Die OSI-Protokollhierarchie

Die OSI-Protokollhierarchie

Dipl. Ing. Ulrich Borchert

OSI-Protokollhierarchie 2

Inhalt

1 ISO-OSI-Referenzmodell

2 Die OSI-Protokollhierarchie

2.1 Service access point und PDU

2.2 Zweck der 7 Schichten

2.3 Informationsfluss und Nachrichtenformat

2.4 Aufgaben der Schichten 1 und 2

2.5 Schicht 3 (network layer)

2.6 Schicht 4 (transport layer)

2.7 Schichten 5-7

2.8 Protocol-stack


1 ISO-OSI-Referenzmodell

ISO International Standardisation Organisation

OSI Open Systems Interconnection

Referenzmodell:Kein Protokoll, sondern ein “Schema” für konkrete Protokolle und deren

Normierung Anzahl der Ebenen (Vorschlag: 7) prinzipielle Aufgaben der verschiedenen Ebenen

Strukturelle Basis („Architekturmodell“) für viele Protokolle und

Normen zur Datenkommunikation Einheitliches Vokabular für Normierungszwecke

Offenes System:- Festlegung spezifischer Normen entsprechend einer vereinbarten

Architektur- Jeder Anwenderprozess kann mit jedem anderen kommunizieren, sofern

er sich an die vereinbarten Regeln hält (offengelegte Schnittstellen)


2 Die OSI-Protokollhierarchie

7 Application layer

6 Presentation layer

5 Session layer

4 Transport layer

3 Network layer

2 Data link layer

1 Physical layer

Anwendungsschicht

Darstellungsschicht

Sitzungsschicht

Transportschicht

Vermittlungsschicht

Sicherungsschicht

Bitübertragungsschicht

Anwendungs-

protokoll

Transport-

protokoll

Bitübertragungs-

protokoll


2.1 Service access point und PDU

- OSI-Terminologie (ein ganz kleiner Einblick…)- Entity = aktive Einheit („Instanz“) einer Schicht

- realisiert in Hardware oder Software

- Peer entities = Instanz der gleichen Schicht auf verschiedenen Rechnern- SAP (Service Access Point) = Stelle, wo der Service angeboten wird

(identifiziert durch eine Adresse)

Interface Control Information Service Data Unit

Interface Data Unit

Ebene i + 1

Interface

Interface Control Information

Service Date Unit

Nutzinformation

Ebene i

Steuerinformation für Ebene i, z.B. Länge der Service Data Unit

- Interface Data Unit geht über einen SAP von der Ebene i +1 zur Ebene i

(ggf. fragmentiert in viele PDUs)

Header Service Data Unit

Protocol Data Unit (PDU) der Ebene i (“i-PDU”)


2.2 Zweck der 7 Schichten

7 Kommunikationsabläufe der Applikation

6 Systemunabhängige Datendarstellung

5 Verbindung über längeren Zeitraum aufrecht erhalten

4 Sichere Verbindung zwischen Prozessen herstellen

3 Ende-zu-Ende-Verbindung zwischen Rechnern

2 Datenübertragung zwischen benachbarten Stationen

1 “Physikalische” Übertragung von Signalen

Ebene 4

Ebene 3

1001010010Ebene

2

Ebene 1



7

6

5

4

3

2

1

gesendet

M

M

M1H4 M2H4Paketisierung

M1H4H3 M2H4H3

M2H4H3 T2H2M1H4H3 T2H2

Rahmen aus schichtspezifischer Steuerinformation

gesendet

M

M

M1H4

M1H4H3

M1H4H3 T2H2

10010111010011101010101101011



- Header Hi und Trailer Ti der Schicht i Prüfbits, Sequenzzähler und andere “Verwaltungsdaten” hinzufügen bzw.

entfernen

- Eigentliche Nutzdaten M Gesamtnachricht der Schicht i = Nutzdaten (“payload”) der Schicht i-1

- Einige Schichten teilen lange Nachrichten auf Nachrichtenlänge auf unterer Ebene oft durch Puffergrößen begrenzt

Zusammenbau („assembly“) auf der Empfangsseite



1 Physical Layer

- Normung von Steckern und Kabeleigenschaften

- Physikalische Darstellung der Bits z.B. Strom / Spannung (z.B. „0“ = 1V), oder

Licht (mit Vereinbarung der Wellenlänge etc.), oder…

- Kodierung von Bitfolgen und gegebenenfalls Taktsignalen Takt zwecks Bitsynchronisation von Sender und Empfänger

- Übertragung unstrukturierter Bitfolgen über ein Medium z.B. Telefonleitung, Lichtleiter, Funkkanal für Radiosignale…

- Aktivierung / Deaktivierung von Leitungen

- Beispiele: RS232-C oder X.21 der ITU



2 Data Link Layer

- Erkennung und Behebung von Übertragungsfehlern z.B. mit Sequenznummern und Prüfsummen Meldung nicht-behebbarer Fehler nach oben

- Bei LAN: Aufspaltung in zwei Teilschichten:

- Adapterkarten, die das Protokoll „in Hardware“ abwickeln

Dafür Aufteilung des Bitstroms in Pakete!

Logical Link Control (LLC)

Media AccessControl (MAC)

2b

2a

Fehlererkennung und Flusssteuerung

Zugangsprotokoll zum phys. Medium(z.B. CSMA/CD bzw. Tokenverwaltung)


2.5 Schicht 3 (Network Layer)

- verknüpft Teilstreckenverbindung zu

Endsystemverbindungen

- Wegewahl (Routing)

- Multiplexen von Verbindungen

- ggf. Fehlerbehebung und ggf. Flusssteuerung (u.U. über mehrere

Zwischensysteme hinweg)

Insbesondere bei Kommunikation von Rechnern unterschiedlicher Leistung(Rückkanal notwendig!)

Rechner BRechner C

Rechner A

?

Ende-zu-Ende


2.5 Schicht 3 (Network Layer)

- Beachte: die meisten Aufgaben entfallen in LANs

- Man unterscheidet:

1) verbindungslos („packet switching“; Datagramm)- Jedes Paket wird einzeln geroutet.

2) verbindungsorientiert („circuit switching“)- Einrichtung einer virtuellen Verbindung- Wegewahl i.a. nur bei explizitem Verbindungsaufbau- expliziter Verbindungsabbau notwendig


2.6 Schicht 4 (Transport Layer)

- Logische Verbindung zwischen (adressierten!) Prozessen (bzw. ports,

sockets…) statt Rechnern

- Aufbau und Abbau- Multiplexen mehrerer virtueller

„Benutzer“ des Transport-Dienstes in den Endsystemen

4321

Endsystem

4321

Endsystem

Ende-zu-Ende-Verbindung

Transitsystem


2.6 Schicht 4 (Transport Layer)

- Reihenfolgeerhaltende, sichere Ende-zu-Ende-Verbindung

- Flusssteuerung („flow control“),

z.B. sliding window-Protokoll: Anzahl unbestätigter Pakete vereinbaren Kontinuierlicher Datenfluss auch bei langen Verzögerungen

- abstrahiert von der Art und Natur des benutzten Netzes Erbringung eines Dienstes mit vereinbarter (bzw. „ausgehandelter“) Dienstqualität wie

z.B. Fehlerrate oder Schutz / Sicherheit unabhängig von den Leistungen der darunter liegenden Schicht

- bietet daher Transparenz bzgl. Übertragungs- und Vermittlungstechnik

sowie benutzten Teilnetzen

- Bsp: TCP im Internet

- Nachrichten beliebiger Länge werden in Pakete aufgeteilt; Adressen des

network layers werden hinzugefügt Außerdem: Sequenznummern, Prüfsumme (z.B. CRC) für Bitfehler und weitere

Kontrollfelder für die Flusssteuerung etc.


2.7 Schichten 5 - 7

5 Session Layer

- Wird in konkreten Protokollen selten benutzt

- Festlegen, wann Teilnehmer A oder B senden darf (simplex,

halbduplex, duplex)

- Checkpoints festlegen (Kommunikation später, z.B. nach einer

Fehlerbehebung, dort wieder fortsetzen)

- Sitzungsverwaltung über Phasen (z.B. Login/Logout) hinweg

- Kopplung mehrerer Transportverbindungen (z.B. Audio und Video) zu

einer Sitzung


2.7 Schichten 5 - 7

6 Presentation Layer

- Kodierung komplexer Daten (Typ, Wertebereich, Struktur…) z.B. ASN.1 („Abstract Syntax Notation“)

- Ggf. Komprimierung oder Verschlüsselung sowie inverse Operationen

(aber auch auf anderen Ebenen denkbar!)

7 Application Layer

- Protokolle für spezifische Anwendungen, z.B.: Dateitransfer (z.B. ftp = „file transfer protocol“) WWW (http-Protokoll) Electronic Mail Directory Service (z.B. X500) Homebanking …


2.8 Protocol-Stack

- Menge der in einem gegebenen Fall verwendeten spezifischen Protokolle; z.B. Internet:

bzw. Protokollimplementierungen (eines Herstellers)

7

6

5

4

3

2 LLCMAC

1

ftp, telnet, smtp, snmp, http, nntp, dns…

simple mail transfer protocol simple network management protocol

network news transfer protocol

Domain name system

z.B. RPC (remote procedure call)

./.

TCP und / oder UDP

IP

z.B. CSMA / CD

z.B. Koax-Kabel…

user datagram protocol, schnell aber ohne Sicherheit


2.8 Protocol-Stack

Beispiel:

GSM-Protokoll-Stack

Wireless Application Environment (WAE)User interface on the phone, WAE contains the Wireless Markup Language (WML)

Wireless Session Protocol (WSP)

Wireless Transaction Protocol (WTP)Runs on top of a datagram service such as User Datagram Protocol (UDP)

Wireless Transport Layer Security (WTLS)

Wireless Datagram Protocol (WDP)

Bearerse.g. CSD, SMS, USSD

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