 | Richard-Wossidlo-Gymnasium
Ribnitz-Damgarten
Fachbereich Informatik |
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Schichtenmodelle
Aspekte bei der Kommunikation zweier
Rechner
Die
bisherigen Überlegungen ermöglichen eine Vernetzung von Computern.
Damit diese nun aber auch Daten austauschen können, müssen folgende
Probleme noch geklärt werden:
- Wie werden
die Daten in Pakete zerlegt?
- Auf welchen Wegen
kommen die Pakete zum Empfänger (Routing)?
- Wie
können die Pakete wieder in die richtige Reihenfolge gebracht werden?
- Was
passiert, wenn ein Paket verloren geht?
- Wie
ist zu verfahren, wenn der Empfänger die Pakete nicht so schnell
entgegen nehmen kann?
- Welche Auswirkungen haben
verschiedene Betriebssystem oder Prozessorsysteme auf die
Datenübertragung?
- Wie werden die binären
Informationen für das zu wählende Übertragungsmedium codiert?
- ...
Kommunikation zweier Forscher (Flash-Animation)
Aus dem Kommunikationsablauf lassen
sich folgende Schlussfolgerungen ziehen:
- Jede beteiligte Person/jedes beteiligte Gerät
realisiert eine Kommunikationsschicht.
- Jede
Kommunikationsschicht kommuniziert mit der jeweils gleichen Schicht auf
der anderen
Seite.
- Die
Übergabe von Informationen geschieht über genau definierte Schnittstellen.
- Jede
Schicht stellt ihren Dienst
der jeweils höheren Schicht zur Verfügung und nutzt den Dienst der
jeweils niedrigeren Schicht.
- Jede
Schicht wickelt ihre Aufgabe intern nach bestimmten Regeln, einem sogenannten Protokoll ab.
Schichtenmodelle
Mit
Hilfe von Schichtenmodellen lassen sich komplexe und aufwendige
Arbeitsabläufe abbilden und durchführen, wie etwa eine
Netzkommunikation. Wie im Beispiel oben gezeigt bestehen
Schichtenmodelle aus einzelnen Schichten, die in einer bestimmten
Reihenfolge durchschritten werden müssen. Für jede Schicht wiederum
gibt es Regeln (Protokolle) die angeben, wie die Daten verarbeitet
werden. Für den Datenaustausch stehen Dienste über Schnittstellen zur
Verfügung. Dadurch erreicht man eine hohe Flexibilität, denn die
einzelne Schichten können durch eigene Protokolle angepasst, geändert
oder ausgetauscht werden, etwa für die Anpassung an
ein Übertragungsmedium. Entscheidend ist, dass die
Kommunikationsschnittstellen nicht geändert werden.
In Netzen wird zwischen zwei große Schichtenmodelle, dem DoD-Schichtenmodell und dem OSI-Schichtenmodell unterschieden.
DoD-Schichtenmodell
Auf
dem DoD-Schichtenmodell (Abk. DoD: Department of Defense
- Verteidigungsministerium) basiert das Internet. Es besteht aus
insgesamt vier Schichten:
- Anwendungsschicht - Application Layer
Applikationen, die über das Internet miteinander kommunizieren.
Beispiel-Protokolle: Hypertext Transfer Protocol - HTTP, File Tranfer Protocol - FTP, Simple Mail Transfer Protocol - SMTP. - Transportschicht - Transport Layer
Schicht
zur Ermöglichung von gesichertem Datentransport mit Flußkontrolle
(keine Überflutung des Empfängers, Wiederholung der Sendung bei
TImeout, zuverlässiger Bytestrom, Absicherung der Übertragung
durch Sequenznummern und Prüfsummenbildung mit Empfangsquittungen,
Festlegung von Portnummern für Anwendungen) oder ungesicherter
Datenübertragung.
Beispiel-Protokolle:
TCP - Transport Control Protocol (gesichteter Transport mit Kontrolle),
User Datagram Protocol - UDP (ungesicherter Transport). - Internetschicht - Internet Layer
Schicht
zur Erzeugung und Versendung der Datenpakete mit Hilfe der IP-Adresse des Absenders und Empfängers, Wegsteuerung eines
Paketes, Festlegung der Lebensdauer (Time-To-Live - TTL).
Beispiel-Protokolle:
Internet Protocol - IP (Datenübertragung), Internet Control Message
Protocol - ICMP (für Kontrolle und Fehlersuche) - Netzzugangsschicht - Network Access Layer
Schicht
für die Datenübertragung von direkt miteinander verbundenen Rechnern
unter Berücksichtigung der Auflösung einer
logischen IP-Adresse in eine MAC-Adresse (MAC - Media Access Control -
Kennung der Netzkarte), von Übertragungsmedium, Zugriffsprotokoll (Ethernet, Token Ring, ...), usw.
Beispiel-Protokolle: Adress Resolution
Protocol - ARP (Auflösung der IP in MAC-Adresse und umgekehrt), Ethernet, Token Ring
OSI-Schichtenmodell
Das
OSI-Schichtenmodell (Abk. OSI: open system interconnections) besteht in
der standardisierten Fassung seit 1983 und dient mit sieben Schichten
wesentlich genauer als das DoD-Schichtenmodell der Beschreibung der
Netzkommunikation. Eine lesenswerte Übersicht bietet der 
Artikel zum OSI in der Wikipedia.
- Anwendungsschicht
stellt den Anwendungen verschiedene Funktionalitäten zur Verfügung
- Darstellungsschicht
wandelt systemabhängige Datendarstellung in eine unabhängige Form um, sorgt für Datenkompression und Verschlüsselung - Sitzungsschicht
sorgt für die Prozesskommunikation zwischen zwei Systemen, behandelt Sitzungsabbrüche - Transortschicht
sorgt für die Zerlegung in Datenpaketen und die Stauvermeidung - Vermittlungsschicht
sorgt für die Weitervermittlung von Datenpaketen einschließlich der Wegsuche (Routing), Netzadressen - Sicherungsschicht
gewährleistet eine weitgehend
fehlerfreie Übertragung, regelt den Zugriff auf das
Übertragungsmedium, sorgt für Prüfsummen und Quittierungs- und
Wiederholungsprozeduren bei Fehlern oder Verlusten - Bitübertragungsschicht
stellt
mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel zur
Verfügung, um physikalische Verbindungen zu aktivieren bzw.
deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darüber zu übertragen
Ist etwa ein Router zwischen beide Rechner zwischengeschaltet, so kann die Kommunikation so dargestellt werden:
Vergleich der beiden Schichtenmodelle
Die
beiden Modelle weisen große Ähnlichkeit auf. Als das OSI-Modell
entwickelt wurde, sollte es zum bereits existierenden DoD-Modell
abwärtskompatibel sein.
Beispiele
