网络协议工程概述

第１章概述内容提要课程概述1协议2协议工程32课程名称网络协议工程网络：三网（计算机网络、电信网络、CATV），分布式系统/操作系统协议：规定通信双方交换数据的格式以及有关的同步问题。工程：用工程化的方法来开发协议3课程目标为什么要上这门课？研讨目标：协议开发中常见的设计技术、形式化描述技术和协议工程学的基本理论立足点：基于最基本的理论，结合最先进的技术，理解最本质的知识。本课程包括：阅读资料、面授教学、课堂讨论、学生讲授、习题讨论等环节。希望通过本课程的学习，不仅掌握所涉及的协议开发知识，而且锻炼一些研究生必备的科研技能。与协议有关的课程比较多，如：分布式系统、计算机网络、数据通信等。这些课程往往描述的是一些被广泛接受并被一些国际标准化组织标准化了的协议。它们并不解释：协议为什么正确工作、协议的设计过程，协议是不是有缺陷。而这些正是本课程要解决的问题。4课程目标（续）内容要求：对协议工程学有一个基本认识重点掌握协议设计技术、形式化描述技术（FSM，SDL）了解协议验证技术和一致性测试技术锻炼的科研技能：独立解决一个具体科研问题的能力

科研表达与沟通的能力撰写科技文章的能力面对一个并不熟悉的科研领域，可以做到独立查阅资料、确定一个具体的研究目标、制定实施计划、最终完成一个相对独立的研究。

将已经掌握的科研内容，用精练的语言表达出来，通过与其他人讨论，更深入地掌握此方面知识。在独立解决了某个科研问题后，将科研成果以学术论文的形式表达出来。争取发表一篇论文。

5授课内容概述协议设计形式化描述技术（FSM，PetriNet,SDL,LOTOS,ESTELLE）协议验证协议一致性测试6国内相关课程清华大学：计算机网络中的形式化方法和协议工程学主要内容：形式化描述方法、一致性测试技术北京邮电大学：协议工程与通信软件协议工程的概念协议模型技术协议形式化描述技术协议验证技术协议实现和测试技术MSC和SDL语言简介通信软件设计方法与实践7国内相关课程（Cont.）中国科技大学软件学院：《通信系统软件开发》东南大学，河海大学研究生课程：《计算机网络协议工程》云南大学，华中科技大学，浙江理工大学等也开设了类似课程8国外相关课程一些欧洲国家的大学普遍开设类似课程UniversityofTwente:ProtocolEngineeringhttp://arch.cs.utwente.nl/courses/peUniversityofColorado:ComputerCommunication

/~cs522LUT:CommunicationsSoftwareandArchitecturehttp://www.it.lut.fi/kurssit/02-03/0106070009先修课程计算机网络或数据通信操作系统分布式系统10参考书目吴礼发著，《网络协议工程》,2011.4，电子工业出版社。GerardJ.Holzmann:

《DesignandValidationofComputerProtocols》,PrenticeHallAt/cm/cs/what/spin/Doc/Book91.html古天龙，蔡国永：

《网络协议的形式化分析与设计》，电子工业出版社，2003.6龚正虎，《计算机网络协议工程》，国防科技大学出版社，1993.12R.Lai,A.Jirachiefpattana：

《CommunicationProtocolSpecificationandVerification》,KluwerAcademicPublishers,199811内容提要课程概述1协议2协议工程312协议定义为网络中互相通信的对等实体间进行数据交换而建立的规则、标准或约定，是计算机网络不可缺少的组成部分，保证实体在计算机网络中有条不紊地交换数据。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。转60页13协议定义（Cont.）英格兰国家物理实验室NPL(NationalPhysicalLaboratory)的R.A.Scantlebury和K.A.Bartlett在一份备忘录(AprotocolforuseintheNPLdatacommunicationsnetwork)中最早将“协议(protocol)”一词用于描述数据通信过程。“协议是关于分布式系统进行信息交换时的一种约定，协议应按照语言的方式进行定义。”其于他们的观点：网络协议就是具有规定文法、语法和语义的语言，其中，文法给出了有效信息的精确格式，语法描述了数据交换的规则，语义规定了可交换信息的词汇及其含义。14协议定义（Cont.）协议三要素(从语言的角度来理解协议)：语法语义同步

15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。16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。17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语义的控制报文按一定时序关系的交换即可实现建立连接的功能和提供有连接服务。其它的在协议中常使用的“数据收到确认”报文(ACK报文)、“出错通知”报文、“紧急通知”报文等等均可看成为具有特定语义的网络协议的语句，即协议的组成部分。

18协议定义：同步简单地说，同步是指事件实现顺序的详细说明。

具体来说，同步是指通信过程中各种控制报文传送的顺序关系，例如“允许连接”或“拒绝连接”报文必须是作为请求连接报文的一种响应来发送，“拆除连接”报文也必须在建立连接后的某种条件下发送等等。这种控制报文发送的时序关系，也决定了通信双方所处的通信状态(发送状态、接收状态、等待状态等)的制约关系，所以常用通信双方的有限状态机的方法来描述网络协议。在有些文献中，也将这种同步关系视为协议语法的一部分。

19协议定义：进一步延伸进一步延伸为计算机通信协议。

协议是计算机网络和分布式系统中各种通信实体或进程间相互交换信息时必须遵守的一组规则或约定。网络协议工程中的许多技术和方法均可应用到分布式系统中的进程间通信协议的设计活动当中。

20协议定义：网络体系结构大量的研制经验表明，对于非常复杂的计算机网络协议，其结构应采用层次式的。

在计算机网络中，将计算机网络的各层及其协议的集合，称为网络的体系结构(architecture)。ISO的OSI/RM（开放系统互连/参考模型）IBM的SNA（系统网络体系结构）DEC的DNA（分布式网络体系结构）IETF的TCP/IP

21协议标准化Whatarestandards?Standardsaredocumentedagreementscontainingtechnicalspecificationstobeusedconsistentlyasrules,guidelines,ordefinitionsofcharacteristics,toensurethatmaterials,products,processesandservicesarefitfortheirpurposeInternationalStandardscontributetomakinglifesimpler,andtoincreasingthereliabilityandeffectivenessofthegoodsandservicesweuseIndustry-widestandardizationisaconditionexistingwithinaparticularindustrialsectorwhenthelargemajorityofproductsorservicesconformtothesamestandards22协议标准化（Cont.）WhyPushForStandardization?Theaimistofacilitatetrade,exchangeandtechnologytransferthroughEnhancedproductqualityandreliabilityatareasonableprice.Greatercompatibilityandinteroperabilityofgoodsandservices.Simplificationforimprovedusability.Increaseddistributionefficiency,andeaseofmaintenance23协议标准化（Cont.）Whatdoesastandardlooklike?-ISOexplainsthemajorcomponentsoftheirstandardsdocuments:Itcanbeanythingfromafourdocumenttoa1000tome,includingtwicetheweightofthestandarditselfininformativeannexes.Itmayspecifythetasksthatacertainrangeofequipmentmustbeabletoperform,ordescribeindetailanapparatusanditssafetyfeatures24协议标准化（Cont.）Whatmakesupastandard?Itmaycontain:SymbolsDefinitionsDiagramsCodesTestmethods25协议标准化（Cont.）OrganizationforStandardizationforProtocolsInternationalOrganizationforStandardization

(ISO)国际电报电话咨询委员会

(CCITT)InternationalTelecommunicationsUnion(ITU-T)InternetEngineeringTaskForce(IETF)InstituteofElectricalandElectronicsEngineers(IEEE)WorldWideWebConsortium(W3C)AssociationforComputingMachinery(ACM)AsynchronousTransferModeForum(ATMForum)AmericanNationalStandardsInstitute(ANSI)26ISO是一个涉及范围很广的国际标准开发机构，包括很多政府的或民间的标准研究机构，如美国的国家标准研究所ANSI。成立于1947年。ISO下属多个技术委员会TC(TechnicalCommittees)，TC又由多个分委员会SC(Subcommittees)组成。每个SC下有多个工作组WG(WorkingGroups)。例如，TC97主要负责与计算机有关的标准的制定，TC97/SC6主要处理电信领域的标准，TC97/SC6/WG1则主要负责数据链路协议标准。一个ISO标准从最初的提名到真正发行要经历七个步骤。

27ISO(Cont.)ISO制定的很多标准是与另一个标准化组织，国际电工技术委员会IEC(InternationalElectrotechnicalCommission)，合作制定的。

IEC关心的主要是电子和电气工程标准(器材、元件以及测量方法的标准化)。在信息技术领域，虽然IEC强调的是硬件，而ISO强调的是软件，但它们的职能在很多地方有所重叠。1987年由这两个组织联合成立了联合技术委员会JTC，而ISO的TC97同时宣告解散。代替旧的ISO的TC97组织是ISO/IECJTC1，而其下属的各分委员会SC的名称仍用原来TC97中的各分委员会的序号。这个委员会负责信息技术领域文档的开发，这些文档最终可能成为ISO及IEC的标准。

28ISO（Cont.）ISO制定的与协议有关的著名标准：OSI/RM（ISO7498），TC97/SC16制定，虽然没有流行，但其中有很多协议被广泛使用形式描述语言LOTOS(LanguageofTemporalOrderingSpecifications)和Estelle，ISOTC97/SC21/WG1下的2个不同的子工作组分别制定的，它们得到广泛的应用。

一致性测试序列标准：ISO9646-1(CCITTX.290)一般概念ISO9646-2抽象测试集(suite)规范ISO9646-3树表组合记法TTCN(TreeandTabularCombinedNotation)ISO9646-4测试实现ISO9646-5一致性认证处理对测试实验室及其客户的要求ISO9646-6测试实验室的操作29CCITTandITU-TCCITT(InternationalTelephoneandTelegraphConsultativeCommittee,国际电话与电报顾问委员会)最开始主要从通信的角度考虑一些标准的制定。随着科学技术的发展，通信与信息处理的界限变得比较模糊了。于是，通信与信息处理就都成为CCITT与ISOTC97共同关心的领域。

很多ISO制定的标准，CCITT均有与之相对应的标准。

CCITT的建议书X.200就是开放系统互连参考模型，它与ISO7498基本上是相同的。

CCITT制定的著名标准：X.25形式描述语言SDL(SpecificationandDescriptionLanguage)广泛用交换系统的描述。

30CCITTandITU-T(Cont.)ITU-T是国际电信联盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）下属的电信标准部，它的成员主要是各国政府组织和得到许可的私人运营商。成立于1993年3月1日，主要任务是制定电话、电报和数据通信接口的技术建议。它取代了原国际电报电话咨询委员会CCITT。人们仍然常常遇到CCITT建议，例如，CCITTX.25，虽然自1993年起这些建议都打上了ITU-T标记。ITU-T的实际工作是在研究组SG(StudyGroup)完成的，通常有400人。为了能够完成工作，研究组又分成了很多工作组WG(WorkingGroup)，然后又再分为专家小组(ExpertTeam)，最后分成特别小组(AdHocGroup)。31ITU-TStandards:XSeriesDatanetworksandopensystemcommunicationsPublicdatanetworks-Interfaces:X.21

-InterfacebetweenDataTerminalEquipment(DTE)andDataCircuit-terminatingEquipment(DCE)forsynchronousoperationonpublicdatanetworks.OSI-Modelandnotation:X.200-Informationtechnology–OpenSystemsInterconnection–BasicReferenceModel:Thebasicmodel.32ITU-TStandards:XSeries(Cont.)MessageHandlingSystems:X.400

-Messagehandlingservices:MessagehandlingsystemandserviceoverviewDirectoryServices:X.500

-Informationtechnology-OpenSystemsInterconnection-TheDirectory:Overviewofconcepts,modelsandservicesSecurity:X.800-SecurityarchitectureforOpenSystemsInterconnectionforCCITTapplications.33ITU-TStandards:VSeriesDatacommunicationoverthetelephonenetworkInterworkingwithothernetworks:V.18-OperationalandinterworkingrequirementsforDCEsoperatinginthetexttelephonemode.Interfacesandvoice-bandmodems:V.33-14400bitspersecondmodemstandardizedforuseonpoint-to-point4-wireleasedtelephone-typecircuits.Errorcontrol:V.42-Error-correctingproceduresforDCEsusingasynchronous-to-synchronousconversion.34ITU-TStandards:QSeriesSwitchingandsignallingGeneralRecommendationsrelativetosignalingandswitchingsystems:Q.20-Comparativeadvantagesof"in-band"and"out-band"systems.Functionaldescriptionofthesignalingsystem:Q.251-GeneralDefinitionandfunctionofsignals:Q.254-Telephonesignals.35ITU-TStandards:QSeries(Cont.)SignallingSystemNo.7(SS#7):Q.700-IntroductiontoCCITTSignallingSystemNo.7IntegratedServicesDigitalNetwork(ISDN):Q.860-IntegratedServicesDigitalNetwork(ISDN)andBroadbandIntegratedServicesDigitalNetwork(B-ISDN)GenericAddressingandTransport(GAT)ProtocolQ.2010-Broadbandintegratedservicesdigitalnetworkoverview-Signalingcapabilityset1,release136IFIP国际信息处理联盟IFIP(InternationalFederationforInformationProcessing)，虽然不直接参与协议的标准化，但它的主要目的之一是作为CCITT和ISO之间沟通的桥梁。IFIP成立于1960年，经常组织一些协议形式化描述与验证方面的国际会议，例如，JointInternationalConferenceonFormalDescriptionTechniquesforDistributedSystemsandCommunicationProtocols(FORTE)andProtocolSpecification,TestingandVerification(PSTV)。

37IETF因特网协会ISOC因特网体系结构研究委员会IAB因特网研究指导小组IRSG因特网研究部IRTF因特网工程部IETF因特网工程指导小组IESG领域领域…WGRGWGWGWG……RG…IETF网址：38IETF（Cont.）因特网在制定其标准上很有特色：面向公众。所有技术文档都可从因特网上免费下载，而且任何人都可以用电子邮件随时发表对某个文档的意见或建议。这种方式对因特网的迅速发展影响很大。因特网标准：RFC(RequestForComments)的意思就是“请求评论”。所有的RFC文档都可从因特网上免费下载。

并非所有的RFC文档都是因特网标准，其中只有一小部分最后才能变成标准。39IETF（Cont.）因特网草案建议标准草案标准因特网标准历史的RFC实验的RFC提供信息的RFC因特网草案(InternetDraft)建议标准(ProposedStandard)草案标准(DraftStandard)因特网标准(InternetStandard)40W3CWorldWideWebConsortiumpromotestheWebbyproducingspecificationsandreferencesoftware.W3Cisfundedbyindustrialmembersbutitsproductsarefreelyavailabletoall.TheConsortiumisrunbyMITLCSwithINRIAactingasEuropeanhost

andKeioUniversityinAsia,incollaborationwithCERNwheretheweboriginated.41IEEETheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers(电气和电子工程师协会)istheworld'slargesttechnicalprofessionalsociety.Anon-profitorganization,IEEEpromotesthedevelopmentandapplicationofelectrotechnologyandalliedsciencesforthebenefitofhumanity,theadvancementoftheprofession,andthewell-beingofit’smembers.FamousStandards:IEEE802series,eg.802.342ACMAssociationforComputingMachinery(founded1947，(美国)计算机学会)isaninternationalscientificandeducationalorganizationdedicatedtoadvancingtheart,science,engineering,andapplicationofinformationtechnology(其宗旨在于不断地推动计算机科学与技术的发展),servingbothprofessionalandpublicinterestsbyfosteringtheopeninterchangeofinformationandbypromotingthehighestprofessionalandethicalstandards.SinceitsinceptionACMhasprovideditsmembersandtheworldofcomputerscienceaforumforthesharingofknowledgeondevelopmentsandachievementsnecessarytothefruitfulinterchangeofideas.43ACM（Cont.）OvertheyearsACMhasflourishedalongwiththeindustryitself,playingamajorroleinenrichingthequality,formandfunctionofcomputerusage.ACMformsSpecialInterestGroups(SIGs)whichfocusonspecificareasofcomputerscience.SomeSIGswhichrelatetodatacommunicationsinclude:DataCommunication(SIGCOMM)Hypertext/Hypermedia(SIGLINK)Multimedia(SIGMM)44ATMForumTheAsynchronousTransferModeForumisaworldwideorganization,aimedatpromotingATMwithintheindustryandtheendusercommunity.FormedinOctober1991,withfour(4)members,theATMForummembershipcurrentlyincludesmorethan700companiesrepresentingallsectorsofthecommunicationsandcomputerindustries,aswellasanumberofgovernmentagencies,researchorganizationsandusers.45ANSIFoundedin1918,theAmericanNationalStandardsInstitute(ANSI,美国国家标准化组织),isaprivate,not-for-profitmembershiporganizationthatcoordinatestheU.S.voluntaryconsensusstandardssystemandapprovesAmericanNationalStandards.ANSIconsistsofapproximately1,300nationalandinternationalcompanies,30governmentagencies,20institutionalmembers,and250professional,technical,trade,laborandconsumerorganizations.46ANSI（Cont.）ANSIactstoinsurethatasingleconsistentsetofconsensusbasedAmericanNationalStandardsaredevelopedbyANSI-accreditedstandardsdevelopers.Integraltothedevelopmentandapprovalprocessistherequirementthatallinterestsconcernedhavetheopportunitytoparticipateinthedevelopmentprocess.FamousStad.:ANSI.147Obtainingstandarddocuments:Standardsbodiesdistributetheirdocumentsinseveralfileformatsandtodifferentgroupsororganizations.Manystandardsmustbepurchasedbeforeyoumayimplementproductsbasedonthem.However,thedocumentsarefree.Somestandardsbodiesrequirepaymentup-frontbeforeyouarepermittedaccesstothestandardsdocuments.48Obtainingstandarddocuments(Cont.)Stillotherstandardsbodiestakeanopenapproachwheredocumentsareentirelyfreetoreadersandimplementationvendors(RFCs).MoststandardsareavailableontheInternetviaFTP,Gopher,ortheWWW.Manysiteshavesearchengineswhichallowuserstoobtaindifferentdocuments,allofwhichpertaintothesamestandard/protocol.49Obtainingstandarddocuments(Cont.)DocumentFormats:Text/ASCII-mostpopularformat.Postscript-requiresapostscriptprinterorTeX/LaTeXtoview.WordforWindows-MicrosoftWindowseditor.HTML-browseabledocumentswithlinkstootherreferences.PDF-AdobeAcrobathyper-linkformat.50Obtainingstandarddocuments(Cont.)DocumentLanguages:Mostinternationalstandardsbodiesoffertheirdocumentswritteninpopularspokenlanguages,including:EnglishFrenchSpanishNationallanguageoftheorganization’sorigin.51IndustryControlandAcceptanceCommonlyintoday’scomputerindustry,theacceptanceofproductsarefacilitatedbytheconformancetoandsupportofstandards.Mostproductsbecomeobsoleteiftheyareonlybasedonproprietaryspecificationsanddonotsupportstandards.Ifacompanymaintainscontroloverthemajorityofproductsbasedonaparticulartechnology,thatcompanycanusuallydictatethedirectionoftheindustryandanystandardstofollow.52Timing:It’simportantforstandardsMITD.Clark‘s“apocalypse(启示)ofthetwoelephants”ThebestperiodforstandardizationisbetweenburstofresearchandburstofmarketingTheperiodisveryshortTCP/IPalreadyentrenchedbymid/lateeightiesOSI/RMisputupintheburstofmarketingofTCP/IP53Examples:OSI/RMProblemsTannenbaum:BadtechnologyBadtimingBadimplementationBadpolitics54BadtechnologyModelandprotocolflawedStandardizedbeforeimplementedDesignbycommitteew/oimplementationvs.designbyimplementors/researchers/engineersBoundariessomewhatarbitraryTopthreelayersneverquiteresolved

(application,presentation,session)Whysevenlayers?ManyfundamentalissuescanbeaddressedatmultiplelayersReliabilityFlowcontrolSecurityAddressing/naming55BadtimingMITD.Clark‘s“apocalypse(启示)ofthetwoelephants”Technologyactivityvs.timetostandardizationTCP/IPalreadyentrenchedbymid/lateeighties56BadimplementationsComplexity

huge&slowimplementations(考虑大而全，要全部实现就苯拙且效率低)Competition(BSDTCP/IP)wasgood,free,andeasytodeploy57BadpoliticsPushedbyEuropeanCommunityandU.S.governmentNegativeimageofgovernmentdictatingstandardsRemember“ClipperChip”58TCP/IP:FeaturesLayeringnotstrict-onlywhereappropriateCandefinenewabstractionsontopofanyexistingprotocolIP/UDPprovidessimple“sendapacket”svcEx:RPC,DNS,IPphone,etc.HourglassshapeIPcenterpiece,commondenominatorDesignandimplementationgohand-in-handIETFrequirestwoindependent,interoperableimplementationsbeforestandardizationThe“dogma（教义）”:

Werejectkings,presidents,andvoting.Webelieveinroughconsensusandworkingcode.D.Clark59内容提要课程概述1协议2协议工程360ProtocolEngineering：Why?网络服务要求的提高应用的多样性网络系统的多样性导致在协议方面的体现复杂性分布性并发性异步性不稳定性多样性完整性正确性安全性可移植性标准化导致用直觉的工程方法不能保证协议的协议工程(ProtocolEngineering)软件工程的经验61ProtocolEngineering:What?七十年代未人们开始用形式化的方法描述通信协议。1981年，在软件工程思想的基础上，Piatkowski首先提出了“协议工程（PE：ProtocolEngineering）”的概念协议工程学用形式化方法描述协议设计和维护中的各个过程，它是以协议软件为研究对象的软件工程，而且建立了一套比一般软件工程方法更为严格、更为数学化的理论和方法。集成化(Integrated)、形式化(Formal)的协议开发过程称为协议工程。协议工程的目的是减少协议开发过程中潜在的错误，提高协议开发的效率，促进协议标准化的发展。

所谓“集成化”，就是指协议描述、验证、实现和测试等技术前后衔接，并在同一个开发系统中完成。在以往的协议开发过程中，各个阶段并不互相衔接，各个阶段的研究人员作完自己的事情就不再管别的事情了。协议设计者凭自己的经验和智慧设计出协议，用自然语言进行描述，经过他人审定或模拟之后，就予以公布。其他的人只有在感兴趣时才采用某种方法和理论对协议进行验证。协议实现往往根据自己的环境和要求修改协议，协议实现之后不考虑实现与协议规范是否一致。协议的测试往往由协议实现者自己进行，这实际上是一种程序调试。

所谓“形式化”，就是指用形式描述技术FDT(FormalDescriptionTechnique)贯穿协议开发的各个阶段。一种形式化描述语言FDL(FormalDescriptionLanguage)以一种或多种形式化描述技术为基础，有严格的语法和语义定义，抽象于具体的实现，可以符号执行，可以转换、翻译成程序设计语言。当协议进行形式化描述后，协议的验证、自动实现、测试就可以在一个集成化的协议工程系统中进行了。

62ProtocolEngineering:Procedure非形式化协议规范形式化协议规范形式描述与机器无关的源代码实现代码(产品)转换实现产品测试器测试序列发生器一致性测试性能分析模拟验证设计用户需求说明63PEActivities:Design我们的定义：根据协议的需求说明构造协议的非形式描述文本(经过非形式的验证分析)称为协议设计；而将“协议的设计、形式描述、验证、实现、测试、运行”这一全过程称为“协议开发”，即协议开发是指协议工程活动的全过程。

其它定义：将协议设计定义为“从协议的需求说明到协议的形式描述文本，并经过严格验证和性能分析”这一过程，或定义为协议工程活动的全过程，即相当于“协议开发”。

包括：协议环境分析、协议的功能设计、协议组织形式的确定、协议元素的构造、协议文本的编制等。64PEActivities:Design（Cont.）协议设计质量的好坏直接关系到开发出来的协议性能、功能是否能满足用户需求的一个重要因素。协议设计阶段的结果是非形式描述协议文本。

协议设计涉及到很多技术，如差错控制技术、流量控制技术、连接管理技术、路由选择技术等。协议设计还必须遵循一些基本原则，如结构化、模块化等。

课程的重点内容Back65PEActivities:FormalDescrpt.通信系统行为的复杂性增大了行为描述的难度，人们必须借助一种语言或一种技术来准确地描述系统行为。在过去，人们习惯使用自然语言进行协议描述（用自然语言写协议的规格说明或规范）优点是：方便、易懂致命缺点是：不严格、不精确、结构不好、没有描述标准和有二义性且很难进行协议实现、测试的自动化和协议验证。

不同的人对协议描述的理解不一样导致不同的协议实现之间不能实现互连，甚至还会得出错误的协议。

解决办法：形式化技术FDT(FormalDescriptionTechnique)66PEActivities:FormalDescrpt采用形式描述技术的最终目的是：为开发者提供一种分析的方法；作为对开发结果验证的基础；为设计人员和应用人员提供交流途径；作为开发文档能在将来再开发时使用。

理想的形式描述技术应该既能描述系统的行为特征，又能进行操作：在系统需求分析和设计阶段，它应该是一种描述语言在系统实现阶段它应该是一种编程语言。形式描述技术是将协议工程各阶段在技术上衔接起来的纽带，因此它对协议工程的发展起决定性作用。

67形式描述模型

有限状态机FSM(FiniteStateMachine)Petri网(PetriNet)时态逻辑TL(TemporalLogic)通信系统演算CCS(CalculusofCommunicationSystem)通信顺序进程CSP(CommunicatingSequentialProcesses)形式文法FG(FormalGrammar)

形式描述语言

ISO制定的Estelle和LOTOSCCITT制定的SDL对象管理组织OMG制定的统一建模语言UML课程的重点内容PEActivities:FormalDescrptBack68PEActivities:VV协议验证(VerificationandValidation)技术和形式描述技术是同步发展的在进行协议实现之前还要进行以下二项工作：在语法和语义方面进行验证；进行计算机模拟。

协议的验证主要内容包括：可达性分析死锁和活锁检测协议的有界性和完整性检查协议的动作序列检查通道溢出检查等

69PEActivities:VV(Cont.)验证方法主要有两类：模型检查(ModelChecking)最常见方法：可达性分析，它包括状态穷举，状态随机枚举，状态概率枚举等方法重要问题：状态空间爆炸证明(Proving)试图用推理演算方法严密地证明协议的各种性质其他方法：模拟（Simulation）通过一些模拟试验来测试协议的各种性质Back70PEActivities:Implementation协议实现是指由协议规范到可执行的协议目标代码的过程协议的实现必须满足协议规范的要求，以及针对具体应用需要提供的附加机制协议实现的自动化是协议工程的主要目的之一，但完全自动化几乎是不可能的。通过形式化描述技术可实现半自动化，两个步骤：第一步利用翻译程序将协议的形式描述文本转换成程序设计语言(如，C语言)的与机器无关的源代码手工编写与机器有关的、在协议规范中没有描述的问题的处理代码。协议实现不在本课程的讨论范围Back71PEActivities:Testing验证一个新的协议实现，通常要作多项测试。一般主要考虑以下两个方面：

协议一致性测试(conformancetesting)。即检测新协议实现是否能满足该协议规范所规定的所有规则。

对协议实现的评价。核对新实现的包括性能参数在内的其它性质。

协议一致性测试是协议工程活动中重要的一环。如果协议实现通过了一致性测试，则说明该协议实现与其它同样通过一致性测试的协议实现可在同一个全局系统中很好地协调工作。

协议一致性测试要做到两点：彻底性和标准化“彻底性”是指必须彻底测试所实现的协议“标准化”是指使用的测试集必须是标准的。

72PEActivities:ConformanceTesting一致性测试的基础：FDT一致性测试要解决两个问题：测试系统设计：重点解决测试方法和测试系统的体系结构问题测试序列的产生：解决测试的“彻底性”和“标准化”问题，以及测试序列的形式描述和自动生成问题。测试序列发生器可以产生各种可能发生的情况组合，以测试所实现的协议是否在各种正常和非正常情况下均能正确工作。

国际标准化组织ISO发布了“开放系统互连一致性测试方法和框架(ISO9646)”来指导一致性测试工作，并为许多常用的标准协议制订了相应的一致性测试序列。

协议工程中技术难度最大，工业上又很需要Back73PEActivities:PerformaceTesting协议的性能主要包括吞吐量和时延

协议的性能分析的目的是改善协议机制，提高执行效率。

可用数学分析方法和模拟方法来进行，两者都基于排队论和概率论

本课程不涉及此课题

74PEActivities:Maintenance协议维护(Maintenance)是指对已运行的协议的修改、补充等，故协议的维护可能包含对协议设计、协议的验证和分析、协议测试，以及协议实现等多项任务。良好的设计有助于降低维护成本。75ProtocolEngineering:Procedure非形式化协议规范形式化协议规范形式描述与机器无关的源代码实现代码(产品)转换实现产品测试器测试序列发生器一致性测试性能分析模拟验证设计用户需求说明76参考以下PPT介绍的有关协议工程概念的不同观点，供参考77协议开发过程（FerreiraPires）ProtocolengineeringUser

requirementsService

specificationProtocol

specificationProtocol

implementationCoursesDesignof

TelematicssystemsProtocolimplementationProtocol

designService

design78798081828384ProtocolEngineering:Another85ProtocolEngineering:Another(Cont.)86思考题1-1试论“软件工程”与“协议工程”的关系。1-2查阅有关“协议工程”的文献，探讨各家之见。1-3从你所知的网络协议中选择一个，来简要说明该协议的三要素。87儿童慢性咳嗽与处理1急性咳嗽，时间短于4周单击此处添加文本具体内容2亚急性咳嗽，时间介于4－8周单击此处添加文本具体内容3慢性咳嗽，时间超过8周单击此处添加文本具体内容一.定义CONTENTSONE1二.咳嗽感受器与部位三种感受器

RARlike（快速适应性感受器，机械刺激为主）

Nociceptive（伤害感受器，化学刺激为主）

Polymodal（咳嗽感受器，机械刺激与酸）有髓神经纤维口咽部、喉、支气管树、外耳道与鼓膜A

神经纤维C神经纤维C类神经纤维感受器(VR1)无髓神经纤维通过释放神经多肽，刺激RARs主要位于支气管Opioidreceptor阿片受体,有μ、κ、δ和σ亚型麻醉镇痛剂通过某些肽类物质(如β-内啡肽)及μ阿片受体抑制咳嗽呼吸道中也存在μ受体,参与了芬太尼诱发呛咳过程慢性咳嗽经常（16~62%）同时由一种以上病因引起UACS，哮喘，GERD是各年龄慢性咳嗽最常见的三种原因慢性咳嗽是57%哮喘和75%GERD的唯一症状大多数慢性咳嗽能明确病因，使治疗有效率达84~98%三.慢性咳嗽的常见病因上呼吸道咳嗽综合症(UACS)

慢性鼻窦炎慢性鼻炎，包括过敏性鼻炎增殖体肥大吸入综合症

胃食道反流病(GERD)

会厌功能障碍支气管源性疾病哮喘综合征病毒感染后咳嗽心因性疾病儿童慢性咳嗽(胸片正常)的常见原因常见的支气管源性疾病是儿童慢性咳嗽的第一大原因支气管哮喘咳嗽变异性哮喘(CVA)

非哮喘性嗜酸细胞性支气管炎(NAEB)<一>哮喘综合征有慢性气道炎症，气道高反应，肺功能异常有咳嗽及喘息发作，以夜间和清晨为重有特应性家族史对糖皮质激素，抗白三烯受体拮抗药及支气管扩张药有效1.支气管哮喘有慢性气道炎症，气道高反应，肺功能大多正常；中央气道慢性炎症和支气管反应增高平滑肌收缩刺激肌梭内咳嗽感受器以咳嗽为主，偶尔有喘息发作以夜间和清晨为重对糖皮质激素，抗白三烯受体拮抗药，支气管扩张药有效2.咳嗽变异性哮喘又称过敏性咳嗽有慢性气道炎症，痰液嗜酸细胞>2.5~5%无气道高反应和肺功能异常仅有咳嗽，无喘息发作对糖皮质激素，抗白三烯受体拮抗药有效；支气管扩张药无效3.嗜酸细胞性支气管炎激素敏感性咳嗽常用的相关检查支气管舒张试验支气管激发试验3％NaCl雾化吸入诱导咳嗽痰液咳出或吸出处理后计数嗜酸细胞数痰液嗜酸细胞>2.5~5%诱导痰嗜酸细胞计数RSV毛细支气管炎与慢性咳嗽有密切关系RSV导致支气管结构或功能的持续损害RSV改变神经敏感阈值，咳嗽感受器阈值降低RSV诱导RSV-IgE形成，ECP增高RSV诱发咳嗽(哮喘、肺发育不全、气道吸入)<二>病毒感染后咳嗽以夜间及清晨咳嗽为主，可伴有喘息发作多持续3－8周，但对于早产儿、小于3个月的婴儿及伴有基础疾病的患儿持续时间较长部分伴有特异体质的患儿，对糖皮质激素及白三烯拮抗药物治疗有效是儿童慢性咳嗽常见原因之一分泌物直接刺激鼻咽部分泌物反流刺激咽喉分泌物导致鼻咽喉部神经敏感度增加<三>上呼吸道咳嗽综合症

慢性鼻炎过敏性鼻炎常年性非过敏性鼻炎血管运动性鼻炎感染性鼻炎慢性鼻窦炎增殖体肥大引起UACS的原因有：临床表现喉部发痒、疼痛，咳粘液性痰及清嗓动作有咽后壁分泌物流动感咽后壁可见粘液样分泌物咽部粘膜呈鹅卵石改变(结节状淋巴滤泡)一代抗组胺药物/鼻减充药物有效胃食道反流酸性反流非酸性反流气管食管瘘吞咽协调障碍<四>吸入综合症胃食道反流反流形式：食道下端咳嗽感受器反流到咽下部或喉部(咽喉部反流)吸入气管或支气管肺多见于小龄幼儿，表现为喂水或奶时的呛咳部分见于神经肌肉受损或发育异常的患儿上呼吸道感染后会加重症状进食稠厚流质或鼻饲能明显改善症状吞咽协调障碍1.室内环境空气污染污秽或刺激性有害气体；气媒性过敏原2.在集体环境中生活

幼儿园和小学<五>慢性或反复呼吸道感染3.支气管肺功能结构异常气道堵塞

支气管异物、支气管淋巴结压迫、异位血管.气道结构异常原发性纤毛运动障碍慢性气道炎症麻疹肺炎后,先天性心脏病肺功能异常早产儿、支气管发育不良胸部平片或CT：明确肺部病变鼻腔镜：明确鼻炎及鼻窦炎鼻窦平片或CT：明确鼻窦炎吞钡、同位素、食道下端pH测定：明确胃食道返流支气管扩张或激发试验：明确哮喘或病毒感染后咳嗽诱导痰液试验：明确嗜酸细胞支气管炎纤支镜检查：明确异物超声心动图检查：心脏情况四.常用辅助诊断措施ONE1常见慢性咳嗽的处理方法过敏性鼻炎：鼻用糖皮质激素抗组胺药-减充剂/抗组胺药避免过敏原/刺激物血管运动性鼻炎：鼻用嗅化异丙托品感染后鼻炎：第一代抗组胺药-减充剂鼻用嗅化异丙托品慢性鼻窦炎：抗生素+抗组胺药-减充剂

上呼吸道咳嗽综合症治疗原则避免接触过敏原;

阻断或减轻炎症反应和分泌物的产生;

治疗感染;

纠正结构异常

诊断为UACS诱发咳嗽的患者,如果第一代抗组胺药物和(或)减充血剂(A/D)的经验性治疗没有效果,下一步应进行鼻窦的影像学检查吸入皮质醇，减轻气道炎症和气道反应性白三烯受体拮抗剂，

受体激动剂，治疗夜间阵发性咳嗽一般不用祛痰药、中枢性止咳药和抗生素咳嗽变异性哮喘

(Coughvariantasthma)吸入性糖皮质激素及白三烯拮抗药物有效对支气管扩张药物无效嗜酸细胞性支气管炎避免反复呼吸道感染

受体激动剂或溴化异丙托品缓解咳嗽必要时可吸入糖皮质激素一般在1岁后逐渐好转

感染后气道高反应性加强喂养指导稠厚食品鼻饲喂养吞咽协调障碍1.针对性抗病原治疗2.治疗局部慢性病灶3.调节机体免疫状态4.加强营养与锻炼

慢性迁移性感染重视病史与体检，包括耳鼻咽喉和消化系统疾病。根据病史与体检结果选择有关检查，由简单到复杂。先检查常见病，后少见病。诊断和治疗两者应同步或顺序进行。如前者条件不具备时，根据临床特征进行诊断性治疗，并根据治疗反应确定咳嗽病因，治疗无效时再选择有关检查。慢性咳嗽的病因诊断原则

1．病史和查体，通过病史询问缩小诊断范围

2．常规X线胸片检查

3．胸片有明显病变者,可根据病变的形态、性质选择进一步检查。

4．胸片无明显病变者，如被动吸烟、环境刺激物，则脱离刺激物的接触，观察4周。咳嗽仍未缓解或无上述诱发因素，则进入下一步诊断程序。

慢性咳嗽病因诊断流程具体步骤：5．肺通气功能+支气管激发试验，诊断和鉴别哮喘通气功能正常、激发试验阴性，进行诱导痰检查

6．怀疑呼吸道过敏者，可行变应原皮试、血清IgE

和咳嗽敏感性检测。7．存在鼻后滴流或频繁清喉时，可先按UACS治疗，联合使用第一代H1受体阻断剂和鼻减充血剂。对变应性鼻炎可加用鼻腔吸入糖皮质激素。治疗1～2周症状无改善者，可摄鼻窦CT或鼻咽镜

8．对于饮水或喂奶呛咳者，可考虑改用稠厚食品，必要时进行短期鼻饲喂养。

9．上述检查仍未确诊，或试验治疗仍继续咳嗽者，应考虑进行高分辨率CT和纤支镜以及心脏超声检查，除外支气管扩张症、支气管内膜结核及左心功能不全等疾病。

10．反复发作的慢性咳嗽患者，夜间不咳，较敏感，如上述各项检查和针对性治疗均无效时，应除外心因性咳嗽。

注意点：

1．经相应治疗后咳嗽缓解，病因诊断方能确立。

2．部分患者可同时存在多种病因。如果患者治疗后，咳嗽症状部分缓解，应考虑是否同时合并其它病因谢谢第三节分析文体特征和表现手法2大考点书法大家启功自传赏析中学生，副教授。博不精，专不透。名虽扬，实不够。高不成，低不就。瘫偏‘左’，派曾‘右’。面微圆，皮欠厚。妻已亡，并无后。丧犹新，病照旧。六十六，非不寿。八宝山，渐相凑。计平生，谥曰陋。身与名，一起臭。【赏析】寓幽默于“三字经”，名利淡薄，人生洒脱，真乃大师心态。1.实用类文本都有其鲜明的文体特征，传记的文体特征体现为作品的真实性和生动性。传记的表现手法主要有以下几个方面：人物表现的手法、结构技巧、语言艺术和修辞手法。2.在实际考查中，对传记中段落作用、细节描写、人物陪衬以及环境描写设题较多，对于材料的选择与组织也常有涉及。3.考生复习时要善于借鉴小说和散文的知识和经验，同时抓住传记的主旨、构思以及语言特征来解答问题。传记的文体特点是真实性和文学性。其中，真实性是传记的第一特征，写作时不允许任意虚构。但传记不同于一般的枯燥的历史记录，它具有文学性，它通过作者的选择、剪辑、组接，倾注了爱憎的情感；它需要用艺术的手法加以表现，以达到传神的目的。考点一分析文体特征从哪些方面分析传记的文体特征？一、选材方面1.人物的时代性和代表性。传记里的人物都是某时代某领域较

突出的人物。2.选材的真实性和典型性。传记的材料比较翔实，作者从传主

的繁杂经历中选取典型的事例，来表现传主的人格特点，有

较强的说服力。3.传记的材料可以是重大事件，也可以是日常生活小事。[知能构建]二、组材方面1.从时序角度思考。通过抓时间词语，可以迅速理清文章脉络，

把握人物的生活经历及思想演变过程。2.从详略方面思考。组材是与主题密切相关的。对中心有用的，

与主题特别密切的材料，是主要内容，则需浓墨重彩地渲染，

要详细写；与主题关系不很密切的材料，是次要内容，则轻

描淡写，甚至一笔带过。三、句段作用和标题效果类别作用或效果开头段内容：开篇点题，渲染气氛，奠定基调，表明情感。结构：总领下文，统摄全篇；与下文某处文字呼应，为下文做铺垫或埋下伏笔；与结尾呼应。中间段内容：如果比较短，它的作用一般是总结上文，照应下文；如果比较长，它的作用一般是扩展思路，丰富内涵，具体展示，深化主题。结构：过渡，承上启下，为下文埋下伏笔、铺垫蓄势。结尾段内容：点明中心，深化主题，画龙点睛，升华感情、卒章显志，启发思考。结构：照应开头；呼应前文；使结构首尾圆合。标题①突出了叙述评议的对象。②设置悬念，激发读者的阅读兴趣。③表现了传主的精神或品质。④点明了主旨，表达了作者的情感。⑤运用修辞，使文章内涵丰富，意蕴深刻，增加了文章的厚度与深度。四、语言特色角度分析鉴赏传记的类别自传采用第一人称，语言或幽默调侃或自然亲切；他传采用第三人称，语言或朴实自然或文采斐然。语意和句式句子中的关键词所包含的情感、态度等，整句与散句、推测与肯定、议论与抒情、祈使与反问等特殊句式，往往有着不同一般的表现力。这些都是分析语言的切入点。修辞的角度修辞一般是用来加强语言的表现力的。抓住修辞特点，就能从语言的表达效果上加以体味。语言风格含蓄与明快、文雅与通俗、生动与朴实、富丽与素淡、简洁与繁复等。1.(2015·新课标全国卷Ⅰ)阅读下面的文字，完成后面的题目。[即学即练]朱东润自传1896年我出生在江苏泰兴一个失业店员的家庭，早年生活艰苦，所受的教育也存在着一定的波折。21岁我到梧州担任广西第二中学的外语教师，23岁调任南通师范学校教师。1929年4月间，我到武汉大学担任外语讲师，从此我就成为大学教师。那时武汉大学的文学院长是闻一多教授，他看到中文系的教师实在太复杂，总想来一些变动。用近年的说法，这叫作掺沙子。我的命运是作为沙子而到中文系开课的。大约是1939年吧，一所内迁的大学的中文系在学年开始，出现了传记研究这一个课，其下注明本年开韩柳文。传记文学也好，韩柳文学也不妨，但是怎么会在传记研究这个总题下面开韩柳文呢？在当时的大学里，出现的怪事不少，可是这一项多少和我的兴趣有关，这就决定了我对于传记文学献身的意图。《四库全书总目》有传记类，指出《晏子春秋》为传之祖，《孔子三朝记》为记之祖，这是三百年前的看法，现在用不上了。有人说《史记》《汉书》为传记之祖，这个也用不上。《史》《汉》有互见法，对于一个人的评价，常常需要通读全书多卷，才能得其大略。可是在传记文学里，一个传主只有一本书，必须在这本书里把对他的评价全部交代。是不是古人所作的传、行状、神道碑这一类的作品对于近代传记文学的写作有什么帮助呢？也不尽然。古代文人的这类作品，主要是对于死者的歌颂，对于近代传记文学是没有什么用处的。这些作品，毕竟不是传记文学。除了史家和文人的作品以外，是不是还有值得提出的呢？有的，这便是所谓别传。别传的名称，可能不是作者的自称而是后人认为有别于正史，因此称为“别传”。有些简单一些，也可称为传叙。这类作品写得都很生动，没有那些阿谀奉承之辞，而且是信笔直书，