定义。v其于他们的观点:网络协议就是具有规定文法、语法和语其于他们的观点:网络协议就是具有规定文法、语法和语义的语言,其中,文法给出了有效信息的准确格式,语法义的语言,其中,文法给出了有效信息的准确格式,语法描绘了数据交换的规那么,语义规定了可交换信息的词汇描绘
11、了数据交换的规那么,语义规定了可交换信息的词汇及其含义。及其含义。14第第 1 章章 概述概述 协议定义协议定义Cont.v协议三要素协议三要素(从语言的角度来理解协议从语言的角度来理解协议):语法语法语义语义同步同步 15第第 1 章章 概述概述 协议定义:语法协议定义:语法v在语言学中,语法是指语言组成成分在语言学中,语法是指语言组成成分(词、句等词、句等)之间以什之间以什么样的关系结合而构成语句或语言,也即是语言的构造方么样的关系结合而构成语句或语言,也即是语言的构造方法和构成规那么。法和构成规那么。v网络协议中的语法的含义?网络协议中的语法的含义?v网络协议中的语法表达为数据报文中的控
12、制信息网络协议中的语法表达为数据报文中的控制信息(通常在通常在报文的首部报文的首部)和各种控制报文的构造、格式,也即是规定和各种控制报文的构造、格式,也即是规定报文的长度,报文中划分多少个域报文的长度,报文中划分多少个域(Field)(Field),每个域的名,每个域的名称、意义、数据类型、长度等。其中,报文中各个域的类称、意义、数据类型、长度等。其中,报文中各个域的类型、长度及互相间的位置、顺序关系那么构成了词法。型、长度及互相间的位置、顺序关系那么构成了词法。16第第 1 章章 概述概述 协议定义:语义协议定义:语义v网络协议的语义可以理解为协议数据报文中的控制信息和网络协议的语义可以理解
13、为协议数据报文中的控制信息和控制报文所约定的含义,即需要发出何种控制信息,完成控制报文所约定的含义,即需要发出何种控制信息,完成何种动作以及做出何种响应。何种动作以及做出何种响应。v例如:例如:v报文首部控制信息中的目的地址信息指明了报文的目的地,报文首部控制信息中的目的地址信息指明了报文的目的地,接收到此报文的网络结点均将其作为进展路由选择的根据,接收到此报文的网络结点均将其作为进展路由选择的根据,因此规定在首部控制信息中在给定域给出目的结点地址就因此规定在首部控制信息中在给定域给出目的结点地址就是一种语义。是一种语义。v为了实现有连接的传输效劳,设计了一套实现连接的控制为了实现有连接的传输
14、效劳,设计了一套实现连接的控制报文。发起连接方构造一个恳求连接的协议控制报文,这报文。发起连接方构造一个恳求连接的协议控制报文,这个个“恳求连接就是该控制报文的语义。收端收到这个控恳求连接就是该控制报文的语义。收端收到这个控制报文后,根据的格式分析规定域中报文类型码就可理解制报文后,根据的格式分析规定域中报文类型码就可理解这个这个“恳求连接的语义,从而作出恳求连接的语义,从而作出“允许连接或允许连接或“回回绝连接的响应。绝连接的响应。17第第 1 章章 概述概述 协议定义:语义协议定义:语义Cont.v例如续:例如续:v“允许连接报文和允许连接报文和“回绝连接报文的格式和回绝连接报文的格式和语
15、义也是协议中约定好的,通信双方通过这些约语义也是协议中约定好的,通信双方通过这些约定语义的控制报文按一定时序关系的交换即可实定语义的控制报文按一定时序关系的交换即可实现建立连接的功能和提供有连接效劳。现建立连接的功能和提供有连接效劳。v其它的在协议中常使用的其它的在协议中常使用的“数据收到确认报文数据收到确认报文(ACK(ACK报文报文)、“出错通知报文、出错通知报文、“紧急通知报紧急通知报文等等均可看成为具有特定语义的网络协议的语文等等均可看成为具有特定语义的网络协议的语句,即协议的组成部分。句,即协议的组成部分。18第第 1 章章 概述概述 协议定义:同步协议定义:同步v简单地说,同步是指
16、事件实现顺序的详细说明。简单地说,同步是指事件实现顺序的详细说明。v详细来说,同步是指通信过程中各种控制报文详细来说,同步是指通信过程中各种控制报文传送的顺序关系,例如传送的顺序关系,例如“允许连接或允许连接或“回绝回绝连接报文必须是作为恳求连接报文的一种响连接报文必须是作为恳求连接报文的一种响应来发送,应来发送,“撤除连接报文也必须在建立连撤除连接报文也必须在建立连接后的某种条件下发送等等。接后的某种条件下发送等等。v这种控制报文发送的时序关系,也决定了通信这种控制报文发送的时序关系,也决定了通信双方所处的通信状态双方所处的通信状态(发送状态、接收状态、发送状态、接收状态、等待状态等等待状态
17、等)的制约关系,所以常用通信双方的制约关系,所以常用通信双方的有限状态机的方法来描绘网络协议。的有限状态机的方法来描绘网络协议。v在有些文献中,也将这种同步关系视为协议语在有些文献中,也将这种同步关系视为协议语法的一部分。法的一部分。19第第 1 章章 概述概述 协议定义:进一步延伸协议定义:进一步延伸v进一步延伸为计算机通信协议。进一步延伸为计算机通信协议。v协议是计算机网络和分布式系统中各种通信实协议是计算机网络和分布式系统中各种通信实体或进程间互相交换信息时必须遵守的一组规体或进程间互相交换信息时必须遵守的一组规那么或约定。那么或约定。v网络协议工程中的许多技术和方法均可应用到网络协议工
18、程中的许多技术和方法均可应用到分布式系统中的进程间通信协议的设计活动当分布式系统中的进程间通信协议的设计活动当中。中。20第第 1 章章 概述概述 协议定义:网络体系构造协议定义:网络体系构造v大量的研制经历说明,对于非常复杂的计算机网大量的研制经历说明,对于非常复杂的计算机网络协议,其构造应采用层次式的。络协议,其构造应采用层次式的。v在计算机网络中,将计算机网络的各层及其协议在计算机网络中,将计算机网络的各层及其协议的集合,称为网络的体系构造的集合,称为网络的体系构造(architecture)(architecture)。vISOISO的的OSI/RMOSI/RM开放系统互连开放系统互连
19、/参考模型参考模型vIBMIBM的的SNASNA系统网络体系构造系统网络体系构造vDECDEC的的DNADNA分布式网络体系构造分布式网络体系构造vIETFIETF的的TCP/IP TCP/IP 21第第 1 章章 概述概述 协议标准化协议标准化vWhat are standards?Standards are documented agreements containing technical specifications to be used consistently as rules,guidelines,or definitions of characteristics,to ensu
20、re that materials,products,processes and services are fit for their purposeInternational Standards contribute to making life simpler,and to increasing the reliability and effectiveness of the goods and services we useIndustry-wide standardization is a condition existing within a particular industria
21、l sector when the large majority of products or services conform to the same standards22第第 1 章章 概述概述 协议标准化协议标准化Cont.vWhy Push For Standardization?The aim is to facilitate trade,exchange and technology transfer throughEnhanced product quality and reliability at a reasonable price.Greater compatibilit
22、y and interoperability of goods and services.Simplification for improved usability.Increased distribution efficiency,and ease of maintenance23第第 1 章章 概述概述 协议标准化协议标准化Cont.vWhat does a standard look like?-ISO explains the major components of their standards documents:It can be anything from a four-pag
23、e document to a 1000-page tome,including twice the weight of the standard itself in informative annexes.It may specify the tasks that a certain range of equipment must be able to perform,or describe in detail an apparatus and its safety features24第第 1 章章 概述概述 协议标准化协议标准化Cont.vWhat makes up a standard
24、?It may contain:SymbolsDefinitionsDiagramsCodesTest methods25第第 1 章章 概述概述 协议标准化协议标准化Cont.vOrganization for Standardization for Protocolsv International Organization for Standardization(ISO)v国际电报国际电报 咨询委员会咨询委员会(CCITT)vInternational Telecommunications Union(ITU-T)vInternet Engineering Task Force(IETF)
25、vInstitute of Electrical and Electronics Engineers(IEEE)vWorld Wide Web Consortium(W3C)vAssociation for Computing Machinery(ACM)vAsynchronous Transfer Mode Forum(ATM Forum)vAmerican National Standards Institute(ANSI)26第第 1 章章 概述概述 ISOv是一个涉及范围很广的国际标准开发机构,包括很多政是一个涉及范围很广的国际标准开发机构,包括很多政府的或民间的标准研究机构,如美国的
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