网络协议工程spin实验报告

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1、..网络协议工程SPIN实验报告摘　要：本文主要介绍了一种基于模型检测的协议自动分析工具SPIN的使用。对经典的AB协议在理想状态、信道有误码无丢失和信道有误码有丢失三种不同环境中分别进行建模，并运用SPIN进行自动分析。在信道有误码有丢失的情况中，我们分别设置了两种错误，以进一步观察协议的运行，分析协议存在的问题。从而加深对协议验证技术和形式化描述技术的认识和理解，进一步掌握运用PROMELA语言对协议进行建模，同时掌握SPIN的基本操作，熟悉运用SPIN对网络协议进行分析，提高实验能力。关键词：模型检测；AB协议；SPIN。0.引言随着计算机通信与网络技术的迅猛发

2、展，网络技术在人们日常的工作、学习和生活的各个方面都得到了普遍地运用。各种网络通信系统在提供越来越丰富的功能的同时，其设计和实现也日益复杂。面对复杂网络系统的挑战，传统的自然语言进行的协议描述，虽然具有表达能力强、可读性好、方便的优点，但是存在不严格、不精确、没有描述标准和存有二义性等缺点。形式化方法使得对网络通信系统的描述、实现和测试变得容易，在对于协议实现、测试的自动化和协议验证上得到了广泛运用。本文主要介绍一种基于模型检测的协议自动分析工具SPIN及其在分析网络协议中的应用。1.SPIN概述随着计算机通信与网络技术的迅猛发展，网络技术在人们日常的工作、学习和生活

3、的各个方面都得到了普遍运用。各种网络通信系统在提供越来越丰富的功能的同时，其设计和实现也日益复杂。面对复杂网络系统的挑战，传统的自然语言进行的协议描述，虽然具有表达能力强、可读性好、方便等优点，但是存在不严格、不精确、没有描述标准和存有二义性等缺点。形式化方法使得对网络通信系统的描述、实现和测试变得容易，在对于协议实现、测试的自动化和协议验证上得到了广泛运用。本文主要介绍一种基于模型检测的协议自动分析工具SPIN及其应用。1.1SPIN概述SPIN(SimplePROMELA...Interpreter)是一种用丁对并发系统验证模型检测器，采用深度优先搜索算法，偏序化

4、简和on-the-fly策略从不同的角度来解决模型检测方法中普遍存在的状态空间爆炸问题，其适合对协议验证。SPIN支持随机、交互和指导性的自动机验证，它主要针对设计规范进行检测。最早是由贝尔实验室的形式化方法与验证小组于1980年开始开发的。1995年偏序简约和线性时态逻辑转换的引入使得SPIN的功能进一步扩大。2001年推出的SPIN4.0版本支持C代码的植入，应用的灵活性进一步增强。随后2003年推出的SPIN4.1版本加入了深度优先搜索算法，2009年连续推出SPIN5.2版本，这使得SPIN的发展又上一个新台阶。NASA使用SPIN检测在1996年火星探测者所

5、存在的错误，结果发现一些错误是可以在发射之前就可以被检测并改正的。SPIN从此就被用来检测土星火箭控制软件和一些应用与外层空间的程序。因SPIN有良好的算法设计和非凡的检测能力，得到了ACM(AssociationforComputingMachinery)(世界最早的专业计算机协会)的认可，在2001年授予SPIN的开发者Holzmann享有声望的软件系统奖。迄今为止SPIN也是唯一获得ACM软件系统奖的模型检测工具。SPIN通过模仿系统的执行并产生C程序，探测系统的状态空间，最终验证系统的属性是否满足，如不满足，通过提供系统轨迹的形式帮助使用者找出违反正确性属性的

6、状态。SPIN作为一种形式化自动验证工具，其目的是：提供系统建模语言，用于直观、明确地描述系统模型规约，而不考虑具体实现细节；功能强大而简明的描述系统应满足性质属性要求的逻辑表示法：提供一套验证系统建模逻辑一致性及系统是否满足所要验证性质的方法。它以PROMELA为输入语言，用线性时态逻辑(LTL)公式描述系统必须满足的性质。SPIN可以对大型的协议系统进行有效的正确性分析，即使这个系统覆盖了最大限度的状态空间。SPIN首先从一个描述的协议系统的高层模型规格开始，经分析没有语法错误后，对系统的交互进行模拟，直到确认系统设计拥有预期的行为；然后，SPIN将产生一个明C语

7、言描述的验证程序，经检验器编译后被执行，执行中如果发现了违背正确性说明的任何反例，则可反馈给交互模拟机，通过重现细节剔除引起错误的原因。图1-1描述了SPIN模拟和检测的过程。PROMELA解析器LTL公式解析和转换器SPIN语法错误报告验证机产生器交互模拟模型优化测试器执行on-the-fly验证反例图1-1SPIN模拟和检测的过程1.2SPIN安装及使用SPIN可以在很多平台上运行，具有很多版本，我们在这个实验中是在Windows764位操作系统中，基于Cygwinlinux模拟器中实现的，下面是简要的安装过程。1.软件准备：（1）在http:/