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Fakultät Informatik, Institut für Software- und Multimediatechnik, Lehrstuhl Softwaretechnologie Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen  Falk HartmannWissenschaftlicher Vortrag  im Rahmen des Promotionsverfahrens Dresden, 1. Juli 2011
Agenda Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 2
Agenda Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 3
Kommunikationsprotokoll (1) Basically, a protocol is an agreement between the communicating parties on how communication is to proceed. [Tanenbaum und Wetherall, 2010] A well-defined set of messages […] each of which carries a defined meaning (semantics), together with the rules governing when a particular message can be sent.  [Larmouth, 2000] Ein Kommunikationsprotokoll ist eine Verhaltenskonvention, die die zeitliche Abfolge der Interaktionen zwischen den diensterbringenden Instanzen vorschreibt und die Formate (Syntax und Semantik) der auszutauschenden Nachrichten definiert.  [König, 2003] Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 4
Kommunikationsprotokoll (2) Ein Kommunikationsprotokoll beschreibt die Abläufe bei der Kommunikation zwischen zwei (oder mehr) Kommunikationspartnern und die Syntax und Semantik der zwischen den Kommunikationspartnern ausgetauschten Botschaften. Typische Merkmale 	- Zeitabhängiges Verhalten 		Timeouts 	- Nichtdeterminismus 	Gleichzeitigkeit mehrerer Ereignisse (Botschaften, Timeouts...) 	Mehrere Folgereaktionen auf ein Ereignis Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 5
Eigenschaften von Kommunikationsprotokollen Anzahl der Kommunikationspartner ,[object Object]
>2 (Multicast/Broadcast)Synchronität ,[object Object]
AsynchronVerbindungsorientierung ,[object Object]
Verbindungsorientiert (Telefonat)Übertragungsrichtung ,[object Object]
Halbduplex (zu jedem Zeitpunkt nur eine Richtung)
Duplex (gleichzeitig in beide Richtungen)Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 6
Anwendungsgebiete Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 7
Schichtenarchitekturen Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 8
Verhältnisse zwischen den Schichten Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 9
Dienstprimitive Benennung nach ISO/OSI-Notation [<Schicht>]<Name> <Typ>([<Parameter>{,<Parameter>}]) Typen request 	– Anfordern eines Dienstes an Dienstzugangspunkt A indication	– Anzeige am Partner-Dienstzugangspunkt B response	– Antwort am Partner-Dienstzugangspunkt B confirm	– Bestätigung der Diensterbringung an Dienstzugangspunkt A Beispiele TCONNECT request(remoteHost, remotePort, localHost, localPort) Vereinfachungen  TCONNECTrequ(...) – übliche Verkürzung CONNECTrequ(...) – wenn Schicht eindeutig Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 10
Entwicklungsphasen TODO Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 11 nach [König, 2003]
Agenda Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 12
Botschaftsbeschreibung Allgemein ,[object Object]
Abstrakte Syntax
Beschreibung der zu übertragenden Botschaften
Transfersyntax (≙ konkrete Syntax)
Beschreibung der Abbildungen
Abstrakte Syntax -> Transfersyntax: Kodierung (Encoding, Serialisierung, Marshalling) ,[object Object],Dekodierung (Decoding, Deserialisierung, Unmarshalling, Parsen) Herangehensweisen ,[object Object]
Deklarative Ansätze (ASN.1, Protocol Buffers)
Algebraische Ansätze (ACT ONE)Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 13
Botschaftstypen Typ der Botschaften ,[object Object]
Beschreibung durch Grammatik
Kodierung manuell oder durch generierten Code
Dekodierung durch generierten Code (Parser-Generator)
XML
Beschreibung durch XML Schema
Kodierung/Dekodierung durch generierten Code (Binding-Technologien wie JAXB/JAXWS) oder XML-APIs wie DOM, SAX oder StAX
Binär
Beschreibung durch ASN.1 oder Protocol Buffers
Kodierung/Dekodierung manuell oder durch generierten CodeProtocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 14
ASN.1 (Allgemein) Allgemeines ,[object Object]
ASN.1 definiert abstrakte Syntax, also in Botschaften zu transportierende Daten unabhängig von ihrer konkreten Darstellung
Analogie zu IDLs
Encoding Rules
definieren Übersetzung in Transfersyntax
existieren für binäre, textuelle und XML-basierte Transfersyntax
Nachbildung nicht mit ASN.1 definierter Botschaften nur bedingt möglich
Keine Unterstützung für Berechnung abhängiger Teile der BotschaftenGeschichte ,[object Object]
Standardisierung als ISO 8824/8825 (1987)Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 15
ASN.1 (Syntax) Grundlegende Sprachmittel ,[object Object]
Parametrisierte Typen
Datentyperweiterbarkeit
MakrosElementare Typen ,[object Object],Operatoren auf Typen ,[object Object]
SEQUENCE/SEQUENCE OF
SET/SET OF
CHOICE
ENUMERATED
Default-Werte und Optionalität möglichTags ,[object Object],Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 16
Beispiel: TCP Segment Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 17
ASN.1 (Beispiel) Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 18
ASN.1 – Basic Encoding Rules Allgemein ,[object Object]
Metainformationen werden nahezu komplett übernommen
TLV : Type, Length, Value
Sehr gute Eignung als Transfersyntax
Encoding erzeugt in der Regel relativ große PDUs ->Packed Encoding RulesBeispiel 	TCP Packet von Port 56237 zu Zielport 4444 Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 19 Type: 02 = Integer, Length: 02 = 2 Byte, Value: 0x115c = 4444
ASN.1 – Packed Encoding Rules Allgemein ,[object Object]
Metainformationen werden als dem Dekodierer bekannt vorausgesetzt
Abkehr von TLVBeispiel 	TCP Packet von Port 56237 zu Zielport 4444 Protocol Engineering: Beschreibung und Entwicklung von Kommunikationsprotokollen Folie 20 Value: 0x115c = 4444
Protocol Buffers (Allgemein) Allgemeines ,[object Object]
Typsystem definiert Typen aus Sicht der Transfersyntax
Werkzeugunterstützung
Definition von Abbildungen auf Typsysteme der Zielsprachen (C++, Java, Python)
Entworfen für die Codegenerierung
Platzsparende Kodierung

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