基于网络协议的一致性测试研究

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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章协议T程理论第二章协议工程理论2．1协议工程概述随着分布式通信网络系统的发展，通信网络设备的各种功能，例如通信功能、处理功能、信息存储、人机交互等分布于不同的通信系统中，从而增加了这些系统之间的信息交换需求。这就给协议的开发带来许多困难。主要表现在：·网络软件规模大，开发周期长一个功能较完善的通信网络所包括的各层协议，少则十多个、多则几十个，实现后的程序代码有几十万行，甚至几百万行之多。一个功能较完善的高效可靠的通信网络软硬件系统的开发周期为5—10年，甚至更长。·潜在错误多，排除困难由于分布系统的特点，网络软件的调试比较困难，潜在错误多，随机性大，错误难

2、以排除，。·协议标准化难于保障随着通信网络的发展，不同厂商的网络必须能互联。协议的标准化不但要求各厂商使用相同的协议，而且要求实现后的软硬件能协同工作。目前，协议标准化还未得到完全保障。●软件移植性差⋯种机器上丌发的恻络软件移植到另外一种机器上时，可移植性差。一般情况是，高层协议的可移植性大一些，低层协议的可移植性小一些。●软件可维护性低网络软件在更新升级时，软件变化较大，更新升级的周期比较长。由于上述原因，协议的开发过程急需工程化，以便提高网络软件的生产率，促进标准化的实现，提高网络软件的可靠性、可用性和可维护性。协议工程就是在这种需求背景下逐步形成的。美国学者T．F．RPiatkwski

3、在1983年首先提出了“协议工程’’的概念【ll】。协议工程是一种一体{也(integrated)的、形式化(formal)的协议丌发过程。它的宗旨是为协议的开发提供一整套工程规范。使不同的开发人员之间有一个规范以便于相互交流和协作。所谓“一体化”的含义是：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。、而“形式化”，即“模型化”和“抽象化”，它的含义是：协议以及由协议提供的服务用形式化描述语-言FDLtl41(FormalDescriptionLaJlguages)描述出来，用FDL连接协议丌发的各个阶段。形式化描述语言都有一种或多种形式化描述技术作基础。有严格的

4、语法和语义定义，它抽蒙于具体的实现，可符号执行，可转换翻译成程序设计语言。形式化方法采用以数学方法4南京邮电人学硕士研究生学位论文第．二章协}义工程理论为基础的技术来进行系统设计和实现，开发过程中每一步的严密性和可靠性都会大大提高。形式化方法是协议工程的基础。2．2协议工程的研究内容协议工程以形式化方法为基础，研究范围包括：协议说明、协议证实、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。从技术方面讲，协议工程可归结为以下五个方面：1)协议设计(构造、综合、开发)技术2)协议模型及形式化描述技术3)协议验证和性能分析技术4)协议实现技术5)协议测试技术2．3基于协议工程

5、的网络协议开发过程基于系统的工程方法是保证网络协议质量的唯一方式。网络防议的开发过程【6】如图2一l所示主要包括：协议设计、协议描述、协议验证与性能分析、协议实现、协议测试、协议维护六个阶段。在实际开发中，这些阶段往往是多次反复进行的。图2．1网络协议的开发过程协议设计是协议开发的第～步，主要目的是构造一个协议，提出协议文本初稿。协议描述是对所设计的协议采用以F三种语言来描述：自然语言、程序设计语言以及形式化描述语言。形式化描述语言有严格的语法和语义定义，避免了不明确的问题，可以更准确、更5南京邮电人学硕上研究生学位论文第二章协议工程理论简明地描述系统特征，一般采用这种方法。协议验证与性能分

6、析是对协议本身的逻辑正确性进行校验。协议实现是将网络协议实现结果的集合形成计算机网络软件和硬件。协议测试是通过实验，找出协议实现的错误的过程。其中，一致性测试旨在检测所实现的协议实体与协议规格的符合程度。协议维护是指对己运行的协议的修改、补充等，故协议的维护可能包含协议设计、协议验证和分析、协议测试，以及协议实现等多项任务。2．4形式化描述协议规范一般是用自然语言描述【311的，用自然语言描述的协议不仅冗长而且常常存在二义性和不精确性，现实中对某一协议规范的实现实体通常存在许多不同版本，这些协议说明中的不一致性使得这些版本协议实体之间常常互不兼容，非形式化的协议设计和实现使得协议的验证和测试

7、工作很困难。协议的形式化指使用形式化描述技术f23l(FormalDescriptionTechnique，FDT)即某种形式化语言对自然语言协议规范重新表达，使得协议的研究开发可以独立于非形式的自然语言文本和最终实现代码，避免协议验证测试的复杂性，有利于设计出功能上正确可靠、逻辑上一致完整、易于有效实现的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。与自然语言描述相比，形式化方法具有以下特点：(1)形