Especificação, Verificação e Teste de Protocolos

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1 EVTP 1 Especificação, Verificação e Teste de Protocolos FEUP/MRSC/AMSR MPR EVTP 2 Bibliografia Aula preparada com base nos seguintes documentos» Gerard J. Holzmann, "Design and Validation of Computer Protocols", Prentice-Hall.» F. Belina, D. Hogrefe and A. Sarma, SDL with applications from protocol specification, Prentice Hall.» Telelogic, Specification and Description Language (SDL) tutorial.» D. Hogrefe, OSI formal specification case study: the Inres protocol and service, revised, May 1992.

2 EVTP 3 Introdução EVTP 4 Projecto de um Protocolo» Inglaterra, 1841» Túnel de 2 km semáforo homem telégrafo bandeiras TÚNEL homem telégrafo A B A B Telégrafo = { verde comboionotúnel, túnellivre, comboionotúnel comboiosaiu? } vermelho comboio verde túnellivre

3 EVTP 5 Complexidade do Projecto 1º comboio 2º comboio verde verde comboionotúnel bandeira verm comboionotúnel comboiosaiu? túnellivre 3º comboio Bandeira verde» 21 pessoas mortas, 176 feridas Protocolo de Comunicações EVTP 6» Tendo A interface através da qual se recebe serviço interface 2 A definição abstracta do serviço a fornecer interface 1» Projecto de um protocolo consiste Transformar interface 2, passo a passo, até se conseguir fornecer serviço 1

4 EVTP 7 Elementos Básicos de um Protocolo» Serviço a fornecer» Restrições» Vocabulário Formalização da interface superior Impostas pelo ambiente em que o protocolo é executado Formalização da interface inferior mensagens usadas para implementar o protocolo» Codificação das mensagens do vocabulário Sintaxe / formato de cada mensagem» Procedimentos que regulam a troca de mensagens Gramática, regras de funcionamento EVTP 8 Pilhas de Protocolos» Exemplo, TCP/IP mail web ftp news smtp http ftp nntp mail web ftp news TCP IP tcp ip TCP IP FISICO + LÓGICO

5 Processo de Desenvolvimento de Um Protocolo EVTP 9 Especificação Verificação Implementação Teste Aproximação Possível EVTP 10 Requisitos Funcionais Casos de Utilização (MSC) Simulação desenpenho (SDL, NS) Especificação (SDL) Verificação Formal (SDL, Promela) Projecto Hardware Projecto Software (C++,C)

6 EVTP 11 Especificação de Protocolos SDL (Specification and Description Language) EVTP 12 Linguagem de Especificação de Protocolos SDL - Specification and Description Language especificação de estrutura e funcionamento de sistemas formal (algebra de processos) comparação de sistemas representação gráfica e textual suportada por CADs normalizada por ITU (Institute of Telecommunications Union) Vantagens simulação e verificação de propriedades dos sistemas geração automática de código (C, C++) geração automática de testes para verificação de conformidade (TTCN) Domínios de aplicação Telecomunicações (protocolos, sistemas) Sistemas de tempo real

7 EVTP 13 Estrutura Sistema, Bloco, Processo System Example Block B1... C1 [ ] B1 R1 [ ] P1(1,1) C2 [ ] R2 [ ] C3 [ ] B2 R3 [ ] P2(0,5) Process P2... Pr1 Procedure Pr1... Pr1 state1... EVTP 14 Comunicação por Sinais Block B1... R1 [ ] P1(1,1) R2 [ sig1 ] Processo emissor Lista da sinais P2(1,1) Processo receptor Process P1 Process P2 DCL Number Integer; Emissão de sinal Sig1(5) Sig1 (Number) Recepção de sinal

8 EVTP 15 Filas de Sinais sinal rotas de sinais e canais instância de processo rotas de sinais e canais instância de processo instância de processo sinal Fila de entrada EVTP 16 Consumo de Sinais num Processo b a d a estado s1: sinal a inicía transição para estado s2 s1 d a b a d estado s2: sinal d é ignorado s2 b a estado s2: sinal a despoleta transição para outro estado a b f

9 EVTP 17 Criação Dinâmica de Instância de Processo Process P2... Pedido de criação de uma nova instância do processo Pr1 Pr1 S1... EVTP 18 Tipos de Dados» Tipos de dados predefinidos Boolean, Character, Charstring Integer, Natural, Real Pid Duration, Time» Definição de tipos novos e tipos sinónimos de dados Newtype Syntype» Cada instância de processo tem endereço único no sistema contêm 4 variaveis tipo Pid self - endereço próprio sender - endereço do processo que enviou o último sinal consumido offspring - endereço do último processo criado parent - endereço do processo pai

10 EVTP 19 INRES - Especificação» INRES - INitiator RESponder Protocolo não real Usado no estudo de testes de conformidade de protocolos Caso simples de um protocolo (ex. Transporte, nível 4)» Bom exemplo Simples. Pequeno. Contêm aspectos essenciais do modelo OSI e dos protocolos» Dois serviços e um protocolo serviço INRES: serviço de transporte orientado às ligações serviço Medium: transmissão não fiável de PDUs protocolo INRES: regras de comunicação entre o Initiator e o Responder EVTP 20 Arquitectura do Serviço INRES Inres user Inres user Inres entity Inres service primitives Inres service Inres protocol Inres entity Inres service primitives Medium service primitives Medium service primitives Medium service

11 EVTP 21 Serviço INRES Orientado às ligações» Estabelecer lig., transferir dados, terminar lig. 2 pontos de acesso de serviço (SAP)» ISAPini, ISAPresp» Serviço não simétrico» Chamada Iniciada em ISAPini Com dados de ISAPini ISAPresp ISAPini Terminada em ISAPresp Initiator user Primitivas de serviço» ICONreq: pedido de ligaçao» ICONind: indicação de ligação» ICONresp: resposta de pedido de ligação» ICONconf: confirmação aceitação» IDATreq(ISDU): pedido transfer. dados (ISDU)» IDATind(ISDU): indicação de dados» IDISreq: pedido de terminação de ligação» : indicação de terminação de ligação ICONconf ICONreq IDATreq Inres service ICONind IDATind IDISreq ICONresp Responder user ISAPresp EVTP 22 Serviço INRES Estabelecimento de Ligação ICONreq ICONreq ICONind ICONind ICONresp ICONconf ICONreq ICONreq ICONind IDISreq ICONreq ICONind ICONresp

12 Serviço INRES Transferência de Dados e Terminação de Ligação EVTP 23 IDATreq IDISreq IDATind IDATreq IDISreq EVTP 24 Serviço Medium Transporte não fiável de dados Dados podem ser perdidos Dados não são corrompidos Dados não são duplicados user MSAP1 MSAP1 user MSAP2 MSAP2 2 pontos de acesso de serviço (SAP) MSAP1, MSAP2 Serviço simétrico Medium service Medium service Primitivas de serviço (MSDU): pedido transfer. dados (MSDU) (MSDU): indicação de dados

13 EVTP 25 Protocolo INRES PDUs, Semântica PDU Significado Parâmetros Primitivas associadas CR connection establishment none ICONreq, ICONind CC connection confirmation none ICONresp, ICONconf DT data transfer sequence number,isdu IDATreq, IDATind AK acknowledgement sequence number - disconnection none IDISreq, ICONconf IDATind ICONind ISAPini ICONreq IDATreq IDISreq ICONresp ISAPresp Responder Inres protocol CC,,AK CR,DT Initiator MSAP1 MSAP2 Medium service EVTP 26 Procedimentos - EstabelecimentoDeLigação» Iniciada por utilizador do Initiator com ICONreq» Initiator envia CR para Responder» Initiator pode receber do Responder : CC, ou nada CC: Initiator envia ICONconf para seu utilizador TransferênciaDeDados : TerminaçãoDeLigação Nada: fim de 5s, Initiator envia CR de novo Ao fim de 4 tentativas TerminaçãoDeLigação

14 EVTP 27 Procedimentos TransferênciaDeDados» Utilizador do Initiator envia IDATreq(ISDU) ISDU contém informação da camada superior ( PDU + info controlo) Initiator envia DT para Responder PDU da camada superior transportado transparentemente Initiator espera até 5s por confirmação AK Se não chegar AK, retransmite DT. Ao fim de 4 tentativas TerminaçãoDeLigação» DT, AK contêm número sequência. 2 valores possíveis: 0,1 Initiator começa com valor 1 espera confirmação com mesmo valor: DT( 1,...) AK( 1 ) Se recebe confirmação com mesmo valor transmite novos dados, DT( 0,... ) com valor diferente (erro) retransmite dados, DT( 1,... ) EVTP 28 Procedimentos TerminaçãoDeLigação» IDISreq enviado por utilizador de Responder enviado por Responder para Initiator EstabelecimentoDeLigação» No Initiator recebido enviado pelo Initiator para o seu utilizador EstabelecimentoDeLigação

15 EVTP 29 INRES em SDL SYSTEM Inres_protocol ISAP1 ICONconf, ICONreq, IDATreq ICONind, IDATind ICONresp, IDISreq ISAP2 EVTP 30 BLOCK Ini_Station ISAP SIGNAL CC, AK(Sequencenumber),, CR, DT(Sequencenumber, ISDUType); Initiator Coder_Ini (1,1) CC, AK, IPDU CR, DT (1,1) SIGNAL ICONreq, IDATreq(ISDUType), ICONconf, ICONind, ICONresp, IDISreq,, IDATind(ISDUType), (MSDUType), (MSDUType); MACRO Data_type_definitions BLOCK Res_Station ISAP SIGNAL CC, AK(Sequencenumber),, CR, DT(Sequencenumber, ISDUType); Responder (1,1) CR, DT IPDU CC, AK, (1,1) Coder_Resp MSAP MSAP MSAP1 MSAP2 BLOCK Medium MSAP_1 MSAP_2 MSAP_Manager1 (1,1) SIGNAL IDAT(MSDUType); MSAP_Manager2 (1,1) MSAP Manager IDAT Internal IDAT MSAP Manager

16 PROCESS Initiator 1(2) PROCESS Initiator 2(2) Connected EVTP 31 DCL Counter Integer, d ISDUType, Num, Nummer Sequencenumber; ICONreq Counter:=1 IDATreq(d) DT (Number,d) TIMER T; SYNONYM P Duration=5; CR Counter:=1 Sending SET (NOW+P,T) SET (NOW+P,T) AK(Num) T IDATreq Wait Sending RESET (T) 1 CC T 1 Num= Number TRUE FALSE RESET (T) TRUE Counter<4 FALSE RESET (T) Sending TRUE Counter<4 FALSE Number:= succ(number) Number:=1 CR DT (Number,d) Connected ICONconf Counter:= Counter+1 RESET (T) Counter:= Counter+1 Connected SET (NOW+P,T) SET (NOW+P,T) Wait Sending PROCESS Responder 1(1) EVTP 32 Responder DCL d ISDUType, Num, Number Sequencenumber; Connected DT(Num,d) CR CR Num= succ(number) TRUE ICONind FALSE ICONind AK(Num) IDATind(d) Wait Wait Connected AK(Num) ICONresp Number:= succ(number) * Number:=0 Connected IDISreq CC Connected

17 EVTP 33 Coder_ini PROCESS Coder_Ini 1(1) DCL d ISDUType, num Sequencenumber, Sdu MSDUType; Idle CR DT(num,d) (Sdu) Sdu!id:=CR Sdu!id:=DT, Sdu!Num:=num, Sdu!Data:=d ELSE CC Sdu!id AK (Sdu) CC AK (Sdu!Num) Idle Idle Idle EVTP 34 Coder_Resp PROCESS Coder_Resp DCL 1(1) Num Sequencenumber, Sdu MSDUType; Idle CC AK(num) (Sdu) Sdu!id:= Sdu!id:=CC Sdu!id:=AK, Sdu!Num:=num (Sdu) ELSE CR Sdu!id DT Idle Idle CR DT (Sdu!Num, Sdu!Data) Idle

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