Algebraic Specification of Communication Protocols pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Mauw, S.; Veltink, G. J.;

出品人:

页数:212

译者:

出版时间:2008-12-11

价格:USD 45.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521088121

丛书系列:Cambridge Tracts in Theoretical Computer Science

图书标签:

代数规范
通信协议
形式化方法
协议验证
抽象数据类型
离散数学
计算机科学
理论计算机科学
软件工程
协议设计

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具体描述

Modern computer networks now circle the world, but the transmission of information between them depends on the many different protocols that define the behaviour of the sender and receiver. It is clear therefore, that the accurate description of these protocols is important if harmonious communication is to be maintained. In this book the authors use the formal specification language PSF to provide an unambiguous description of several communication protocols of varying levels of complexity, ranging from the alternating bit protocol to the token ring protocol. Beginners, as well as professionals in the field of communication protocols, will benefit from both the methods of specification described and the protocols discussed in this book.

好的，以下是《代数规格化通信协议》这本书的详细内容介绍，不包含您提到的书名中的任何具体信息：《通信系统与形式化方法：构建可靠性与性能的基石》内容概述本书深入探讨了现代通信协议设计、分析与验证领域中的核心理论与实践，重点聚焦于如何运用严谨的数学工具和形式化方法来确保通信系统的正确性、可靠性与效率。在当代复杂网络环境中，协议的错误可能导致灾难性的后果，从数据丢失到系统崩溃，因此，采用精确的建模和推理技术至关重要。本书旨在为计算机科学、通信工程以及软件工程领域的读者提供一个全面而深入的视角，理解如何从抽象层面构建健壮的通信蓝图，并将其转化为高效的实现。全书内容组织严密，从基础概念的引入到高级应用和新兴技术，层层递进。它不仅关注协议的功能正确性（即是否满足预期的通信语义），还深入探讨了性能分析（如吞吐量、延迟）与资源管理（如带宽、能耗）之间的权衡。 --- 第一部分：通信基础与建模范式本部分奠定全书的理论基础，回顾了通信系统的基本架构，并详细介绍了多种形式化建模方法论，为后续更复杂的协议分析做准备。第一章：通信系统架构回顾本章首先梳理了OSI参考模型和TCP/IP协议栈的演变，重点剖析了不同层次协议（物理层、数据链路层、网络层、传输层）的关键功能与面临的挑战。特别讨论了现代异构网络（如移动网络、传感器网络）对传统协议模型的冲击。同时，引入了异步通信、同步通信的概念，以及消息传递的原子性与可靠性问题。第二章：形式化方法入门：理论基石详细介绍了进行严格协议验证所必需的数学工具。这包括离散数学的基础、集合论、关系代数，以及有限状态机（FSM）和Petri网作为基础建模工具的优缺点。本章强调了建模的抽象层次选择的重要性，即如何在保持足够细节以捕捉关键行为与避免状态爆炸之间取得平衡。第三章：行为描述与并发性并发是通信系统的核心特征，本章专注于描述并发系统的数学工具。引入了进程代数（如CCS或CSP的简化版本）的概念，用以描述多个独立实体的交互行为。重点讲解了状态空间爆炸问题，并介绍了避免或管理此问题的初步策略，如归约法和抽象化。 --- 第二部分：协议的精确规格与验证本部分是全书的核心，致力于介绍如何使用精确的数学结构来定义协议的行为，并系统性地验证其属性。第四章：通信协议的抽象规格本章着重于使用高阶逻辑工具来构建协议的正式规格。探讨了如何使用基于时间、事件驱动的逻辑系统（如时序逻辑 LTL 或 CTL）来表达协议的安全性（Safety，例如“绝不发生死锁”）和活性（Liveness，例如“最终会成功传输数据”）属性。详细讲解了如何将一个高层通信需求转化为可验证的逻辑公式。第五章：模型检验技术：自动化验证的引擎系统地介绍了模型检验（Model Checking）技术在协议验证中的应用。从算法原理出发，讲解了如何通过遍历状态空间来验证模型是否满足给定的规格。重点剖析了判定性算法（如迭代消除无效状态）的机制，并讨论了针对大规模通信系统的模型检验工具的选择与局限性。第六章：验证的挑战与优化识别并解决模型检验中的实际难题。本章深入探讨了状态空间爆炸的实际解决方案，包括符号化模型检验、界限模型检验（Bounded Model Checking）的应用，以及抽象解释（Abstract Interpretation）在提炼关键信息方面的作用。此外，还探讨了如何处理具有无限状态空间的协议（如具有无限缓冲区的系统）。 --- 第三部分：性能、资源与安全维度将规格化的视角从纯粹的功能正确性扩展到实际运行的质量属性，即性能与安全性。第七章：性能评估的量化分析协议的效率至关重要。本章引入了概率模型和随机过程来分析协议的动态行为。讨论了如何将协议模型转化为概率模型（如马尔可夫链），并计算关键性能指标，如平均等待时间、吞吐量和资源利用率。重点分析了拥塞控制机制在这些模型下的行为。第八章：面向资源受限环境的协议设计随着物联网和边缘计算的兴起，资源受限设备上的协议设计变得尤为重要。本章探讨了如何在规格化过程中嵌入能量消耗和带宽限制的约束。介绍了一些轻量级通信原语的设计原则，并使用形式化方法来确保这些精简协议在低功耗/低带宽下的可靠性。第九章：安全属性的形式化分析通信协议必须抵御恶意攻击。本章将安全模型纳入规格框架。讲解了如何使用特定逻辑（如安全规约逻辑）来形式化描述机密性、完整性、认证性等安全目标。讨论了如何识别和验证协议中的漏洞，例如重放攻击、中间人攻击的规约描述与检测方法。 --- 第四部分：高级话题与未来趋势本部分展望了通信协议规格化领域的当前研究前沿和未来发展方向。第十章：分布式系统的协同规格随着服务导向架构（SOA）和微服务的发展，系统更多地依赖于松耦合的分布式组件。本章探讨了如何对大规模、分布式、动态连接的通信结构进行整体规格化，强调契约式设计（Contract-based Design）在维护系统一致性中的作用。第十一章：基于学习与反馈的协议优化探讨了将机器学习和强化学习技术与形式化方法相结合的前沿研究。讨论了如何利用学习到的数据来指导规格的细化，或如何利用形式化验证的结果来指导学习过程，以实现更智能、自适应的通信协议。第十二章：工具生态系统与实践案例本章以案例研究的形式，展示了如何将前述理论应用于实际的通信协议（例如，特定网络层的握手协议或路由协议）。详细介绍了当前领先的规格化与验证工具集，包括其工作流程、输入格式以及如何将形式化结果转化为可执行代码的桥梁。本书特点理论深度与工程实践的结合：既有严格的数学推导，也提供了解决实际工程问题的具体方法论。跨学科视角：融合了计算机科学、数学逻辑和通信工程的知识体系。聚焦可靠性：旨在培养读者构建“一次正确”协议的能力，减少后期调试和安全审计的成本。本书适合作为高等院校计算机科学、通信工程、软件工程专业研究生课程的教材或参考书，同时也为协议设计工程师、系统架构师以及网络安全研究人员提供了一个强有力的理论框架和工具箱。