Transcript Aufbau und Entwurf von Protokollen

Kommunikationssysteme
Teil 2.2 – Aufbau und Entwurf von Protokollen
Stephan Rupp
Informatik Masterstudium
www.dhbw-stuttgart.de
Kommunikationssysteme, Teil 2.2, S. Rupp
Informatik Master, PM2100.1, 2013
Inhalt
Aufbau und Entwurf von Protokollen
•
Protokolle
•
Entwicklung und Test
•
Protokollanalysator
Kommunikationssysteme, Teil 2.2, S. Rupp
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Protokollschichten
Prinzip: Schichtung von Diensten
Schicht N + 1
nutzt …
… Dienst der
Schicht N
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Referenzmodell der ISO-OSI
Endsysteme und Übertragungssysteme
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ISO-OSI Referenzmodell
Funktionen der Protokollschichten
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Netzwerk
Anwendungen
OSI – Modell für Systeme
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Ebenen om OSI Referenzmodell
Management Plane:
Systemadministration
(OSS/NMS)
Control Plane: Steuerung
User Plane: Daten
OSS: Operation Support System, Betriebsführungssystem
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NMS: Network Management System, Leitsystem
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Anfragen auf Dienstebene
Dienstanbieter (Service Provider) leitet Anfragen weiter
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Innerhalb der Anwendungsknoten
SDU: Service Date Unit
PDU: Protocol Data Unit
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Hierarchie der Nachrichten
Protocol Data Units als komplette Nachricht der Schicht
•
(N) PDU = (N) SDU + (N) PCI
SDU: Service Date Unit
•
PDU: Protocol Data Unit
(N) SDU = (N+1) PDU
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PCI: Protocol Control Information
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Kommunikationsprozess
Nachrichten und Zustandsänderungen
PDU
Prozess: Zustandsautomat
(Finite State Machine)
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Paketinhalt
Paketkopf
Quelle: Gerd Siegmund
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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)
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Zustandsdiagramm
Nachrichten lösen Zustandsänderungen aus
•
Gleiches Konzept wie bei UML Zustandsdiagrammen (State Diagram)
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Beispiel: Client-Server in SDL Notation
Zustand
Nachricht
empfangen
Nachricht
empfangen
(warten auf Benutzer)
Nachricht
senden
Zustand
SDL: Service Description Language (vergleichbar mit Aktivitätsdiagramm bei UML)
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Beispiel: Sequenzdiagramm
Message Sequence Diagram entspricht Sequenzdiagramm bei UML (Nachricht senden = Methode aufrufen)
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Formale Validierung
Formale Validierung
ist in sehr einfachen
Fällen durch
Berücksichtigung
globaler Zustände
möglich.
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Beispiel: Client-Server Kommunikation
Kriterien zur Validierung:
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•
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)
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Inhalt
Aufbau und Entwurf von Protokollen
•
Protokolle
•
Entwicklung und Test
•
Protokollanalysator
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Planen und Bauen
Planung und Design:
Transformationen eines
Modells
Modell
Bottom-Up
Prozess
Top-Down
Prozess
Bauen: Transformationen
eines Codes
Code
(OpenSource: Code als Modell)
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Implementierung und Tests
Systemtests
Funktionale
Tests
black box
Systemanforderungen
Funktionale
Anforderungen
Integrationstests
Design
Anforderungen
Modultests
white box
SoftwareEntwickler
V-Modell
Spezifikation und
Test
Implementierung
und Test
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Implementierung
der Module
UnitTests
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Implementierung
der Units
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Hardware Architektur
Controller
(Host)
Schnittstelle
(Communication Controller)
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Software Architektur
Controller
(Host)
Schnittstelle
(Communication Controller)
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Modell einer Protokollschicht
Schicht N als Dienstleister (Service
Provider) für Schicht N+1
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Protokolltests
Ereignisse und Statustabellen (Event State Tables)
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Protokolltests
Referenz und Prüfling einer Protokollschicht
Referenz
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Prüfling
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Konformitätstests
Mit externem Protokolltester
FSM: Finite State Machine, Zustandsautomat
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ASP: Abstract Service Primitives
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Realer Testaufbau
Prüfling
Testsystem
(System under Test)
(Protokolltester)
Protokollschicht
Testfälle
(Test Cases)
PDU
Simulator
Trace
ASP
Emulation der
unteren Protokollschichten
Full Trace
PDU: Packet Data Unit
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ASP: Abstract Service Primitives
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Anwendungstests
Editor
Testumgebung
Anwendung
record inputs
Skript
play back
Error
Input
Zielsystem
Events
situations
laden
Test Case
Entwicklungssystem &
Emulator
Test report
Screen shots
programmieren
und testen
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Protokolle
•
Entwicklung und Test
•
Protokollanalysator
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Protokollschichten
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Signalisierung und Verbindung
VoIP mit Session Initiation Protokoll (SIP)
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Protokollanalysator einsetzen
Übungen mit Wireshark
•
Wireshark installieren und eigenen Verkehr mitschneiden
Siehe auch: SIP Labor
Aufzeichnung der Abläufe mit WireShark
Die Aktivitäten am Asterisk-Server können nun mit Wireshark (Ethereal) aufgezeichnet
werden. Vor Beginn der Aufzeichnungen muss die Ethernet-Schnittstelle selektiert werden.
Kommunikationssysteme, Teil 2.2, S. Rupp Ein Notebook mit 32
PM2100.1,
2013 bereits
einer Ethernet-Schnittstelle Informatik
und einemMaster,
WLAN-Zugang
hat dabei
zwei mögliche Interfaces. Unter „Capture“ und „Interfaces“ kann die Schnittstelle festgelegt
Protokollanalysator einsetzen
Aufbau einer SIP-Nachricht – Anfrage (Request)
SP: Leerzeichen (Space)
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SIP unterscheidet die folgenden Grundtypen von Nachrichten (Methods):
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·
SIP-Version: Wie bei den Anfragen wird hiermit die für den Nachrichtenaufbau und
-ablauf verwendete Version von SIP übermittelt. Der SIP-Version folgt ein
Leerzeichen (Single Space).
Status-Code: Antwort auf die Anfrage im Request. > Verweis auf Tabelle mit StatusCodes>>
Reason Phrase: Nach einem weiteren Leerzeichen kommt dann der Status-Code in
Textform (Code: 200 – Text: OK, Code: 180 – Text: RINGING usw.). Die Zeile wird
dann mit einem CRLF abgeschlossen.
Protokollanalysator einsetzen
·
·
Aufbau einer SIP-Nachricht – Antwort (Response)
Kommunikationssysteme, Teil 2.2, S. Rupp
Transaktion, Dialog und Session
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Protokollanalysator einsetzen
Ablauf einer SIP-Transaktion
Verbindungsaufbau
Verbindung
Verbindungsabbau
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Statusinformationen
Protokollanalysator einsetzen
Mit „Stopp“ hält man die Aufzeichnung an und Wireshark stellt alle aufgezeichneten
Aufzeichnung mit Wireshark (Beispiel)
Nachrichten in einem Fenster dar:
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Protokolle manipulieren
Beispiel: ARP Poisoning
•
Sicherheitslücke: zustandsloses Protokoll
•
Beschreibung des Szenarios siehe:
http://www.oxid.it/downloads/apr-intro.swf
•
Protokollwerkzeug Cain & Abel, siehe:
http://www.oxid.it/downloads/cain20.exe
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Protokolle absichern
Fehlerfälle und Sicherheitsmaßnahmen
Maßnahme
Fehler
Unbeabsichtigte
Wiederholung
Verlust
Eingefügte Nachricht
Inkorrekte Sequenz
Verfälschung
Unakzeptable Verzögerung
Sequenz
Nummer
x
x
x
x
Connection ID CRC (Prüfsumme)
Berechnung
x
x
x
x
x
x
x
Maskerade
Memory Fehler in Switches
Watchdog
x
x
x
x
Inkorrekte Weiterleitung
zwischen Segmenten
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x
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Funktionale Sicherheit (engl. Safety)
•
Ziel: Gefahren für Menschen und Umwelt durch Maschinen und
Anlagen vermeiden.
Maschinen und Anlagen sind derart auszulegen, dass Fehler
und Defekte keine Gefährdung nach sich ziehen.
•
Risiko = Schadenshäufigkeit * Schadensausmaß
Risiko ohne
Schutzmaßnahme
Risiko mit
Schutzmaßnahme
•
< akzeptables Risiko
Prinzip: Senkung des Risikos auf ein akzeptables Maß durch
Sicherheitsmaßnahmen.
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ENDE Teil 2.2
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