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Kommunikationssysteme Teil 2.2 – Aufbau und Entwurf von Protokollen

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Präsentation zum Thema: "Kommunikationssysteme Teil 2.2 – Aufbau und Entwurf von Protokollen"—  Präsentation transkript:

1 Kommunikationssysteme Teil 2.2 – Aufbau und Entwurf von Protokollen
Stephan Rupp Informatik Masterstudium

2 Inhalt Aufbau und Entwurf von Protokollen Protokolle Entwicklung und Test Protokollanalysator

3 Prinzip: Schichtung von Diensten
Protokollschichten Prinzip: Schichtung von Diensten Schicht N + 1 nutzt … … Dienst der Schicht N

4 Referenzmodell der ISO-OSI
Endsysteme und Übertragungssysteme

5 ISO-OSI Referenzmodell
Funktionen der Protokollschichten

6 OSI – Modell für Systeme
Anwendungen Netzwerk

7 Ebenen om OSI Referenzmodell
Management Plane: Systemadministration (OSS/NMS) Control Plane: Steuerung User Plane: Daten OSS: Operation Support System, Betriebsführungssystem NMS: Network Management System, Leitsystem

8 Anfragen auf Dienstebene
Dienstanbieter (Service Provider) leitet Anfragen weiter

9 Innerhalb der Anwendungsknoten
SDU: Service Date Unit PDU: Protocol Data Unit

10 Hierarchie der Nachrichten
Protocol Data Units als komplette Nachricht der Schicht (N) PDU = (N) SDU + (N) PCI (N) SDU = (N+1) PDU SDU: Service Date Unit PDU: Protocol Data Unit PCI: Protocol Control Information

11 Kommunikationsprozess
Nachrichten und Zustandsänderungen PDU Prozess: Zustandsautomat (Finite State Machine) Paketinhalt Paketkopf Quelle: Gerd Siegmund

12 Beispiel: Client - Server Kommunikation
Client und Server als Zustandsautomaten Zustände (States): 0: Disconnected (DISC) 1: Waiting (WAIT) 2: Connected (CONN) Zustandsübergänge (Transitions): +/-1: send/receive Connect Request (Creq) +/-2: send/receive Connect Acknowledge (Cack) +/-3: send/receive Disconnect Request (Dreq)

13 Nachrichten lösen Zustandsänderungen aus
Zustandsdiagramm Nachrichten lösen Zustandsänderungen aus Gleiches Konzept wie bei UML Zustandsdiagrammen (State Diagram)

14 Beispiel: Client-Server in SDL Notation
Zustand Nachricht empfangen Nachricht senden (warten auf Benutzer) SDL: Service Description Language (vergleichbar mit Aktivitätsdiagramm bei UML)

15 Beispiel: Sequenzdiagramm
Message Sequence Diagram entspricht Sequenzdiagramm bei UML (Nachricht senden = Methode aufrufen)

16 Formale Validierung Formale Validierung ist in sehr einfachen Fällen durch Berücksichtigung globaler Zustände möglich.

17 Beispiel: Client-Server Kommunikation
Kriterien zur Validierung: gegenseitige Blockierung (Deadlock): Pfade ohne Ausgang unspezifizierte Signale (ohne Empfang) Nicht auführbare Zustände (Zustand ist nicht erreichbar) Mehrdeutige Zustände (Zustand wird durch unterschiedliche Ereignisse erreicht)

18 Inhalt Aufbau und Entwurf von Protokollen Protokolle Entwicklung und Test Protokollanalysator

19 Planen und Bauen Modell Code
Planung und Design: Transformationen eines Modells Bauen: Transformationen eines Codes (OpenSource: Code als Modell) Bottom-Up Prozess Top-Down Prozess

20 Implementierung und Tests
V-Modell Spezifikation und Test System- tests System- anforderungen Funktionale Tests Funktionale Anforderungen Integrations- tests Design Anforderungen black box Modul- tests Implementierung der Module white box Implementierung und Test Software- Entwickler Unit- Tests Implementierung der Units

21 Hardware Architektur Controller (Host) Schnittstelle
(Communication Controller)

22 Software Architektur Controller (Host) Schnittstelle
(Communication Controller)

23 Modell einer Protokollschicht
Schicht N als Dienstleister (Service Provider) für Schicht N+1

24 Protokolltests Ereignisse und Statustabellen (Event State Tables)

25 Referenz und Prüfling einer Protokollschicht
Protokolltests Referenz und Prüfling einer Protokollschicht Referenz Prüfling

26 Mit externem Protokolltester
Konformitätstests Mit externem Protokolltester FSM: Finite State Machine, Zustandsautomat ASP: Abstract Service Primitives

27 Emulation der unteren Protokoll- schichten
Realer Testaufbau Prüfling (System under Test) Testsystem (Protokolltester) Protokollschicht Testfälle (Test Cases) PDU Simulator Trace ASP Emulation der unteren Protokoll- schichten Full Trace PDU: Packet Data Unit ASP: Abstract Service Primitives

28 Anwendungstests Testumgebung Anwendung Zielsystem Test Case
Editor Anwendung record inputs Skript Events play back Input Error situations Zielsystem laden Test Case Entwicklungs- system & Emulator Test report Screen shots programmieren und testen

29 Inhalt Aufbau und Entwurf von Protokollen Protokolle Entwicklung und Test Protokollanalysator

30 Protokollschichten

31 Signalisierung und Verbindung
VoIP mit Session Initiation Protokoll (SIP)

32 Protokollanalysator einsetzen
Übungen mit Wireshark Wireshark installieren und eigenen Verkehr mitschneiden Siehe auch: SIP Labor

33 Protokollanalysator einsetzen
Aufbau einer SIP-Nachricht – Anfrage (Request) SP: Leerzeichen (Space)

34 Protokollanalysator einsetzen
Aufbau einer SIP-Nachricht – Antwort (Response)

35 Protokollanalysator einsetzen
Ablauf einer SIP-Transaktion Verbindungsaufbau Verbindung Verbindungsabbau

36 Protokollanalysator einsetzen
Aufzeichnung mit Wireshark (Beispiel)

37 Protokolle manipulieren
Beispiel: ARP Poisoning Sicherheitslücke: zustandsloses Protokoll Beschreibung des Szenarios siehe: Protokollwerkzeug Cain & Abel, siehe:

38 Fehlerfälle und Sicherheitsmaßnahmen
Protokolle absichern Fehlerfälle und Sicherheitsmaßnahmen Maßnahme Fehler Sequenz Nummer Watchdog Connection ID CRC (Prüfsumme) Berechnung Unbeabsichtigte Wiederholung x Verlust Eingefügte Nachricht Inkorrekte Sequenz Verfälschung Unakzeptable Verzögerung Maskerade Memory Fehler in Switches Inkorrekte Weiterleitung zwischen Segmenten

39 Funktionale Sicherheit (engl. Safety)
Ziel: Gefahren für Menschen und Umwelt durch Maschinen und Anlagen vermeiden. Risiko = Schadenshäufigkeit * Schadensausmaß Prinzip: Senkung des Risikos auf ein akzeptables Maß durch Sicherheitsmaßnahmen. Maschinen und Anlagen sind derart auszulegen, dass Fehler und Defekte keine Gefährdung nach sich ziehen. Risiko ohne Schutzmaßnahme < akzeptables Risiko Risiko mit Schutzmaßnahme

40 Kommunikationssysteme
ENDE Teil 2.2 Aufbau und Entwurf von Protokollen


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