1 2 AP ’98/99, college 1 - widya/AP/sh-col1.pdf · Data communications, computer networks and...

AP ’98/99, college 1

1

.

APPLICATIEPROTOCOLLEN

(cursus 1998-1999)

1 (24-8) Inleiding: architecturen, basisconcepten

2 (31-8) Informatietechnologie entelecommunicatie (IT&T) standaarden

3 (7-9) OSI sessielaag en presentatielaag

4 (14-9) Formaat- en coderingsstandaarden

5 (21-9) OSI applicatielaag, flexibelearchitecturen

6 (12-10) Gedistribueerde transactieverwerking

7 (19-10) Electronische berichten

8 (26-10) Directorie Diensten


2

Applicatieprotocollen

(cursus 1998-1999)

Ing Widyakamer INF 5011, tel. 3945

[email protected]

Eddie Michiels

secretariaat TIOS: kamer INF 5047, tel. 3856/3767


3

Doelen / eindtermen

• kennis van applicatieprotocollen(OSI en Internet)

• inzicht in samenhang tussen protocollen enprotocolelementen

Voorkennis

• Tele-Informatica (214100) en• Ontwerpen van telematicasystemen (214005)

Materiaal

• collegedictaat

• transparanten (http: //wwwtss.cs.utwente.nl/~widya/AP

• (eventueel) handouts

Toetsing

• schriftelijke tentamens (in tegenstelling tot wat instudiegids staat):week 47 donderdag middagweek 1 maandag middag (herkansing)week 34 donderdag middag (herkansing)


4

Literatuur

• HalsallData communications, computer networks andopen systemsAddision-Wesley

• TanenbaumComputer networksPrentice Hall

• Piscitello & ChapinOpen systems networking: TCP/IP and OSIAddison-Wesley

• StevensTCP/IP illustrated, volume 1& 3Addison-Wesley

• HebrawiOSI upper layer protocols and practicesMcGraw-Hill

• Henshall & ShawOSI explained: end-to-endcomputer communication standardEllis Horwood

• l’Anson & PellUnderstanding OSI applicationsPrentice Hall


5

College 1

• definitie en relevantie vakgebied

• architecturen

• basisconcepten

• specificatietechnieken

• time sequence diagram• state diagram/table• (semi-) formele talen


6

Definitie vakgebied

Applicatieprotocollen zijn gestandaardiseerdeafspraken

• m.b.t. de samenwerking van de communicatiegerichte delen van een gedistribueerdeapplicatie

• met als doel een communicatiefunctie terealiseren binnen de gedistribueerde applicatie

Applicatieprotocollen worden op twee manierenbekeken:

• infrastructureel perspectief: services (‘diensten’)• systeem perspectief: protocol algorithmen

Applicatieprotocollen worden beschreven in termenvan

• formaat en codering van boodschappen• inhoud van protocol-interne boodschappen• volgorde van uitwisseling van boodschappen• gebruik van onderliggende communicatie-

infrastructuur voor het zenden/ontvangen vanboodschappen


7

Beroepsperspectieven

• marktsector (financiële sector, handel endistributie, overheid, ...)

• dienstenproviders (KPN, Libertel, InternetService Providers, ...)

• software houses en adviesbureaus

• computerfabrikanten (IBM, Sun, ...) &telecom/datacom-fabrikanten (Lucent, Ericsson,Alcatel, Siemens, Philips, Cisco, ...)


8

Relevantie vakgebied

• aandeel IT&T in EU 4de kaderprogramma: 28 %

• volume IT&T markt in EU: 414 x 109 Ecu

• ‘harde’ producten: 32 %• ‘zachte’ producten: 68 %• belangrijkste groei in dienstensectoren

• dus: waardetoevoeging aan hardwareplatformensteeds belangrijker

• Nederland scoort ondermaats in 4dekaderprogramma: < 6% van totaal budget

telecomdiensten

telecomapparatuur

communicatieapparatuur

computersoftware& -diensten

consumentenelectronica

multimediadiensten

microelectronica

35%

8%14%

20%

7%

13%

3%


9

Telecom/telematica onderzoekgebieden

nieuwetechnologieën nieuwe

diensten

nieuweinfrastructuren

snelle ontwikkelingvan diensten

strategisch/effectiefgebruik van diensten

voorkomen

wetgevingm.b.t. IT&T

Informatica

Bedrijfskunde,Rechten, Economie

randvoorwaarden

netwerkmisbruik


10

Architecturen

• distributie van single-computer applicaties

• samenwerking van delen van gedistribueerdeapplicatie impliceert koppeling vancomputersystemen

application

systeemprog.& OS

hardware

app. part 1

systeemprog.& OS

hardware

appl. part 2

systeemprog.& OS

hardware

distribution

?


11

• gedistribueerde computersystemen encomputer/communicatienetwerken

• hiërarchie van protocollen in een operationelecontext

• gebruikersgedefinieerde/domeinspecifiekeapplicatieprotocollen: funds transfer,electronic mail, ...

• utility protocollen (geïmplementeerd doorOS): file transfer, virtual terminal support

• netwerkprotocollen: algemene ondersteuningvan gedistr. apps., end-to-end communicatie,node-to-node communicatie, signaal-transmissie

app. part 1

syst. prog.OS, HW

appl. part 2

netw. access

syst. prog.OS, HW

netw. access

.

networkSW/HW

networkSW/HW


12

Gelaagde netwerkarchitecturen

• OSI Reference Model (OSI-RM)ISO/ITU-T

• Internet Protocol Suite (IPS)IETF

• Systems Network Architecture (SNA)IBM

Gelaagde netwerkfuncties

• transmission• data transfer (medium access)• error detection, error correction• addressing, routing• flow control• segmentation, blocking, concatenation• multiplexing, splitting• dialogue control• data representation• network security• network management• application functions:

• remote terminal• file transfer• message handling• etc.


13

OSI Reference Model

76543'2'1'

76543''2''1''

3'2'1'

3''2''1''

application protocol

presentation protocol

session protocol

transport protocol

network prot.

data link prot.

physical prot.

network prot.

data link prot.

physical prot.

OSI medium OSI medium

application layer

presentation layer

session layer

transport layer

data link layer

physical layer

network layer

transmission

data transfer, error handling

addressing, routing, flow control

multiplexing, splitting,

dialogue control,

blocking, flow control, error handling

segmentation, concatenation

data representaion

application functions


14

Internet Protocol Suite

• vaak aangeduid als TCP/IP

• ontwikkeld door DoD in midden jaren ’60

• bood ‘internetworking’ aan onderzoeksinstituten

• geïntegreerd in BSD UNIX

• evolueert voortdurend

• enorme groei

ApplicationServices

Transport

Internetwork

NetworkInterface

TE

LNE

T

TCP UDP

IP IGMProuting

protocols

IEEE

AR

P

RA

RP

X.25

SM

TP

FT

P

DN

S

SN

MP NFS

XDR

RPC

802.3

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

IPS OSI


15

Systems Network Architecture

• geïntroduceerd door IBM in 1974

• sterk geëvolueerdeerst: hierarchische structuur (centrale ‘hosts’)

• ondersteund verschillendenetwerktechnologieën

• 7 lagen (niet dezelfde als OSI)

• (nog steeds) wijdverbreid

Transaction Services

Presentation Services

Data Flow Control

Transmission Control

Virtual Route Control

Pat

h C

ontr

ol

Explicit Route Control

Transmission Group Control

Data Link Control

Physical Control

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data Link

Physical

OSISNA


16

Distributed computing platforms

• verbergen van complexiteit vannetwerkinterfaces en OS

• distributie ‘transparant’ maken

• ondersteuning bieden voor applicatie-ontwikkeling

• voorbeelden:

• DCE (Distributed Computing Environment)van OSF (Open Software Foundation)

• CORBA (Common Object Request BrokerArchitecture) van OMG (Object ManagementGroup)

• DCOM (Distributed Component ObjectModel) van Microsoft

distributed/client-server applications

middleware

networks


17

Basisconcepten

• service

• service primitive

• protocol

• protocol data unit

• protocollaag

• protocol data unit transporteren in dataparameter van service primitive

• gelaagde netwerkarchitectuur

• architectural planes & viewpoints


18

Service concept

• functioneel gedrag van een gedistribueerdsysteem in de context van zijn (gedistribueerde)gebruikersomgeving

• verzameling van interakties tussen systeem(service provider) en gebruikers (serviceusers)

- waarden vastgesteld in interaktie

• relaties tussen deze interakties

- lokaal - interlokaal

- tijdvolgorde - waarde-afhankelijkheid

• eigenschappen van interakties

• eenheid van gedrag• geen onderscheid tussen

verantwoordelijkheden van service provideren service users

OSI term: service primitive


19

service provider

serviceuser

serviceuser

serviceuser


20

service provider

serviceuser

serviceuser

serviceuser


21

service provider

serviceuser

serviceuser

serviceuser

service access point


22

Service primitive

• definitie omvat

• naam: bijv. CONNECT

• type: request, indication, response, confirm

• parameters: service-specifieke parameters,data parameter

• voorbeeld: Session connection establishmentprimitives

--------------------------------------------------------------------Primitive S-CONNECT

Parameter req ind rsp cnf--------------------------------------------------------------------Session Connection Identifier U C(=) U C(=)Calling Session Address M MCalled Session Address M MResponding Session Address M MResult M M(=)Quality of Service M M M MSession Requirements M M(=) M M(=)Initial Synchronization Point

Serial Number C C(=) C C(=)Initial Assignment of Tokens C C(=) C C(=)SS-user data U C(=) U C(=)--------------------------------------------------------------------


23

service provider

serviceuser

serviceuser

req cnf rsp indS-CONNECT S-CONNECT


24

Protocol concept

• samenwerking tussen (geografisch verspreide)deelsystemen, zodanig dat de vereiste servicewordt geleverd

• service provider gedecomponeerd ingeografisch verspreide deelsystemen (protocolentities) en een onderliggend gedistribueerdsysteem (lower level service provider)

• verzameling van

• interakties tussen ‘peer’ protocol entities:uitwisseling van protocolberichten

OSI term: protocol data unit (PDU)

• interakties tussen protocol entities en serviceusers: service primitives

• interakties tussen protocol entities en lowerlevel service provider: service primitives

• relatie tussen deze interakties


25

lower level service provider

serviceuser

serviceuser

serviceuser

protocolentity

protocolentity

protocolentity


26

lower level service provider

serviceuser

serviceuser

serviceuser

protocolentity

protocolentity

protocolentity


27

Protocol data unit

• definitie omvat

• formaat: rangschikking en structuur vanparameters

• codering: binaire codering van parameters ennaam/type

• voorbeeld: CONNECT SPDU

SI LIparameter

fielduser data

field

PGI LI PGI LI PI LI PI LI PI LI

PI LI PI LI PI LI PI LI PI LI PI LI PI LI PI LI

Cal

ling

SS

-use

r re

fere

nce

Com

mon

Ref

eren

ce

Add

ition

al R

efer

ence

Info

rmat

ion

Pro

toco

l Opt

ions

TS

DU

max

imum

Siz

e

Ver

sion

Num

ber

Initi

al S

eria

l Num

ber

Tok

en S

ettin

g Ite

m

S-U

ser

Req

s

Cal

ling

S-S

el

Cal

led

S-S

el


28

Zonder afbeelding op lower level service

service provider

serviceuser

serviceuser

req cnf rsp indS-CONNECT S-CONNECT

CONNECT

ACCEPT/REFUSE


29

Protocollaag

• protocol opgebouwd uit protocol layer en lowerlevel service provider

• (N)-service• (N)-protocol• (N-1)-service

• herhaalde toepassing van service-decompositielevert een gelaagde netwerkarchitectuur

basis voor ontwerpmethode voor complexeprotocollen


30

Relatie tussen service primitives enPDUs

• (N)-PDU transporteren in data parameter van(N-1)-service primitives

• directe afbeelding tussen (N)-service primitivesen (N-1)-service primitives

• gebruik van (N)-service primitives door (N)-protocol

(N)-SP

(N-1)-SP

(N)-PDU

data parameter


31

Specificatietechnieken

• (informele) tekst

• time sequence diagram

• state diagram

• state table

• formele talen

• LOTOS• Estelle• SDL• Z• Petri-netten• etc.


32

Time sequence diagram

• service primitives uitgezet op tijdassen(één tijdas per service access point)

• relaties tussen service primitives aangegevendoor verbindingslijnen

• nadelen

• exemplarisch (één mogelijke volgorde)

• alleen voor service

• onzichtelijker naarmate meer SAPsbetrokken zijn bij service

• voorbeelden

• point-to-point connection-oriented datatransfer

• multi-party call setup


33

CONNECT ind

CONNECT rsp

DATA ind

DATA indDATA req

DISCONNECT ind

CONNECT req

CONNECT cnfDATA req

DATA req

DATA indDISCONNECT req

SAP 1 SAP 2

time

SETUP ind

SETUP rsp

SETUP cnf

SETUP req

SETUP cnf

SAP 1 SAP 2

time

SAP3

SETUP ind

SETUP rsp

SETUP cnf


34

State diagram

• toestanden en toestandovergangen

• toestandovergang vindt plaats wanneer eenbepaalde gebeurtenis optreedt: incoming event

• bij service: service primitive

• bij protocol: req/rsp service primitive,incoming PDU, (internal) protocol event

• bij protocol veroorzaakt een incoming event eennieuwe gebeurtenis: outgoing event

• ind/cnf service primitive, outgoing PDU

• nadelen

• interlokale relaties niet gerepresenteerd

• onoverzichtelijker naarmate er meertoestanden en mogelijke gebeurtenissen zijn

• voorbeelden

• service: connection-oriented data transfer• protocol: Session connection establishment


35

idleoutgoing

connectionpending

datatransferready

incomingconnection

pending

CONNECT cnf

CONNECT rsp

DISCONNECT req, ind

DIS-CONNECTreq, ind

CONNECT req

DIS-CON-NECTreq,ind

CON-NECTind

DATA req, ind


36

idle, await

awaitAC

idle,TC

SCONreq;

TCONind;TCONrsp

no TC

TCONreq

TCONcnf

datatransferready

awaitSCONrsp

CN;SCONind

TCONcnf;CN

AC;SCONcnf

SCONcnf;AC


37

State table

• gebeurtenissen (incoming events) X toestanden

• doorsnede geeft aan of een toestandovergangmogelijk is

• condities• bij protocol: outgoing event• akties• nieuwe toestand

• nadelen

• interlokale relaties niet gerepresenteerd

• voorbeelden

• service: connection-oriented data transfer• protocol: Session connection setup


38

CONNECT req

CONNECT ind

CONNECT rsp

CONNECT cnf

DISCONNECT req

DISCONNECT ind

DATA req

DATA ind

idle

outgoingconnection

pending

incomingconnection

pending

datatransferready

(0) (1) (2) (3)

1

2

3

3

0 0 0

0 0 0

3

3


39

SCONreq

SCONrsp

CN

AC

await awaitAC(2)

TCONcnf

TCONcnf

TCONind

TCONreq1

TCONrsp3

idle,no TC

(0)

CN2

(1)

SCONcnf5

idle,TC(3)

SCONind4

awaitSCONrsp

(4)

AC5

5 = data transfer ready


40

Viewpoints

• viewpoints corresponderen met perceptie vanverschillende actoren

• enterprise: organisatiestructuur,bedrijfsprocessen, beleid, doelen

• information: informatiebronnen en -bestemmingen, informatiestromenhiertussen

• computation: applicatiecomponenten eninterakties hiertussen

• engineering: systeemstructuur in termen vangedistribueerde componenten t.b.v.informatieverwerking, opslag encommunicatie

• technology: benodigde hardware/software

• ontwerper kan eisen van verschillende actorenéén voor één incorporeren

Nadelen:

• geen algemene overeenstemming m.b.t.preciese scope van viewpoints

• verandering in één viewpoint heeft onduidelijkeconsequenties in andere viewpoints!


41

Information Computation

Enterprise

Engineering

Technology

1 2 AP ’98/99, college 1 - widya/AP/sh-col1.pdf · Data communications, computer networks and...

Documents

Transcript of 1 2 AP ’98/99, college 1 - widya/AP/sh-col1.pdf · Data communications, computer networks and...