Präsentation Borchert
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Die OSI-Protokollhierarchie Dipl. Ing. Ulrich Borchert Inhalt 1 ISO-OSI-Referenzmodell 2 Die OSI-Protokollhierarchie 2.1 Service access point und PDU 2.2 Zweck der 7 Schichten 2.3 Informationsfluss und Nachrichtenformat 2.4 Aufgaben der Schichten 1 und 2 2.5 Schicht 3 (network layer) 2.6 Schicht 4 (transport layer) 2.7 Schichten 5-7 2.8 Protocol-stack OSI-Protokollhierarchie 2 1 ISO-OSI-Referenzmodell ISO OSI International Standardisation Organisation Open Systems Interconnection Referenzmodell: Kein Protokoll, sondern ein “Schema” für konkrete Protokolle und deren Normierung Anzahl der Ebenen (Vorschlag: 7) prinzipielle Aufgaben der verschiedenen Ebenen Strukturelle Basis („Architekturmodell“) für viele Protokolle und Normen zur Datenkommunikation Einheitliches Vokabular für Normierungszwecke Offenes System: - Festlegung spezifischer Normen entsprechend einer vereinbarten Architektur - Jeder Anwenderprozess kann mit jedem anderen kommunizieren, sofern er sich an die vereinbarten Regeln hält (offengelegte Schnittstellen) OSI-Protokollhierarchie 3 2 Die OSI-Protokollhierarchie Anwendungsprotokoll 7 Application layer 6 Presentation layer Darstellungsschicht 5 Session layer Sitzungsschicht Transportprotokoll Anwendungsschicht 4 Transport layer 3 Network layer Vermittlungsschicht 2 Data link layer Sicherungsschicht 1 Physical layer Bitübertragungsprotokoll OSI-Protokollhierarchie Transportschicht Bitübertragungsschicht 4 2.1 Service access point und PDU - OSI-Terminologie (ein ganz kleiner Einblick…) Entity = aktive Einheit („Instanz“) einer Schicht - - realisiert in Hardware oder Software Peer entities = Instanz der gleichen Schicht auf verschiedenen Rechnern SAP (Service Access Point) = Stelle, wo der Service angeboten wird (identifiziert durch eine Adresse) Interface Data Unit Interface Control Information Service Data Unit Ebene i + 1 Interface Nutzinformation Interface Control Information Service Date Unit Steuerinformation für Ebene i, z.B. Länge der Service Data Unit Ebene i (ggf. fragmentiert in viele PDUs) Header Service Data Unit - Interface Data Unit geht über einen SAP von der Ebene i +1 zur Ebene i Protocol Data Unit (PDU) der Ebene i (“i-PDU”) OSI-Protokollhierarchie 5 2.2 Zweck der 7 Schichten 7 Kommunikationsabläufe der Applikation 6 Systemunabhängige Datendarstellung 5 Verbindung über längeren Zeitraum aufrecht erhalten 4 Sichere Verbindung zwischen Prozessen herstellen 3 Ende-zu-Ende-Verbindung zwischen Rechnern 2 Datenübertragung zwischen benachbarten Stationen 1 “Physikalische” Übertragung von Signalen Ebene 4 Ebene 3 Ebene 1001010010 2 Ebene 1 OSI-Protokollhierarchie 6 2.3 Informationsfluss und Nachrichtenformat 7 gesendet gesendet 6 M M 5 M M 4 H4 M1 3 H4 M2 H4 M1 H3 H4 M1 H3 H4 M2 H3 H4 M1 2 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 H4 M2 T2 H2 H3 H4 M1 T2 1 Rahmen aus schichtspezifischer Steuerinformation Paketisierung 10010111010011101010101101011 OSI-Protokollhierarchie 7 2.3 Informationsfluss und Nachrichtenformat - Header Hi und Trailer Ti der Schicht i Prüfbits, Sequenzzähler und andere “Verwaltungsdaten” hinzufügen bzw. entfernen - Eigentliche Nutzdaten M Gesamtnachricht der Schicht i = Nutzdaten (“payload”) der Schicht i-1 - Einige Schichten teilen lange Nachrichten auf Nachrichtenlänge auf unterer Ebene oft durch Puffergrößen begrenzt Zusammenbau („assembly“) auf der Empfangsseite OSI-Protokollhierarchie 8 2.4 Aufgaben der Schichten 1 und 2 1 Physical Layer - Normung von Steckern und Kabeleigenschaften - Physikalische Darstellung der Bits - z.B. Strom / Spannung (z.B. „0“ = 1V), oder Licht (mit Vereinbarung der Wellenlänge etc.), oder… Kodierung von Bitfolgen und gegebenenfalls Taktsignalen - Takt zwecks Bitsynchronisation von Sender und Empfänger Übertragung unstrukturierter Bitfolgen über ein Medium z.B. Telefonleitung, Lichtleiter, Funkkanal für Radiosignale… - Aktivierung / Deaktivierung von Leitungen - Beispiele: RS232-C oder X.21 der ITU OSI-Protokollhierarchie 9 2.4 Aufgaben der Schichten 1 und 2 2 Dafür Aufteilung des Bitstroms in Pakete! Data Link Layer - Erkennung und Behebung von Übertragungsfehlern - - z.B. mit Sequenznummern und Prüfsummen Meldung nicht-behebbarer Fehler nach oben Bei LAN: Aufspaltung in zwei Teilschichten: 2b Logical Link Control (LLC) 2a Media Access Control (MAC) Fehlererkennung und Flusssteuerung Zugangsprotokoll zum phys. Medium (z.B. CSMA/CD bzw. Tokenverwaltung) Adapterkarten, die das Protokoll „in Hardware“ abwickeln OSI-Protokollhierarchie 10 2.5 Schicht 3 (Network Layer) - verknüpft Teilstreckenverbindung zu Endsystemverbindungen Insbesondere bei Kommunikation von Rechnern unterschiedlicher Leistung (Rückkanal notwendig!) - Wegewahl (Routing) - Multiplexen von Verbindungen - ggf. Fehlerbehebung und ggf. Flusssteuerung (u.U. über mehrere Zwischensysteme hinweg) Rechner C Rechner B ? Rechner A Ende-zu-Ende OSI-Protokollhierarchie 11 2.5 Schicht 3 (Network Layer) - Beachte: die meisten Aufgaben entfallen in LANs - Man unterscheidet: 1) verbindungslos („packet switching“; Datagramm) - Jedes Paket wird einzeln geroutet. 2) verbindungsorientiert („circuit switching“) - Einrichtung einer virtuellen Verbindung Wegewahl i.a. nur bei explizitem Verbindungsaufbau expliziter Verbindungsabbau notwendig OSI-Protokollhierarchie 12 2.6 Schicht 4 (Transport Layer) „Benutzer“ des TransportDienstes in den Endsystemen - Aufbau und Abbau - Multiplexen mehrerer virtueller - Logische Verbindung zwischen (adressierten!) Prozessen (bzw. ports, sockets…) statt Rechnern Endsystem Endsystem Transitsystem 4 3 2 1 Ende-zu-Ende-Verbindung OSI-Protokollhierarchie 4 3 2 1 13 2.6 Schicht 4 (Transport Layer) - Reihenfolgeerhaltende, sichere Ende-zu-Ende-Verbindung - Flusssteuerung („flow control“), z.B. sliding window-Protokoll: Anzahl unbestätigter Pakete vereinbaren Kontinuierlicher Datenfluss auch bei langen Verzögerungen - abstrahiert von der Art und Natur des benutzten Netzes Erbringung eines Dienstes mit vereinbarter (bzw. „ausgehandelter“) Dienstqualität wie z.B. Fehlerrate oder Schutz / Sicherheit unabhängig von den Leistungen der darunter liegenden Schicht - bietet daher Transparenz bzgl. Übertragungs- und Vermittlungstechnik sowie benutzten Teilnetzen - Bsp: TCP im Internet - Nachrichten beliebiger Länge werden in Pakete aufgeteilt; Adressen des network layers werden hinzugefügt Außerdem: Sequenznummern, Prüfsumme (z.B. CRC) für Bitfehler und weitere Kontrollfelder für die Flusssteuerung etc. OSI-Protokollhierarchie 14 2.7 Schichten 5 - 7 5 Session Layer - Wird in konkreten Protokollen selten benutzt - Festlegen, wann Teilnehmer A oder B senden darf (simplex, halbduplex, duplex) - Checkpoints festlegen (Kommunikation später, z.B. nach einer Fehlerbehebung, dort wieder fortsetzen) - Sitzungsverwaltung über Phasen (z.B. Login/Logout) hinweg - Kopplung mehrerer Transportverbindungen (z.B. Audio und Video) zu einer Sitzung OSI-Protokollhierarchie 15 2.7 Schichten 5 - 7 6 Presentation Layer - Kodierung komplexer Daten (Typ, Wertebereich, Struktur…) - 7 z.B. ASN.1 („Abstract Syntax Notation“) Ggf. Komprimierung oder Verschlüsselung sowie inverse Operationen (aber auch auf anderen Ebenen denkbar!) Application Layer - Protokolle für spezifische Anwendungen, z.B.: Dateitransfer (z.B. ftp = „file transfer protocol“) WWW (http-Protokoll) Electronic Mail Directory Service (z.B. X500) Homebanking … OSI-Protokollhierarchie 16 2.8 Protocol-Stack - Menge der in einem gegebenen Fall verwendeten spezifischen Protokolle; z.B. Internet: bzw. Protokollimplementierungen (eines Herstellers) simple mail transfer protocol ftp, telnet, smtp, snmp, http, nntp, dns… 7 Domain name system network news transfer protocol 6 z.B. RPC (remote procedure call) 5 ./. 4 TCP und / oder UDP 3 IP 2 1 LLC MAC simple network management protocol user datagram protocol, schnell aber ohne Sicherheit z.B. CSMA / CD z.B. Koax-Kabel… OSI-Protokollhierarchie 17 2.8 Protocol-Stack Beispiel: GSMProtokollStack Wireless Application Environment (WAE) User interface on the phone, WAE contains the Wireless Markup Language (WML) Wireless Session Protocol (WSP) Wireless Transaction Protocol (WTP) Runs on top of a datagram service such as User Datagram Protocol (UDP) Wireless Transport Layer Security (WTLS) Wireless Datagram Protocol (WDP) Bearers e.g. CSD, SMS, USSD OSI-Protokollhierarchie 18
