网络协议工程第2章-协议设计(1-协议模型)

南京邮电大学第2章协议设计（1-协议模型）第2章协议设计（1－协议模型）2内容提要协议设计概述1协议模型2第2章协议设计（1－协议模型）3协议设计概述协议设计的含义？协议设计是是一件很困难的事情Example:ClaytonTunnelProtocolExample:蓝军与白军作战问题第2章协议设计（1－协议模型）4协议例子England,1841,WilliamCookeTelegraph（电报）insteadofOpticaltelegraphforRailwayTunnelProtection,节省成本（只需1/10）和提高速度。Purpose:avoidthatmorethanonetrainisinthetunnelatthesametimeFirstlyusedonseverallinesoftheGreatWesternRailwaysinEngland.第2章协议设计（1－协议模型）5电报(Telegraph)基本原理，1753，C.M给Scots杂志的信中描述了一个使用一些平行电线来通信的电子电报。1830，英国MichaelFaraday和美国JosephHenry发现了电磁感应1837，WilliamCooke利用电流来使处在接收端磁场中的罗盘指针发生偏转，从而得到信号。1837年6月12日，第一个电报系统的专利，“五磁针信号系统”。1842年，Cooke“火车可以无所畏惧地行驶，而无论其时间是否正确，也不管其是否在正确的轨道上，因为在使用该系统后，其速率总可以及时地降下来，从而避免碰撞”第2章协议设计（1－协议模型）6协议例子England,1841,WilliamCookeTelegraph（电报）insteadofOpticaltelegraphforRailwayTunnelProtection,节省成本（只需1/10）和提高速度。Purpose:avoidthatmorethanonetrainisinthetunnelatthesametimeFirstlyusedonseverallinesoftheGreatWesternRailwaysinEngland.第2章协议设计（1－协议模型）7协议例子semaphoreswithblock-intervalsystem(空闲/阻塞信号系统)turntoredautomaticallyasatrainpassessettogreenbyhandafterwardssignalmenonbothendslinkedbytelegraphiclinemalfunctionofblock-intervalsystemsignalledbyabellredandwhiteflagstoreplacemalfunctioningsemaphore第2章协议设计（1－协议模型）8协议例子：报文(Messages)Message:TT:TraininTunnelTF:TunnelisFreeTL:HastheTrainlefttheTunnel?第2章协议设计（1－协议模型）9协议例子：差错控制ErrorFreeFunctioningtrainenterstunnel,signalmanAsendsTTtoBtrainleavesthetunnel,BsendsTFtoAAsetssemaphoretogreenbyhandUnderErrorSituationtrainenterstunnel,AsendsTTtoBbellrings,Ashowsredflagtonexttraintrainleavesthetunnel,BsendsTFtoAAshowswhiteflagtonexttrain第2章协议设计（1－协议模型）10协议例子：事故(Accident)OnedayinAugust1861atClaytonTunnel...train-1enterstunnel,block-intervalsystemfails(failstosetthesignaltored),sothebellwarnssignalmanA,thenAsendsTTtoB,thenfetchestheredflagtowarnthenexttrain.train-2comestoofast,andcouldnotstopintime,hasalreadypassedthegreensignal.Fortunately,itsdrivercatchesaglimpseoftheredflagjustintimeasheentersthetunnel.train-3seestheredflagandstopsbeforethetunnelentrance.第2章协议设计（1－协议模型）11协议例子：事故（Accident)AsendsanotherTTtoB(fortrain-2)BdoesnotunderstandsecondTT(becausetheprotocoldidnotaccountforthiseventsothemeaningoftwosbusequentTThadnotbeenspecified.)AsendsTL(hasthetrainleftthetunnel?)toBBseestrain-1andsendsTF第2章协议设计（1－协议模型）12协议例子：事故（Accident)Athinkstrain-2leftthetunnelandshowswhiteflagtotrain-3train-2hadseenredflagbefore,isafraidandtriestoreturntopositionAAftersomedeliberation.第2章协议设计（1－协议模型）13协议例子：事故（Accident)Resulttrain-3andtrain-2crashed:21peoplediedand176gotinjuredThesetofinstructionsgiventothesignalmenwasincomplete,whichleadstotheaccident第2章协议设计（1－协议模型）14协议例子：LessonsAhistorianofrailwaydisasters(Nock,1967)：“Onecanalmosthearthesamecommentbeingmadetimeaftertime.’Icouldnotimaginethatcouldeverhappen.’Yetbitterexperienceshowedthatitcould,andgraduallytheregulationsandrailwayengineeringpracticewereelaborated.”Protocol:UseUndernormalcircumstancesandthatallowedforasaferecoveryfromunexpectedevents.第2章协议设计（1－协议模型）15协议例子：Lessons(Cont.)eventhemostsimpleprotocolsmaycontainerrorsprotocolsmustbefullyverifiedbeforetheyareputinoperationtechniquestostructure,design,analyseandverifyprotocolsarenecessary第2章协议设计（1－协议模型）16一个简单的网络协议(蓝军与白军)谢希仁教授《计算机网络》上的一道作业题：占据两个山顶的蓝军与驻扎在这两个山之间的山谷的白军作战。其力量对比是：一个山顶上的蓝军打不过白军，但两个山顶的蓝军协同作战则可战胜白军。一个山顶上的蓝军拟于次日正午向白军发起攻击。于是发送电文给另一山顶上的友军。但通信线路很不好，电文出错或丢失的可能性较大。因此要求收到电文的友军必须送回一个确认电文。但此确认电文也可能出错或丢失。试问能否设计出一种协议使得蓝军能够实现协同作战因而一定(即100%)取得胜利？第2章协议设计（1－协议模型）17明日正午进攻明日正午进攻如果情况如上所述，次日蓝军1和蓝军2的协同进攻必定获胜。但情况并非如此简单。因为所发的报文可能会丢失。明日正午进攻丢失!白军蓝军1蓝军2因此蓝军1必须在收到蓝军2的确认后才能进攻第2章协议设计（1－协议模型）18明日正午进攻确认明日正午进攻确认因此，收到报文后必须加以确认但这个确认报文也可能丢失：确认丢失!白军蓝军1蓝军2故蓝军2必须要收到蓝军1发出的对此“确认”的确认，才能知道发送出的确认是否被蓝军1正确收到。第2章协议设计（1－协议模型）19明日正午进攻确认明日正午进攻确认因此蓝军1收到确认报文后应发送对此确认的确认。对“确认”的确认对“确认”的确认蓝军1无法知道最后发送的这个确认是否被蓝军2收到，仍需收到蓝军2发来的确认才行！白军蓝军1蓝军2第2章协议设计（1－协议模型）20白军蓝军1蓝军2协议必须能够应付所有的（而不是部分的）不利情况像这样简单的问题居然无法设计出一种协议来解决。第2章协议设计（1－协议模型）21内容提要协议设计概述1协议模型2第2章协议设计（1－协议模型）22协议模型分层设计，n层协议模型(n+1)实体(n)实体(n+1)实体(n)实体(n)协议提供(n-1)服务提供(n)服务(n)服务用户(n)服务提供者通过(n-1)连接进行通信(n+1)层(n-1)层(n)层nSAP(n-1)SAPnSAP(n-1)SAP(n-1)SPs(n-1)SPs(n)SPs(n)SPs(n)PDUs在OSI中，实体(entity)表示任何可以发送和接收信息的硬件或软件进程。在许多情况下，实体就是一个特定的模块。两个(n)实体在(n)协议的控制下的通信，使(n)层能够向上一层(n+1)提供服务。这种服务就是(n)服务。接受(n)服务的是上一层实体，即(n+1)实体。它们也称为(n)用户或更严格些是(n)服务用户。第2章协议设计（1－协议模型）23协议模型分层设计，n层协议模型(n+1)实体(n)实体(n+1)实体(n)实体(n)协议提供(n-1)服务提供(n)服务(n)服务用户(n)服务提供者通过(n-1)连接进行通信(n+1)层(n-1)层(n)层nSAP(n-1)SAPnSAP(n-1)SAP(n-1)SPs(n-1)SPs(n)SPs(n)SPs(n)PDUs一个(n)实体向上一层所提供的服务由以下三部分构成：(1)(n)实体自己提供的某些功能。(2)从(n-1)层及其以下各层以及本地系统环境得到的服务。(3)通过与处在另一系统中的对等(n)实体的通信而得到的服务。将(n)层对等实体之间，为实现该层协议所交换的信息单元称为协议数据单元PDU(ProtocolDataUnit)。通常将第n层的协议数据单元记为(n)PDU。第2章协议设计（1－协议模型）24PDUsPDU通常由2部分构成：用户数据和协议控制信息PCI(ProtocolControlInformation)。PCI一般作为首部加在用户数据的前面，但有时也可作为尾部加在用户数据的后面，例如检验和(checksum)常放在尾部。两种类型：数据PDU控制PDU，不携带用户数据。在不同的协议层次中，PDU还有一些其它的表示法。物理层：比特(bit)；数据链路层：帧(frame)或信元(cell)；网络层：分组或包(packet)运输层：报文(Message)第2章协议设计（1－协议模型）25PDUs(Cont.)TwoStyles：AbstractPDU•ProtocolControlInformation（PCI）•UserdataConcretePDU•MappingofabstractPDUontobitpatterns(PDU