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文档简介

,二、协议工程概述,内容,协议工程,协议的开发过程,协议工程学产生的背景(1),通信协议标准一般是用自然语言描述的,这些通信协 议常常采用非形式化的方法设计和实现,并且也获得 了成功。,用自然语言描述的协议不仅冗长、不规则,而且常常 存在二义性和不完整性,这些协议说明(protocol specification)中的错误使得随后的协议实现( protocol implementation)常常互不兼容。,非形式化的协议设计和实现使得协议的验证和测试工 作很困难,随着各种通信协议的日益增多,其内容的 庞大和复杂,上述问题就越来越突出,越来越严重了,协议工程学产生的背景(2),如何设计出功能上正确可靠,逻辑上一致完整,易于有效 实现的通信协议,并且使其整个设计和实现的过程更加规 范化和自动化,已经成为一个十分重要的富有挑战性的研 究课题。,由于绝大部分通信协议是用计算机软件实现的,人们从七 十年代末开始使用形式化的方法描述通信协议。随后软件 工程的思想被引入到协议的研究中来。,1981年有T.F.Piatkowski第一次提出“协议工程学”这个概 念。近二十年来,“协议工程学”取得了许多有益的成果, 逐步形成了较系统的研究体系。,协议工程研究的内容,协议工程学的研究范围包括:协议说明,协议验证,协议综 合,协议转换,协议性能分析,协议自动实现和协议测试。, 协议说明主要是对协议的形式化说明, 协议验证主要用于验证协议说明中的语法和语义的正确性 协议自动实现是指直接编译协议说明,产生协议实现的主,体部分, 协议综合是在根据协议服务说明进行协议设计的过程中保,证协议正确性的方法研究, 协议转换主要研究如何实现不同协议的两个进程间的互操,作问题,对于研究不同网络之间的互通信有着重要的意义, 协议测试主要是对协议实现的各方面进行测试,协议工程,一体化、形式化的协议开发过程叫做协议工程。,“一体化”协议的设计、验证、实现和测试。在技术上前 后衔接,并在同一个开发系统中完成。,“形式化”用形式描述语言连接协议开发的各个阶段。协 议被一种形式化语言描述之后,协议的自动化实现、协议的 自动化验证、协议的自动化测试便可在协议工程系统中进行 了。,内容,协议工程,协议的开发过程,协议开发过程,主要包括以下六个阶段:,协议分析与设计 协议描述,协议验证与性能分析 协议实现 协议测试 协议维护,1、协议分析与设计,协议环境分析, N层实体实现哪些功能 它向n+1层提供什么服务, n-1层的全局系统映射成的通道系统的特性 N层包括多少实体,它们采取什么工作方式,协议设计 协议结构 协议机制 协议元素 协议文本,N+1层 nSAP,N层 (n-1)SAP N-1层,N+1层 nSAP,N层 (n-1)SAP N-1层,N层协议,协议环境分析,2、协议描述,自然语言(非形式化语言),表达能力强,可读性好,但描述不准确,存在二义性,协,议实现复杂、低效。,形式化描述语言,有严格的语法及语义定义,避免二义性,更准确、简明地,描述系统特征。,协议形式描述语言:ESTELLE、LOTOS、SDL,程序设计语言,便于协议实现,但可读性差,表述协议并发性、不确定性,及其它协议性质时能力较差。,3、协议验证与性能分析,对协议本身正确性进行校验的过程称为协议验证, 有非形式化验证和形式化验证两种方式。,协议验证的目的是在协议开发早期检测和纠正协议 错误与缺陷,如避免死锁、活锁、不可执行行为、 协议外部性能不符合服务要求等问题。,协议性能主要包括:吞吐量、时延,协议性能分析 的目的是改善协议机制,提高执行效率。,4、协议实现 协议实现的自动化是协议工程的主要目的之一。 协议实现完全自动化几乎是不可能的。 协议实现的半自动化: 第一步利用翻译程序将协议的形式描述文本变成程序设计 语言,形成与机器代码无关的源代码, ,第二步处理协议未说明的技术问题,用手工编写 最终形成执行代码,5、协议测试,一致性测试,检测所实现的协议实体与协议规格的符合程度。,互操作性测试,检测不同的协议实现之间是否成功可靠地进行通,信交互。 性能测试,测定协议实现的性能特性,如响应时间、延迟时,间等,并以此对系统性能作出评价。,6、协议维护,协议维护是对已运行的协议的修改和补充,它有 可能包括协议设计、协议验证和分析、协议实现和 协议测试等。,性能分析,实现代码,测试,形式化规格 翻译系统 机器无关源代码 实现,非形式化规格 转换系统,测试用例,验证 测试用例生成,协 议 开 发 过 程,协议开发工具,协议设计工具,文本生成工具 静态分析工具 动态分析工具 性能分析工具 文本转换工具,协议实现工具,翻译程序,ASN.1支撑程序 子程序库,协议测试工具,测试系统 分析工具,测试集选择工具,开发工具举例,瑞典TeleLogic AB公司的TeleLogic Tau:,SDL编辑器 SDL仿真器 SDL验证器,代码自动生成器 MSC编辑器 TTCN Suite,三、协议分析与设计,内容 协议分析,协议设计,协议构造,协议构造过程,协议环境分析 协议功能分析 协议结构形式确定 协议机制设计 协议元素构造,协议分析 协议设计,什么是协议环境,N层,N+1层 nSAP,N-1层,(n-1)SAP,N层,N+1层 nSAP,N-1层,(n-1)SAP,N层协议,N层用户要求,N-1层通道性质,N层工作模式,Slide 4,协议环境分析n层用户要求,连接管理,广播与组播,服务确认方式 通信方式,数据形式、数据长度、数据可靠性、数据实时性 服务质量(QoS)要求,连接管理,面向连接服务,交换型连接服务、永久型连接服务,举例:PSTN、N-ISDN、B-ISDN、PSPDN(虚电路),无连接服务,举例:IP、PSPDN(数据报),ISDN交换机,ISDN交换机,NNI (No.7 ISUP),PRI BRI (2B+D),标准的用户 网络接口,端到端的数字连接,综合的业务,Q.931 网络层,Q.921 数据链路层 物理层 (30B+D),广播与组播,服务确认方式,(n+1)层 n 层,data-confirm,data-indication,data-response (n)SAP,无确认服务,(n)SAP (n)SAP,(n+1)层 n 层 (n+1)层 n 层,部分确认服务 data-indication,data-request data-confirm,data-request data-request,完全确认服务 data-indication,通信方式,单工半双工全双工 管理“发信权”(半双工),提供并发的收发服务(全双工),同步异步,数据形式,块数据 流数据 批数据,优先数据 。,高层,高层,控制面,用户面,ATM协议参考模型 管理面,面,管 理,层 管,理 ATM适配层(AAL) ATM层 物理层,ATM的AAL1协议,数据长度,分段,N-1层通道带宽 流量控制 拥塞控制,数据缓冲区,Slide 15,北京邮电大学 计算机科学与技术学院 通信技术中心 卞佳丽,数据可靠性,无CRC错CRC校验和纠错 报文顺序正确报文顺序控制,报文不丢失、不重复超时重发控制,流控制,数据实时性,面向连接的服务 对信息不作处理,固定长度信息单元 无差错控制,服务质量(QOS)要求,安全性要求用户数据加密 性能要求如:maxCTD,peak to peak CDV,可靠性要求如:CLR,A,C,B,D,协议实体A和B(C和D)建立并独占一条连接,协议环境分析 (n-1)层通道性质(1) 通道形成方式独占方式,A,C,B,D,A和B与C和D协议实体共享一条连接,通道形成方式共享方式,A,C,B,D,A和B、C和D利用下层提供的无连接服务进行通信,通道形成方式无连接方式,队列性质, 平均队列长度, 最大队列允许长度,RTT(Round Trip Time) 数据的可靠性 通道可靠性,信息传送单元的最大长度 通道工作方式, 单工半双工全双工 同步异步,协议环境分析,(n-1)层通道性质(2),协议环境分析 n层协议实体的工作模式(1) 点点模式/多点模式,A,n层,B,点到点方式,B,A,n层,C,多点方式,协议环境分析 n层协议实体的工作模式(2) 主从模式和平衡模式 命令 主站 响应,主/次站,次站 主/次站,次站 命令,响应,协议环境分析 n层协议实体的工作模式(3) 中转和路由,C,A,n层,B,A和B的协议不同,C,A,n层,B,(n-1)层的服务不同,协议功能分析,连接控制,通信方式管理,数据发送/接收管理 数据安全与可靠性 寻址,通道管理 其他功能,协议功能分析连接控制,连接的建立、维护及释放的管理 连接的合法性检查 连接安全性控制 QoS协商 资源管理,协议功能分析通信方式管理,半双工通讯,n层协议要进行“发信权”管理,全双工通讯,n层协议要具有并发的收发功能,协议功能分析数据发送/接收管理,PDU的封装/解封装 SDU分段/重组 SDU拼接/分离 PDU分割/组合,nSDU,nPDU (n-1)SDU,nPDU (n-1)SDU,nPCI nPCI,nSDU,PDU的封装/解封装,nPCI1 DATA1,nPCIk,DATAk,SDU分段/重组 nSDU nPDU1 nPDUk,分段,重组,SDU分段/重组 nSDU,nPCI1 DATA1,nPCIk,DATAk,nPDU1,nPDUk,SDU拼接/分离,nSDU1,nSDU2,nSDUi,nPCI nPDU 拼接,SDU拼接/分离,nSDU1,nSDU2,nSDUi,nPDU nPCI 分离,分割,PDU分割/组合 N层 nPDU N-1层,(n-1)SDU1,(n-1

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