kapitel 2: begriffswelt und standards - informatik · dp: draft proposal ... menge der beteiligten...
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FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.1
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.1
Telematik
Kapitel 2:Begriffswelt und Standards
Dienst, Protokoll, Automat, IETF, ITU, IEEE
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller
Freie Universität BerlinInstitut für Informatik
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.2
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.2
Übersicht
1. Einführung und MotivationBedeutung, Beispiele
2. Begriffswelt und StandardsDienst, Protokoll, IETF, ITU, ISO, ETSI, IEEE, Automat
3. NachrichtentechnikDaten, Signal, Medien, Physik
4. BitübertragungsschichtCodierung Repeater, Modem, DSL
5. DirektverbindungsnetzeRahmenerzeugung
HDLC, PPP, SDH, ATM
Fehlererkennung, ProtokolleEthernet (IEEE 802.3)Token Ring (IEEE 802.5)
6. VermittlungPaket-/Zell-/LeitungsvermittlungWegwahlverfahrenBrücke/Switch
Spanning-Tree, Hardware, VLAN
7. Internet-ProtokolleIP, ARP, DHCP, ICMPRouting
RIP, OSPF, CIDR, BGP
8. TransportprotokolleUDP, TCP
9. VerkehrssteuerungKriterien, MechanismenVerfahren in TCP, RED
10. Klassische TelekommunikationsnetzeTelefon, ISDN, ATMIN, GSM
11. AnwendungenDNS, SMTP, HTTPDarstellungsformate, ASN.1Management, SNMPSicherheit
Firewall, TLS, IPSec
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Der Begriff „Daten“
Daten (universell)
Darstellung von Sachverhalten (Fakten), Konzepten, Vorstellungen und Anweisungen in formalisierter Weise, die für die Kommunikation, Interpretation und die Verarbeitung durch Menschen und/oder technische Mittel geeignet ist.
Allgemeine Beispiele für Datendarstellungen:
gesprochene SpracheZeichen-/Gebärden-Sprachegeschriebene Sprache
Gegenstände des DenkensFakten, Konzepte,
Vorstellungen, Modelle usw.
Gegenstände des DenkensFakten, Konzepte,
Vorstellungen, Modelle usw.
Daten als formalisierteDarstellung von Denkinhalten
Daten als formalisierteDarstellung von Denkinhalten
Konventionen zur Darstellung von Denkinhalten
Modell zur Erzeugung von Daten durch den Menschen
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Der Begriff „Information“
Information
Die Bedeutung, die ein Mensch aufgrund der den Daten zugrunde liegenden Vereinbarungen (Konventionen) diesen beilegen kann.
Achtung: Informationsbegriff bezieht sich damit ausschließlich auf den Menschen!
Enge Definition des Informationsbegriffs in der Vorlesung (verglichen mit der Alltagssprache).
Menschen und Maschinen können Daten handhaben, aber nur der Mensch kann aus Daten Informationen gewinnen.Verwendung des Begriffs Information bei präziser Ausdrucksweise in der Telematik möglichst vermeiden.
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AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.5
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Der Begriff „(Daten-)Kommunikation“
Kommunikation bedeutet ursprünglichAustausch von Daten zwischen menschlichen Kommunikationspartnern.
Gemäß der eingeführten universellen Bedeutung des Begriffes „Daten“ bedeutet dies:
Jede konkrete Kommunikation ist eine Datenkommunikation.
Literatur und Sprachgebrauch benutzen heute noch für die Datenkommunikation die engere Definition:
Übermittlung - digitaler - Daten zwischen Telekommunikationsgeräten.
In dieser Vorlesung wird der Begriff wie folgt festgelegt:Daten(Tele-)kommunikation ist der Oberbegriff für jeden Datenaustausch über immaterielle Träger und größere Entfernungen zwischen Menschen und/oder Maschinen (abgekürzt: Datenkommunikation = Kommunikation).immaterielle Träger:
Energieflüsse, meist elektrische Ströme, elektromagnetische Wellen
Gegensatz: materieller Datentransport (z.B. Brief, CD-/Diskettenversand)
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AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.6
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Der Begriff „Signal“
Signal
Ein Signal ist die physikalische Darstellung (Repräsentation) von Daten durch charakteristische räumliche und/oder zeitliche Veränderungen der Werte physikalischer Größen.
Signale sind somit die reale physikalische Repräsentation abstrakter Darstellungen:der Daten.
Gegenstände unseres DenkensGegenstände unseres Denkens
Daten als formalisierte DarstellungDaten als formalisierte Darstellung
Signale als reale Darstellung von DatenSignale als reale Darstellung von Daten
abstrakteWelt
physikalischeWelt
Konventionen zurDarstellung vonDenkinhalten
Konventionen zurDarstellung vonDaten
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AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.7
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Abgrenzung Daten vs. Signale
Häufig werden die Begriffe „Daten“ und „Signale“ verwechselt bzw. unsauber unterschieden, da Daten nur in objektivierter, physikalisch dargestellter Form, d.h. als Signale, erfassbar, speicherfähig, übertragbar und verarbeitbar sind.
Jede konkrete Datendarstellung ist mit einer spezifischen Signalrepräsentation verbunden, daher ist die konzeptionelle Unterscheidung
oft nicht unmittelbar evident.
Beispiele:Laute einer Sprache (Daten) beim Sprechen als akustische Schwingungen (Signale).
Druckbuchstaben auf Papier als optische Signale abstrakter Schriftzeichen (Daten).
Darstellung von Sprachlauten (Daten) durch elektrische Sprechströme (Signale).
Daten Signale
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Abgrenzung Nachrichtentechnik vs. Telematik
NachrichtentechnikVorzugsweise physikalisch-technologische Fragen der „Informationstechnik“
Signalbegriff entscheidend
Anschluss des Informationsbegriffs in der Nachrichtentechnik direkt an den Signalbegriff
TelematikDatenbegriff im Mittelpunkt
Signal auf übertragungstechnische Aspekte von Kommunikations-systemen beschränkt
Modell des zweistufigen Abstraktionsprozesses bei der Interpretation von Signalen und Daten (beim Empfänger)
SignalSignal
Information (Nachricht)Information (Nachricht)
SignalSignal
DatenDaten
InformationInformation
Signalinterpretation
Dateninterpretation
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.9
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Abgrenzung Telematik vs. übrige Informatik
TelematikTelematik
Nachrichtentechnik
Betriebs-systeme
Datenbank-systemeAlgorithmen-
technikSoftware-
Engineeringverteilte Al-gorithmen
verteilte Betriebs-systeme
verteilte Daten-banken für verteilte
Systeme
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.10
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Standardisierung: Überblick
Die Erfordernisse einer internationalen Telekommunikation erzwingen die Festlegung international gültiger Standards.
Standardisierung des FernmeldewesensGremienarbeit mit gut strukturierten Lösungen, aber lange „Time To Market“
Weltweit einheitlich über Fernmelde-Betriebsgesellschaften (Provider, auch PTT)
Beispiele: ITU-T, ETSI (European Telecommunication Standards Institute)
InternetDiskussionen direkt Betroffener und IETF (Internet Engineering Task Force) führen zu Standards
Beispielimplementierungen stehen im Vordergrund, daher sehr schnelle„Time To Market“
HerstellervereinigungenEbenfalls realisierungsorientiert mit relativ schneller „Time To Market“
Beispiele: The Open Group (ehemals OSF und X/Open), ECMA (European Computer Manufacturers Association),ATM-Forum
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Standardisierung: Traditionelle Organisationen
ITU International Telecommunication Union (ehemals CCITT und CCIR)Internationaler beratender Ausschuss für Telekommunikation
CCITT Consultative Committee on International Telegraphy and TelephonyComité Consultatif International Télégraphique et TéléphoniqueInternationaler beratender Ausschuss für Telefon und Telegrafie (ITU-T)
CCIR Consultative Committee on International RadioInternationaler beratender Ausschuss für den Funkdienst (ITU-R)
CEPT Conférence Européenne des Administrations des Postes et des Télécommunications
Konferenz der Europäischen Verwaltungen für das Post- undFernmeldewesen
ISO International Organization for Standardization (ISO griech. „gleich“)Internationale Organisation für StandardisierungISO koordiniert die internationale Normungsarbeit außerhalb des PTT-Bereichs.
DIN (Deutsches Institut für Normung) ist deutscher Partner der ISO.
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
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Standardisierung: Beispiel ISO
WG-Meetings: Alle 6-9 Monate, damit die nationalen Organisationen Einverständnis mit den Konzepten erreichen. Dann startet der Standardisierungsprozess:
DP: Draft Proposal
DIS: Draft International Standard
IS: International Standard
Das Fortschreiten auf eine höhere Stufe erfolgt durch eine internationale Abstimmung und die Einarbeitung der Kritik der „Nein“-Stimmen.
sehr langer Prozess!
ISOISO
Technical Committee(TC)
Technical Committee(TC)
SubCommittee(SC)
SubCommittee(SC)
Working Group(WG)
Working Group(WG)
. . . . . . . .
. . . . . . . .
. . . . . . . .
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Standardisierung: Beispiel Internet
Der Standardisierungsweg geht über die Internet Engineering Task Force (IETF).
Die Internet Engineering SteeringGroup (IESG) steuert die Diskussionen.
Zwei mögliche Ergebnisse:RFC: Request for Comments
= StandardFYI: For Your Information
= informell / experimentell
Bereits ab dem Draft Standard müssen mindestens zwei interoperable, unabhängig voneinander entwickelte Implementierungen vorhanden sein.
Vorschlag, AnregungVorschlag, Anregung
Proposed StandardProposed Standard
Draft StandardDraft Standard
Full StandardFull Standard
ExperimentellExperimentell
InformellInformell
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.14
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Standardisierung: RFC - Beispiele
RFC 768 User Datagram Protocol (UDP) August 1980RFC 791 Internet Protocol (IP) September 1981RFC 792 Internet Control Message Protocol (ICMP)
September 1981RFC 793 Transmission Control Protocol (TCP)
September 1981RFC 959 File Transfer Protocol (FTP) Oktober 1985RFC 997 Internet Numbers März 1987RFC 1996 A Mechanism for Prompt Notification
of Zone Changes (DNS Notify) August 1996RFC 2205 Resource ReSerVation Protocol (RSVP) -
Version 1 Functional SpecificationSeptember 1997
Weiter Informationen unter www.ietf.org!
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.15
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Charakterisierung von Kommunikationsvorgängen/-beziehungen
Grundlegend kann ein Kommunikationsvorgang aufgrund folgender Kriterien charakterisiert werden:
Menge der beteiligten Kommunikationspartner (KP)
Übertragungsverfahren/Schnittstellen
Nutzungsrichtung
Auslieferungsdisziplin
Qualität
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Menge der beteiligten Kommunikationspartner (KP), Beispiele
Dialog: Zwei Partner tauschen über eine Punkt-zu-Punkt-Kommuni-kationsstrecke Daten aus.
Gruppenruf (Multicast): Ein Kommunikationspartner spricht gleichzeitig mehrere - ihm bekannte - empfangende Kommunikationspartner an.
Rundruf (Broadcast): Es werden von einem Kommunikationspartner sehr viele - in der Regel unbekannte - Empfänger angesprochen, potentiell alle (Rundfunk).
Individual-kommunikation
Massenkommunikation
KP - A
KP - B
KP - CKP - A
KP - D
DatenaustauschKP - A KP - B
Weitere Kommunikationsmöglichkeiten sind Unicast, Anycast oder Concast.
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Übertragungsverfahren/Schnittstellen
Serielle Übertragung
Parallele Übertragung
01000001
01000001
1 0 0 0 0 0 1 0 t
8 bit pro Zeitintervall, 8 Leitungen
1 bit pro Zeitintervall, 1 Leitung
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AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.18
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Verbindungseigenschaften: Richtungsbetrieb
simplex duplex halbduplex
FeuermelderSensorenPager
Telefon Wechselsprechenteilweise GSM-
Sprachverbindungen
Medium Medium Medium
Die Eigenschaft des Richtungsbetriebs bestimmt, ob auf einer Verbindung
simplex: nur in eine Richtung
duplex: in beide Richtungen
halbduplex: wechselweise in beide Richtungen
gesendet werden darf.
Daten übertragen
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AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.19
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Qualität
Neben dem Wunsch nach Angemessenheit, d.h. nach einfacher Bedienbarkeit und erfüllbaren Anforderungen seitens der Kommunikationsdienste sind in puncto Qualität folgende Klassen von Eigenschaften zu betrachten:
Technische Leistungbenötigte Übertragungsleistung, Antwortzeit, Durchsatz, Sende-/Empfangsrate, ...
KostenInvestitionskosten, Betriebskosten, ...
ZuverlässigkeitFehlertoleranz, Ausfallsicherheit, Störunanfälligkeit, Verfügbarkeit, ...
SchutzAbhörsicherheit, Manipulationssicherheit, Authentifizierung, Autorisierung, Maßnahmen gegen Dienstverweigerung, ...
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AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.20
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Qualität: Technische Leistung
Bitsenden
Bitempfangen
Entfernung in Meter
tLaufzeit in Sekunden
Durchsatz (auch: Bandbreite) =Anzahl der pro Sekunde übertragenen Bits
[Einheit bit/s]
Leitung
WICHTIG:Verzögerungs-Bandbreiten-Produkt(= Speicherkapazität einer Leitung)
Ein anderer wichtiger Qualitätsaspekt bei Telekommunikationssystemen ist neben der gerade behandelten Störsicherheit der Aspekt der technischen Leistung, der folgendes umfasst:
Die technische Leistung besagt, welche Datenmenge in welcher Zeit vom Telekommunikationssystem übertragen wird.
Ein zentraler Wert, der die technische Leistung beschreibt, ist der Durchsatz, also die Menge der pro Sekunde übertragenen Bits. Gehen wir davon aus, daß die Leitung nur von einem Sender genutzt wird, so gibt dieser Wert konkret an, wieviele Bits vom Sender in einer Sekunde auf die Leitung gegeben werden kann. In diesem Fall wäre die Bitrate des Senders und der Durchsatz identisch.
Der Durchsatz hängt ganz wesentlich von der Übertragungskapazität des Telekommunikationssystems ab. So ist die Kapazität z.B. bei einem moderneren Modem 56 Kbit/s, beim Ethernet sind es 100 Mbit/s. Nun ist es aber so, dass der Durchsatz durch einen gewissen Kommunikations-Overhead geschmälert wird und deshalb nur einen bestimmten prozentualen Anteil der Kapazität ausmacht.
Eine andere Angabe, durch die die technische Leistung eines Telekommunikationssystems beschrieben wird, ist die Zeit, die zwischen dem Senden und dem Empfangen liegt. Präzise sind hier zwei Zeiten zu unterscheiden:
Die Signallaufzeit beschreibt die Geschwindigkeit eines Signals auf dem Medium.
Bei einem Koaxialkabel liegt die Geschwindigkeit bei ca. 70% der Lichtgeschwindigkeit, also 0,7 c.
Die Nachrichtenübertragungszeit ist die Zeitdauer, die zwischen dem Senden des ersten Bits einer Nachricht und dem Empfangen des letzten Bits dieser Nachricht vergeht.
In diese Zeit gehen ein: Signallaufzeit, Nachrichtenlänge, Sendebitrate.
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AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.21
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Qualität: Sicherheitsgefahren und Schutzmaßnahmen
SchutzmaßnahmenVerschlüsselung (kryptographischeCodes)
Schaffung vertrauens-würdiger Systeme (Authentisierung, Autorisierung)
Normaler InformationsflussNormaler Informationsfluss
Informationsquelle Informationssenke
Q S
Passiv:
AbhörenAbhören
Q S
A
Aktiv:
ModifizierenModifizieren
Q S
A
MaskierenMaskieren
Q S
A
UnterbrechenUnterbrechen
Q S
A
Abschließend soll ein Qualitätsaspekt nicht unerwähnt bleiben, dem heute eine immer größere Bedeutung zukommt, und zwar dem Aspekt des Schutzes von Angriffen von außen.
Der Schutz vor Angriffen auf ein Telekommunikationssystem umfasst sämtliche Sicherheitsmaßnahmen, durch die Angriffe verhindert oder zumindest erkannt und unschädlich gemacht werden.
Mit welchen Arten von Angriffen haben wir es zu tun: Es läßt sich prinzipiell zwischen den passiven und den aktiven Angriffen unterscheiden. Ein vollständig passiver Angriff ist das Abhören.
Eine Basismaßnahme des Sicherheitsmanagements von Telekommunikationssystemen ist die Verschlüsselung der zu übertragenden Information, wodurch Abhören zwar nicht verhindert, aber unschädlich gemacht wird, weil der Angreifer nichts mit den abgehörten Daten anfangen kann. Weitergehende Maßnahmen sind das Authentifizieren und das Autorisieren, durch die die Teilnehmer und deren Rechte überprüft werden können, was eine Voraussetzung zur Schaffung vertrauenswürdiger Systeme darstellt.
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.22
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Auslieferungsdisziplin
Die Auslieferungsdisziplin beschreibt die Reihenfolge der beim Empfänger ankommenden Daten in Bezug auf die Reihenfolge, wie sie abgeschickt wurden:
treu zur Einlieferungsreihenfolge (FIFO)FIFO + priorisiert
zufällig
123
Teil-nehmer A
Teil-nehmer A
Teil-nehmer B
Teil-nehmer B
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.23
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Kommunikationsarchitekturen
Zur Realisierung von Kommunikationsvorgängen wird eine Kommunikationsarchitektur benötigt für:
physikalische KonnektivitätVerbindung über Kupferkabel, Lichtwellenleiter, Luftschnittstelle, ...Kommunikationsfunktionalität
Steuerung des Ablaufs
Adressierung der Kommunikationspartner
Garantie einer geforderten Qualität
Anpassung unterschiedlicher Formate
...
Schnittstelle zu den Anwendungen
Aufgrund der unterschiedlichen Aufgaben ist ein geschichteter Aufbau einer Kommunikationsarchitektur üblich, bei dem eine Schicht dieFunktionalität der darunter liegenden benutzt, um ihre eigenen Funktionen zu realisieren.
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.24
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Übertragungskanal und Medium
Sender Empfänger
Medium
Übertragungskanal
ZugangspunktZugangspunkt
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.25
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Medium
Sender Empfänger EmpfängerEmpfänger. . .
Übertragungskanal
Übertragungskanal und Medium - Broadcast
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.26
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Dienst und Protokoll - Übersicht
Dienstnehmer 1 Dienstnehmer 2
Diensterbringer 1 Diensterbringer 2
Die
nst
Die
nst
Protokoll
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AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.27
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.27
Schicht i
Geschichtetes Kommunikationssystem
AnwendungAnwendung AnwendungAnwendung
... ...
physikalisches Medium
horizontale Kommunikation
abstraktes Medium für Schicht i
Zugangspunkt
Schnittstelleve
rtik
ale
Kom
mun
ikat
ion vertikale K
omm
unikation
horizontale Kommunikation
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.28
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.28
Dienst und Protokoll
Partner einer Schichtbenutzen einen Dienst (außer unterste Schicht)
bieten einen Dienst (außer oberste Schicht)brauchen nichts zu sehen / kennen außer direkt unterliegendem Dienst (Konzept der „virtuellen Maschine“)„unterhalten sich“ gemäß Regeln
z.B. „Telefon“-Schicht: wählen/klingeln/besetzt
Bei Menschen viel kontextsensitiv / implizit:– z.B. „Melden am Telefon“– Übersetzer:
„Übersetz-Modus“, „Rückfragen-Modus“, „Selbst-Vorstellen“, „Chef-Vorstellen“, ...
Kommunikationsarchitekturen basieren auf„Dienst“ = (Kommunikations-) Dienst [(Communication) Service]
„Regeln“ = (Kommunikations-) Protokoll [(Communication) Protocol]
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.29
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Nachrichtenaustausch
Beispiel Telefon – Dienstnehmersicht (1)
Zei
t (t)
Abheben
WähltonWahl (ausNummern-
speicher)
Freiton
Klingeln
Abheben
AuflegenBelegttonAuflegen
EndeFreiton
Teilnehmer A Teilnehmer BTelefondienst
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.30
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Nachrichtenaustausch
Beispiel Telefon – Dienstnehmersicht (2)
Zei
t (t)
Abheben
WähltonWahl (ausNummern-
speicher)
Freiton
Klingeln
Abheben
AuflegenBelegttonAuflegen
EndeFreiton
Teilnehmer A Teilnehmer BTelefondienst
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.31
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.31
Beispiel Telefon - Dienst und Protokoll
Signalisierungsprotokoll im alten analogen Fernsprechnetz:
Vermittlungsnetz
Zei
t (t)
Rufwunsch (60 V~)Akzeptieren
WählimpulsWählimpuls
Wählimpuls
...
Ruf (60 V~)Melden
Melden
Rufanzeige
AuslösenAuslöseanzeige
Auslösen
Teilnehmer A Teilnehmer B
Abheben
Wählton
Wahl
(aus Nummernspeicher)
Freiton KlingelnAbheben
Auflegen Belegtton
Auflegen
EndeFreiton
ZugangspunktZugangspunkt
Nachrichtenaustausch
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.32
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.32
Begriffswelt „Dienst“
Funktionalität einer Schicht wird als Menge von Diensten zur Verfügung gestellt.
Die Dienste einer Schicht werden durch den Datenaustausch zwischen(Partner-)Instanzen erbracht. Dieser Datenaustausch erfolgt gemäß festgelegten Regeln und Formaten, die man Protokoll nennt.
Ein Dienst wird an der Dienstschnittstelle einem Dienstbenutzer von einem Diensterbringer angeboten.
Die Dienstdefinition spezifiziert verfügbare Dienste und Regeln für ihre Benutzung (in der darüber liegenden Schicht).
Ein Dienstprimitiv (Schnittstellenereignis) dient zur Anforderung oder Anzeige eines Dienstes beim Dienstbenutzer, Grundtypen sind:
Anforderung (Req , Request)
Anzeige (Ind , Indication)
Antwort (Rsp , Response)
Bestätigung (Cnf , Confirmation)
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.33
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.33
Der Dienstbegriff
Abstraktes Medium MiAbstraktes Medium Mi
Kommu-nikations-
instanzIi+1
1
Kommu-nikations-
instanzIi+1
1
Kommu-nikations-instanz
Ii+12
Kommu-nikations-instanz
Ii+12
Kommu-nikations-
instanzIi+1
n-1
Kommu-nikations-
instanzIi+1
n-1
Kommu-nikations-
instanzIi+1
n
Kommu-nikations-
instanzIi+1
n
...
Schnittstellen-ereignisse
Dienstschnitt-stelle Di
Dienst-zugangspunkt
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AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.34
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Dienst der Schicht N
(N) - Dienst / (N) - Service
Menge von Funktionen, welche die (N)-Schicht den (N+1)-Instanzen an der Schnittstelle zwischen der (N)- und (N+1)-Schicht anbietet (vertikale Kommunikation).
Die (N)-Instanzen erbringen die Dienste der (N)-Schicht mit Hilfe von Nachrichtenaustausch (horizontale Kommunikation). Dazu verwenden sie die Dienste der (N-1)-Schicht.
Wie die Dienste der (N) - Schicht erbracht werden, bleibt der (N+1) -Schicht verborgen.
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.35
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.35
(N) - Dienstzugangspunkt / (N) - SAP
Innerhalb eines geschichteten Kommunikationssystems kommunizieren (N+1)-Instanzen und (N)-Instanzen über einen (N)-Dienstzugangspunkt[(N)-SAP, (N) - Service Access Point] miteinander.
Die (N)-Instanz bietet die von ihr erbrachten (N)-Dienste der (N+1)-Instanz am (N)-SAP an.
Die (N)-Instanz benutzt die Dienste, die ihr am (N-1)-SAP angeboten werden.
Beziehungen zwischen (N-1) - SAP, (N) - Instanz und (N) - SAP
(N) - SAP
(N-1) - SAP
(N+1)-Instanz(N+1)-Instanz
(N)-Instanz(N)-Instanz
(N-1)-Instanz(N-1)-Instanz
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.36
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.36
Diensttypen
Unbestätigter DienstBeispiel Briefübermittlung
Vom Dienstnehmer initiiert:
Vom Diensterbringer initiiert
Bestätigter DienstBeispiel Buchung
t t
AnzeigeIndication Anzeige
Indication
RequestAnforderung
IndicationAnzeige
t t
RequestAnforderung Indication
Anzeige
t t
ConfirmationBestätigung
ResponseAntwort
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.37
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.37
Grundlegende Kommunikationsformen
Verbindungsorientierte DiensteVor dem Datenaustausch zwischen Dienstnehmern auf Schicht n wirdeine Verbindung durch die beteiligten Instanzen der Schicht n-1 aufgebaut
Anforderung erfolgt mithilfe entsprechender Dienstprimitive der Schicht n-1
Protokollabhängige Aushandlung von Übertragungsparametern z.B. Teilnehmer (immer), Dienstqualität, Übertragungsweg
Datenaustausch innerhalb dieser Verbindung erfolgt unter Berücksichtigung des aktuellen Verbindungszustandes
Der Kontext einer jeden Datenübertragung wird somit berücksichtigt.
Verbindungslose DiensteJeder Datenaustausch wird gesondert betrachtet, ohne jegliche Betrachtung vorhergegangener Kommunikationsvorgänge
Der Kontext einer Datenübertragung wird somit nicht berücksichtigt.
Der Zustand einer Verbindung zum Zeitpunkt t setzt sich aus den oben angesprochenen Parametern zusammen, zusätzlich jedoch auch aus (theoretisch) allen Kommunikationsvorgängen, die von Zeitpunkt 0 (Verbindungsaufbau) bis Zeitpunkt t innerhalb dieser Verbindung stattgefunden haben. Wie lange dieses „Gedächtnis“ zurückreicht und wie viele/welche Daten hierbei gespeichert werden (wenn überhaupt), ist jedoch protokollspezifisch. Als Beispiel sei der (später im Detail besprochene) Protokollmechanismus der „Sequenznummern“ erwähnt, der jedem Datenpaket eine spezifische, ganzzahlige Nummer zuordnet. Zusammen mit entsprechenden Bestätigungen von Empfängerseite ermöglicht dies eine Erkennung von Paketverlusten - hierbei werden Datenpakete vom Sender nur solange zwischengespeichert, bis eine ordnungsgemäße Bestätigung eintrifft.
Ein wesentlicher Vorteil verbindungsorientierter Dienste ist die Tatsache, dass nach einem Verbindungsaufbau nicht mehr jedes Datenpaket einer Verbindung sämtliche (bereits ausgehandelte) Parameter beinhalten muss (z.B. Adresse, Dienstqualität etc.), was eine Reduzierung des Anteils der übertragenen Steuerinformationen und somit letztendlich auch der Netzlast selbst bedeutet.
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.38
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.38
Verbindungsorientierte Dienste
3-Phasen-Prinzip1. Verbindungsaufbau
KontexterzeugungEndsystemeNetz
2. Datenaustausch (hier: simplex)
Weniger laufende Kontext-informationen erforderlich
3. VerbindungsabbauKontextfreigabeRessourcenfreigabe
Verbindungs-abbau-
anforderungVerbindungs-
abbau-anzeige
Dienst-anforderung Dienst-
anzeige
Verbindungs-aufbau-
anforderungVerbindungs-
aufbau-anzeige
Verbindungs-aufbau-
bestätigung
Verbindungs-aufbau-antwort
Dienst-anforderung Dienst-
anzeige
Ver
bind
ungs
-au
fbau
Dat
en-
aust
ausc
hV
erbi
ndun
gs-
abba
u
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.39
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MediumUnitData.Req(Absenderadresse,Zieladresse,Qualitätsparameter,Nutzdaten)
UnitData.Ind(Absenderadresse,Zieladresse,Qualitätsparameter,Nutzdaten)
Datagramm-Dienste
Vom Datagramm-Dienst wird kein Zusammenhang zwischen verschiedenen Übertragungsleistungen unterstützt.
Der Datagramm-Dienst unterstützt keine Auslieferungsdisziplin,z.B. keine Garantie für Reihenfolgetreue.
Der Datagramm-Dienst realisiert eine unbestätigte Dienstleistung(keine Aushandlung zwischen Kommunikationspartnern).
Neben dem verbindungsorientierten Dienst, dessen drei Phasen zuletzt behandelt wurden, gibt es auch den verbindungslosen Dienst, den man als Datagramm-Dienst bezeichnet.
Beim Datagramm-Dienst (verbindungsloser Dienst, Connectionless Service) erfolgt jede Datenübertragungsdienstleistung für sich gesondert ohne Querbeziehungen zu anderen Dienstleistungen.
Das Konzept der Verbindung existiert nicht; infolgedessen besteht ausschließlich die Phase der Datenübertragung. Das einzige Dienstprimitiv, das angeboten wird, ist UnitData, also ein „einzelnes Datum“. In diesem Dienstprimitiv müssen alle für die Übertragung relevanten Steuerinformationen enthalten sein. Das sind zum Beispiel sämtliche Adressierungsinformation (Parameter Absender-und Zieladresse) und die Qualitätsparameter, in denen der Sender seine Wünsche bzgl. der Datenübertragung formuliert (z.B. Laufzeit, Schutzklasse, geduldete Fehlerwahrscheinlichkeiten, Kosten).
Da der Dienst unbestätigt ist, können die Qualitätsparameter nicht verhandelt werden, d.h. das Medium versucht, den Wünschen des Senders so gut es geht zu entsprechen.
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.40
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(N) - Verbindungsendpunkt / (N) - CEP
(N)-Verbindungsendpunkt, (N) - Connection End Point, (N)-CEP :Endpunkt einer Verbindung innerhalb eines (N)-SAP
(N)-Instanz(N)-Instanz
(N)-SAP
(N)-Instanz(N)-Instanz
(N)-SAP(N)-CEP
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.41
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Dienstnehmer-Adressierung
DatagrammAnforderung: Mit Adresse des Beantworters
Anzeige: Ggf. mit Adresse des Initiators
VerbindungenKontext, etabliert durch Verbindungsaufbau, beinhaltet Adressierungsinformation
Bei mehreren Verbindungen vom selben Dienstzugangspunkt: Verbindungsidentifikation
Dienstzugangspunkt
Verbindung
Verbindungsendpunkt
YX
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.42
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Diensterbringung: Protokollablauf
Kommu-nikations-
instanzIi+1
k
Kommu-nikations-
instanzIi+1
k
Kommu-nikations-instanz
Ii+1l
Kommu-nikations-instanz
Ii+1l
Dienstschnitt-stelle Di
Dienst-zugangspunkt
Abstraktes Medium Mi-1
Kommu-nikations-
instanzIim
Kommu-nikations-instanz
Iin
Dienstschnitt-stelle Di-1
Abstraktes Medium Mi
Protokoll derSchicht i
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.43
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Abstraktes Medium im Leitbeispiel
WWW-Server
HTTP
TCP
IP
LLC
MAC
PHY
WWW-Browser
HTTP
TCP
IP
LLC
MAC (WLAN)
PHY (Code...)
LLC
MAC (WLAN)
PHY (Code...)
Funk
MAC (Ethernet)
PHY
LLC
MAC (Ethernet)
PHY
IP
UTP5 - Twisted Pair
LLC
MAC (FDDI)
PHY
RouterRouterRouterRouter
RouterRouterRouterRouter
Glasfaser
Funk
GlasfaserCoax
Notebook
Router
Bridge
Gateway Firewall
Proprietäre Systeme:- Deep Space Network
(Erde-Mars)- 9600bps Funkmodem
(Pathfinder-Sojourner)
Abstraktes Medium für die IP-Instanzen
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.44
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Protokoll: Modelle
Überbrückung funktionaler und qualitativer Unterschiede zwischen Di-1 und Di
Art und Weise der Erbringung der Dienste Di durch Instanzen Ii auf Basis der Dienste Di-1
Nebenläufiger Algorithmus
Verteilter Algorithmus, wobei Dienste Di-1 das Zusammenwirken der Ii-Instanzen ermöglichen
Berücksichtigung der Auswirkungen von Störungen in Di-1
Beschreibung: i.allg. nur 2 Instanzen, Automatenmodell, Weg-Zeit-Diagramm
Medium Mi-1
Medium Mi
Schnittstellenprotokoll
Dienstschnittstelle Di
Schichtenprotokoll =Telekommunikations-protokoll der Schicht i
Dienstschnittstelle Di-1
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.45
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.45
Protokollmechanismen
Multiplexen / DemultiplexenTeilung / VereinigungSegmentieren / ReassemblierenBlocken / EntblockenVerkettung / Trennung(Mehrfach-)KapselungFehlerbehandlungSicherung (ggf. fehlererkennend)SequenzüberwachungQuittierung (Acknowledgement)
Zeitüberwachung (Timeout)
Wiederholen; Rücksetzen
Flusskontrolle (Sliding window)
Routing (Wegewahl, Weiterleiten)
Medienzuteilung für geteilte Medien
Synchronisation
Adressierung
Verbindungsverwaltung
Datentransfer
Ein Protokollmechanismus ist ein Verfahren, welches abgeschlossene Teilfunktion innerhalb des Protokollablaufs beschreibt: generischer Charakter (ähnlich 'Systemfunktion').
In verschiedenen Kommunikationsarchitekturen verwendet.Oft in mehreren Protokollen/Schichten einer Kommunikationsarchitektur anzutreffen.
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.46
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Das ISO/OSI-Basisreferenzmodell
Ziel:Internationale Standardisierung (ISO = International Organization forStandardization) von Diensten und Protokollen zur Realisierung sogenannter “Offener Systeme” (OSI = Open System Interconnection)Grundlage zur Kommunikation von Systemen unterschiedlicher HerstellerWichtig: Das Basisreferenzmodell dient als Denkmodell, anhand dessen sich Kommunikationssysteme erklären und klassifizieren lassen. Implementierung des Modells vor allem in öffentlichen Netzen in Europa(weitgehende Verdrängung durch Internet-Protokolle)
Standard:ISO/IEC IS 7498: Information Processing Systems - Open Systems Interconnection - Basic Reference Model, Internationaler Standard,15. Oktober 1994.Übernommen von der CCITT bzw. ITU-T in der Norm X.200
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.47
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.47
Prinzipien des ISO/OSI-Basisreferenzmodells
OSI - EndsystemRechnersysteme, die sich bei der Kommunikation an OSI-Standards halten
(N) - Schicht (Layer)Sämtliche Einheiten einer (N) - Hierarchiestufe in allen Endsystemen
(N) - Instanz (Entity)Implementierung eines (N) - Dienstes in einem Endsystem.
Es kann verschiedene Typen von (N) - Instanzen geben ((N) - Instanz - Typen), die z.B. verschiedene Protokolle für eine Schicht implementieren. Eine Kopie einer (N) - Instanz wird Vorkommnis der (N) - Instanz genannt.
Partnerinstanzen (Peer-Entities)Instanzen einer Schicht.
Partnerinstanzen erfüllen Funktionen eines Dienstes durch Datenaustausch.
(N) - Instanz (N) - Instanz(N) - Schicht
Endsystem Endsystem
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.48
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Verbindung und Assoziation
(N) - Verbindung (Connection)Beziehung zwischen zwei (oder mehr) (N+1)-Instanz-Vorkommnissen auf Ebene der (N)-Schicht. Diese Beziehung wird mit Hilfe des (N)-Protokollsunterstützt.
(N) - Assoziation (Association)Kooperative Beziehungen zwischen zwei (N)-Instanz-Vorkommnissen. Dazu gehört Verwaltung von Zustandsinformationen.
(N)-Assoziation wird durch (N-1)-Verbindungen (oder (N-1)-verbindungslosen Dienst) unterstützt. Sie kann zeitlich nacheinander verschiedene (N-1)-Verbindungen verwenden.
(N+1)-Instanz-Vorkommnis
(N+1)-Instanz-Vorkommnis
(N)-Instanz-Vorkommnis
(N)-Instanz-Vorkommnis
(N+1)-Instanz-Vorkommnis
(N+1)-Instanz-Vorkommnis
(N)-Instanz-Vorkommnis
(N)-Instanz-Vorkommnis
(N) - Verbindung
(N+1) - Assoziation
. .
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.49
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Generische OSI - Kommunikationseinheiten
(N)-IDU
(N)-PCI
(N-1)-ICI
(N)-ICI(N)-SDU
(N)-SDUPCI
(N-1)-IDU
(N-1)-SDU
(N)-PDU
(N+1)-Schicht
(N-1)-Schicht
(N)-Schicht
(N-1)-ICI
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.50
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OSI - Kommunikationseinheiten, Beschreibung
(N) - SchnittstellendateneinheitenInterface Data Unit, IDU
Zwischen (N+1)- und (N)-Instanzenüber einen (N)-SAP ausgetauschte Dateneinheit.
Setzt sich zusammen aus (N)-ICI und (N)-SDU.
(N) - SchnittstellenkontrollinformationInterface Control Information, ICI
Zwischen (N)-Schicht und (N+1)-Schicht ausgetauschte Parameter zur Steuerung von Dienstfunktionen (z.B. Adressen).
(N) - DienstdateneinheitenService Data Unit, SDU
Daten, die transparent zwischen (N)-SAPs übertragen werden.
(N) - ProtokollkontrolldatenProtocol Control Information, PCI
Daten, die zwischen (N)-Instanzenausgetauscht werden, um die Ausführung von Operationen zu steuern (z.B. Folgenummern o.ä.).
(N) - ProtokolldateneinheitProtocol Data Unit, PDU
Dateneinheit, die zwischen (N)-Instanzen unter Benutzung eines Dienstes der (N-1)-Schicht ausgetauscht wird.
Setzt sich zusammen aus (N)-PCI und (N)-SDU.
Entspricht somit der (N-1)-SDU.
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.51
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(N)-Instanz(N)-Instanz (N)-Instanz(N)-Instanz
Kommunikation innerhalb und zwischen OSI - Systemen
(N+1)-Schicht
(N)-IDU
(N-1)-IDU
(N)-Dienste
(N-1)-Dienste
(N)-IDU
(N-1)-IDU
Protokoll(N)-PDU
(N-1)-Schicht
(N)-Dienste
(N-1)-Dienste
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.52
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.52
Die OSI - Schichten im Überblick
Schicht 7(A - Schicht)
Schicht 6(P - Schicht)
Schicht 5(S - Schicht)
Schicht 4(T - Schicht)
Schicht 3(N - Schicht)
Schicht 1(Ph - Schicht)
Schicht 2(DL - Schicht)
Anwendungsschicht
Darstellungsschicht
Kommunikations-steuerungsschicht
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
Bitübertragungsschicht
Application Layer
Presentation Layer
Session Layer
Transport Layer
Network Layer
Data Link Layer
Physical Layer
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.53
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(N)-SchichtA -Schicht: Anwendungsschicht (Application Layer)
P -Schicht: Darstellungsschicht (Presentation Layer)
S -Schicht: Kommunikationssteuerungsschicht (Session Layer)
T -Schicht: Transportschicht (Transport Layer)
N -Schicht: Vermittlungsschicht (Network Layer)
DL -Schicht: Sicherungsschicht (Data Link Layer)
Ph -Schicht: Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
(N)-Dienstprimitive
(N)-Dienst.typPh - Connect .Req (Request, Anforderung)DL - Data .Ind (Indication, Anzeige)N - Disconnect .Rsp (Response, Antwort)T ... .Cnf (Confirmation, Bestätigung)
Dienstprimitive in der A-Schicht werden gemäß ihres Application Service Element (ASE) benannt.
Bezeichnungskonventionen
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.54
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Dienstprimitive
Die Benennung eines Dienstprimitivs besteht aus folgenden Komponenten:
Beispiel:T-Con.Req(Adressen) = Verbindungsaufbauanforderung an der
Schnittstelle zum TransportdienstHTTP-Get.[Req](URL) = Anforderung der HTML-Seite, die durch
URL identifiziert wird
Name der Schicht/Anwendung Dienstleistung DienstgrundtypPhysical (Ph)Data Link (DL)Network (N)Transport (T)HTTPFTP...
Connect (Con)Data (Dat)Release (Rel)Abort (Abo)Provider Abort (PAbo)Disconnect (Dis)...
Request (Req)Indication (Ind)Response (Rsp)Confirmation (Cnf)
Parameter(beliebig)
Die Beschreibung der Dienstprimitive erfolgt gemäß dem Schema
<Schichtabkürzung> -<Dienstleistung>. <Diensttyp>
Jede der sieben OSI-Schichten hat eine Abkürzung, die sich an die englische Bezeichnung der Schicht anlehnt; so heißt die erste Schicht, die Bitübertragungsschicht, im Englischen Physical Layer mit der Abkürzung Ph.
Bitübertragungsschicht Physical Layer = Ph
Sicherungsschicht Data Link Layer = DL
Typische Dienstleistungen sind Aufbau, Datenübertragung, Rücksetzen, Abbruch. Diese fließen wie die Schichtbezeichnungen ebenfalls als Abkürzungen der entsprechenden englischen Begriffe in die Dienstprimitive ein, also z.B.
Verbindungsaufbau Connect = Con
Übertragung Data = Dat
Rücksetzen Reset = Res
Der Diensttyp umfasst die bereits erwähnten vier Grundtypen von Ereignissen, die aus der Abwicklung der Dienstleistung hervorgehen
Anfrage Request = Req
Anzeige Indication = Ind
Antwort Response = Rsp
Bestätigung Confirmation = Cnf
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.55
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.55
Bezeichnungskonventionen am Beispiel
DL-Disconnect.Req
DL-Disconnect.Ind
DL-Data.Ind
DL-Connect.Req
DL-Connect.Ind
DL-Connect.Cnf
DL-Connect.Rsp
DL-Data.Req
DL-Data.Ind
Ver
bind
ungs
-au
fbau
Dat
en-
aust
ausc
hV
erbi
ndun
gs-
abba
u
DL-Data.Req
CR-PDU
DT-PDU
DT-PDU
CC-PDU
DC-PDU
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.56
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.56
Bitübertragungsschicht und Sicherungsschicht
Bitübertragungsschicht (Schicht 1)ungesicherte Verbindung zwischen Systemen
Übertragung unstrukturierter Bitfolgen über physikalisches Medium
umfasst u.a. physikalischen Anschluss, Umsetzung Daten ↔ SignaleNormung vor allem der physikalischen Schnittstelle Rechner/Medien
Sicherungsschicht (Schicht 2)gesicherter Datentransfer
Zerlegung des Bitstroms (Schicht 1) in Rahmen (Frames)
Fehlererkennung und -behandlung
Protokollmechanismen: Quittierung, Zeit-/Sequenzüberwachung, Wiederholen/Rücksetzen
Schicht 2
Schicht 1
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.57
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.57
Daten und Signale
Sicherungs-schicht
Sicherungs-schicht
Bitübertragungs-schicht
Bitübertragungs-schicht
Sicherungs-schicht
Sicherungs-schicht
Bitübertragungs-schicht
Bitübertragungs-schicht
ungesicherteDaten
gesicherteDaten
Störanfälliges Medium
Übertragungskanal
Signale
fehlerbereinigteDaten
u.U. fehlerbehafteteDaten
u.U. gestörteSignale
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.58
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.58
Vermittlungsschicht und Transportschicht
Vermittlungsschicht (Schicht 3, auch 'Netzwerkschicht')verknüpft Teilstreckenverbindung zu Endsystemverbindungen
Wegewahl (Routing) bei Vermittlung, Staukontrolle
evtl. aufgeteilt in 'Internetzwerk-/Subnetz-/Routing-'Subschichten
verbindungslos oder -orientiert
Transportschicht (Schicht 4)Adressierung von Transportdienstbenutzern
Datentransfer zwischen Benutzern in Endsystemen
bietet Transparenz bzgl. Übertragungs- und Vermittlungstechnik, Subnetzen
verbindungsorientiert, ggf. -los
Schicht 4
Schicht 3
Endsystem EndsystemZwischensystem
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.59
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.59
Anwendungsorientierte Schichten
Kommunikationssteuerungsschicht (Schicht 5)Ablaufsteuerung und -koordinierung (Synchronisation im weitesten Sinne)
Sitzung (Session)
ergibt erst Sinn bei Verwendung durch den Benutzer
Darstellungsschicht (Schicht 6)behandelt die Darstellung von Informationen (Syntax) für den Datentransfer
Anwendungsschicht (Schicht 7)macht dem OSI-Benutzer Dienste verfügbar
stellt verschiedene Dienste zur Verfügung, je nach Anwendung, z.B.– Dateitransfer– zuverlässiger Nachrichtenaustausch– entfernter Prozeduraufruf
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.60
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.60
OSI: Die 7 Schichten
Schicht 7Schicht 7
Schicht 6Schicht 6
Schicht 5Schicht 5
Schicht 4Schicht 4
Schicht 3Schicht 3
Schicht 2Schicht 2
Schicht 1Schicht 1
Schicht 7Schicht 7
Schicht 6Schicht 6
Schicht 5Schicht 5
Schicht 4Schicht 4
Schicht 3Schicht 3
Schicht 2Schicht 2
Schicht 1Schicht 1
Schicht 3Schicht 3
Schicht 2Schicht 2
Schicht 1Schicht 1
Schicht 3Schicht 3
Schicht 2Schicht 2
Schicht 1Schicht 1
End-system
End-system
Vermittlungs-netz
Anwendungsschicht
Darstellungsschicht
Komm.-steuerungsschicht
Transportschicht
Sicherungs-schicht
Bitübertragungs-schicht
Vermittlungs-schicht
Sicherungs-schicht
Bitübertragungs-schicht
Vermittlungs-schicht
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.61
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.61
Einkapselung von Daten
Kommunikations-steuerungsschicht
Darstellungs-schicht
Anwendungs-schicht
Transport-schicht
Vermittlungs-schicht
Sicherungs-schicht
Bitübertragungs-schicht
Daten
Dateneinheit
Dateneinheit
Dateneinheit
Dateneinheit
Dateneinheit
Bits
AH
Daten
PH
SH
TH
NH
DLH DLT
Kommunikations-steuerungsschicht
Darstellungs-schicht
Anwendungs-schicht
Transport-schicht
Vermittlungs-schicht
Sicherungs-schicht
Bitübertragungs-schicht
Sen
den
Em
pfa
ng
en
AH Application HeaderPH Presentation HeaderSH Session HeaderTH Transport Header
NH Network HeaderDLH Data Link HeaderDLT Data Link Trailer
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.62
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.62
Die Internet-Protokollhierarchie
Application LayerApplication Layer
Transport LayerTransport Layer
Network LayerNetwork Layer
Net-to-HostNet-to-HostSchnittstelle zum physikalischen Medium“Netzwerkkartentreiber”
Wegewahl im Netzauch “Internet Layer” genannt
Ende-zu-Ende-Datenübertragungzwischen zwei Rechnern
Anwendungsspezifische Funktionenzusammengefasst in Anwendungsprotokollen
Gegenüber ISO/OSI wurden die drei anwendungsorientierten Schichten zu einereinzigen Schicht zusammengefasst.
FU Berlin, Institut für Informatik Telematik, WS 2002/2003
AG Technische InformatikProf. Dr.-Ing. Jochen Schiller 2.63
Prof. Dr.-Ing. Jochen Schiller, http://www.jochenschiller.de/ 2.63
OSI und Internet
Wesentliche Abwandlungen:Aufgaben der OSI-Schichten 5 und 6 werden im Internet-Referenzmodell vollständig in die Anwendung verlagert.
Die OSI-Schichten 1 und 2 werden zu einer den Anschluss des Rechensystems an das Kommunikationsnetz beschreibenden Schicht zusammengefasst.
OSI-Referenzmodell Internet-Referenzmodell
Bitübertragung
Sicherung
Vermittlung
Transport
Komm.-steuerung
Anwendung
Darstellung
Rechner-Netzanschluss
Internet
Transport
Anwendung7
6
5
4
3
2
1
Im Laufe der Entwicklung von Kommunikationssystemen gemäß dem Schichtenmodell wurde das OSI-RM in verschiedenen Richtungen abgewandelt. Eine wesentliche Abwandlung hat das OSI-RM im Zusammenhang mit dem Internet und den sog. TCP/IP-Protokollen erfahren.
Die im Zusammenhang mit dem Internet entwickelten Protokolle werden als TCP/IP-Protokolle bezeichnet und umfassen neben dem Transportprotokoll TCP (Transmission Control Protocol) und dem Vermittlungsprotokoll IP (Internet Protocol) unter anderem auch Protokolle der Anwendungsschicht (z.B. File Transfer Protocol FTP oder HyperText Transfer Protocol HTTP).
Das TCP/IP-Modell ist als Modell weniger relevant. An dieser Stelle hat die ISO die wesentlichen Grundlagen erarbeitet, die z.T. auch Eingang in das TCP/IP-RM gefunden haben. Interessant im Zusammenhang mit TCP/IP sind vielmehr die konkreten Protokolle, die das Modell auffüllen. Hier besteht ein genau umgekehrtes Verhältnis zu der ISO, deren Protokolldefinitionen zu keinem Zeitpunkt die hohe Akzeptanz der TCP/IP-Protokolle erreicht hat. Ein kurzes Fazit lautet also:
Während die ISO die modelltechnischen Grundlagen für Kommunikationssysteme lieferte, resultierten aus den Internet-Aktivitäten allgemein akzeptierte Protokollstandards in Form derTCP/IP-Protokollfamilie.