协议开发的理论与方法

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1、协议开发的理论与方法罗军舟东南大学计算机科学与工程系jluo@seu.edu.cn计算机网络计算机学科发展的一个特征：应用驱动计算机网络：应用和工程→技术→科学理论和方法：体系结构与协议，协议开发2协议研究RoutingQoSMulticastAdmissionControl&CongestionControlSwitchingMiddleware………3协议发展IBMSNA、ISOOSI/RM和DoDTCP/IP等著名体系结构和协议已发挥了不可估量的作用；SNA是协议体系结构的开拓者；OSI/RM是协议的指路灯塔；TCP/IP是目前盛

2、行的实事上的工业标准；XTP、VMTP、Delta-t和NETBLT的出现，将使计算机网络进入一个高性能的时代。4协议工程随着网络服务要求的提高，网络系统的复杂性在协议方面体现出空间分布性、并发性、异步性、不稳定性和多样性，高质量的通信协议再也不可能靠工程直觉方法来设计了；协议工程（ProtocolEngineering）用形式化的方法来描述在协议设计和维护中的各个活动，建立一套严格的协议设计方法，使协议开发的整个过程一体化、系统化和形式化，从而保证协议的完整性、正确性、安全性和可移植性。5协议开发主要活动间的关系6完整的语法和语义定义

3、；体系结构、服务和协议的可表达性；协议重要特性的可分析性；支持复杂协议的管理；支持逐步求精的方法；支持实现独立性；支持协议生命期的各环节（描述、验证、实现、一致性测试、……）；支持自动设计、验证、实现和维护方法。形式描述技术FDT的特征7状态变迁模型有限状态机FSM通信有限状态机CFSMPetri网程序设计语言模型抽象程序CCS，CSP时态逻辑FDT种类8进程代数（ProcessAlgebra）：用代数的方法来研究协议，它有一套完善的等价理论，如果与网论相结合，可以用一套完善的分析技术，提供一个结构清晰的模型。进程代数与随机模型相结合（

4、如马尔可夫模型），被应用到协议的性能评价。混合模型（如扩展的FSM）：扩展的FSM过于复杂并且缺乏形式语义，分析功能较弱。FDT种类9国际标准FDT－SDLSDL(SpecificationandDescriptionLanguage)：FSM+extensions1976年由CCITT(ITU)颁布，一种基于扩展状态变迁和抽象数据类型的混合技术，被电信公司广泛用于描述电子分组交换系统，最近已发布了SDL-2000的新版本。10国际标准FDT－LOTOSLOTOS(LanguageOfTemporalOrderingSpecificat

5、ion)：CCS+ADT80年代ISO制订OSI参考模型时发布，1988年确立了最后的国际标准文本。LOTOS提供形式语义，保证描述不存在二义性，便于分析和一致性测试理论的研究。LOTOS有二个组成部分，一部分基于过程代数，另一部分是基于ACTONE的抽象数据类型。11FDT的国际标准－EstelleEstelle(ExtendedStateTransitionModelLanguage)：EFSM+extendedPascalEstelle也是基于扩展的状态变迁模型，但使用PASCAL语法和数据类型，它有一个形式化的独立于实现的语义。

6、Estelle标准颁布以后，一直到1994年，Estelle研究小组主要致力工具包的研制，1996年以后，Estelle标准又被改进了50多处，不过直到现在也没有见到Estelle的升级版本。12FDT与UML的结合近年来UML(UnifiedModelingLanguage)被应用到协议开发中。UML简介UML统一各种面向对象分析和设计方法的差异。1995年10月发布了第一个版本，现在UML2.0已经推出。如今UML已成为一个流行的、标准化的、通用目的面向对象的可视化模型语言，许多大的软件开发组织开始用它进行系统建模。13FDT与UM

7、L的结合UML用于协议开发的优势当今的形式化的协议开发技术缺少可视化；不支持协议开发的整个生命周期；而上述两点正是UML的优势所在。UML用于协议开发的不足UML缺少定义复杂通信系统协议的形式化语义，不能直接用它来开发协议，必须给UML增加一些语义功能。14FDT与UML相结合—BDLBDL(BehaviouralDescriptionLanguage)一个能够描述异步并发行为的语言BDL（把UML的面向对象技术引入到形式化的协议验证中）；利用BDL可以一致性的操纵包含序列或协同图的UML行为视图，并且不同UML行为视图可以相互转换；在

8、BDL中，用事件的偏序集合来表示对象间的相互交互，用对象间的一些基本的交互来描述整个系统的行为。15FDT与UML相结合—GPDLGPDL(GraphicalProtocolDescriptionLangu