1 Chapitre 1 Généralités sur les protocoles et les méthodes de génie de protocoles w3.uqo.ca/luigi

1

Chapitre 1

Généralités sur les protocoles et les méthodes de génie de

protocoles

w3.uqo.ca/luigi

INF6001 Chap 1 2

Ce chapitre…

Cycle de développement des protocolesV&V, testModèles à couchesModèles OSIConnexion ou nonUn peu d’histoireLe monde de la normalisation

INF6001 Chap 1 3

Sujet du cours

Méthodes de: Spécification Conception Validation Vérification Test

De protocoles de communication

INF6001 Chap 1 4

Vérification, validation (V&V) et test

La V&V est une technique pour s’assurer qu’un système corresponde à ses exigences

Une distinction subtile est souvent faite entre Validation: la fonctionnalité du système correspond-elle aux

exigences de l’usager (requirements) Vérification: le système, fonctionne-t-il bien? Dont l’acronyme V&V Cependant nous n’utiliseront pas beaucoup cette distinction

Test: processus de détection de fautes par exécution sur des cas choisis et comparaison des résultats avec les exigences

INF6001 Chap 1 5

Spécifications et exigences

Les mots spécification et exigences sont utilisés dans plusieurs significations

INF6001 Chap 1 6

Différents niveaux de spécifet cycle de développement

Spec d’exigences (langue naturelle, notation logique)

Spécification du comportement

Spécification de l’implantation

(comportement utilisant des composantes données)

Implantation

Nous pouvons effectuer des V&V et du test entre tous les niveaux

INF6001 Chap 1 7

Loi dans le génie logiciel

Le plus tôt qu’on identifie une erreur dans la trajectoire de développement, le moins cher il est de corriger l’erreur

INF6001 Chap 1 8

Spécification d’exigences ou besoins

Ce que le système doit faire pour l’usager, p.ex pour un système téléphonique: (niveaux d’abstraction décroissants) Me permettre de communiquer avec l’appelé si disponible Après avoir signalé un numéro, il doit sonner de l’autre côté ou sinon

l’appelant doit recevoir un signal occupé Être au début en état inactif, donner la tonalité au décrochage et passer à

un état où il permet de composer un numéro… Donc les exigences peuvent être à plusieurs niveaux d’abstraction, peuvent

représenter différents aspects du système Il y a tout un domaine de recherches qui s’appelle

Requirement Engineering Nombreuses méthodes de spec développés, p.ex.

Use Cases (UML) Use Case Maps Notations logiques (OCL en UML) Diagrammes de transitions d’états…





Implantation

INF6001 Chap 1 9


Décrit le comportement du système en termes de séquences d’interactions possibles avec l’environnement

Les modèles à états sont les plus souvent utilisés, p.ex. au début, le système et dans l’état inactif, idle ceci rend possible une transition signalisation, par laquelle

le système passe à un état attente il passe puis à l’état sonnerie ou signal occupé

La structure interne de la spec est abstraite, ne correspond pas nécessairement à un modèle d’implantation

9





Implantation

INF6001 Chap 1 10

Spec partielle du comportement d’un téléph.

Idle

Dialing

OffHookDialTone

PathActive

DialDIgitsClicks

RingingOnHookClick

CallAlertStartRinging

OffHookStopRing

Mess. entréeMess. sortie

Notation:

INF6001 Chap 1 11


Semblable à la spec du comportementMais la spec a une structure interne qui correspond à un

modèle d’implantation P.ex. un diagramme à état pour chaque composante

Décrit les composantes de l’implantation, etc.Spec d’exigences (langue

naturelle, notation logique)




Implantation





Implantation

INF6001 Chap 1 12

Vérification ou test entre niveaux

Il est nécessaire de contrôler tous les suivants, et ces contrôles peuvent être faits par V&V ou test: Que la spec du comportement inclut tout le comportement décrit

dans les exigences Possiblement aussi qu’il n’y a pas de comportements additionnels

indésirables Que la spec de l’implantation inclut tout le comportement décrit

dans la spec du comportement et, au besoin, dans la spec des exigences

Que l’implantation inclut tout le comportement décrit dans la spec des exigences et au besoin dans la spec du comportement

Le besoin de tous ces contrôles est réduit si les différentes niveaux de specs et d’implantation sont obtenus les uns des autres à l’aide d’outils automatiques ou semi-automatiques p.ex. compilation

INF6001 Chap 1 13

Placement de la vérification et test

Dans la plupart des modèles de développement du logiciel, la vérification et surtout le test sont considérés comme étapes finales du processus

Elles devraient au lieu être considérées comme activités parallèles à être exécutées à toutes les étapes Pour contrôler la cohérence entre étapes et la complétude de

chaque étape

INF6001 Chap 1 14

Spécifications formelles

Afin de rendre la V&V et le test plus précis et fiables, le concept de spécification formelle a été développé

Une spécification formelle d’un système est une spécification du comportement désiré du système, écrite dans une notation fournie d’une base logique, Donc adaptable à des processus de vérification et tests

automatisésUne spec formelle peut être prise comme expression

d’exigences d’usagerOu une spec formelle peut elle-même être testées ou validée,

vérifiée par rapport à des exigences exprimées d’une autre façon (langue naturelle, autre langage formel)

Aussi, les specs formelles peuvent être utilisées comme terme de comparaison pour la V&V ou le test

À voir… c’est le contenu de ce cours

INF6001 Chap 1 15

Modélisation de systèmes informatiquesDans leur réalité physique, les systèmes informatiques sont

extrêmement complexesCourants électriques qui circulent dans un systèmePeuvent être interprétées de façons différentesAfin de les analyser, il est nécessaire d’utiliser des

simplifications, des abstractions, des interprétations: Chercher à capturer ce que l’usager peut considérer important à un

moment donné Toute simplification, tout modèle

Capture certaines propriétés et en ignore autres Capture certaines possibilités d’erreur et en ignore d’autres P.ex. dans ce cours nous ne prendrons pas en considération les aspects

temps réel

INF6001 Chap 1 16

Modèle

Une spec formelle est un modèle abstraitUn modèle est une entité qui se comporte comme le système

réel de certains points de vue P.ex. un modèle d’avion pourrait

Être comme l’avion, mais beaucoup plus petit Être comme l’avion, mais ne pas voler Se comporter comme l’avion pour le pilote, mais il ne peut pas

avoir des passagers, ne peut pas voler, etc. (simulateur de vol) Donc il est une abstraction Un modèle formel d’un logiciel est une entité mathématique qui a

certaines des caractéristiques du logiciel, mais pas toutes P.ex. n’est pas capable de fonctionner à la même vitesse, ne peut

pas produire la sortie dans l’exacte forme désirée, etc.

INF6001 Chap 1 17

Conception et description à couches

Couches dans logiciels

INF6001 Chap 1 18

Couche n+1Utilise les services de la couche n et fournit des services à la couche n+2

Couche nUtilise les services de la couche n-1 et fournit des services à la couche n+1

Couche n-1Utilise les services de la couche n-2 et

fournit des services à la couche n

Services = fonctionnalitésEn pratique, les services seront des méthodes ou fonctions

INF6001 Chap 1 19

Conception à couches des protocoles

Un protocole peut contenir un grand nombre de fonctionnalités

Pourrait être défini comme un seul programme, mais ceci serait excessivement complexe à Implanter Vérifier Tester etc.

Le manque de modularité rendrait aussi difficile l’échange de modules préfabriqués entre compagnies

INF6001 Chap 1 20

Expressivité du concept de service

Si les couches sont bien conçues, il est possible d’exprimer le service fourni par une couche de manière à cacher le mécanisme interne de la couche P. ex. une pile fournit 12 volt

C’est le service qu’elle fournit, qu’elle soit NiCa, NiMh, Alcaline, etc. – n’importe

Offrant ce service, elle peut être utilisée dans des moteurs qui ont besoin de ce voltage

Le moteur à son tour offre un service, identifié par des paramètres tels que puissance: p.ex. 0.05hp, n’importe son fonctionnement

Offrant ce service, il peut être utilisé dans des appareils qui ont besoin de cette puissance: p.ex. des modèles d’auto

Expressivité du concept de service

Pile + moteur = force motrice

Moteur + modèle auto = jouet fonctionnel

Service sous-jacent + protocole = nouveau service

À chaque niveau, on peut oublier le service sous-jacent et utiliser directement le nouveau service

INF6001 Chap 1 21

Couche n+1Utilise les services de la couche n et fournit des services à la couche n+2

Couche nUtilise les services de la couche n-1 et fournit des services à la couche n+1

Couche n-1Utilise les services de la couche n-2 et

fournit des services à la couche n

INF6001 Chap 1 22

Communication entre pairs

The sales manager of company A may need to do a transaction with the sales manager of company B:

I want to buy X amount of product P. Negotiation on prices, etc. may take place:

Manager A Manager B

negotiationprotocol

INF6001 Chap 1 23

Fournisseur de service

Since A and B are not in the same place, they must rely on some transport mechanism to transfer the Protocol Data Units (PDUs) between them

Manager A Manager B

Service Provider

PDUsService Data Units

SDUsService Data Units

SDUs

INF6001 Chap 1 24

CouchesThe Service Provider itself must be implemented by communicating entities... it is implemented by admin assistants who write letters. These letters include the simple text provided by the managers into other text such as: Date... Dear Sir... Yours Sincerely... It is then passed to the mailing service provider.

Manager A Manager B

PDUs Service Data UnitsService Data Units

Assistant A Assistant B

Service Provider

Service Data Units Service Data Units

INF6001 Chap 1 25

Et encore couchesThe assistant interfaces directly with the secretaries. They include the letters into addressed envelopes and pass them on again to the lower layer service providers...

Manager A Manager B

PDUs Service Data UnitsService Data Units

Assistant A Assistant B

Secretary A Secretary B

Service Provider

SDU SDU

SDU SDU

INF6001 Chap 1 26

Ajout d’en-têtes (encapsulation)

Manager A

PDUs

Assistant A

Secretary A

Service Provider

Header1 Payload

Header1 Payload

Header1 Payload

Header2

Header2Header3

INF6001 Chap 1 27

Layered Systems Concepts

At each layer, an entity has a message exchange with a peer entity on the other side. This exchange is made up of Protocol Data Units. Hence the term peer protocol

Peer-to-peer implies that either side can initiate a session and has equal responsibility

Direct transmission of PDUs is not possible (except in extremely simple protocols). An underlying service provider must be invoked, by means of Service Data Units (SDUs).

The underlying service provider consists in its own turn of peer entities. To transmit the message coming from the protocol entity above, the lower level peer entity adds a header (or possibly a trailer) to the message. It then passes the message to the level below, who will add another header (trailer), etc.

INF6001 Chap 1 28

Concepts of Layered Systems (Continued . . .)

The message and all the headers (trailers) it has acquired will eventually be transmitted between the lowest layer peer entities.

As the message moves up on the other side, the headers (trailers) tacked on by peer entities are progressively ‘stripped’ at each level secretaries will strip the envelopes, assistants will strip Date... Dear Sir...

Yours Sincerely highest level entity will eventually receive protocol unit sent by peer on the

other side Layering should be seen as a way to simplify the description of a

protocol by decomposing it Does not need to be implemented, although very often it is

Because it also simplifies the implementation, V&V, test, etc.

INF6001 Chap 1 29

Some layers can be skipped in certain cases

Layer n

Layer n+1

Layer n+2

Sometimes a layer is allowed to use directly services from two layers below.

This is done in order to simplify the description: clearly, in the example above, layer n+1 would have to be more complicated if it couldn’t be skipped.

INF6001 Chap 1 30

Comment choisir les couches?

Plusieurs critères de génie logiciel peuvent nous aider à trouver une bonne façon de décomposer un protocole complexe en couches

Du point de vue de la vérification, le critère le plus important est que les interfaces de service puissent être décrite de façon beaucoup plus simple que la somme des protocoles sous-jacents Exemples à suivre

Ceci est d’ailleurs un principe commun en génie P. ex. la spécification du service d’une pile électrique peut inclure le

voltage et les dimensions Pas normalement le fonctionnement interne: alcaline, NiCa, etc…

Le service offert par une couche d’isolation thermique peut être décrit en termes de RXX, le coefficient d’isolation,sans devoir dire quelle est la structure interne de la couche (fibre de verre, mousse…)

INF6001 Chap 1 31

Couches OSI

Réf:http://www.irisa.fr/armor/lesmembres/cousin/Enseignement/Reseaux-generalites/Cours/4-3.htm

INF6001 Chap 1 32

Modèle de référence Open Systems Interconnection

INF6001 Chap 1 33

Fonctionnement Global

INF6001 Chap 1 34

OSI Lower Layers

Physical. Responsible for the actual transmission of bits over a physical medium (but the physical medium itself is below the physical layer).

Data Link. Responsible for the accurate transmission of data between two adjacent systems: error detection and correction, data sequencing.

Network. Addressing and routing. Responsible for data delivery to the final destination. Transport. Responsible for reliable end-to-end data transmission. Creates and

removes packets, i.e. the transport layer will take a byte stream (a logical message) from a session entity, packetize it for transmission by the network layer, and de-packetize it for delivery of a byte stream to a session entity.

INF6001 Chap 1 35

OSI: Different scope of coverage by layers 1,2,3 and layer 4 and above

transport layer

data link layer data link layer

transport layer

data link layerdata link layer

but-à-but

liens adjacents

network layer network layer

physical layerphysical layer physical layerphysical layer

netwk layer netwk layer

INF6001 Chap 1 36

Couche Transport

Correspond à la couche TCP dans TCP/IPTrois fonctionnalités de base:

Transforme les paquets en chaînes d’octets Masque la paquetage aux couches supérieures En dessus du transport, on ne considère plus les erreurs de

transmission paquets Ignore les relais intermédiaires

But à but, End-to-end

La couche transport est donc un pivot essentiel dans une pile de protocoles

INF6001 Chap 1 37

OSI Higher Layers

Session. It keeps track of the dialogue between peer entities. The entities can stop and restart the dialogue by agreement or in response to system failures, can make periodic checkpoints, etc. (e.g. I am stopping now, will restart later, make sure you know where I’ll restart)

Presentation. Responsible for the presentation of data. It negotiates with other layers how the information will be represented. (I will send you MS-Word files, OK? No, I don’t speak MS, can you send in PDF? Etc.)

Application. This layer provides facilities that are used directly by applications. E.g., directory services, remote procedure call, transaction control.

INF6001 Chap 1 38

Entités OSI

N+1-Protocol Entity N+1-Protocol Entity

N-Service Provider

N+1-PDUsN-SDUsN-SDUs

N-SAP N-SAP

SAP: Service Access Point

INF6001 Chap 1 39

Entités et unité de données OSI

N+1Protocol Entity N+1Protocol Entity

N+1 PDUsN-SDUsN-SDUs

N Protocol Entity N Protocol Entity

N-1 Service Provider

N-1 SDUs N-1 SDUsN PDUs

N Service Provider

INF6001 Chap 1 40

Service Data Units (SDUs)

Request : Une entité sollicite un service Indication : Une entité est informée d'une demande de service Response : Une entité a rendu le service, si possible Confirmation : Une entité est informée que le service a été rendu

SAP

REQUEST INDICATION

CONFIRMATION RESPONSE

Servicenon confirmé

Serviceconfirmé

SAP

Cas d’usage dans la couche transport OSI

INF6001 Chap 1 41

INF6001 Chap 1 42

Exemple: Service de la couche Transport OSICas d’usage

T-ConReq

T-ConConf

T-ConIndT-ConResp

A B

Connexion avec Succès AB

T-ConReq

T-DiscInd

T-ConIndT-DiscReq

A B

Connexion refusée par B

A B

Tentative de connexion de A refusée par le fourniss. de service

T-ConReq

T-DiscInd

T-DatReqT-DatInd

A B

Transfert DonnéesAB

A et B sont les SAPs des entités de protocoles A et B

INF6001 Chap 1 43

Service couche transport: déconnection Cas d’usage

T-DiscReqT-DiscInd

A B

A décide dedéconnecter

T-DiscReqT-DiscReq

A B

Les deux décidentde déconnecter(collision)

T-DiscIndT-DiscInd

A B

Le fournisseur deService décide dedéconnecter

Il y en a quelques autres…

Service Transport: Échange typique

INF6001 Chap 1 44(Notes de cours du Prof. Bochmann, Ud’Ottawa)

(Nouvelle connexion)

Two-way handshake

Note that only two messages are sufficient in order to establish connection

This is because TS assumes that the underlying services are ‘perfect’, this means that all messages are (eventually) delivered So a last message from initiator back to responder is

unnecessary In fact, this fact also determines other aspects of this SDU

exchange

INF6001 Chap 1 45

Décomposition et fonctionnementde la couche Transport OSI

INF6001 Chap 1 46

INF6001 Chap 1 47

Protocoles et interfaces

Il y a une interface logique entre la couche N et la couche N-1

SAP N

SAP N-1

Protocole Couche N

Interface entre couche N et couche N-1

Couche N décomposée

INF6001 Chap 1 48

Fonctionnement de protocoles et interfaces

Le protocole de couche N génère et répond aux unités de service (SDUs) allant au provenant de SAP N

Il génère et répond aussi aux unités de protocoles (PDUs) allant au provenant de l’interface avec SAP N-1

L’interface: encapsuler, décapsuler Prend les unités de protocoles (PDUs) générées par le protocole N et les

encapsule pour former des unités de service(SDUs) dirigées au SAP N-1 Prend les unités de service générées (SDUs) par le protocole N-1 et les

décapsule pour générer des unités de protocole (PDUs) dirigées au protocole N

SAP N

SAP N-1

Protocole Couche N


SAP N

SAP N-1

Protocole Couche N


INF6001 Chap 1 49

La couche transport OSI et ses unités de données pour la phase connexion

T-SAP

N-SAP

Protocole Couche T

Interface Avec couche réseau:

Encapsulation, décapsulation

T-ConReq, T-ConResp,

T-ConInd, T-ConConf

CR, CC

Unités de service couche Réseau

N=Network=Réseau CR et CC sont les PDUs: ils sonttransmis vers ou des couches inférieures encapsulés dans N-DatReq¸ N-DatInd, p.ex. N-DatReq(CR, …)

Unités service couche transport:Ce schéma s’applique à toutes les couches

INF6001 Chap 1 50

Idéalement, la transmission des PDU est directe

ProtocoleTransport

ProtocoleTransport

T-SAP T-SAPCR

T-ConReq T-ConInd

INF6001 Chap 1 51

En réalité, elle passe à travers le service sous-jacent

ProtocoleTransport

Interface Interface

Protocole Transport

Service Réseau (Network)

T-SAP T-SAP

T-ConReq T-ConInd

N-SAP N-SAP

CR CR

N-DatReq(CR,…) N-DatReq(CR,…)

Observez comment les primitives d’un protocole (CR dans ce cas) sont transmis comme données au niveau sous-jacent et puis récupérés

déca

psul

atio

nencapsulation

Au début …

Le fait qu’un CR de transport est transféré comme donnée par la couche réseau suppose qu’il y a déjà une connexion à la couche réseau …

Comment faire si elle n’existe pas?Il y a un mécanisme pour traiter ce cas:

Le protocole transport peut créer une connexion réseau en invoquant directement une N-ConReq (au lieu de passer un CR)

Détail technique sur lequel je n’insisterai pas

INF6001 Chap 1 52

INF6001 Chap 1 53

Connexion Réseau

Dans la couche Transport, nous pouvons avoir plusieurs connexions

Les demandes de connexion Transport sont normalement reliées à la couche Réseau encapsulées comme données comme suit: N-DatReq(CR(params), params) Les params ajoutés dans l’encapsulation sont spécifiés dans les

détails du protocole

INF6001 Chap 1 54

Unités traitées par le protocole transport, phase connexion (simplifié)

T Service Primitives(T-SDU)

T Protocol Primitives(T-PDUs)

T-ConReqincoming

CRincoming/outgoing

T-ConIndoutgoing

CRincoming/outgoing

T-ConRespincoming

CCincoming/outgoing

T-ConConfoutgoing

CCincoming/outgoing

Scénario typique (travail de Hanene Ben Yedder, 2010)

INF6001 Chap 1 55(Sera plus clair après le prochain chapitre)

Nouvelleconnexion

Les autres couches

Les autres couches OSI suivent essentiellement les mêmes principes

Nous avons utilisé l’exemple de la couche transport car elle est la plus simple et propre

INF6001 Chap 1 56

Décomposition et recomposition de SDUs et PDUs entre couches

INF6001 Chap 1 57

INF6001 Chap 1 58

Rélation entre SDU et PDU

Dans le cas le plus simple, une couche transmet les données telles quelles à la couche adjacente, après avoir ajouté ou enlevé ses propres informations.

Mais souvent nous avons: Segmentation/réassemblage Groupage/dégroupage Concaténation/séparation

INF6001 Chap 1 59

Pourquoi segmentation, groupage, etc.

Les entités de données doivent être organisées selon les besoins des protocoles dans les différentes couches

P.ex. dans les premières 3 couches, il est pratique d’avoir des courtes unités d’information (paquets, trames…) car les protocoles se préoccupent de Détection et correction d’erreurs: pour pouvoir localiser l’erreur et au besoin

retransmettre seulement l’information qui a été touchée par l’erreur Multiplexage des canaux: plusieurs connexions partagent les canaux, donc on

le donne à chaque connexion pour un court instant seulement Après la couche transport, il est plus convenable de travailler avec

des unités d’information qui ont une signification logique La couche transport elle même transmet aux niveaux supérieurs des chaînes

d’octets de longueur arbitraire, mais ayant une valeur logique Une commande de transaction, un message électronique, une interrogation

SQL…

INF6001 Chap 1 60

Encapsulation simple

PCI: Protocol Control Info (source des figures : http://www.irisa.fr/armor/lesmembres/cousin/Enseignement/Reseaux-generalites/Cours/4-3.htm

INF6001 Chap 1 61

Segmentation/réassemblage Fonction d'une couche(N) mettant en correspondance une SDU(N) avec

plusieurs PDU(N) Adaptation de la taille des données (N-SDU) aux caractéristiques de transmission (N-

PDU) Problème : identification des PDU transportant les données constituant la SDU. Exemple : Couche Transport qui rassemble les paquets pour en faire des entités

logiques

PCI: Protocol Control Info

INF6001 Chap 1 62

Groupage/dégroupage

Fonction d'une couche(N) mettant en correspondance plusieurs SDU(N) avec une seule PDU(N) Adaptation de la taille des données (N-SDU) aux caractéristiques de la transmission (N-

PDU) Diminution du surcoût (overhead) Problème : identification des SDU transportées. Exemple : le tamponnage (bufferisation) des données sous TCP

INF6001 Chap 1 63

Concaténation/séparation

Fonction d'une couche (N) mettant en correspondance plusieurs PDU(N) avec une seule SDU(N) Adaptation de la taille des données aux caractéristiques du service (N-SDU) Diminution du surcoût (overhead) Problème : identification des PDU transportées Exemple : La couche Session qui subdivise des longues interactions en sessions

Modes non-connecté et connecté

Deux principes différents de fonctionnement de protocoles

INF6001 Chap 1 64

INF6001 Chap 1 65

Mode Connecté (connection-oriented)

3 phases : phase d'établissement de la connexion phase de transfert de données phase de libération de la connexion

un contexte (réparti) est partagé par les membres de la connexion : par exemple : le numéro du paquet

permet (facilite) le contrôle et la gestion du transfert de données : contrôle d'erreur, contrôle de flux, maintien en séquence, etc.

les messages échangés comportent des informations qui ne sont utilisables que grâce à la connaissance de ce contexte : par exemple : le numéro de paquet / la largeur de la fenêtre

coulissante Exemple de protocole utilisant le mode connecté:TCP

INF6001 Chap 1 66

Mode non connecté (connectionless)

1 seule phase: le transfert de données

chaque unité de transfert de données est acheminée indépendamment

les entités communicantes ne mémorisent rien ("memoryless").

les messages échangées sont auto-suffisants ("self-content")

pas d’acquittement de messages (no ack) exemple: datagrammes en IP

INF6001 Chap 1 67

Comparaison

Le mode non connecté est beaucoup plus simple à programmer et gérer, il est beaucoup plus efficace.

Il laisse beaucoup de responsabilités aux couches supérieures et à l’usager

Sur mediums très fiables (p.ex. Fibres optiques) avec commutation très efficace, en pratique le mode sans connection peut fournir une QoS très semblable à celle du mode connecté

Pour quelques apps, p.ex. multimédia, il n’est pas essentiel que tous les paquets soient reçus

Dont la popularité du protocole IP

Un peu d’histoire: OSI et Internet

INF6001 Chap 1 68

OSI, passé et futur

L’OSI tel quel n’est plus pratique aujourd’hui Étant donné le succès des protocoles basés sur l’IP

Cependant, les concepts de l’OSI sont plus sophistiqués que les concepts des protocoles utilisés plus récemment Il y a encore une forte influence de ces concepts sur les

nouveaux protocoles Comme nous verrons

INF6001 Chap 1 69

INF6001 Chap 1 70

Various success of OSI conceptsThe lowest layers of OSI pre-existed OSI and were the most

successful (X.25=LAP-B, subsequently modified for use in ISDN) However these protocols have lost importance because they

emphasize error detection which has now been rendered almost obsolete by very reliable

communication links and can be done in part by the application

The higher layers of OSI were the least successful. Especially Session and Presentation were thought to be too

complex to implement. It was thought to be preferable to leave such functionalities to the

application, i.e. end user.

INF6001 Chap 1 71

Various success of OSI concepts(Continued)

One of the least successful aspects of OSI seems to have been the connection-oriented approach Each layer starts a connection Each connection keeps data in order Complexity and overhead to do this!

IP instead is connectionless: each packet travels on its own At the higher layer, if the the user requires a connection, it will use TCP to

reorder messages. Otherwise UDP (User Datagram Protocol) will be used and the

responsibility of reordering messages and detecting missing messages is left to the application.

INF6001 Chap 1 72

Various success of OSI concepts(Continued)

So, what is left of OSI? The idea of protocol layering remains very important and all complex

protocols today are layered The notion of service has been transformed into the notion of

Protocol interoperability

The names of the layers are still used to understand the place of a protocol We still talk of protocols at the transport, application, etc. layer

Several OSI Application Layer concepts were found to be useful (Middleware!) and are important in service engineering P. ex. Protocols for Remote Procedure Call

INF6001 Chap 1 73

Modèle à couche en OSI et en TCP/IP

Le modèle à couche de l’OSI est utilisé dans TCP/IPMais les couches Présentation et Session sont absentes

(laissées à l’application d’usager)Aussi, tandis que le modèle OSI met l’accent sur les deux

concepts de service et protocole La description du service étant souvent beaucoup plus simple que la

description des protocoles sous-jacentsLe modèle TCP/IP met l’accent sur le concept de protocole

Les services et les primitives de services ne sont pas précisément décrits en TCP/IP

Il y a seulement le concept d’unités de protocoles qui peuvent être encapsulées et passés aux couches inférieures

Tandis que en OSI la déf du modèle a précédé la déf du protocole, pour TCP/IP c’est le contraire

INF6001 Chap 1 74

A bit of history

TCP/IP was developed for use by the USA military starting in the late 60s and 70s (ARPANET).

X.25 (the lowest 3 layers of OSI) were developed by the CCITT (now ITU-T) in the seventies. It was widely implemented, esp. in Europe.

OSI was an effort to extend X.25. It ended up being quite complex.

In the late nineties, OSI was abandoned and there was a return to TCP/IP.

INF6001 Chap 1 75

OSI Protocols and Internet Protocols:Methodological aspectsInternet Protocols are constructed by a very pragmatic

approachProtocols are simple, the concepts are simpleMuch research on protocol engineering was done at the time of

OSI and is still validThere is lack of Software Engineering concepts in IP Concepts such as:

Formal specification and verification, conformance testing are absent from IP

If you want to develop a new implementation, just copy it from an existing one and make sure that it does the same thing ...

IP is evolving and is adopting and adapting OSI concepts Nous verrons ceci dans la dernière partie du cours

Donc il vaut la peine de les connaître...

La notion de service ou d’interopérabilité…

INF6001 Chap 1 76

Quel est le service fourni par chaque entité?

Quelle est son interface?

?

INF6001 Chap 1 77

Une bonne référence

Le manuel classique de Tanenbaum Réseaux contient une bonne discussion de ces points

INF6001 Chap 1 78

The Standards World

INF6001 Chap 1 79

Interconnection and standards

Everything in telecom may appear to be easy if one thinks of only one carrier: e.g. internet telephony nowadays is a reality in proprietary systems:

all participants must subscribe to the same carrier.However the essence of telecom is several carriers working

together to provide a set of commonly understood services. Services are programmed independently by different carriers Externally, they must behave in the same way They may have to interact with related services provided by other

carriers commonly understood protocols

INF6001 Chap 1 80

Standard bodies The most important standard body in telecom is the ITU-T.

International Telecommunications Union, an agency of the United Nations. See http://www.itu.int/

The -T stands for Telecom Standardization Sector -R stands for radio

Also influential: ISO International Organization for Standardization, also agency of the UN But ISO has now withdrawn from telecom sector

In North America: ANSI American National Standards Institute

Many others: TIA: Telecom Industry Association ETSI: European Telecom Standards Institute ATM Forum IETF for Internet...

http://www.itu.int/

INF6001 Chap 1 81

How Standard Bodies Work(there is a variety of procedures)

Consensus process Voluntary process, driven by government regulators and industries Typical operation (ISO, ITU):

Member bodies are countries (Canada, USA, UK, France...). (In other cases, they can be companies, etc.)

Member bodies have own standards councils (e.g. Standards Council of Canada http://www.scc.ca/), participants are interested individuals (the experts), often delegated by companies.

Member bodies propose Work Items (something that needs to be standardized)

Work item is approved by international ballot

A committee is formed, made of interested experts from several countries

INF6001 Chap 1 82

The committee meets many times and works on progressively more complete working drafts

Each draft is submitted for ballot to member bodies. Each body decides on the vote (yes, no, abstain). Votes include technical comments for enhancements, etc.

The final approved document is called a standard or recommendation.

Standard and recommendations are then maintained and periodically enhanced by appropriate committees, again each change must be discussed and approved.

Typical operation (ISO, ITU)(Continued . . .)

INF6001 Chap 1 83

What are standards based on

Some standards simply document preexisting industrial practices, regulations, or ‘de facto’ standards (e.g., metric). However these are usually modified during the standardization

process, trying to make them more complete and more consistentOther standards attempt to combine existing practices and

regulations, usually trying to establish a compromise different practices may become different ‘options’

Some standards are created in the standardization bodies in order to respond to some needs (much of the Open Systems Interconnection was like this).

INF6001 Chap 1 84

Who participates in the standardization process This varies very much, according to the type of standard and of

standard organization. In the past,

ISO and ANSI standards were mostly driven by industrial concerns ITU standards were mostly driven by government regulatory bodies in

telecom in Europe, the PTTs (Post, Telephone, Telegraph ministries) in NA, large companies having dominance in some areas

Other standard bodies are organized by professional associations, for example electrical engineers in the case of the IEEE.

De-regulation is giving more importance to the real implementers and users, this means the industries.

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De-regulation

The telecom industry used to be heavily regulated by governments.

Governments (PTTs) were the carriers, they set the standards, and they implemented and used them. Users, other companies had almost no say

International agreements have opened the field. Effect: Governments have only minimal regulatory say. For example, they

regulate the use of transmission frequencies and they auction them. They are still useful as mediators.

Companies can offer telecom services to individuals. Large telecom R&D agencies associated with governments have

had to become commercial (p.ex. France Telecom).

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The varying value of standards

In the past, the main players in telecom were governments and associated companies.

ITU recommendations were agreed on among them and were like laws: everyone used them.

Standardization process was slow. It took years to complete a standard. De-regulation has created a more fluid situation. If a group of companies that is

sufficiently strong agrees on some system architecture, that one can become like a standard among these companies. Others can also join. many such groups exist, and are dynamically reconfiguring themselves

It happens now that standards created by official standardization bodies are not getting used, while other rules that are not official standards attain wide use.

ITU, ISO, etc. are starting to try and ‘catch up’ by speeding the standardization process and enabling fast standardization of existing industrial practices.

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De facto standards

De facto = Latin for: in actual fact, though not perhaps justly or according to law (Longman’s dictionary) (opposite is de jure)

These are generally recognized rules, which are not standards of any standards body. Internet (TCP/IP), the WWW were at the beginning de facto standards UNIX, Windows in the operating systems also were de-facto

Now they are being regulated, standardized De facto standards are quite strong, because they have survived on

their own only because of user satisfaction. Often they become official standards when some standard body

becomes interested in them. They may be popular variations of existing standards

INF6001 Chap 1 88

Current situation

Companies work hard to provide increasingly complex systems at lower costs.

Users shift allegiances quickly to find companies that offer more for less.

There are lots of different standards, and variations of standards.

High quality of telecom services was expected in the past situation of strict government regulation and monopoly.

This quality may decline in the short run, to test how bad (and inexpensive) it can get before customers stop buying a product.

De facto standards may become dominant.

INF6001 Chap 1 89

Standards and Implementation

Standards usually contain architectural information i.e. they decompose the system in parts and specify internal

protocols between the partsit is important to understand that such decomposition has

no normative value. implementor is free to decompose the system in another way and

to have different internal protocols as long as the externally observable behavior of the system is as

specified in other words, the system is a black box and the internal

decomposition is only for description purposes the decomposition and protocol specified in the standard can be

very inefficient to implement, this does not matter.

INF6001 Chap 1 90

A standard defines a Black BoxThe way it is described (yellow)does not have to be the way it is implemented (green)But description and implementation must look the same at the interfaces (red)

INF6001 Chap 1 91

Histoire de l’ingénierie des protocoles

Les premiers protocoles étaient le produit exclusif de compagnies ou autres organisations

L’adoption d’un protocole se faisait en achetant et installant une implantation donnée

L’OSI fut un effort de créer des protocoles normalisés et modulaires, pour favoriser la combinaison d’implantations partielles entre compagnies

Il fut reconnu (fin 1970) que afin que ceci soit possible, il était nécessaire de pouvoir Spécifier de façon formellement précise les différentes

composantes (couches, protocoles) Adopter des précis critères de V&V et de test

INF6001 Chap 1 92

Histoire de l’ingénierie des protocoles (ctn)

La plupart de la recherche discutée dans ce cours fut faite dans les années 1980-1995

Plus. facteurs on contribué au ralentissement de ce filon de recherches: L’effritement de l’effort OSI et le retour à des protocoles plus simples et

déjà bien compris (TCP-IP) La réalisation par les industries que l’utilisation de méthodes rigoureux

de développement logiciels est coûteux et lent Peu de considération pour le travail de conception par rapport aux phases finales

d’implantation Le coût de développement de logiciels pour bien supporter ce type de

méthodes Étant donné qu’un grand nombre de concepts ont déjà été découverts,

beaucoup de chercheurs ont passé à autres sujets… Cependant ces techniques retrouveront leur valeur avec l’augmentation de la

complexité des applications et un nouvel intérêt pour la qualité du logiciel

INF6001 Chap 1 93

Concepts importants de ce chapitre

Niveaux dans la conception et réalisation de logicielVérification, validation, test entre niveauxCouches de protocolesLa normalisation des protocoles

Documents

1 Chapitre 1 Généralités sur les protocoles et les méthodes de génie de protocoles w3.uqo.ca/luigi