Communication Protocol Specification and Verification

پروتکل‌های ارتباطی قوانینی هستند که به موجب آنها می‌توان ارتباطات معنی‌داری را بین نهادهای ارتباطی مختلف رد و بدل کرد. به طور کلی، طراحی و اجرای آنها پیچیده و دشوار است. مشخصات پروتکل‌های ارتباطی نوشته شده به زبان طبیعی (مثلاً انگلیسی) می‌تواند نامشخص یا مبهم باشد و ممکن است در معرض تفاسیر متفاوت باشد. در نتیجه، پیاده سازی های مستقل از همان پروتکل ممکن است ناسازگار باشند. علاوه بر این، پیچیدگی پروتکل ها تجزیه و تحلیل آنها را به روشی غیررسمی بسیار سخت می کند. بنابراین، نیاز به مشخصات دقیق و بدون ابهام با استفاده از برخی از زبان‌های رسمی وجود دارد.
بسیاری از پیاده سازی های پروتکل مورد استفاده در این زمینه تقریباً از شکست هایی مانند بن بست رنج می برند. وقتی شرایطی که پروتکل‌ها در آن به درستی کار می‌کنند تغییر کرده باشد، هیچ روش کلی برای تعیین نحوه عملکرد آنها در شرایط جدید وجود ندارد. برای طراحان پروتکل لازم است که تکنیک ها و ابزارهایی برای تشخیص خطاها در مرحله اولیه طراحی داشته باشند، زیرا هر چه در مراحل بعدی یک خطا کشف شود، هزینه اصلاح آن بیشتر می شود.
راستی‌آزمایی پروتکل فرآیندی است برای بررسی اینکه آیا تعاملات موجودیت‌های پروتکل، طبق مشخصات پروتکل، واقعاً ویژگی‌ها یا شرایط خاصی را برآورده می‌کنند که ممکن است کلی (مثلاً عدم وجود بن‌بست) یا خاص برای سیستم پروتکل خاص باشد. به طور مستقیم از مشخصات مشتق شده است.
در دهه 80، یک گروه کاری ISO (سازمان بین‌المللی استاندارد) برنامه‌ای را برای توسعه زبان‌های رسمی که برای اتصال سیستم‌های باز (OSI) مناسب بودند، آغاز کرد. این گروه چنین زبان هایی را تکنیک های توصیف رسمی (FDT) نامیدند. برخی از اهداف ISO در توسعه FDTها عبارت بودند از: امکان نوشتن توضیحات واضح، واضح و دقیق از استانداردهای پروتکل OSI و اجازه دادن به تأیید صحت چنین مشخصاتی. دو FDT استاندارد شده توسط ISO وجود دارد: LOTOS و Estelle.
مشخصات و تأیید پروتکل ارتباطی برای رسیدگی به دو موضوع مورد بحث در بالا نوشته شده است: نیاز به تعیین پروتکل با استفاده از FDT و تأیید صحت آن به منظور کشف خطاهای مشخصات در مراحل اولیه فرآیند توسعه پروتکل. خوانندگان در درجه اول متشکل از دانشجویان پیشرفته کارشناسی، دانشجویان کارشناسی ارشد، توسعه دهندگان نرم افزار ارتباطی، مهندسان مخابرات، مدیران EDP، محققان و مهندسان نرم افزار هستند. این کتاب به عنوان یک کتاب درسی پیشرفته در مقطع کارشناسی یا کارشناسی ارشد و مرجعی برای متخصصان پروتکل ارتباطی در نظر گرفته شده است.

Communication protocols are rules whereby meaningful communication can be exchanged between different communicating entities. In general, they are complex and difficult to design and implement. Specifications of communication protocols written in a natural language (e.g. English) can be unclear or ambiguous, and may be subject to different interpretations. As a result, independent implementations of the same protocol may be incompatible. In addition, the complexity of protocols make them very hard to analyze in an informal way. There is, therefore, a need for precise and unambiguous specification using some formal languages.
Many protocol implementations used in the field have almost suffered from failures, such as deadlocks. When the conditions in which the protocols work correctly have been changed, there has been no general method available for determining how they will work under the new conditions. It is necessary for protocol designers to have techniques and tools to detect errors in the early phase of design, because the later in the process that a fault is discovered, the greater the cost of rectifying it.
Protocol verification is a process of checking whether the interactions of protocol entities, according to the protocol specification, do indeed satisfy certain properties or conditions which may be either general (e.g., absence of deadlock) or specific to the particular protocol system directly derived from the specification.
In the 80s, an ISO (International Organization for Standardization) working group began a programme of work to develop formal languages which were suitable for Open Systems Interconnection (OSI). This group called such languages Formal Description Techniques (FDTs). Some of the objectives of ISO in developing FDTs were: enabling unambiguous, clear and precise descriptions of OSI protocol standards to be written, and allowing such specifications to be verified for correctness. There are two FDTs standardized by ISO: LOTOS and Estelle.
Communication Protocol Specification and Verification is written to address the two issues discussed above: the needs to specify a protocol using an FDT and to verify its correctness in order to uncover specification errors in the early stage of a protocol development process. The readership primarily consists of advanced undergraduate students, postgraduate students, communication software developers, telecommunication engineers, EDP managers, researchers and software engineers. It is intended as an advanced undergraduate or postgraduate textbook, and a reference for communication protocol professionals.