通信軟件及通信協(xié)議.ppt

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二 協(xié)議工程概述 內(nèi)容 協(xié)議工程 協(xié)議的開發(fā)過程 協(xié)議工程學(xué)產(chǎn)生的背景 1 通信協(xié)議標準一般是用自然語言描述的 這些通信協(xié)議常常采用非形式化的方法設(shè)計和實現(xiàn) 并且也獲得了成功 用自然語言描述的協(xié)議不僅冗長 不規(guī)則 而且常常存在二義性和不完整性 這些協(xié)議說明 protocolspecification 中的錯誤使得隨后的協(xié)議實現(xiàn) protocolimplementation 常常互不兼容 非形式化的協(xié)議設(shè)計和實現(xiàn)使得協(xié)議的驗證和測試工作很困難 隨著各種通信協(xié)議的日益增多 其內(nèi)容的龐大和復(fù)雜 上述問題就越來越突出 越來越嚴重了 協(xié)議工程學(xué)產(chǎn)生的背景 2 如何設(shè)計出功能上正確可靠 邏輯上一致完整 易于有效實現(xiàn)的通信協(xié)議 并且使其整個設(shè)計和實現(xiàn)的過程更加規(guī)范化和自動化 已經(jīng)成為一個十分重要的富有挑戰(zhàn)性的研究課題 由于絕大部分通信協(xié)議是用計算機軟件實現(xiàn)的 人們從七十年代末開始使用形式化的方法描述通信協(xié)議 隨后軟件工程的思想被引入到協(xié)議的研究中來 1981年有T F Piatkowski第一次提出 協(xié)議工程學(xué) 這個概念 近二十年來 協(xié)議工程學(xué) 取得了許多有益的成果 逐步形成了較系統(tǒng)的研究體系 協(xié)議工程研究的內(nèi)容 協(xié)議工程學(xué)的研究范圍包括 協(xié)議說明 協(xié)議驗證 協(xié)議綜合 協(xié)議轉(zhuǎn)換 協(xié)議性能分析 協(xié)議自動實現(xiàn)和協(xié)議測試 協(xié)議說明主要是對協(xié)議的形式化說明 協(xié)議驗證主要用于驗證協(xié)議說明中的語法和語義的正確性 協(xié)議自動實現(xiàn)是指直接編譯協(xié)議說明 產(chǎn)生協(xié)議實現(xiàn)的主 體部分 協(xié)議綜合是在根據(jù)協(xié)議服務(wù)說明進行協(xié)議設(shè)計的過程中保 證協(xié)議正確性的方法研究 協(xié)議轉(zhuǎn)換主要研究如何實現(xiàn)不同協(xié)議的兩個進程間的互操 作問題 對于研究不同網(wǎng)絡(luò)之間的互通信有著重要的意義 協(xié)議測試主要是對協(xié)議實現(xiàn)的各方面進行測試 協(xié)議工程 一體化 形式化的協(xié)議開發(fā)過程叫做協(xié)議工程 一體化 協(xié)議的設(shè)計 驗證 實現(xiàn)和測試 在技術(shù)上前后銜接 并在同一個開發(fā)系統(tǒng)中完成 形式化 用形式描述語言連接協(xié)議開發(fā)的各個階段 協(xié)議被一種形式化語言描述之后 協(xié)議的自動化實現(xiàn) 協(xié)議的自動化驗證 協(xié)議的自動化測試便可在協(xié)議工程系統(tǒng)中進行了 內(nèi)容 協(xié)議工程 協(xié)議的開發(fā)過程 協(xié)議開發(fā)過程 主要包括以下六個階段 協(xié)議分析與設(shè)計協(xié)議描述 協(xié)議驗證與性能分析協(xié)議實現(xiàn)協(xié)議測試協(xié)議維護 1 協(xié)議分析與設(shè)計 協(xié)議環(huán)境分析 N層實體實現(xiàn)哪些功能 它向n 1層提供什么服務(wù) n 1層的全局系統(tǒng)映射成的通道系統(tǒng)的特性 N層包括多少實體 它們采取什么工作方式 協(xié)議設(shè)計 協(xié)議結(jié)構(gòu) 協(xié)議機制 協(xié)議元素 協(xié)議文本 N 1層nSAP N層 n 1 SAPN 1層 N 1層nSAP N層 n 1 SAPN 1層 N層協(xié)議 協(xié)議環(huán)境分析 2 協(xié)議描述 自然語言 非形式化語言 表達能力強 可讀性好 但描述不準確 存在二義性 協(xié) 議實現(xiàn)復(fù)雜 低效 形式化描述語言 有嚴格的語法及語義定義 避免二義性 更準確 簡明地 描述系統(tǒng)特征 協(xié)議形式描述語言 ESTELLE LOTOS SDL 程序設(shè)計語言 便于協(xié)議實現(xiàn) 但可讀性差 表述協(xié)議并發(fā)性 不確定性 及其它協(xié)議性質(zhì)時能力較差 3 協(xié)議驗證與性能分析 對協(xié)議本身正確性進行校驗的過程稱為協(xié)議驗證 有非形式化驗證和形式化驗證兩種方式 協(xié)議驗證的目的是在協(xié)議開發(fā)早期檢測和糾正協(xié)議錯誤與缺陷 如避免死鎖 活鎖 不可執(zhí)行行為 協(xié)議外部性能不符合服務(wù)要求等問題 協(xié)議性能主要包括 吞吐量 時延 協(xié)議性能分析的目的是改善協(xié)議機制 提高執(zhí)行效率 4 協(xié)議實現(xiàn)協(xié)議實現(xiàn)的自動化是協(xié)議工程的主要目的之一 協(xié)議實現(xiàn)完全自動化幾乎是不可能的 協(xié)議實現(xiàn)的半自動化 第一步利用翻譯程序?qū)f(xié)議的形式描述文本變成程序設(shè)計語言 形成與機器代碼無關(guān)的源代碼 第二步處理協(xié)議未說明的技術(shù)問題 用手工編寫最終形成執(zhí)行代碼 5 協(xié)議測試 一致性測試 檢測所實現(xiàn)的協(xié)議實體與協(xié)議規(guī)格的符合程度 互操作性測試 檢測不同的協(xié)議實現(xiàn)之間是否成功可靠地進行通 信交互 性能測試 測定協(xié)議實現(xiàn)的性能特性 如響應(yīng)時間 延遲時 間等 并以此對系統(tǒng)性能作出評價 6 協(xié)議維護 協(xié)議維護是對已運行的協(xié)議的修改和補充 它有可能包括協(xié)議設(shè)計 協(xié)議驗證和分析 協(xié)議實現(xiàn)和協(xié)議測試等 性能分析 實現(xiàn)代碼 測試 形式化規(guī)格翻譯系統(tǒng)機器無關(guān)源代碼實現(xiàn) 非形式化規(guī)格轉(zhuǎn)換系統(tǒng) 測試用例 驗證測試用例生成 協(xié)議開發(fā)過程 協(xié)議開發(fā)工具 協(xié)議設(shè)計工具 文本生成工具 靜態(tài)分析工具 動態(tài)分析工具 性能分析工具 文本轉(zhuǎn)換工具 協(xié)議實現(xiàn)工具 翻譯程序 ASN 1支撐程序 子程序庫 協(xié)議測試工具 測試系統(tǒng) 分析工具 測試集選擇工具 開發(fā)工具舉例 瑞典TeleLogicAB公司的TeleLogicTau SDL編輯器 SDL仿真器 SDL驗證器 代碼自動生成器 MSC編輯器 TTCNSuite 三 協(xié)議分析與設(shè)計 內(nèi)容協(xié)議分析 協(xié)議設(shè)計 協(xié)議構(gòu)造 協(xié)議構(gòu)造過程 協(xié)議環(huán)境分析協(xié)議功能分析協(xié)議結(jié)構(gòu)形式確定協(xié)議機制設(shè)計協(xié)議元素構(gòu)造 協(xié)議分析協(xié)議設(shè)計 什么是協(xié)議環(huán)境 N層 N 1層nSAP N 1層 n 1 SAP N層 N 1層nSAP N 1層 n 1 SAP N層協(xié)議 N層用戶要求 N 1層通道性質(zhì) N層工作模式 Slide4 協(xié)議環(huán)境分析 n層用戶要求 連接管理 廣播與組播 服務(wù)確認方式通信方式 數(shù)據(jù)形式 數(shù)據(jù)長度 數(shù)據(jù)可靠性 數(shù)據(jù)實時性服務(wù)質(zhì)量 QoS 要求 連接管理 面向連接服務(wù) 交換型連接服務(wù) 永久型連接服務(wù) 舉例 PSTN N ISDN B ISDN PSPDN 虛電路 無連接服務(wù) 舉例 IP PSPDN 數(shù)據(jù)報 ISDN交換機 ISDN交換機 NNI No 7ISUP PRIBRI 2B D 標準的用戶網(wǎng)絡(luò)接口 端到端的數(shù)字連接 綜合的業(yè)務(wù) Q 931網(wǎng)絡(luò)層 Q 921數(shù)據(jù)鏈路層物理層 30B D 廣播與組播 服務(wù)確認方式 n 1 層n層 data confirm data indication data response n SAP 無確認服務(wù) n SAP n SAP n 1 層n層 n 1 層n層 部分確認服務(wù)data indication data requestdata confirm data requestdata request 完全確認服務(wù)data indication 通信方式 單工 半雙工 全雙工 管理 發(fā)信權(quán) 半雙工 提供并發(fā)的收發(fā)服務(wù) 全雙工 同步 異步 數(shù)據(jù)形式 塊數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)批數(shù)據(jù) 優(yōu)先數(shù)據(jù) 高層 高層 控制面 用戶面 ATM協(xié)議參考模型管理面 面 管理 層管 理ATM適配層 AAL ATM層物理層 ATM的AAL1協(xié)議 數(shù)據(jù)長度 分段 N 1層通道帶寬流量控制擁塞控制 數(shù)據(jù)緩沖區(qū) Slide15 北京郵電大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院通信技術(shù)中心卞佳麗 數(shù)據(jù)可靠性 無CRC錯 CRC校驗和糾錯報文順序正確 報文順序控制 報文不丟失 不重復(fù) 超時重發(fā)控制 流控制 數(shù)據(jù)實時性 面向連接的服務(wù)對信息不作處理 固定長度信息單元無差錯控制 服務(wù)質(zhì)量 QOS 要求 安全性要求 用戶數(shù)據(jù)加密性能要求 如 maxCTD peaktopeakCDV 可靠性要求 如 CLR A C B D 協(xié)議實體A和B C和D 建立并獨占一條連接 協(xié)議環(huán)境分析 n 1 層通道性質(zhì) 1 通道形成方式 獨占方式 A C B D A和B與C和D協(xié)議實體共享一條連接 通道形成方式 共享方式 A C B D A和B C和D利用下層提供的無連接服務(wù)進行通信 通道形成方式 無連接方式 隊列性質(zhì) 平均隊列長度 最大隊列允許長度 RTT RoundTripTime 數(shù)據(jù)的可靠性通道可靠性 信息傳送單元的最大長度通道工作方式 單工 半雙工 全雙工 同步 異步 協(xié)議環(huán)境分析 n 1 層通道性質(zhì) 2 協(xié)議環(huán)境分析 n層協(xié)議實體的工作模式 1 點 點模式 多點模式 A n層 B 點到點方式 B A n層 C 多點方式 協(xié)議環(huán)境分析 n層協(xié)議實體的工作模式 2 主從模式和平衡模式命令主站響應(yīng) 主 次站 次站主 次站 次站命令 響應(yīng) 協(xié)議環(huán)境分析 n層協(xié)議實體的工作模式 3 中轉(zhuǎn)和路由 C A n層 B A和B的協(xié)議不同 C A n層 B n 1 層的服務(wù)不同 協(xié)議功能分析 連接控制 通信方式管理 數(shù)據(jù)發(fā)送 接收管理數(shù)據(jù)安全與可靠性尋址 通道管理其他功能 協(xié)議功能分析 連接控制 連接的建立 維護及釋放的管理連接的合法性檢查連接安全性控制QoS協(xié)商資源管理 協(xié)議功能分析 通信方式管理 半雙工通訊 n層協(xié)議要進行 發(fā)信權(quán) 管理 全雙工通訊 n層協(xié)議要具有并發(fā)的收發(fā)功能 協(xié)議功能分析 數(shù)據(jù)發(fā)送 接收管理 PDU的封裝 解封裝SDU分段 重組SDU拼接 分離PDU分割 組合 nSDU nPDU n 1 SDU nPDU n 1 SDU nPCInPCI nSDU PDU的封裝 解封裝 nPCI1DATA1 nPCIk DATAk SDU分段 重組nSDUnPDU1nPDUk 分段 重組 SDU分段 重組nSDU nPCI1DATA1 nPCIk DATAk nPDU1 nPDUk SDU拼接 分離 nSDU1 nSDU2 nSDUi nPCInPDU拼接 SDU拼接 分離 nSDU1 nSDU2 nSDUi nPDUnPCI分離 分割 PDU分割 組合N層nPDUN 1層 n 1 SDU1 n 1 SDUi n 1 SDU1 n 1 SDUi PDU分割 組合N層nPDUN 1層 Slide38 協(xié)議功能分析 數(shù)據(jù)安全與可靠性 加密解密 校驗和 奇偶校驗 累加和校驗 CRC校驗 糾錯 順序控制重發(fā)控制流量控制擁塞控制 Slide39 協(xié)議功能分析 尋址 地址翻譯路由選擇 靜態(tài) 動態(tài) Slide40 協(xié)議功能分析 通道管理 通道接口管理 通道的形成 通道狀態(tài)監(jiān)視 通道故障處理通道共享控制