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康军 长安大学信息工程学院 网络协议设计与开发 1 内容提要 . 课时： 20课时授课+10课时上机 . 主要内容： – 网络协议工程方法 – 网络协议开发技术 . 参考资料： – 吴礼发著, 《网络协议工程》 , 电子工业出版社,2011 – TCP/IP详解 卷2 – TCP/IP详解 卷3 – / (中国协议分析网) 2 – 人与物之间 – 物与物之间 . 协议是多个对象之间为了实现某个共同目 标而制定的、需要共同遵守的、关于各自 行为方式的时序化的约定。 前 言 一、设么叫协议？ . 例如： – 人与人之间 3 – 系统是由相互作用相互依赖的若干组成部分结 合而成的， 具有特定功能的有机整体， 而且这 个有机整体又是它从属的更大系统的组成部分。 • 用系统的观点看协议 4 – 系统包含：输入、系统部件(关联、状态)、输 出 – 遵循协议的对象构成的总体形成了一个系统。 – 在上述系统中，各个对象之间根据协议内容，按 照一定时序关系改变各自的状态(事件)，在某 一时刻各个对象呈现出不同的确定性的状态，这 样的系统称之为“离散事件系统”。 – 例如：数字电路系统(组合+时序逻辑电路) 5 电路中包括T触发器，输入、输出，状态； 在上述系统 中有没有协议？ – 例如：一个简单的串行奇偶检测电路 6 奇偶检测系统是由T触发器构成， T触发器是由基本门电路构成， 所以上述系统是由若干基本门电路按照确定的连接方式构成，各 个单元之间按照已知的方式协调工作从而形成上述系统。 7 . 一些结论： – 协议定义了系统内各组成单元的功能集合以及 它们之间的关联方式。 – 系统按照协议运行时，表现为系统状态的时序 性变化(即状态变迁) – 在已学的技术中，可以用状态图或状态表的方 式描述系统按照协议的运行情况。 – 设计协议就是设计一种离散事件系统！ 8 二、如何设计协议？ – 协议工程：按照系统化、规范化、可度量化等工程原则和 方法去进行协议的设计。 – 什么叫系统化？为什么要系统化？ . 系统化：把协议看做是一种离散事件系统 . 系统化有利于合理简化问题，并找到分析问题的科学方 法。 – 什么叫规范化？为什么要规范化？ . 规范化：按照标准化的步骤进行协议设计 . 规范化有利于保证协议的正确性、提高设计效率 – 什么叫可度量化？为什么要可度量化？ . 可度量化就是对协议的正确性和性能进行量化 . 可度量化有利于确定性的比较优劣 9 三、本课程的目标 . 学习如何合理的设计计算机网络协议。 – 网络的协议模型(通用模板) – 网络协议应该包含的内容 – 网络协议的设计方法 – 网络协议性能的保证机制 – 网络协议的描述方式 – 网络协议的测试方法 – 网络协议的验证方法 10 第一讲 基本概念 一、 网络协议：为计算机网络中对等实体进行 数据交换而建立的规则、标准或约定的集 合。网络协议是由语法、语义和同步(时 序关系) 三个要素组成： . 实体(Entity)是指任何可以发送或接收信息的硬件 或软件进程，在大多数情况下，就是一个特定的 软件进程。 . 位于不同系统的同一层次内交互的实体，就构成 了对等实体。 11 协议定义：语法 • 在语言学中，语法是指语言组成成分(词、句等)之 间以什么样的关系结合而构成语句或语言，也即是 语言的结构方法和构成规则。 • 网络协议中的语法的含义？ – 网络协议中的语法体现为数据报文中的控制信 息(通常在报文的首部)和各种控制报文的结构、 格式，也即是规定报文的长度，报文中划分多少 个域(Field)，每个域的名称、意义、数据类型、 长度等。其中，报文中各个域的类型、长度及相 互间的位置、顺序关系则构成了词法。 12 协议定义：语义 • 网络协议的语义可以理解为协议数据报文中的控制信 息和控制报文所约定的含义，即需要发出何种控制信 息，完成何种动作以及做出何种响应。 • 例如： –报文首部控制信息中的目的地址信息指明了报文的目的地， 接收到此报文的网络结点均将其作为进行路由选择的依据， 因而规定在首部控制信息中在给定域给出目标结点地址就 是一种语义。 –为了实现有连接的传输服务，设计了一套实现连接的控制 报文。发起连接方构造一个请求连接的协议控制报文，这 个“请求连接”就是该控制报文的语义。收端收到这个控制 报文后，根据已知的格式分析规定域中报文类型码就可了 解这个“请求连接”的语义，从而作出“允许连接”或“拒绝连 接”的响应。 13 协议定义：语义(Cont. ) • 例如(续)： – “允许连接”报文和“拒绝连接”报文的格式和语义 也是协议中约定好的，通信双方通过这些约定