网络协议分析.docx
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网络协议分析
网络协议分析
姓名
学号：
班级
1、实验题目
（1）验证数据链路层协议的安全性
（2）AB协议
（3）GO-BACK-N协议
二、实验环境搭载
在windows下安装spin，将spin.exe的路径添加到环境变量path中，若电脑有gcc，则直接将其路径写入path，若无则安装Dev-c++，将其内所包含的gcc写入path。
然后运行xspin525.tcl，即可启动spin完成实验。
3、实验目的
1.学习PROMELA语言，并用它描述常见协议并验证。
2.练习协议工具spin的使用，并对协议的执行进行模拟。
4、编程实现
1.数据链路层的协议正确性验证
协议条件分为报文应答会出错且丢失，因此信道共有五中形式的信号，即发送的数据信号、ACK信号、NAK信号，丢失信号和出错信号；定义两个信道，用在发送方实体和接收方实体进行数据传送；定义两个进程，分别是发送方进程和接受进程，发送方在接受到错误的信号或ACK序列号不匹配时，进行重传。
接收方，收到错误信息时，发送Err，NAK，Mis信号，正确时返回ACK信号。
具体程序如下：
proctypeSENDER（chanInCh,OutCh）
{
byteSendData;
byteSendSeq;
byteReceivedSeq;
SendData=5-1;
do
:
:
SendData=（SendData+1）%5;
again:
if
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Msg（SendData,SendSeq）
:
:
OutCh!
Err（0,0）
:
:
OutCh!
Mis（0,0）
fi;
if
:
:
timeout->gotoagain
:
:
InCh?
Mis（0,0）->gotoagain
:
:
InCh?
Err（0,0）->gotoagain
:
:
InCh?
Nak（ReceivedSeq,0）->gotoagain
:
:
InCh?
Ack（ReceivedSeq,0）->
if
:
:
（ReceivedSeq==SendSeq）->gotoprogress
:
:
（ReceivedSeq!
=SendSeq）->end2:
gotoagain
fi
fi;
progress:
SendSeq=1-SendSeq;od;}
proctypeRECEIVER（chanInCh,OutCh）
{
byteReceivedData;
byteReceivedSeq;
byteExpectedData;
byteExpectedSeq;
do
:
:
InCh?
Msg（ReceivedData,ReceivedSeq）->
if
:
:
（ReceivedSeq==ExpectedSeq）->
assert（ReceivedData==ExpectedData）;
progress:
ExpectedSeq=1-ExpectedSeq;
ExpectedData=（ExpectedData+1）%5;
if
:
:
OutCh!
Mis（0,0）
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Ack（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Err（0,0）;
ExpectedSeq=1-ExpectedSeq;
ExpectedData=（ExpectedData+4）%5;
fi
:
:
（ReceivedSeq!
=ExpectedSeq）->
if
:
:
OutCh!
Mis（0,0）;
:
:
OutCh!
Nak（ReceivedSeq,0）;
:
:
OutCh!
Err（0,0）;
fi
fi
:
:
InCh?
Err（0,0）->OutCh!
Nak（ReceivedSeq,0）;
:
:
InCh?
Mis（0,0）->skip;
od;
}
init
{
runSENDER（ReceiverToSender,SenderToReceiver）;
runRECEIVER（SenderToReceiver,ReceiverToSender）;
}
2.AB协议
根据AB协议状态转换图用PROMELA语言进行描述。
其中由于S1状态和S3状态发送的信息是一致的，故将两个状态合一。
定义两个发送和两个接收进程，分为A发送B接收，B发送A接收。
具体程序如下：
mtype={Err,a,b};
chanSenderToReceiver=[1]of{mtype,byte};
chanReceiverToSender=[1]of{mtype,byte};
proctypeA_SENDER（chanInCh,OutCh）
{
S5:
if
:
:
OutCh!
a（0）
:
:
OutCh!
Err（0）
fi;
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
b（0）->gotoS1
:
:
InCh?
b
（1）->gotoS1
fi;
S1:
if
:
:
OutCh!
a
（1）
:
:
OutCh!
Err（0）
fi;
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
b
（1）->gotoS1
:
:
InCh?
b（0）->gotoS1
fi;
}
proctypeB_RECEIVER（chanInCh,OutCh）
{
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
a（0）->gotoS1
:
:
InCh?
a
（1）->gotoS1
fi;
S5:
if
:
:
OutCh!
b（0）
:
:
OutCh!
Err（0）
fi;
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
a（0）->gotoS1
:
:
InCh?
a
（1）->gotoS1
fi;
S1:
if
:
:
OutCh!
b
（1）
:
:
OutCh!
Err（0）
fi;
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
a
（1）->gotoS1
:
:
InCh?
a（0）->gotoS1
fi;
}
proctypeB_SENDER（chanInCh,OutCh）
{
S5:
if
:
:
OutCh!
b（0）
:
:
OutCh!
Err（0）
fi;
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
a（0）->gotoS1
:
:
InCh?
a
（1）->gotoS1
fi;
S1:
if
:
:
OutCh!
b
（1）
:
:
OutCh!
Err（0）
fi;
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
a
（1）->gotoS1
:
:
InCh?
a（0）->gotoS1
fi;
}
proctypeA_RECEIVER（chanInCh,OutCh）
{
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
b（0）->gotoS1
:
:
InCh?
b
（1）->gotoS1
fi;
S5:
if
:
:
OutCh!
a（0）
:
:
OutCh!
Err（0）
fi;
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
b（0）->gotoS1
:
:
InCh?
b
（1）->gotoS1
fi;
S1:
if
:
:
OutCh!
a
（1）
:
:
OutCh!
Err（0）
fi;
if
:
:
InCh?
Err（0）->gotoS5
:
:
InCh?
b
（1）->gotoS1
:
:
InCh?
b（0）->gotoS1
fi;
}
init
{
atomic
{
runA_SENDER（ReceiverToSender,SenderToReceiver）;
runB_RECEIVER（SenderToReceiver,ReceiverToSender）;
}
/*atomic
{
runB_SENDER（ReceiverToSender,SenderToReceiver）;
runA_RECEIVER（SenderToReceiver,ReceiverToSender）;
}*/
}
3.GO-BACK-N协议
（1）初始化。
开网络层允许；
ack_expected=0（此时处于发送窗口的下沿）；
next_frame_to_send=0，frame_expected=0（初始化正在发送的帧和期待的帧序号）；
nbuffered=0（进行发送窗口大小初始化）；
（2）等待事件发生（网络层准备好，帧到达，收到坏帧，超时）。
（3）如果事件为网络层准备好，则执行以下步骤。
从网络层接收一个分组，放入相应的缓冲区；发送窗口大小加1；使用缓冲区中的数据分组、next_frame_to_send和frame_expected构造帧，继续发送；next_frame_to_send加1；跳转（7）；
（4）如果事件为帧到达，则从物理层接收一个帧，则执行以下步骤。
首先检查帧的seq域，若正是期待接收的帧（seq=frame_expected），将帧中携带的分组交给网络层，frame_expected加1；
然后检查帧的ack域，若ack落于发送窗口内，表明该序号及其之前所有序号的帧均已正确收到，因此终止这些帧的计时器，修改发送窗口大小及发送窗口下沿值将这些帧去掉，继续执行步骤（7）；
（5）如果事件是收到坏帧，继续执行步骤（7）。
（6）如果事件是超时，即：
next_frame_to_send=ack_expected，从发生超时的帧开始重发发送窗口内的所有帧，后继续执行步骤（7）。
（7）若发送窗口大小小于所允许的最大值（MAX-SEQ），则可继续向网络层发送，否则则暂停继续向网络层发送，同时返回互步骤
（2）等待。
具体程序如下：
#defineMaxSeq3
#defineWrong（x）
x=（x+1）%（MaxSeq）
#defineRight（x）
x=（x+1）%（MaxSeq+1）
#defineinc（x）
Right（x）
5
chanq[2]=[MaxSeq]of{byte,byte};
active[2]proctypep5（）
{
byteNextFrame,AckExp,FrameExp,r,s,nbuf,i;
chanin,out;
in=q[_pid];
out=q[1-_pid];
xrin;xsout;
do
:
:
nbuf
nbuf++;
out!
NextFrame,（FrameExp+MaxSeq）%（MaxSeq+1）;
inc（NextFrame）
:
:
q[_pid]?
r,s->
if
:
:
r==FrameExp->
printf（"MSC:
accept%d\n",r）
inc（FrameExp）
:
:
else
fi;
do
:
:
（（AckExp<=s）&&（snbuf--;
inc（AckExp）;
:
:
else->break
od
:
:
timeout->
NextFrame=AckExp;
printf（"MSC:
timeout\n"）;
i=1;
do
:
:
i<=nbuf->
out!
NextFrame,（FrameExp+MaxSeq）%（MaxSeq+1）;
inc（NextFrame）;
i++
:
:
else->break
od
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