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[9] Nu P 05 1
- 1. Offene Kommunikation
Das OSI-Referenz-Modell
Kapitel 5.1
Netze und Protokolle
Dr.-Ing. Jan Steuer
Institut für Kommunikationstechnik
www.ikt.uni-hannover.de
© UNI Hannover, Institut für Allgemeine Nachrichtentechnik
- 2. Literatur
ISO - Standard 7498
ITU-T X.200 Open Systems Interconnection - Model and
Notation
quot;Kommunikation und Computernetze: Konzepte,
Protokolle und Standardsquot;, H.W. Barz, Hanser Verlag,
München Wien, 1995
quot;Computernetzwerkequot;, Andrew S. Tanenbaum, Prentice
Hall, München, 1997
(2)
© UNI Hannover, Institut für Allgemeine Nachrichtentechnik
- 3. Geschichte
Standardisierungsinitiative bei ISO
Name: Open Systems Interconnection
Erster Schritt auf dem Weg zur internationalen Standardisierung
der verschiedenen Protokolle
Späte 70er
Später Definition von Standards nach OSI bei ETSI, CCITT,
IEEE
Das Referenzmodell hat noch heute einige Bedeutung, die
OSI-Protokolle sind bedeutungslos
(3)
© UNI Hannover, Institut für Allgemeine Nachrichtentechnik
- 4. Zusammenhang zwischen OSI-Referenz
Modell, OSI-Diensten und OSI-Protokollen
OSI Referenz Modell
OSI Dienste
OSI Protokolle
(4)
Das OSI-Referenz Modell besitzt den höchsten Abstraktionsgrad. Es definiert ein Rahmenwerk für
mögliche Dienste, Protokolle und Implementierungen.
OSI Dienste haben einen geringeren Abstraktionsgrad und beschreiben die von jeder Schicht zu
erbringenden Dienste. Sie beschreiben die einem Nutzer angebotenen Möglichkeiten ohne jedoch
deren Implementierung vorzugeben.
OSI Protokollspezifikationen beschreiben genau, welche Kontrollinformationen zu senden sind und
welche Prozeduren zur Interpretation verwendet werden. Sie beinhalten somit die größten
Einschränkungen und bilden den geringsten Abstraktionslevel im OSI-Schema.
Den Unterschied zwischen einem Rahmenwerk und einer Implementation kann man sich anhand des
Unterschiedes einer Architektur und eines vorhandenen Gebäudes verdeutlichen. Z.B. werden durch
eine viktoriansiche Architektur verschiedene Stilelemente und Regeln vorgegeben, man kann eine
viktorianische Architektur aber nicht betreten. Erst die Implementierung, d. h. das viktorianische Haus
kann betreten werden. Der Unterschied zwischen dem OSI Referenzmodell (Architektur) und
Imlementierungen (Gebäude) kann demnach auch als Typ von Objekt und Objekt beschrieben werden
(vgl. Type Definition in Programmiersprachen).
Unterescheidung Dienst-was die Schicht anbietet, Schnittstelle - wie man den Dienst anspricht und
Prtokoll- schichtinterne Realisierung der Kommunikation zwischen offenen Systemen.
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- 5. “OSI is a beautiful dream, and TCP/IP is living it.”
(5)
Anfänge Zusammenschalten von Computern unterschiedlicher Hersteller, Bull, IBM, DEC, Siemens-
Nixdorf => Notwendigkeit der Absprache, um Zusammenarbeit zu ermöglichen, z.B: physical layer Pin-
Belegung, wo Erde etc. muß bedacht werden
TCP/IP und andere Protokolle waren bis teilweise Anfang der 90er Jahre nur als Übergangslösung
gedacht
OSI Modell ist hervorragende Referenz zur Beschreibung von Computer- und
Telekommunikationsnetzen, die Protokollimplementierungen waren aufgrund der Komplexität riesig,
unhandlich und langsam und haben sich daher international nur teilweise durchsetzen können.
Die TCP/IP Protokolle haben sich durchgesetzt, verfügen jedoch über kein dem OSI Modell
entsprechendes Referenzmodell.
“politische Gründe” OSI galt als Ableger der europäischen Fernmeldeverwaltungen und Firmen,
TCP/IP sahen viele als Bestandteil von Unix
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- 6. Ziele des OSI - Modells (I)
Ausgangssituation: Eine Welt voller Systeme, die nicht
miteinander kommunizieren können („geschlossene
Systeme“)
Ziel: Die Fähigkeit von verteilten Systemen, zusammen-
zuarbeiten und eine gemeinsame Aufgabe zu erfüllen
Bereitstellung von Standards zur Ermöglichung von
Interoperabilität von Geräten verschiedener Hersteller
Einordnung bestehender Standards in das Schema der offenen
Kommunikation
Grundlage zur Bildung von widerspruchsfreien neuen Standards
Erweiterungsmöglichkeit von Protokollen mit endlichem Aufwand
Verifizierbarkeit von Protokollen
(6)
Die Geschichte der Geräte der Datenverarbeitung ist eine Geschichte der Firmenstandards und der damit
verbundenen Marktzutrittsbarrieren. Diese Welt war bestimmt durch geschlossene Systeme.
Geschlossene Systeme haben die Eigenschaft, daß sie nur für einen festgelegten Benutzerkreis vorgesehen
sind und meist firmenspezifische Protokolle verwenden. Dennoch können solche Systeme eine sehr große
Ausdehnung und sehr viele Teilnehmer haben (z.B. das Internet).
Im Gegensatz dazu stehen Offene Systeme. Diese zeichnen sich durch die Normung des Verhaltens ihrer
externen Schnittstellen aus, die es ermöglicht, daß Systeme verschiedener Hersteller miteinander
kommunizieren können. Darüberhinaus soll die Implementierung bestimmten Prinzipien folgen, wodurch die
Erweiterbarkeit der Protokolle und die Fehlerfreiheit gewährleistet werden soll.
Man versprach sich von offenen Systemen noch weitere Vorteile:
Die Definition widersrpuchs- und fehlerfreier Standards. Es zeigte sich, daß die Methodiken der
Standardisierung bei der zunehmenden Komplexität der Protokolle an Grenzen stießen. Das OSI
Referenzmodell war, neben der Definition formaler Spezifikationssprachen, ein Schritt in die Richtung
der Formalisierung des Entwurfs und der Spezifikation von Protokollen.
Erleichterung der Protokollverifizierung durch Einengung des Interpretationsspielraums. Oftmals
passiert es in der Standardisierung, daß diejenigen, die den Standard spezifizieren, sehr vertraut mit
der Materie sind. Dadurch passiert es häufig, daß die Spezifikation von Sachverhalten aus Sicht der
Experten eindeutig ist, da sie ihn ja entworfen und diskutiert haben, so daß alle die gleiche Vorstellung
davon haben. Jemand, der den Sachverhalt erst nachträglich verstehen soll, mag an der einen oder
anderen Stelle im Standard entdecken, daß die Beschreibung eines Sachverhalts auf verschiedene
Arten interpretiert werden kann. Dadurch kann die Interoperabilität verschiedener Implementierungen
nicht mehr gegeben sein und die Protokollverifizierung erschwert werden.
Durch die Definition des OSI-Modells sollte die Grundlage für die Definition solcher Standards gelegt werden.
Glossar:
Offenes System - Open System; Geschlossenes System - Closed System
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- 7. Ziele des OSI - Modells (II)
Können Standards nach dem OSI-Modell proprietär sein?
(7)
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- 8. Was kann das OSI-Referenzmodell?
Bedeutung haben heute vor allem die
Trennung der Aspekte
Dienst,
Schnittstelle und
Protokoll
sowie die Aufteilung in Schichten
(8)
Aus heutiger Sicht kann klar gesagt werden, daß das OSI-Modell die Welt der Kommunikationstechnik
grundlegend verändert hat. Sie hat einen Paradigmenwechsel im Beurteilen von Kommunikationsdiensten
erreicht, der sich im folgenden Satz ausdrücken läßt:
Das OSI-Modell hat der Welt der Kommunikationstechnik ein mächtiges Werkzeug zur Modellierung von
Kommunikationssystemen an die Hand gegeben, indem es die Aspekte
Dienst Schnittstelle
Protokoll
voneinander getrennt hat. Die
Aufteilung in Schichten
ist ein weiteres großes Prinzip des OSI-Referenzmodells, das heute noch Bedeutung hat.
Vor OSI war es nicht üblich, die Funktionen eines Kommunikationssystems in Schichten aufzuteilen, die so
geschnitten sind, daß der Abstraktionsgrad von unten nach oben zunimmt. Irgendwelche Funktionen im System
wurden irgendwohin gelegt, ohne eine klare Trennung der Funktion oder gar Prinzipien für die Definition der
Schnittstellen zwischen ihnen vorzunehmen. Ein Protokoll war eben ein irgendwie gearteter Austausch von
Nachrichten, die irgendwelchen Regeln folgten. Es war ein Durcheinander wie bei der Erschaffung der Welt.
Sie werden im folgenden genaue Definitionen dieser Begriffe lernen. Es wird eine Vielzahl weiterer Begriffe
folgen, die die oben genannten Begriffe mit Leben erfüllen werden. Klar aber ist, daß diese Begriffe die
Grundlage für alles weitere bilden und, wenn man das OSI-Model von weit weg betrachtet, sind es die Worte
„Dienst“, „Schnittstelle“, „Protokoll“ und „Schichten“, die man von der Aufschrift noch lesen kann.
Es wird Ihnen vielleicht schon aufgefallen sein oder noch auffallen, daß die Zuordnung bestimmter Funktionen
zu Schichten hier nicht genannt wird. Diese ist sehr wohl auch ein wichtiges Element des OSI-Modells, steht
aber hinter den oben genannten Begriffen in der Bedeutung aus heutiger Sicht weit zurück.
Glossar: Dienst - Service; Schnittstelle - Interface; Protokoll - Protocol; Schicht - Layer
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- 9. Der Aspekt Schicht
Endsystem Endsystem
7 7
Transit-
6 6
5 5
system
4 4
3 3
3
2 2
2
1 1
1
Übertragungssystem
Das OSI Modell besteht aus 7 Schichten
(9)
Das OSI-Modell besteht aus genau 7 Schichten und wird daher manchmal auch das „7-Schichtenmodell“
genannt. Jede Schicht erfüllt bestimmte Funktionen, die im OSI-Modell genau festgelegt sind. Für den Moment
reicht es aus zu wissen, das es diese 7 Schichten gibt.
Im OSI-Modell wird außerdem zwischen Endsystemen und Transitsystemen unterschieden. Ein Endsystem
muß, laut OSI, alle 7 Schichten enthalten. Ein Transitsystem muß hingegen nur die Schichten 1 bis 3 enthalten.
Man spricht daher auch bei den ersten drei Schichten davon, daß sie Relevanz von „Punkt zu Punkt“ haben,
während die Schichten 4 bis 7 die „Ende zu Ende“ Schichten sind.
Endsysteme sind z.B. Personalcomputer oder Telefone
Transitsysteme sind z.B. Weitverkehrsübertragungssysteme, Nebenstellenanlagen, Öffentliche
Vermittlungsstellen, kurz: alle Netzelemente, die sich zwischen den Endsystemen befinden
Die Form der Schichtung ist die eines Stapels, so daß man bei einem in Schichten definierten Protokoll auch
von einem Protokollstapel spricht.
Glossar: Punkt zu Punkt - Hop to Hop (in diesem Zusammenhang); Ende zu Ende - End to End;
Protokollstapel - Protocol Stack
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- 10. Der Aspekt Protokoll
Schicht 7 Protokoll
7 7
Schicht 6 Protokoll
6 6
...
5 5
4 4
3 3
3
2 2
2
1 1
1
Übertragungssystem
Protokolle sind zwischen gleichen Schichten definiert. Sie beschreiben die Regeln und
Nachrichtenformate, gemäß derer die Kommunikation stattfindet.
(10)
Die einzelnen Schichten kommunizieren logisch immer nur mit ihren Partnerschichten, obwohl keine direkte
elektrische Verbindung zwischen den Partnerschichten existiert. Die Regeln und Nachrichtenformate, die dieser
Kommunikation zugrunde liegen, beschreiben das Protokoll. Ein Protokoll ist daher immer für die
Partnerschichten relevant und wird daher auch „Schicht n Protokoll“ genannt.
Ein wichtiger Begriff im Zusammenhang mit Protokollen ist die „horizontale Kommunikation“ Immer wenn von
Protokollen gesprochen wird, ist die horizontale Komponente der Kommunikation gemeint.
Protokoll = horizontale Kommunikation
Die Protokolle, die die horizontale Kommunikation beschreiben, stehen im Gegensatz zu den Diensten, die die
vertikale Kommunikation beschreiben. Das Konzept der Dienste wird als nächstes eingeführt.
Analoge Beispiele:
Der Ablauf und die Bedeutung einer Kommunikation zwischen “Weißem Haus” und dem “Kreml” ist in für
Krisenfälle einem Protokoll geregelt, um Mißverständnisse auszuschließen. Im Protokoll sind vorgedachte
Vorkommnisse definiert. Dies Protokoll ist ein diplomatisches Protokoll.
Der Ablauf beim Telefonieren unterliegt einem Protokoll. Vor dem Wählen vom Festnetztelefon ist weltweit der
Handapparat abzuheben, danach ist auf den Wählton zu warten, erst dann erfolgt die Wahl. Falschwahl kann
nur durch kompletten Neustart beseitigt werden, ....
Beim GSM-Telefon ist dies Protokoll geändert. Es kann erst die Wahl erfolgen, Falschwahl kann dann
ziffernweise korrigiert werden. Nach korrekter Zieleingabe wird der Wahlvorgang gestartet, ...
Beispiele für den Ablauf im OSI - Protokoll-Stack :
Nur Partnereinheiten (benachbarte einhzeiten in gleichen Schichten) kommunizieren miteinander
Ziel und Herkunft werden durch Adressen definiert
Zur Synchronisation werden Bitmuster verwendet
Die Definition des least und most significant bit
Glossar: horizontal - horizontal; Partner - Peer
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- 11. Der Aspekt Dienst
Schicht N Schicht N
1. request 3. response
(N-1) SAP (N-1) SAP
4. confirm 2. indication
Schicht N-1 Schicht N-1
(11)
Wie schon erwähnt, kommuniziert jede Schicht logisch über ein Protokoll in horizontaler Richtung mit ihrer
Partnerschicht. Die Diensterbringung stellt daher den vertikalen Kommunikationsaspekt dar.
Da keine direkte physikalische Verbindung zwischen Partnerschichten existiert, bedient sich jede Schicht der
darunterliegenden Schicht, um ihre Protokolldaten transportieren zu lassen. Dieser Vorgang des „transportieren
lassen“ wird im allgemeinen als Diensterbringung einer Schicht (N-1) für eine Schicht N bezeichnet. Schicht N
heißt dann Dienstnutzer, Schicht (N-1) ist der Diensterbringer.
Jede Schicht bedient sich der Dienste der darunterliegenden Schicht, um ihre Prokolldaten transportieren zu
lassen
Die hauptsächlichen Dienste sind Transportdienste. Es können aber auch weitere Dienste wie Verbindungsauf-
und -abbau involviert sein.
Die Diensterbringung erfolgt dabei über einen Dienstzugangspunkt, englisch Service Access Point (SAP). (Da in
diesem Bereich die englischen Begriffe vorherrschen, werden die entsprechenden Abkürzungen im folgenden
verwendet. ) Da die untenliegende Schicht den Dienst erbringt, wird der SAP nach ihr benannt (im Beispiel (N-1)
SAP).
Ein Dienst wird aufgerufen mit der Dienstoperation „request“ und der Partnereinheit mit der Dienstoperation
„indication“ übermittelt. Die Antwort in der Gegenrichtung erfolgt mit der Dienstoperation „response“ von der
antwortenden Einheit und erreicht die anfordernde Einheit mit der Dienstoperation „confirm“.
Mit Hilfe der Abfolge der Dienstoperationen kann man leicht zwischen unbestätigen und bestätigten Diensten
unterscheiden:
Ein unbestätigter Dienst liegt vor, wenn nur die beiden Dienstoperationen „request“ und „indication“
involviert sind. In diesem Fall wird dem Initiator des Dienstes keine Bestätigung gegeben, daß der
Dienstaufruf die Partnereinheit erreicht hat.
Ein bestätigter Dienst liegt vor, wenn alle vier Dienstoperationen definiert sind. Wenn der Dienstnutzer
die Dienstoperation „Confirm“ erhält, kann er sicher sein, daß der Dienstaufruf bei der Partnereinheit
angekommen ist.
Glossar: Dienstoperation, -typ - Service Primitive; Request - Anforderung; Indication - Anzeige; Response -
Antwort; Confirm - Bestätigung; bestätigt - confirmed; unbestätigt - unconfirmed
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- 12. Dienstdefinition durch Dienstelemente
Dienst (service)
Connect (Verbindungsaufbau)
Disconnect (Verbindungsauslösung)
Data (Datenübertragung)
Reset
etc.
Dienstoperation, -typ (service primitive)
request (Anforderung an Schicht N-1)
indication (Anzeige an Schicht N der Partnerinstanz)
response (Antwort von der Schicht N der Partnerinstanz)
confirm (Bestätigung von der Schicht N-1 an Schicht n)
(12)
Dienste werden durch eine zweistufige Namensgebung identifiziert:
Der Dienst. Er bezeichnet die Art des Dienstes, der gemeint ist.
Die Dienstoperation.
Die Dienstoperationen liegen mit dem OSI-Modell fest. Die Dienste hingegen können in weiteren Standards um
weitere Elemente ergänzt werden.
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- 13. Beispiel für einen verbindungsorientierten Dienst
Schicht N Schicht N-1 Schicht N-1 Schicht N
CONNECT.request
CONNECT.indication
CONNECT.response
CONNECT.confirm
DATA.request
DATA.request DATA.indication
. DATA.indication
.
. . .
. . .
.
Gerät 1 Gerät 2
(13)
Die obige Folie zeigt eine mögliche Folge von Dienstoperationen für die Dienste „CONNECT“ und „DATA“
zwischen den Schichten N und (N-1) zweier Geräte. Die beiden Schichten sind dabei jeweils durch eine
senkrechte Linie gezeigt. Es soll angenommen werden, daß die Zeit nach unten zunimmt (Dieser Typ Grafik
heißt Message Sequence Chart (MSC) und wird in einer separaten Vorlesung detailliert vorgestellt).
Bevor eine Datenübertragung im Beispielsystem stattfinden kann, muß zunächst eine Verbindung hergestellt
werden. Dies geschieht durch Aufruf des Dienstes „CONNECT“ durch eine einheit in Schicht N von Gerät 1.
Beim Dienst „CONNECT“ handelt es sich um einen bestätigten Dienst, wie aus der Folge aller vier
Dienstoperationen ersichtlich ist.
Der Dienst „DATA“ (Datenübertragung) hingegen ist unbestätigt, was an der Folge nur der beiden
Dienstoperationen „request“ und „indication“ ersichtlich ist.
Man kann sich nun vorstellen, daß die Datenübertragung eine Weile andauert. Da vor der Kommunikation eine
Verbindung aufgebaut worden ist, kann angenommen werden, daß die Verbindung durch Aufruf des Dienstes
„DISCONNECT“ beendet werden wird (hier nicht dargestellt). Der Dienst „DISCONNECT“ kann wiederum
bestätigt oder unbestätigt sein.
Die im Beispiel gezeigte Datenübertragung ist verbindungsorientiert, da ihr eine Verbindungsaufbauphase
vorangeht. Solche Dienste finden sich z.B. bei der Sprachtelefonie. Im Gegensatz dazu gibt es auch
verbindungslose Dienste (siehe unten).
Glossar: verbindungsorientiert - connection oriented; verbindungslos - connection less; Verbindungsaufbau
connection set up; Sprachtelefonie - voice telephony (oder auch POTS - Plain Old Telephone Service)
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- 14. Frage
Schicht N Schicht N-1 Schicht N-1 Schicht N
CONNECT.request
CONNECT.indication
CONNECT.response
CONNECT.confirm
DATA.request
DATA.request DATA.indication
. DATA.indication
.
. . .
. . .
.
Gerät 1 Gerät 2
Frage: Kann der Dienst „DISCONNECT“ auch von Gerät 2 ausgelöst werden?
(14)
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- 15. Beispiel für einen verbindungslosen Dienst
Schicht N Schicht N-1 Schicht N-1 Schicht N
DATA.request
DATA.request DATA.indication
DATA.indication
DATA.request
DATA.request DATA.indication
DATA.indication
DATA.request
. DATA.indication
.
. .
. .
Gerät 1 Gerät 2
(15)
Bei einem verbindungslosen Dienst muß vor der Datenübertragung keine Verbindung aufgebaut werden.
Im obigen Beispiel ist die Datenübertragung unbestätigt. Die Aspekte verbindungslos/verbindungsorientiert und
bestätigt/unbestätig sind aber grundsätzlich unabhängig voneinander. Das heißt, daß im Prinzip beliebige
Kombinationen dieser Eigenschaften möglich sind, so z.B. auch ein verbindungsloser bestätigter Dienst.
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- 16. Dienstunterscheidung nach Schichten
Manchmal enthält der Dienstaufruf zusätzlich einen
Hinweis auf die Herkunft, indem der erste Buchstabe der
aufgerufenen Schicht vorangestellt wird ( Im Beispiel ist
Schicht (N-1) die Transportschicht und mit T bezeichnet):
T.Connect.Request (Aufruf der Schicht (N-1) durch Schicht N)
T.Connect.Response (Antwort der Schicht N Partnerinstanz)
(16)
T.: Abkürzung für Transport Layer
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- 17. Parameter der Dienstaufrufe
Adressen (Quelle, Ziel)
Rahmengrößen
Fenstergrößen
Prioritäten
Qualitätsparameter
...
(17)
Den Dienstaufrufen können weitere Parameter mitgegeben werden, die die Nutzung des Dienstes näher
beschreiben. Dies ist eine einfache Möglichkeit, Wissen, das in Schicht N bekannt ist, an Schicht (N-1)
weiterzugeben (Erinnerung: Die SDU von Schicht N darf in Schicht (N-1) nicht eingesehen werden!). Diese
Parameter sind der ICI (Interface Control Information, siehe unten) äquivalent.
Die Parameter der Dienstaufrufe werden ebenfalls nicht ausschließlich von OSI definiert, sondern von den das
OSI-Referenzmodell nutzenden Standards
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- 18. Beispiel für die Realisierung einer
Schnittstelle
Die N-PDU = (N-1) SDU wird in Schicht N erzeugt
Die Inanspruchnahme z.B der Dienstoperation „request“
des Dienstes „CONNECT“:
Die Dienstoperation „request“ ist als Prozedur realisiert
Der Aufruf des Dienstes „CONNECT“ wird durch einen
Parameter definiert
Ein weiterer Parameter enthält die SDU
Weitere Parameter enthalten die ICI
Wichtig: Das ist eine Realisierung!!!! Die Begriffe in der
SW-Technologie können verschieden sein!
(18)
Bei der oben angegebenen Beschreibung kann der Dienst CONNECT.request durch die angegebene Methode
realisiert werden. Es gibt natürlich noch viele andere Methoden und Möglichkeiten für die Realisierung!
Insbesondere müssen „indication“ und „confirm“ anders realisiert werden, da sie aus Sicht von Schicht N
asynchrone Ereignisse sind, deren Zeitpunkt des Auftretens nicht bekannt ist. Hier bieten sich Realisierungen
wie Interrupts oder Nachrichtenqueues an.
Es ist an dieser Stelle wichtig, zwischen den formalen Aspekten des OSI Modells und der Technologie zu
unterschieden, in der die Bereitstellung eines Dienstes realisiert wird. Der Begriff „Parameter“ ist z.B. nicht
eindeutig ineinander überführbar. (Frage: Warum? Bsp: Im OSI-Modell ist die SDU ein vollkommen für sich
stehender Begriff, der in der Realisierung als Parameter eines Prozeduraufrufs auftauchen kann.)
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- 19. Der Aspekt Schnittstelle (I)
Schicht N
Schicht N Protokoll
ICI (N-1) SDU
IDU N PDU
(N-1) SAP
Schicht (N-1) Protokoll
ICI (N-1) SDU
PCI (N-1) SDU
Schicht (N-1)
(N-1) PDU
(19)
Um einen Dienst der nächsttieferen Schicht in Anspruch nehmen zu können, werden die bereits angeführten
Dienstoperationen verwendet. Das OSI-Modell stellt zusätzliche Definitionen für die Schnittstellen in vertikaler
und in in horizontaler Richtung bereit, die auch den Zusammenhang zwischen vertikaler und horizontaler
Kommunikation klar machen.
Die im Bild verwendeten Begriffe werden nun definiert:
PDU - Protocol Data Unit (Protokolldateneinheit). Wie der Name sagt, sind PDUs protokollrelevant und
damit nach der Schicht selbst benannt. PDUs werden mit der Partnereinheit in einem anderen Gerät
ausgetauscht, sind also die horizontalen Schnittstellenelemente. Sie bestehen aus der SDU, die von
der Schicht darüber kommt, und der PCI (siehe unten).
SDU - Service Data Unit (Dienstdateneinheit). Das sind die „Nutzdaten“ der Schicht N, die der Schicht
(N-1) übergeben werden. Da der Dienst von der Schicht (N-1) erbracht wird, heißt die SDU, die über
den (N-1) SAP fließt, (N-1) SDU. Sie ist gleich der N PDU !!! Bitte beachten Sie, daß die Schicht (N-1)
lediglich einen Dienst für Schicht N erbringt. Im Falle von Transportdiensten wird sie in keinem Fall von
der Schicht (N-!), also dem Diensterbringer, in irgendeiner Weise genutzt, sei es durch Interpretation,
sei es durch Veränderung ihres Inhalts.
IDU - Interface Data Unit (Schnittstellendateneinheit). IDUs bestehen aus der SDU und der
zugehörigen Schnittstelleninformation (ICI, siehe unten).
PCI - Protocol Control Information (Protokollsteuerinformation). Diese Information ist für das Protokoll
relevant und hat daher horizontalen Charakter. Sie wird in der Partnereinheit terminiert und entspricht
dem Kopf (Header) oder Anhang (Trailer) an einem Paket. Darin werden Parameter wie
Addressinformationen, Verbindungskennung, Daten zur Flußsteuerung usw. transportiert. Sie bewirken
eine bestimmte Behandlung der PDU im Empfänger.
(Fortsetzung Text siehe nächste Folie)
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- 20. Der Aspekt Schnittstelle (II)
Schicht N
Schicht N Protokoll
ICI (N-1) SDU
IDU N PDU
(N-1) SAP
Schicht (N-1) Protokoll
ICI (N-1) SDU
PCI (N-1) SDU
Schicht (N-1)
(N-1) PDU
(20)
ICI - Interface Control Information (Schnittstellensteuerinformation). Die ICI dient einer Schicht dazu,
der darunterliegenden Schicht Steuerinformationen zu übermitteln, die die Behandlung der
zugehörigen SDU durch die diensterbringende Schicht näher beschreibt. Sie wird in der
dienstnutzenden Schicht erzeugt und in der diensterbringenden Schicht terminiert. Damit hat sie nur
Relevanz zwischen diesen beiden Schichten, d.h. sie hat lokalen vertikalen Charakter
Noch einmal zur Wiederholung: Ein wichtiges Grundprinzip besteht in der Unabhängigkeit jeder Schicht in
Bezug auf die Implementierung der der oberen Schicht angebotenen Dienste. Wichtig in diesem
Zusammenhang ist, daß für die Schicht (N-1) die Daten der Schicht N (=(N-1) SDU) reine Nutzdaten sind. Die
Konsequenz ist, daß Schicht (N-1) in keinem Fall die Nutzdaten der Schicht N für eigene Zwecke verwenden
oder gar verändern darf!
Dies bewirkt, daß Implementierungen in einzelnen Schichten ohne Einfluß auf das Gesamtsystem verändert
werden können. Diese Technik ist mit einer strukturierten Programmierung vergleichbar, wo dem Nutzer auch
nur die Funktionsaufrufe einzelner Module und nicht deren Implementierung bekannt ist.
Die oben eingeführten Begriffe haben einige Bedeutung bei der Modellierung und der Diskussion von
Kommunikationssystemen. Sie stellen sicher, daß die an den Schnittstellen ausgetauschten Elemente begrifflich
klar definiert sind.
Glossar: Dienst - Service; Dienstnutzer - Service User; Diensterbringer - Service Provider; Steuerung - Control;
Terminieren - Terminate; Nutzdaten - Payload; Partnereinheit - Peer Entity
Definition:
Partnereinheit: Funktionale Einheit in der gleichen Schicht des Kommunikationspartners (siehe unten)
Terminieren: Dieser Begriff besagt, daß bestimmte Anteile der Informationen, im allgemeinen die
Steuerinformation, für eine Einheit in einer Schicht bestimmt sind und in ihr verwertet werden. Das
bedeutet auch, daß weder Einheiten in darüber- noch in darunterliegenden Schichten Zugang zu
diesen Daten haben! (Ausnahme: ICI)
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- 21. Protokolle zwischen den Schichten
Schicht 7 Info Schicht 7
Schicht 6 Info Schicht 6
Schicht 5 Info Schicht 5
Schicht 1 Info Schicht 1
(21)
Hier ist noch einmal das Prinzip der vertikalen Schichtung und der horizontalen Protokolle. In jeder Schicht wird
Information hinzugefügt, die in genau der Partnerschicht terminiert wird.
Das Prinzip der Schichtung und der vertikalen Kommunikation spiegelt sich hier im Hinzufügen von Information
in Form von Headern und Trailern in jeder Schicht wieder, die nur und ausschließlich für diese Schicht bestimmt
ist. Es handelt sich dabei um die PCI. Zur Bildung der N-PDU wird die PCI der in vertikaler Richtung von der
nächsthöheren Schicht nach unten gegebenen SDU hinzugefügt. Die N-PDU entspricht nun der horizontal
ausgetauschten Information und wird gleichzeitig zur (N-1) SDU.
Bitte lesen Sie den obigen Text so oft wie nötig, um alles zu verstehen. Auch wenn diese Begriffe ein wenig
verwirrend klingen, sie greifen doch derart inenander, daß ein abgeschlossenes und klares Modell der
Kommunkation entsteht.
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- 22. Kommunikationsfluss
Endsystem Endsystem
Transitsystem
Anwendung 7
7
Darstellung 6
6
Kommunikation 5
5
Transport 4
4
Vermittlung 3 3
3
Sicherung 2 2
2
Bitübertragung 1 1
1
Übertragungssystem Übertragungssystem
Informationsaustausch
(22)
Wie kann man sich nun den Informationsfluß bei der Kommunikation vorstellen? Der eigentliche Zweck eines
Protokolls ist der Transport von Daten zwischen Anwendungen. Im obigen Bild sind die 7 Schichten mit Namen
bezeichnet, deren oberste die Anwendungsschicht ist. Sie generiert und terminiert die Daten, deren Transport
der eigentlich Zweck der ganzen Mühen ist.
Die Kommunikation startet also immer an der oberen Fläche des jeweiligen OSI-Systems und durchläuft dieses
System komplett ohne irgendwelche Zwischenstufen zu überspringen bis die Daten schließlich gut eingepackt
über das eigentliche physikalische Übertragungsmedium (Modem, Kupferkabel, Glasfaser) übertragen werden.
Es wurde bereits erwähnt, daß Transitsysteme nur bis maximal Schicht 3 gehen. Letztendlich gelangen die
Daten zum Partnerendsystem, wo sie den Protokollstapel wieder nach oben bis zur Anwendung klettern.
Die Kommunikation hier geht nach den zuvor eingeführten Prinzipien vonstatten. Die Anwendungsschicht
glaubt, daß sie es lediglich mit ihrer Partnereinheit zu tun hat, und sie wickelt daher ein Protokoll mit ihr in
horizontaler Richtung ab. Dabei bedient sie sich der Dienste der darunterliegenden Schicht und kommuniziert
über eine wohldefinierte Schnittstelle mit ihr in vertikaler Richtung. Dies tun alle Schichten, bis die Daten in
Schicht 1 angelangt ist, der nur der horizontale Weg bleibt.
Es soll noch einmal darauf hingewiesen werden, daß das Übertragungssystem im OSI-Modell nicht weiter
definiert ist. Es ist sozusagen „zu konkret“ für die Modellbildung, aber es hilft der Vorstellung über die
Funktionsweise.
Das Bild gibt den bislang recht gesichtslosen Schichten Namen. Die Inhalte der einzelnen Schichten werden
später eingeführt.
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- 23. Zwischenfazit
Die bisher vorgestellten Konzepte sind, bis auf die
Zuordnung von Funktionen zu Schichten, die
wesentlichen Konzepte.
Es folgen weitere Konzepte, die zwar nicht so häufig in
Diskussionen oder Artikeln auftauchen, deren Kenntnis
aber für das Verständnis wichtig ist.
(23)
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- 24. Einführung der Begriffe Einheit und Instanz
(entity)
Die funktionalen Einheiten innerhalb einer Schicht werden
Einheit oder auch Instanz genannt (Englisch: Entity)
Der deutsche Begriff „Instanz“ ist in seinem Sinn vollkommen
verschieden vom englischen „Instance“:
Instanz = Zuständige Einheit oder Stelle
Instance = Beispiel, Vorkommen, Auftreten (SW-Tech.)
Daher im folgenden zur Vermeidung von Verwirrung: Entity =
Einheit (obwohl „Instanz“ treffender ist)
Partnerinstanzen (peer entities) sind miteinander
kommunizierende Instanzen aus benachbarten OSI-
Protokoll-Realisierungen
(24)
In den vorigen Folien konnte der Eindruck entstehen, daß Funktion und Schicht gleichgestellt sind. Dies ist nicht
der Fall. Schichten sind lediglich ein Strukturierungselement im OSI Modell. Die Funktion wird durch Einheiten
(Entity) repräsentiert.
Partnereinheiten (peer entities) sind miteinander kommunizierende Einheiten in gleichen Schichten
benachbarter OSI-Protokoll-Realisierungen
Das wohl passendste Wort im Deutsche für Entity ist das Wort Instanz. Um diesen Begriff gibt es leider sehr
häufig Verwirrung, da das deutsche „Instanz“ und das englische Wort „Instance“ grundlegend verschiedene
Bedeutungen haben:
Instanz = Zuständige Einheit oder Stelle
Instance = Beispiel, Vorkommen, Auftreten
Insbesondere wird das Wort Instance in der objektorientierten Programmierung für eine Aktivierung z.B. einer
Methode verwendet. In der deutschen Begriffswelt der Informatik wird das Wort Instanz sehr häufig in diesem
Sinne verwendet. Es entsteht damit leider eine Verwirrung um dieses Wort, die es nahezu unmöglich macht, es
in seinem ursprünglichen deutschen Sinne zu verwenden
Daher wird im folgenden das Wort „Einheit“ für den englischen Begriff entity verwendet, obwohl „Instanz“
treffender ist. Die beiden Worten sind in ihrem Sinn in Bezug auf das OSI-Modell jedoch äquivalent.
Das OSI-Modell kennt auch das Konzept „Instance“, das aber nicht vertieft werden soll.
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- 25. Kommunikation zwischen Partnereinheiten
N-Verbindung (connection): Verbindung zwischen zwei
gleichberechtigten Einheiten auf Schicht (N+1)
N-Connection end point (CEP): Ende einer N-Verbindung
innerhalb eines N-SAP
Schicht (N+1)
Schicht (N+1)
(N+1) entity
(N+1) entity
N-CEP
N-SAP
N Connection N entity
N entity
Schicht N
Schicht N
(25)
Verbindungsendpunkte sind ein weiteres Mittel, um die Diensterbringung zu strukturieren.
Um eine Verbindung zwischen zwei Einheiten auf Schicht (N+1) aufzubauen, bedienen sich diese Einheiten im
allgemeinen einer Verbindung auf Schicht N. Diese Verbindung wird „N-Connection“ genannt. Die Einheit auf
Schicht N hat aber keinen direkten Zugriff auf die Einheit in Schicht (N+1) und umgekehrt hat die Einheit auf
Schicht (N+1) keinen direkten Zugriff auf die Einheit auf Schicht N. Es kann aber auf Schicht (N+1) mehrere
Einheiten geben, die den gleichen Dienst auf Schicht N in Anspruch nehmen wollen. Wie soll man nun die
Zuordnung zwischen den beiden Einheiten realisieren, wenn man keinen direkten Zugriff darauf hat?
Die Antwort ist der Verbindungsendpunkt, auf Englisch Connection End Point (CEP). Er stellt eine klare Relation
zwischen den beiden Einheiten dar, ohne direkten Zugriff gewähren zu müssen. Daher wird jedem CEP eine
eigene Adresse zugewiesen, die ihn zusammen mit der SAP-Adresse eindeutig identifiziert.
Merke: Der SAP definiert den Dienst und die Menge der darauf definierten Dienstoperationen. Der CEP
identifiziert die Einheiten auf benachbarten Schichten, die diesen Dienst in Anspruch nehmen, bzw. erbringen.
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- 26. Multiplexen einer Verbindung
Schicht N Schicht N
(N-1)-Verbindung
(26)
Direkt mit dem Konzept des CEP einher gehen die Konzepte des Multiplexens und des Aufteilens.
Multiplexen ist eine Funktion der Schicht N, mit deren Hilfe eine (N-1)-Verbindung benutzt wird, um Dienste für
mehrere N-Verbindungen zu erbringen.
Multiplexen macht beispielsweise dann Sinn, wenn das Protokoll auf Schichten kleiner oder gleich N
verbindungslos ist, während die Schichten (N+1) aufwärts eigentlich einen verbindungsorientierten Dienst
erwarten. Dafür gibt es allerdings recht wenige reale Beispiele.
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- 27. Aufteilen einer Verbindung
Schicht N
Schicht N
(N-1)-Verbindungen
(27)
Das Aufteilen einer Verbindung ist eine Funktion in der Schicht N, durch die mehrere (N-1)-Verbindungen für die
unterstützung einer N-Verbindung benutzt wird.
Ein Anwendunsfall für das Aufteilen einer Verbindung ist die Erhöhung der Zuverlässigkeit einer
Datenübertragung. Wenn besonders hohe Anforderungen an die Sicherheit der Datenübertragung gestellt
werden, wie zum Beispiel in der Eisenbahn- und Signaltechnik, oder wenn der Kanal aufgrund seiner Natur
stark fehlerbehaftet ist, wie z.B. ein amplitudenmodulierter Kanal im Kurzwellenbereich, dann kann es
erforderlich werden, die Verbindung auf mehrere Wege aufzuteilen.
Ein weiterer Grund für das Splitten einer Verbindung kann die Lastteilung für das Netz erfordern. Nehmen Sie
an, es soll eine 364Kbit/s-Verbindung über ein 64KBit/s Netz übertragen werden. Die Qualitätsparameter
fordern, daß keine nennenswerte Verzögerung zugelassen wird. Die einzige Alternative ist die parallele
Durchschaltung von mehreren 64 Kbit/s Verbindungen durch das Netz.
Diese Aufgaben können sinnvoll in der Schicht 2 durchgeführt werden, da erst nach dem Zusammenfügen der
aufgeteilten Information eine Auswertung in den höheren Schichten vorgenommen werden kann.
Glossar: Aufteilen - Splitten
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- 28. Detaillierte Betrachtung der Aufgaben der einzelnen
Schichten
(28)
Nachdem wir uns bis hier mit den Prinzipien des OSI-Referenzmodelles auseinandergesetzt haben, möchte ich
auf die Detailaufgaben der einzelnen Schichten eingehen. Ich werde noch keine konkreten Beispiele behandeln,
wie z.B. die IEEE-Protokolle für die LAN´s, oder die ISDN-Protokolle für den Teilnehmeranschluß (DSS1), oder
für die Verbindung von Vermittlungsstellen untereinander (SS No7). Die Konkretisierung bleibt späteren
Vorlesungseinheiten vorbehalten. Stattdessen werde ich, mehr aufzählend, die Aufgaben und deren besondere
Eigenheiten und Lösungsansätze erläutern.
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- 29. Prinzipien bei der Entwicklung des OSI-
Modells
Eine Schicht pro Abstraktionsgrad
Genau definierte Funktion jeder Schicht
Möglichst geringer Informationsfluß über Schnittstellen
zwischen Schichten
Sinnvolle Funktionsaufteilung und gleichzeitig kompakt
(29)
Die oben gezeigte Folie zählt die Prinzipien, die bei der Entwicklung des OSI Referenzmodells verfolgt werden
sollten, auf. Es bleibt jedem selbst überlassen zu urteilen, inwieweit die Zuordnung von Funktionen zu
Schichtem im OSI Referenzmodell diese Prinzipien erfüllt.
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- 30. Maßnahmen zur Annäherung an die Ziele
Einführung harter Restriktionen
strenge Hierarchie der Kommunikationsflüsse
strenge Zuordnung von Aufgaben der Kommunikationsflüsse zu
definierten Schichten
unter Inkaufnahme von Nachteilen
Reduktion der Kommunikationsgeschwindigkeit
Erhöhung des zu übertragenden Datenvolumens
Wo die Nachteile nicht tragbar sind, wird vom Standard
abgewichen!
MAP versus Minimap
(30)
In den Anfängen der Datenverarbeitung waren nicht nur die Programmiersprachen frei von Einschränkung, so
daß z.B. beliebige Kreuz- und Quersprünge innerhalb der Programme möglich waren, sondern auch in den
Kommunikationsbeziehungen zwischen Programmen und Rechnern gab es beliebige Freiheitsgrade. Solange
die Programme klein waren, erwies sich dies Verfahren als unproblematisch. Mit steigender Programmgröße
aber mußten sowohl innerhalb der Programme (vom Assembler zum Pascal) als auch in der Kommunikation
zwischen den Programmen (OSI-Modell) Einschränkungen geschaffen werden, die die Übersichtlichkeit und
damit Dokumentierbarkeit erhöhten.
Vergleichbare Schritte sind wir mit mit den Protokollen gegangen. Vor 1983 war es durchaus üblich, Funktionen,
die heute im OSI-Modell ganz bestimmten Schichten zugeordnet sind, an den unterschiedlichsten Stellen des
Protokolls unterzubringen. Nachrichten konnten in beliebiger Form zwischen den einzelnen Protokoll-
realisierungen fließen.
Im OSI-Referenzmodell werden nun bestimmte Funktionen bestimmten Schichten zugeordnet und dort und nur
dort erledigt. Außerdem wird die Kommunikation vertikal oder horizontal durch das Modell vorgenommen. Diese
Restriktionen sind hart, denn sie kosten Zeit und und erhöhen die Informationsmenge.
Nur, wo z.B. Zeitbedingungen nicht eingehalten werden können, wenn der Protokollstack nach OSI realisiert
wird sollte man davon abweichen. Ein Beispiel stellt das Manufacturing Automation Protocol (MAP) dar.
Fertigungsmaschinen müssen im Mittel innerhalb von 10ms reagieren. Diese Zeit ist nicht sicher mit dem OSI-
Stack einzuhalten. Zur Abhilfe ist das miniMAP standardisiert worden. Das miniMAP ordnet die
Kommunikationsaufgaben abweichend vom OSI-Standard zu, es verzichtet auf Schichten. Das Prinzip der
Schichtenbildung und die Struktur der Kommunikationsflüsse aus dem OSI-Standard wurde aber beibehalten.
Außerdem ist das miniMAP weltweit standardisiert, so daß die Herstellerunabhängigkeit aufrecht erhalten
wurde.
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- 31. Art der zu übertragenden Nachrichten
Nutzinformation (Sprache, Daten, Texte, Bilder)
Signalisierung zur Verbindungssteuerung
vom Teilnehmer zum Netz und zurück
von Netz zu Netz
von Netzknoten zu Netzknoten
OAM-Information
Netzkonfiguration (Operation)
Netzverwaltung (Administration, Netzabbild, Billing,
Performancemessungen)
Netzerhaltung (Maintenance)
(31)
Häufig denken wir bei den Begriffen Nachrichtenübertragung oder Nachrichtenvermittlung lediglich an die
Behandlung der Nutzinformation, also der Sprache, oder neuerdings auch der Daten, den Texten und den
Bildern. Vom Standpunkt derjenigen, die die Netze nicht nur nutzen, sondern auch errichten und betreiben sind
jedoch die Informationen der Signalisierung zur unmittelbaren Netz- und Nutzersteuerung und der Informationen
für Operation, Administration und Maintenance von mindestens ebenso großer Bedeutung.
Aus Sicht der Behandlung dieser Daten sind die Übertragungs- und Vermittlungs-vorgänge häufig komplexer,
da diese Daten im Netz verändert werden oder erst an die richtige Stelle transportiert werden müssen, bevor
überhaupt die Nutzinformation ausgetauscht werden kann. Darüber hinaus ist die erforderliche
Datenübertragungssicherheit größer als bei den Nutzdaten, da dem Benutzer die Reaktion auf Fehlerfälle nicht
aufgebürdet werden kann. Auf Fehler müssen die übermittlungstechnischen Systeme möglichst selbsttätig
korrigierend reagieren. Der Teilnehmer kann allenfalls eine Neuwahl starten, wenn ein Fehler auftritt. Die Wahl
von Alternativwegen oder Alternativressourcen, die Entscheidung, ob die Gegenstelle ein Fax ist, wenn wir von
einem Telefon aus kommunizieren, die Anschaltung von Modems aus einem Modempool, all diese Dinge wollen
wir dem System überlassen. Daraus begründet sich die Komplexität und der Zwang zur Beschränkung auf
vorgedachte Fälle.
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- 32. Namen der Schichten
Endsystem
Application
Anwendung 7
7
Presentation
Darstellung 6
6
Session
Komm. steuerung 5
5
Transport
Transport 4
4
Network
Netzwerk 3
3
Data link
Sicherung 2
2
Physical
Bit-ÜT 1
1
Übertragungssystem
(32)
Die Schichten sind numeriert und bestimmte Funktionsgruppen zugewiesen.
Die Funktionsgruppen sind:
(1) Bit-Übertragungs-Schicht - physical layer
(2) Sicherung-Schicht - data link layer
(3) Netzwerk-Schicht - network layer
(4) Transport-Schicht - transport layer
(5) Kommunikationssteuerungs-Schicht - session layer
(6) Darstellungs-Schicht - presentation layer
(7) Anwendungs-Schicht - application layer
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- 33. Schicht 1, Bitübertragung, physical layer
physikalische Definition der Signale
z.B. Pegel +5V>H, 0V>L,
Steckerbelegung zur Übertragungsschicht
z. B: Stift 23 transmit
Takt, synchron, asynchron
transparente Übertragung der bits, wie sie vom
Übertragungsmedium oder der Schicht 2 geliefert werden
Duplex-, Simplex- oder Halbduplexbetrieb
parallele oder serielle Übertragung der Daten und Signale
(33)
Der physical layer, oder synonym die Bitübertragungsschicht, beschreiben nicht das eigentliche physikalische
Medium, wie z.B. die Glasfaser oder den Funkkanal, sondern lediglich die Schnittstelle zu diesem Kanal.
Art (Name, Verwendungszweck) und Richtung der Signale, die über die Schnittstelle zu übertragen sind, findet
man in der Beschreibung der Schicht1.
An der Schnittstelle müssen die elektrischen Pegel und ihre Zuordnung zu den logischen Werten definiert sein.
So kann z.B. der Wert 5V dem logischen Wert H zugeordnet werden. In der Praxis wird diese Zuordnung
natürlich über einen Spannungsbereich vorgenommen werden, also z.B. 4,5 bis 5V entsprechen dem logischen
Wert H. Beachten Sie bitte, daß die hier angegebenen Werte nur das Prinzip erläutern sollen und im Einzelfall
in den entsprechenden Standards nachgeschlagen werden müssen.
Es können auch Abschlußwiderstände, reell oder komplex, Wellenwiderstände, Stromwerte, Frequenzen, Takte,
Pulsformen oder andere elektrische Parameter definiert sein.
Neben der elektrischen Festlegung wird oft auch mechanische Parameter festgelegt, damit Geräte
unterschiedlicher Hersteller gegeneinander austauschbar sind. In dieser mechanischen Definition sind die
exakten Abmessungen von Verbindern (Klemmen, Steckern..) einschließlich ihrer Toleranzen enthalten. Ferner
wird definiert, welche Signale auf welchen Verbindungselementen liegen. Gehäusebauformen sind
üblicherweise nicht Bestandteil der Schicht 1.
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- 34. Schicht 2, Sicherungsschicht, data link layer
Fehlererkennung z.B. Paritybit oder Checksum
Fehlerkorrektur, z.B. mit Hilfe von Kanalkodierung oder
ARQ
Fehlermeldung an Schicht 3 (nicht behebbare)
Flusskontrolle
Aufspalten einer Verbindung aus Sicherheits-gründen bei
der Datenübertragung
(34)
Die Schicht 2 stellt die Dienste zur Datenverbindung her. Die Schicht 1 überträgt die Daten bereits in
transparenter Form. Da wir die Daten über reale Medien übertragen, müssen wir leider damit rechnen, daß die
Daten auf dem Kanal verfälscht werden. Die Schicht 1 (da sie nicht mehr als eine Schnittstelle zum
physikalischen Medium darstellt) hat keine Chance, Datenübertragungsfehler zu erkennen oder gar zu
korrigieren.
Fehlersicherung ist aber eine zwingende Aktivität bei der Informationsübertragung, denn ein Netzbetreiber muß
im Zeichen des Wettbewerbs eine Verbindung mit einer maximalen, nachgewiesenen Fehlerrate anbieten
können. Oder die Signalisierung zwischen Vermittlungsstellen bzw. zwischen Endgeräten muß so sicher sein,
daß keine Fehlschaltungen vorkommen und die Zahl der aufgrund von Fehlern abgewiesenen Verbindungen
minimiert wird.
Gerade dies zweite Argument der Signalisierung zwingt uns, eine minimale Fehlersicherung so dicht wie
möglich an die Schnittstelle zum Übertragungsmedium zu legen, damit eventuelle Fehler schon vor der
Auswertung der Signalisierungsinformation beseitigt werden. Darum ist eine der vornehmlichen Aufgaben der
Schicht 2 die Sicherungsfunktion.
Das bereits beschriebene Aufteilen von Verbindungen ist eine der Methoden, die zur sicherung der
Datenübertragung zum Einsatz kommen können.
Die Sicherungsfunktion zerfällt in Teilaufgaben der Fehlerkennung, der Fehlerkorrektur und der Meldung von
nicht behebbaren Fehlern. Die Verfahren selbst werden hier nicht behandelt. Ich verweise auf die Vorlesungen
zur Kanalcodierung (Prof. Musmann).
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- 35. Flusskontrolle
Quittung nach einem Datenblock
Ablaufen von Zeitgebern
Datenwiederholung
Empfangs-/Sendebereitschaft zur Schicht 3 oder zur
Schicht 2 des empfangenden Endgerätes
Meldung von Auslöseanforderungen an Schicht 3 in
gravierenden Fehlerfällen
(35)
Wenn schon Fehler vom Übertragungsmedium korrigiert werden, warum ist dann noch eine Flußkontrolle
erforderlich?
Erstens sind wir nicht in der Lage, alle Fehler zu beseitigen. Tritt ein nicht zu behebender Fehler auf, so können
wir uns entscheiden, ob wir die Verbindung unterbrechen oder einen weiteren Versuch unternehmen wollen. Im
Fall des Abbruchs muß dieser Umstand dem Anfordernden mitgeteilt werden, eventuell mit dem Grund des
Abbruchs und mit der Angabe, bis wohin die Datenübertragung ausgeführt wurde. Im zweiten Fall, dem
erneuten Versuch, muß die Datenübertragung gestoppt werden, eventuell bis zu einem definierten Punkt
zurückgesetzt und erneut gestartet werden. Alles dies sind, wenn auch noch einfache, Aufgaben der
Flußkontrolle.
Zweitens können auch noch andere Fehler auftreten, nämlich das unzulässig lange Verzögern von
Nachrichtenelementen im Übermittlungsnetz. Unzulässig lange soll auch den Fall des totalen Verlustes von
Nachrichten im Netz einschließen.
Eine detaillierte Auseinandersetzung mit den Problemen der Flußkontrolle bleibt einem eigenen Kapitel
vorbehalten, u.z. den Ausführungen über das HDLC-Protokoll.
Glossar: Flußsteuerung - Flow Control; Quittung - Acknowledgement; Auslösen - Disconnect
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- 36. Schicht 3, Netzwerkschicht, network layer
Letzte Punkt-zu-Punkt Schicht Besondere
Bedeutung für die Zusammenarbeit der
Transitsysteme
Wegewahl
Verbindungsauf- und -abbau (netzweit einheitliche
Adressen erforderlich)
Vereinbarung von Dienstgütemerkmalen mit dem
Transitsystem
Abrechnungsfunktion (Gebühren)
Meldung nicht behebbarer Fehler an Schicht 4
Rücksetzen einer Verbindung im Fehlerfall
Segmentieren und Blocken von Daten der
Verbindungen
Flusskontrolle (zusätzlich zur Schicht 2)
(36)
Glossar: Wegewahl - Routing (auch: Route Selection); Dienstgüte - Quality of Service (QoS)
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- 37. Transportschicht (4), transport layer
Herstellen eines transparenten Datenpfades für
Teilnehmer
unabhängig vom darunterliegenden Netz
frei von Überlegungen zur Wegewahl
mit erwarteter Qualität
kostengünstig
dazu bietet die Transportschicht die nötigen
Transportdienste an
Schicht 4 ist die erste Ende zu Ende Schicht!
(37)
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- 38. Dienste der Schicht 4
Aufbau einer Teilnehmerverbindung zu einem entfernten
Transportdienstbenutzer (T.Connect)
Aushandeln von Güteparametern für die Verbindung
Transparente Übertragung von Dienstdateneinheiten
Flussregelungsmechanismen
Vorrangdatentransport (Vereinbarung zwischen den
Teilnehmern)
Auslösen (ggfs mit Datenverlust) (T.Disconnect)
(38)
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- 39. Dienstgütemerkmale
Dauer für Verbindungsauf- und abbau
relative Anzahl gescheiterter Verbindungsauf- und
abbauwünsche
Durchsatz (erfolgreich übertragene Daten je Zeiteinheit)
Zeit für Datenübertragung (request-indication)
relative Zahl aller unkorrekten, verlorengegangenen und
duplizierten Datenblöcke
(39)
Frage: Welche Dienstgüte für welche Anwendung?
a) Telnet -> Zeit
b) FTP -> Datensicherheit
c) Multimediaanwendungen -> Zeit, Jitter
Unterscheidung in verbindungslose und verbindungsorientierte Parameter (Verbindungsaufbau und -abbauzeit
z.B. nur für verbindungsorientierte Kommunikation).
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- 40. Schicht 5, Kommunikationssteuerung,
session layer
Bereitstellung von Sprachmitteln für die Durchführung
einer Kommunikationsbeziehung
Auf- und Abbau
Adressierung
Prioritäten
Dienste
Qualitätsparameter
Fehlerbehandlung
(40)
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- 41. Schicht 5, session layer
Abbildung von Sitzungsverbindungen auf
Transportverbindungen
Flusskontrolle für die Sitzung
Prioritäten
Wiederherstellung einer Sitzung nach Fehlern
Auf- und Abbau der Sitzungsverbindung
Berechtigungsverwaltung der Daten und Steuerinfo
(Tokenverwaltung)
Synchronisation des Datentransports
(Steuerung des Wiederaufsetzens nach Fehlern)
(41)
Aufgabe der Sitzungsschicht ist die Bereitstellung sog. Sprachmittel für die übergeordneten Schichten
(Anwendungsschichten). Sprachmittel sind alle notwendigen Regelungen, die für einen erorderlichen Dialog zur
Verfügung stehen müssen (Verbindung aufbauen, Datentransfer durchführen, Verbindung abbauen).
Warum ist die Token-Verwaltung in dieser Schicht und nicht schon in der media access control? (Vorgriff auf
LAN-Vorlesung)
Dort ist sie auch! u.z. für den Zugriff auf das Medium.
Hier ist die Tokenverwaltung nötig, weil mehrere Sessions gleichzeitig existieren können. Zur Synchronisation
der Token untereinander kann z.B. wieder eine Tokenverwaltung eingesetzt werden
Das Token (Berechtigungsmarke) gibt den Benutzer der Kommunikationssteuereungsschicht das Recht aktiv
den Dialog zu steuern.
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- 42. Schicht 6, presentation layer
Aushandlung einer Transfersyntax beider, oder aller am
Kommunikationsprozess beteiligten Partner
Umwandlung der Daten von der lokalen Syntax in die
Transfersyntax
Datenkompression
Datentransformation
eins zu eins - Abbildung der Adressen auf die Schicht 5
(kein Multiplexen möglich)
(42)
Beispiel für die Syntax: Bevor ich die Vorlesung beginne, müssen wir uns auf die Sprache einigen.
Beispiel in Kommunikationssystemen: Vereinbarte Quellenkodierung (z.B. MPEG4)
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- 43. Schicht 7, Allgemeine Dienste
Teilnehmeridentifikation
Frei-/besetzt-/Erreichbarkeits-Prüfung
Abstimmen Datenschutzmechanismen
Authentizitätsprüfung
Autorisierung der Kommunikation
Verfügbare Ressourcen prüfen
Bestimmen Dienstequalität
Synchronisation kooperierender Anwendungen
Festlegung, wer Fehler behebt
Festlegung Prozedur zur Erhaltung der Datenkonsistenz
Syntaxtests
(43)
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- 44. Schicht 7, application layer
Anwender
Schicht 7
JTM FTAM MHS VT TTX CASE
Allgemeine
Anwendungs-
Spezifische Anwendungsdienstelemente
dienstelemente
JTM : Job Transfer and Manipulation
FTAM : File Transfer, Access and Management
MHS : Message Handling System
VT : Virtual Terminal
TTX : Teletex
Schicht 6
(44)
Die Schicht 7 ist die komplexeste Schicht des Referenzmodells. Sie ist modular aufgebaut und hat damit die
nötige Flexibilität für zukünftige Erweiterungen. Beispiele von Funktionsgruppen: Dateitransfer,
Datenferneingabe, elektronische Post, Verwaltung verteilter Datenbanken.
Allgemeine Anwendungsdienstelemente (Common Application Service Elements) stellen Fähigkeiten bereit, die
von mehreren Benutzerelementen in Anspruch genommen werden können. Diese Dienste sind für viele
Anwendungen sinnvoll und stellen deshalb einen wichtigen Bestandteil der Anwendungsschicht dar. Die
allgemeinen Anwendungsdienstelemente stellen die Regelungen bereit bzw. sind zuständig für den
Verbindungsaufbau, den Verbindungsabbau und die Fehlerbehandlung in der Anwendungsschicht. Um eine
erfolgreiche Kommunikation durchzuführen, müssen zumindest die allgemeinen Anwendungsdienstelemente
definiert sein. Sie sind neutral und können von jedem Anwendungsprozeß genutzt werden. Sobald die
Anwendung in die Datentransferphase übergeht, müssen die besonderen Anwendungsdienstelemente benutzt
werden.
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- 45. OSI Management
ISO 7498-4
ITU-T X.700 Management Framework for Open Systems
Interconnection (OSI)
(45)
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- 46. OSI Management
Systems Management
(schichtübergreifendes Management)
(N)-Layer Management (Schichtenmanagement)
(N) Layer Operation
(Protokollmanagement)
(46)
Insgesamt sind drei Formen des Austausches von Managementinformation vorgesehen:
Systems Management: Schichten 1-7
(N)-Layer Management: Schichten 1-N
(N)-Layer Operation: im Rahmen des Protokolls integriert, z.B. Übertragung von Gebührendatenin einem X.25
Clear packet
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- 47. OSI Mangagement - Funktionale Bereiche
“FCAPS”
Fault Management
Configuration Management
Accounting Management
Performance Management
Security Management
(47)
Die oben aufgeführten funktionen sind im OSI-Modell beschrieben, werden hier aber nicht weiter vertieft.
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- 48. OSI versus sonstige Protokolle
Die Zugehörigkeit zur Familie der OSI-Protokolle wird
definiert durch das Vorhandensein folgender
Eigenschaften:
Zuordnung von Funktionen zu Schichten
Schnittstellendefinition zwischen den Schichten
Internationale Implementierungsempfehlung oder Norm
(48)
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- 49. OSI versus sonstige Protokolle (II)
Welt der Protokolle
OSI-
Protokolle
TCP/IP
MAP
ATM
X.25
(eingeschränkt)
(49)
Nach den in der vorigen Folie eingeführten Kriterien teilt sich die Welt der Protokolle in OSI-Protokolle und
sonstige Protokolle auf. Die Anzahl der OSI-konformen Protokolle ist demnach relativ klein, während viele der
kommerziell erfolgreichen Protokolle nicht OSI-konform sind.
Das heißt nicht, daß die sonstigen Protokolle keines der Prinzipien von OSI erfüllen. Sie verwenden meist die
Prinzipien Schichtung, Dienste und Protokolle. Selbst die Begriffe PDU, SDU, etc, findet man recht oft. Häufige
Gründe für die Nicht-Zugehörigkeit zu den OSI-Protokollen sind:
Nicht alle 7 Schichten definiert (z.B. TCP/IP, nur 2 Schichten)
Andere Zuordnung von Funktionen zu Schichten
Trennung der Aspekte Datenübertragung, Steuerung und Verwaltung (z.B. ATM , ISDN; bei OSI nicht
klar getrennt)
Proprietäre Protokolle, die nicht bei einer internationalen Organisation standardisiert sind
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- 50. Probleme des OSI-Modells
Zu hohe Komplexität
Viele Funktionen in mehr als einer Schicht definiert (z.B.
Flusssteuerung, Adressierung, Fehlerkontrolle)
Die Konzepte Datenintegrität und Vertraulichkeit
(Verschlüsselung) nicht vorhanden
Im urspr. OSI Modell keine verbindungslosen Dienste
berücksichtigt (nachträglich eingeflickt)
Erste Implementierungen waren riesig, unhandlich und
langsam
(50)
Das OSI-Modell enthält im Nachhinein viele Probleme, die es nahezu unmöglich machen,
Kommunikationssystem streng danach zu spezifizieren und zu bauen. Die wichtigsten Schwachpunkte sind
oben aufgeführt.
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- 51. Fazit: Wozu ist das OSI-Modell gut?
Das OSI-Modell hat die Konzepte Schichten, Dienste,
Schnittstellen und Protokoll eingeführt
Modularität der Kommunikationssysteme, Änderbarkeit
Klare Begriffswelt
Formalisierung
OSI hat eine neue Denkweise und Begriffswelt eingeführt,
die in der Kommunikationswelt für Vereinheitlichung von
Diskussion und Spezifikation gesorgt hat.
„Man spricht OSI“
(51)
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- 52. Beispiel: TCP/IP
Application
Presentation
Session
TCP UDP
Transport
Network
Data link
IP
Physical
OSI
TCP/IP
Das TCP/IP Modell lässt sich bedingt auf das OSI-Modell
abbilden (Funktionen der Schichten 3 und 4)
(52)
Das obige Bild zeigt, daß sich das TCP/IP Modell teilweise auf das OSI-Modell abbilden läßt. Die TCP/IP
Protocol Suite liegt dem Internet zugrunde. Die Details zu TCP/IP werden an einer anderen Stelle eingeführt.
Hier geht es nur um das Verhältnis zum OSI-Modell.
Gemeinsamkeiten sind:
Einführung von Schichten
Die Funktionen der IP-Schicht entsprechen im wesentlichen den Funktionen der Netzwerk-Schicht in
OSI. Die IP-Schicht ist eine Punkt-zu-Punkt Schicht, gehört also zum Transitsubsystem
Die Funktionen der UDP- und TCP-Schicht entspricht im wesentlichen den Funktionen der
Tranportschicht. Die TCP/UDP-Schicht ist eine Ende-zu-ende Schicht wie die Transportschicht.
Unterschiede sind:
Das TCP/IP-Modell enthält nur 2 Schichten. Die Schichten 1 und 2 werden nicht einmal erwähnt (Dafür
gibt es wieder andere Kommunikationssystem, die nur die Schichten 1 und 2 definieren, siehe
Ethernet, SDH, die an anderer Stelle eingeführt werden)
Die Schnittstellen sind bei TCP/IP nicht so klar definiert wie beim OSI-Modell
Durch die Unterschiede ist klar, daß TCP/IP kein Kommunikationssystem der OSI-Familie ist. Bitte verwechseln
sie nicht die Tatsache, daß Teilaspekte des OSI-Modells in TCP/IP wiederzufinden sind, damit, daß es ein OSI-
Protokoll ist!
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- 53. Beispiel: ATM
higher layers higher layers
ATM Adaptation layers
ATM layer
Physical layer
(53)
Ein weiteres Beispiel, das einerseits viele der OSI-Tugenden übernommen hat, in anderen Bereich aber andere
Wege gegangen ist, findet sich bei ATM wieder. ATM ist das Kommunikationsnetz, das dem künftigen
Breitband-ISDN zugrunde liegt. Es ist hier nicht interessant, was ATM ist, sondern es geht nur um den Vergleich
der Modelle.
Gemeinsam ist beiden wieder die Trennung in Schichten und der vertikalen und horizontalen Kommunikation.
Die Funktionen der Schichten im ATM-Modell sind relativ ähnlich wie im OSI-Modell, wenn auch im Detail
verschieden.
Der wesentliche Unterschied der beiden Modelle ist die Trennung der Datenübertragung, Steuerung und
Verwaltung. Dies geschieht mit der Einführung der Ebenen (Planes), die im obigen Modell sichtbar sind. Das
OSI-Modell kennt die Konzepte Datenübertragung, Steuerung und Verwaltung zwar, im Model sind sie aber
nicht klar lokalisierbar und, vor allem, nicht voneinander getrennt. Das ATM-Modell trennt diese Aspekte mit
Hilfe der Ebenen klar, was ein neuer Aspekt in der Modellierung von Kommunikationssystemen ist. Man findet
diese Trennung auch in einigen anderen Modellen neuerer Kommunikationssysteme.
Damit ist klar, daß auch ATM kein OSI-Protokoll ist.
Glossar: Ebene - Plane; Verwaltung - Management
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- 54. Weitere Informationen
Die folgenden Folien enthalten weitere Informationen zum
OSI-Modell
(54)
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- 55. noch Dienstgütemerkmale
relative Zahl gescheiterter Übertragungen
Mechanismen zum Schutz vor Mithören und Manipulation
Prioritäten zwischen unterschiedlichen
Teilnehmerverbindungen
Wahrscheinlichkeit für Auslösen durch
Transportdiensterbringer
(55)
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- 56. Aufgaben der Protokolle in Schicht 4,
Verbindungsaufbau
Auswahl Vermittlungsdienste
Entscheidung Zahl der Teilnehmerverbindungen
Festlegung maximale Größe T-PDU
Abbildung Teilnehmeradressen-Endsystemadressen
Verwaltung Teilnehmerverbindungen
Transport Benutzerdaten beim Verbindungsaufbau
Ablehnung Verbindungsaufbauwunsch
(56)
T-PDU: Transport layer Protocol Data Unit
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- 57. Aufgaben der Protokolle in Schicht 4,
Datenübermittlung
Bereithalten eines Datenpfades
Numerierung der DatenT-PDU's
Verkettung mehrerer T-PDU's
Multiplexen/Demultiplexen
Aufspalten einer T-PDU auf mehrere Empfänger,
Rundsenden
Flussregelung
Fehlerbehebung (Verlust, Duplizierung, falsche
Reihenfolge)
(57)
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- 58. noch Aufgaben der Protokolle in Schicht 4,
Datenübermittlung
Fehlerbehebung mit Checksumme (Achtung: Multiplex,
Aufteilen)
Wiederholtes Senden bei Timeout
Protokollfehler
Identifizierung von Teilnehmerverbindungen
Neuzuordnung, wenn Verbindung nicht mehr existiert
(Verzögerung)
Zwischenspeicherung bis zur Bestätigung
Resynch
Vorrangbehandlung
Überwachung Inaktivität
(58)
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- 59. Aufgaben der Protokolle in Schicht 4,
Verbindungsabbau
implizites Auslösen vom Teilnehmer
explizites Auslösen von der Schicht 4
Auslösen von der Transportschicht bei nichtbehebaren
Fehlern
Identifizierung der Verbindung
auf Zeit sperren (Verzögerung)
(59)
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