1. 為什么建立UML模型范例

作為統(tǒng)一建模語言，UML可以幫助我們對很多業(yè)務(wù)、技術(shù)的知識進行梳理，從多個視角描述清楚，幫助讀者理解。另外因為UML的建模首先來自于軟件建模的需求，所以UML的模型很容易轉(zhuǎn)換為軟件的設(shè)計，這對于軟件開發(fā)者來說是一個天生的福利。

現(xiàn)在UML對于IT技術(shù)有關(guān)的建模已經(jīng)比較成功，例如：

• 用類圖建模 數(shù)據(jù)模型、程序結(jié)構(gòu)。
• 用活動圖建模業(yè)務(wù)流程、程序流程和運算過程等等。
• 用順序圖建模人員交互、程序模塊交互等等。
• 用狀態(tài)圖建?？刂茖ο蟮臓顟B(tài)邏輯。

但是一個完整的應(yīng)用，最重要的往往是專業(yè)性強的領(lǐng)域知識的建模。而這方面，可以公開看到的UML范例卻不多，這也就造成了UML建模的價值還沒有被充分的挖掘出來。

所以我們嘗試采用UML對各個領(lǐng)域的專業(yè)知識建模，期望能夠讓大家看到邏輯建模的重要性，以及在邏輯建模方面以面向?qū)ο笏枷霝楹诵牡腢ML建模的強大表達(dá)力。進而更多的采用UML提高描述、分析和設(shè)計能力。

雖然UML對邏輯建模具有很大的表達(dá)能力，但是各個專業(yè)領(lǐng)域自身、以及人們自發(fā)的描述方式也是非常重要的，而且一般是各種專業(yè)知識的首要表達(dá)方式。所以UML的建模不應(yīng)該成為已有描述形式的顛覆者，而更應(yīng)該是對已有描述的梳理，以更簡潔、更加精確、更加抽象的方式進行邏輯化描述。這樣可以對知識進行多個維度、多個層次的更加充分的挖掘和展示。因為我們這里主要關(guān)注UML的建模，但是也不想損失已有的知識描述，所以在UML之前的各種已有的知識的描述和建模方式，我們這里稱之為 “原生圖”。

所以我們對專業(yè)知識的建模采用2種方式：

• 原生圖：采用被建模領(lǐng)域的常見圖示，可以是專業(yè)圖，也可以是一些形象的示意圖。
• UML圖：采用UML建模，重點是邏輯的描述，更強調(diào)建模的簡潔性和清晰度。

為了更加充分的描述被建模對象，這里采用4個視角進行建模：

• 結(jié)構(gòu)視角：描述事物的構(gòu)成和關(guān)系，是一種靜態(tài)視圖。
• 過程視角：描述一個事物的行為過程，是一種動態(tài)視圖。
• 數(shù)據(jù)視角：描述行為過程中傳遞的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是靜態(tài)視圖， 數(shù)據(jù)的傳遞是一個動態(tài)視圖。
• 狀態(tài)視角：描述各種對象和行為的狀態(tài)變化，狀態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義，屬于靜態(tài)視圖，狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程，是一種動態(tài)視圖。
  

本文采用UML模型對TCP協(xié)議進行建模。主要涉及4個視圖：

1. 結(jié)構(gòu)視圖：描述該協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的節(jié)點和鏈接。
2. 過程視圖：描述基于該協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信的過程。
3. 數(shù)據(jù)視圖：描述通信相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和關(guān)系。
4. 狀態(tài)視圖：描述通信過程中的對象狀態(tài)。
5. TCP/IP協(xié)議簡介

TCP 協(xié)議是通信網(wǎng)絡(luò)傳輸層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議。為了充分的理解TCP按照TCP/IP的5層協(xié)議結(jié)構(gòu)，我們看看各層通信協(xié)議的職責(zé)，如下圖所示：

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議）是指能夠在多個不同網(wǎng)絡(luò)間實現(xiàn)信息傳輸?shù)膮f(xié)議簇。TCP/IP協(xié)議不僅僅指的是TCP 和IP兩個協(xié)議，而是指一個由FTP、SMTP、TCP、UDP、IP等協(xié)議構(gòu)成的協(xié)議簇， 只是因為在TCP/IP協(xié)議中TCP協(xié)議和IP協(xié)議最具代表性，所以被稱為TCP/IP協(xié)議。

TCP/IP五層模型說明：

通信過程中最重要的數(shù)據(jù)就是在各個通信協(xié)議層次傳遞的數(shù)據(jù)。如下是一個要發(fā)送的消息通過各個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層的過程中被逐步添加相應(yīng)協(xié)議信息的示意圖：

較高的層將信息傳遞給較低的層。每一層都將被稱為header的信息添加到傳遞給它的數(shù)據(jù)中。此header包含圖層執(zhí)行其工作所需的信息。我們將從應(yīng)用程序?qū)娱_始。

我們更關(guān)注各個層次數(shù)據(jù)的逐步累加過程，為了讓表達(dá)累加過程中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的變化，采用UML的類圖，對各個層次的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行建模如下：

各個網(wǎng)絡(luò)通信層次對消息的處理過程采用UML的活動圖描述其中的數(shù)據(jù)流如下：

活動圖描述：

3. UML建模圖例

下面采用UML的4個視圖建模TCP通信協(xié)議。

3.1 結(jié)構(gòu)視圖

主要描述TCP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)通信相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和連接，采用UML的復(fù)合結(jié)構(gòu)圖建模如下：

3.2 過程視圖

過程視圖主要描述2各層次：

• 整個網(wǎng)絡(luò)通信的過程
• TCP傳輸?shù)倪^程

TCP通信過程

建立連接

通過三次握手（3個消息）建立客戶端和服務(wù)端的連接：

1. 客戶端發(fā)出建立連接請求，
2. 服務(wù)端響應(yīng)
3. 客戶端確認(rèn)收到響應(yīng)

順序圖描述：

傳輸數(shù)據(jù)

如下是傳輸數(shù)據(jù)的圖示：

關(guān)閉連接

通過四次握手（4個消息）關(guān)閉客戶端和服務(wù)端的連接：

1. 客戶端發(fā)出關(guān)閉請求
2. 服務(wù)端確認(rèn)
3. 服務(wù)端發(fā)出關(guān)閉請求
4. 客戶端確認(rèn)

順序圖描述：

如下是來自于一篇網(wǎng)絡(luò)文章的關(guān)閉連接的過程描述：

• 第一次揮手：主動關(guān)閉方發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉主動方到被動關(guān)閉方的數(shù)據(jù)傳送，也就是主動關(guān)閉方告訴被動關(guān)閉方：我已經(jīng)不會再給你發(fā)數(shù)據(jù)了(當(dāng)然，在fin包之前發(fā)送出去的數(shù)據(jù)，如果沒有收到對應(yīng)的ack確認(rèn)報文，主動關(guān)閉方依然會重發(fā)這些數(shù)據(jù))，但此時主動關(guān)閉方還可以接受數(shù)據(jù)。
• 第二次揮手：被動關(guān)閉方收到FIN包后，發(fā)送一個ACK給對方，確認(rèn)序號為收到序號+1（與SYN相同，一個FIN占用一個序號）。
• 第三次揮手：被動關(guān)閉方發(fā)送一個FIN，用來關(guān)閉被動關(guān)閉方到主動關(guān)閉方的數(shù)據(jù)傳送，也就是告訴主動關(guān)閉方，我的數(shù)據(jù)也發(fā)送完了，不會再給你發(fā)數(shù)據(jù)了。
• 第四次揮手：主動關(guān)閉方收到FIN后，發(fā)送一個ACK給被動關(guān)閉方，確認(rèn)序號為收到序號+1，至此，完成四次揮手。

3.3 數(shù)據(jù)視圖

一個具體的TCP報文結(jié)構(gòu)如下圖所示：

可以用UML的類圖對報文結(jié)構(gòu)進行建模，圖示如下：

這個類圖對結(jié)構(gòu)的關(guān)系描述的更加清晰，也符合開發(fā)工程師的結(jié)構(gòu)化需要。當(dāng)然也比較抽象，應(yīng)該結(jié)合原生圖進行理解才好。

3.4 狀態(tài)視圖

通信協(xié)議因為存在狀態(tài)變遷，所以一般采用狀態(tài)圖建模協(xié)議的狀態(tài)機。下圖來自于一篇網(wǎng)絡(luò)是常見的TCP協(xié)議狀態(tài)機(來自于一篇網(wǎng)絡(luò)文章)：

TCP狀態(tài)及其描述如下表。

這個狀態(tài)圖涉及到了客戶端、服務(wù)端、網(wǎng)絡(luò)連接多個對象，所以看起來一頭霧水，很難理解。這樣的圖示對于用戶是不友好的，所以有必要用UML的狀態(tài)圖改進一下。

狀態(tài)圖的建模首先應(yīng)該識別持有狀態(tài)的對象，然后再建立它的狀態(tài)圖，TCP網(wǎng)絡(luò)通信過程實際上涉及到了3個對象：

• 客戶端Client，
• 服務(wù)端Host，
• 網(wǎng)絡(luò)連接Connection 。

他們分別有各自的狀態(tài)圖，下面基于TCP的通信過程，對三個對象的狀態(tài)分別進行建模。

Connection的狀態(tài)如下

這樣看起來和通信過程完全映射，好理解多了。