通信软件及通信协议4

1、三、协议分析与设计（续2）Slide 1什么是协议设计协议设计协议分析基本确定了一个协议应具有的功能，协议设计要解决的是如何实现协议的这些功能。协议设计内容协议结构协议机制协议元素协议文本Slide 2协议结构设计（1）协议结构设计：为便于协议的实现，根据协议所完成的功能，从总体上来考虑协议的体系结构及各组成部分之间的关系。协议的结构形式：协议层次化（分层）协议阶段化（分阶段）协议类别化（分类）Slide 3协议分层设计将协议实体分成多个子层来实现子层的划分可使复杂协议的结构变得清晰有利于协议的设计、验证、实现和测试分层降低了协议的性能（增加了子层间的通信，协议效率受到一定影响）协议结构设计（

2、2）Slide 4协议分层设计举例Slide 5协议分层设计举例（续）Slide 6协议结构设计（3）协议分阶段设计协议分阶段是指协议可分阶段运行，每个阶段只应用到协议的部分功能协议分阶段使复杂的协议实现变简单了协议可分阶段是因为协议的运行过程具有明显的阶段性Slide 7协议结构设计（4）协议分类设计不同用户以及不同下层通道的不同要求造成了协议的复杂性协议分类就是将协议分成不同的类别，每类协议只适用于某些用户要求和某些通道要求协议分类可使协议实现简化协议分类设计举例业务特性类别A类B类C类D类源与终点之间的定时关系比特率连接方式固定可变需要面向连接不需要无连接ATM适配层AAL1AAL2AA

3、L5AAL3/4AAL3/4Slide 9协议机制设计协议机制：是指为实现协议功能所采用的方法、策略和算法等。设计协议机制时，除了保证实现协议功能外，还需重点关注： 协议运行效率：是否满足实时性要求 资源利用率：主要指存储资源的利用率，这涉及到协议的运行效率和吞吐量 异常处理：正确处理异常情况，才有可能保证协议的可靠运行。Slide 10协议元素设计协议由六种元素组成：服务原语和服务原语时序协议数据单元（PDU）和PDU交换时序协议状态协议事件协议变量协议动作和谓词Slide 11服务原语和服务原语时序(1)服务原语是协议与用户的接口，用户通过服务原语得到协议提供的服务，协议实体通过服务原语得

4、到服务要求和返回结果服务原语主要有四种：请求、指示、响应和证实每条服务原语可带若干参数，通过不同的参数来定义不同的服务要求Slide 12对等协议实体之间交换信息均以PDU为单位，PDU格式严格定义了信息的内容和含义PDU格式设计：定义每个PDU的数据结构、字段格式和信息含义等PDU交换时序设计 即规定一方收到某个PDU后应该回送什么PDU或可以回送哪些PDU； PDU的交换时序必须包括正常情况和各种异常情况 MSC（消息顺序图）可以用来描述各种情况下的PDU交换时序PDU和PDU交换时序(2)Slide 13协议状态(3)协议状态：是指协议在运行过程中等待输入事件时所处的状态协议状态可分为：

5、局部状态：只涉及单个协议实体，反映单个协议实体所处的状态；全局状态：参与执行某个协议功能的所有协议实体（包括下层通道）的状态之和Slide 14协议状态(3)协议状态设计应遵守的原则：当协议实体占用资源情况发生变化时，应用一个新的状态来表示当下层通道状态发生变化时，协议状态也应改变如果两个（或多个）输入事件到达顺序不影响协议的执行情况，就不必设置两个（或多个）状态来区别事件到达情况当协议状态过多时，可以通过设置标志位来合并两个或多个状态。标志位用来记录输入事件到达情况或资源占用情况Slide 15协议事件(4)协议事件：指的是协议的输入或激励。协议的输入包括以下三个部分：来自本方的服务原语来自

6、对方协议实体的PDU来自内部的定时器信号（超时）协议事件设计就是列出所有的协议输入事件由于服务原语和PDU已经设计好，这里只需要设计定时器及定时时长，定时时长可以根据RTT来确定。Slide 16协议变量(5)协议中用到的各种变量都可以称为协议变量变量类型：全局变量、局部变量和临时变量Slide 17协议动作和谓词(6)协议动作：是指协议在状态转换（迁移）过程中执行的操作。这些操作包括：输出信息（SDU和PDU）设置定时器 （开始计时）复位定时器（停止计时）修改协议变量执行一系列动作（操作）的过程（函数）其它操作（如读、写文件等）协议状态的迁移由事件驱动在有些情况下，协议过程中一些协议动作的执

7、行是有条件的，描述这些约束条件的语句称为谓词。谓词一般用布尔表达式来表示。Slide 18协议文本将协议设计的结果形成协议文本协议文本应：详细描述协议结构、协议功能、协议机制、协议各元素以及协议元素之间的关系。描述清楚在什么协议状态下，什么输入事件驱动什么协议过程，协议过程在什么条件下执行什么协议动作，如何修改协议状态等事件状态表描述协议元素之间的关系状态状态 1状态 2状态 n事件事件 1谓词 11动作 11谓词 12动作 12谓词 1 n动作 1n事件 k谓词 k1 谓词 k2谓词 kn动作 k1动作 k2动作 kn协议文本协议状态表一般格式Slide 20协议设计举例LAPDLAPD简介

8、 ISDN用户网络接口链路层协议称为LAPD（LinkAccess Procedure on the D Channel：D信道链路接入协议）功能要求 以帧为单位传送控制信息及用户信息，能够进行帧的分界和定位； 在D信道上提供一个或多个数据连接； 能够进行顺序控制； 检测并恢复传输差错、格式差错和操作差错； 采用流量控制。Slide 21LAPD协议设计协议结构LAPD协议采用分阶段方式设计协议结构协议被分成： 链路建立阶段 数据传送阶段 链路拆除阶段Slide 22LAPD协议设计协议元素服务原语： LAPD需要四种类型的服务原语 请求（REQUEST） 指示（INDICATION） 响应（

9、RESPONSE） 证实（CONFIRM）具体内容： DL-ESTABLISH（建链请求、指示和证实） DL-RELEASE（拆链请求、指示和证实） DL-DATA（数据链路层第三层数据传送） DL-UNIT-DATA（无确认信息传送） PH-DATA（数据链路层物理层间数据传送） LAPD协议设计协议元素服务原语时序REQUESTINDICATIONRESPONSECONFIRMSlide 23接收方发送方Slide 24LAPD协议设计协议元素LAPD协议实体之间需要进行以下操作 确认操作 建链拆链 监视链路状态 带第三层数据的信息帧的传送 无确认操作 进行TEI的分配、检测、取消及核实L

10、APD协议设计协议元素帧格式F：标志 A：地址 C：控制 I：信息 FCS：帧检验序列Slide 25F8A16F8FCS16I可变长度C8/16Slide 26LAPD协议设计协议元素地址字段格式Slide 27LAPD协议设计协议元素控制字段格式Slide 28 信息传送格式I格式 I格式用于在第三层间传送信息； 帧类型：I命令。 监视格式S格式 S格式用于执行数据链路监视控制功能。例如：确认I帧、请求重发I帧，以及请求暂时停止发送I帧； 帧类型：RR命令/响应、RNR命令/响应和REJ命令/响应。 无编号格式U格式 U格式用于无确认信息传送和用于提供附加数据链路控制功能的无编号信息传送。

11、这种格式不包含顺序编号。 帧类型：SABME命令、DM响应、UI命令、DISC命令、UA响应。LAPD协议设计协议元素Slide 29PDU交换时序需要考虑以下几种情况： 建链成功的情况 拒绝建链的情况 拆链成功的情况 拒绝拆链的情况 数据传送成功的情况 响应帧丢失的情况 接收机忙的情况 T200超时的情况 无效的N(R) 的情况LAPD协议设计协议元素Slide 30LAPD协议设计协议元素Slide 31LAPD协议设计协议元素Slide 32LAPD协议设计协议元素Slide 33LAPD协议设计协议元素Slide 34LAPD协议设计协议元素Slide 35LAPD协议设计协议元素Sl

12、ide 36LAPD协议设计协议元素Slide 37LAPD协议设计协议元素Slide 38LAPD协议设计协议元素Slide 39LAPD协议设计协议元素对于数据链路层协议实体，可以设计以下8个状态 TEI未分配状态 未分配TEI。在该状况下只能接收数据请求、建链请求或数据链路层管理实体的TEI分配请求。 等待分配TEI状态 等待建链请求或TEI分配请求。 等待分配TEI的建链状态 等待TEI分配请求。 TEI已分配状态 分配了TEI。等待对端的SABME命令，来进行建链。Slide 40 等待建链状态 向对端发送了SABME命令，此时等待对端的UA响应 等待释放状态 向对端发送了DISC命

13、令，此时等待对端的DM响应。 多帧操作已建立状态 建链成功 定时器恢复状态 定时器超时后进行恢复LAPD协议设计协议元素Slide 41LAPD设计定时器如下： T2001s，等待命令帧的响应的最长时间； T201T200，重发TEI身份检测消息间的最小时间间隔； T2022s，发送TEI身份请求消息间的最小时间间隔； T20310s，表示无帧可交换的最长时间。LAPD协议设计协议元素 DL-ESTABLISH-REQUEST DL-RELEASE-REQUEST DL-DATA-REQUEST DL-UNIT-DATA-REQUEST建链请求拆链请求第三层数据链路层数据传送请求无确认数据传送

14、请求 MDL-ASSIGN-REQUEST TEI分配请求 I RR RNR REJ SABME DM UI DISC UA T200 T203信息命令接收准备好命令/响应接收未准备好命令/响应拒绝命令/响应置扩展异步平衡方式命令拆链响应无编号信息命令拆链命令无编号确认响应定时器T200超时定时器T203超时LAPD协议设计协议元素LAPD的输入事件有： CurrentStatus OwnReceiverBusy PeerReceiverBusy字符型，用来记录当前所处状态；布尔型，用来记录当前接收机是否忙；布尔型，用来记录对端接收机是否忙；LAPD协议设计协议元素LAPD可能用到的协议变量：

15、 Mode 字符型，取值范围0到127，是I帧顺序编号的模； SendTimes 字符型，取值范围0到k，用来记录每个帧的发送和重发次数。k是最大允许的重发次数 ； VS 字符型，取值范围0到127，用来记录按顺序要发送的下一个I帧的序号； VA 字符型，取值范围0到127，用来记录对端已经确认的最后一个I帧的序号； VR 字符型，取值范围0到127，用来记录期待接收的下一个I帧的序号； NS 字符型，取值范围0到127，用来记录所发送I帧的发送序号； NR 字符型，取值范围0到127，用来记录下一个期望接收的I帧的发送序号；Slide 44为LAPD设计的几个过程 L2_ClearExceptionConditions，清除异常状态 L2_EnquiryResponse，查询响应 L2_Establi