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12345678910111213141516171819 Geoinformation3 20 Geoinformation III Offene Systeme, Rechnernetze und das Internet Vorlesung 11a.

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1 Geoinformation3 20 Geoinformation III Offene Systeme, Rechnernetze und das Internet Vorlesung 11a

2 Geoinformation3 1 Bislang –Zumeist monolithische Geoinformationssysteme; eher Insellösungen –Fernzugriff erfolgt über Versenden von oder Netzwerkdateizugriff auf GIS- Daten(banken) in proprietären (herstellerspezifischen) Formaten Zukunft –Verteilte Geodatenbanken Direkter Zugriff auf Funktionen entfernter Geoinformationssysteme Vernetzung von Katasterämtern, Vermessungsbüros, Lverm-Ämter (z.B. ALKIS) WebGIS Anforderungen –Offene Systeme zur Sicherung der Interoperabilität Systeme verschiedener Hersteller arbeiten unmittelbar zusammen –Kommunikation direkt über standardisierte Dienstschnittstellen –Standardisierte Modelle und Übertragungsformate für Geodaten Einleitung zum dritten Vorlesungsblock

3 Geoinformation Offene Systeme, Rechnernetze und das Internet Die eXtensible Markup Language XML 2.Grundlagen, Dokumentenstruktur 3.Document Type Definitions (DTDs) 4.XML Schema 5.Geographic Markup Language GML: –der vom OpenGIS-Consortium als XML-Anwendung definierte Standard für Geo-Objekte Übersicht über den dritten Vorlesungsblock

4 Geoinformation3 3 Offene Systeme; ISO/OSI-Referenzmodell Offenes System –Hersteller- und Geräteunabhängigkeit –Keine Festlegung auf Rechner- oder Netzarchitektur –Endsysteme arbeiten eigenverantwortlich und sind auch unabhängig vom Offenen System arbeitsfähig –Verteilte Anwendungen ohne Zusatzaufwand realisierbar –Endsysteme sprechen dieselbe Sprache (durch Protokolle festgelegt) Das ISO-Modell für Open System Integration ist das wichtigste Referenzmodell für die Realisierung offener, interoperabler Systeme –ISO-Norm hierarchisch aufeinander aufbauende Schichten –Ebenen 1-4 modellieren ein anwendungsunabh. Transportsystem –Ebenen 5-7 beschreiben anwendungsspezifische Aufgaben

5 Geoinformation3 4 Das ISO/OSI-Referenzmodell AnwendungDarstellungSitzungTransportVermittlungSicherung Bitüber- tragung AnwendungDarstellungSitzungTransportVermittlungSicherung Bitüber- tragung Schnittstelle APDU PPDU SPDU TPDU Paket Rahmen Bit Physikalisches Medium Rechner A Rechner B

6 Geoinformation3 5 Aufbau einer Schicht Schicht i Erbringt Dienst- Leistung für Schicht i+1 Nimmt Dienst der Schicht i-1 in Anspruch (abstraktes) Medium i Jede Schicht i repräsentiert ein u.U. abstraktes Medium, für das bestimmte Zusicherungen gemacht werden Jede Schicht hat eine Schnittstelle nach oben und unten Schicht i bietet Dienste für Schicht i+1 an Die Implementierung der Dienste verwendet Dienste der Schicht i-1 Ablauf der Kommunikation und Sicherstellung der zugesicherten Eigenschaften wird durch ein geeignetes Protokoll realisiert.

7 Geoinformation3 6 A 2x AnwendungDarstellungSitzungTransportVermittlungSicherung Bitüber- tragung AnwendungDarstellungSitzungTransportVermittlungSicherung Bitüber- tragung APDU PPDU SPDU TPDU Paket Rahmen Bit Physikalisches Medium Rechner A Rechner B Anwendungsprotokoll Darstellungsprotokoll Anwendungsprotokoll Sitzungsprotokoll Darstellungsprotokoll Anwendungsprotokoll Transportprotokoll Sitzungsprotokoll Darstellungsprotokoll Anwendungsprotokoll Vermittlungsprotokoll Transportprotokoll Sitzungsprotokoll Darstellungsprotokoll Anwendungsprotokoll Sicherungsprotokoll Vermittlungsprotokoll Transportprotokoll Sitzungsprotokoll Darstellungsprotokoll Anwendungsprotokoll Schnittstelle Sicherungsprotokoll Vermittlungsprotokoll Transportprotokoll Sitzungsprotokoll Darstellungsprotokoll Anwendungsprotokoll Horizontale Kommunikation VertikaleVertikale KommunikationKommunikation

8 Geoinformation3 7 Schicht 1: Bitübertragung (physical layer) In der untersten Schicht findet die räumliche Übertragung der Informationen über ein physikalisches Medium statt. Wesentliche Charakteristika –Bandbreite (Angabe in [Hz] oder [bps] (Bit pro Sekunde)) –Qualität (Signal-/Rauschabstand) –Konnektivität (z.B. Rundfunk oder Punkt-zu-Punkt) –Übertragungsrichtung (simplex, halbduplex, vollduplex) –Mehrfachnutzung (z.B. per Zeit- oder Frequenzmultiplex) Häufigste Übertragungsmedien: –Kupfer- und Glasfaserkabel (z.B. Ethernet, Telefon) –Richtfunkstrecken (z.B. Satellitenverbindung) –Rundfunk (z.B. GPRS, Wireless LAN)

9 Geoinformation3 8 Schicht 2: Sicherung (data link layer) Regelung des Medienzugangs –Vermeidung von Kollisionen –gerechte Zuteilung des Mediums (Aushungern vermeiden) gerechte Zuteilung unter hoher Last dauerhafte Belegung durch einen Teilnehmer verhindern gezieltes Ansprechen einzelner Rechner im Teilnetz –Definition des Adressierungsschemas für physikalisch am selben Medium angeschlossenen Geräte Beispiel Ethernet: MAC-Adresse der Netzwerkkarte (a.b.c.d.e.f); fehlerfreie Übertragung von Datenpaketen –Prüfsummenverfahren zur Fehlererkennung und -korrektur –bei erkanntem Fehler wird das Paket erneut übertragen

10 Geoinformation3 Schicht 3: Vermittlung (network layer) Realisierung der netzübergreifenden Kommunikation –Definition eines globalen Adressierungsschemas zum gezielten Ansprechen einzelner Rechner im Gesamtnetz –Routing: Bestimmung des Pfades von Paketen durch das Netzwerk –Flusskontrolle: lastabhängige Veränderung von Routing-Pfaden Multiplex-Mechanismus –zur Ermöglichung des gleichzeitigen Nutzens des darunterliegenden Mediums von vielen Netzteilnehmern Zeitmultiplex durch Zerlegung von Daten in kleine Pakete; Pakete verschiedener Teilnehmer werden abwechselnd geschickt Bevorzugte Behandlung bestimmter Datenpakettypen (z.B. bei Video- Daten) Abrechnung –bei Dienstleistungserbringern (Providern), deren Abrechnung auf dem Transfervolumen basiert 9

11 Geoinformation3 10 Schicht 4: Transport (transport layer) Stellt ein universelles, zuverlässiges und anwendungs-unabhängiges Transportsystem zwischen allen beteiligten Rechnern bereit. –gezieltes Ansprechen einzelner Prozesse auf einem Rechner Übertragung beliebig langer Datenströme über beliebige Dauer –Zerlegung von Datenströmen in Sequenzen kleiner Pakete –Pakete können in veränderter Reihenfolge eintreffen –Transportschicht sorgt beim Empfänger für das korrekte Zusammensetzen des ursprünglichen Datenstroms Verbindungsorientierte und verbindungslose Dienste –Verbindungsaufbau, Datenübertragung, Verbindungsabbau –Datagramme Schicht 4 stellt oftmals die Schnittstelle zwischen Betriebssystem und Anwendungsprogrammen dar

12 Geoinformation3 11 Schicht 5: Sitzung (session layer) Sitzungsmanagement –Aufbau und Aufrechterhaltung von länger andauernden Verbindungen (z.B. bei Datenbanken, Buchungssystemen, Online-Banking) über Trennungen der Netzverbindung hinweg Synchronisierung –u.a. Überbrückung von Netzausfällen –Rücksetzung zu definierten Wiederaufsetzpunkten (Rollback) Übernahme typischer Aufgaben der sog. Middle-Ware –Middleware bezeichnet die Teile des Systems, die zwischen Betriebssystem und Anwendungsprogrammen angesiedelt sind –Bereitstellung gemeinsamer Datenbereiche für verteilte Anwendungen –Authentifizierung und Rechtevergabe –Remote Procedure Call RPC/ Remote Method Invocation RMI –Beispiele: CORBA, Microsoft DCOM, Java Beans, Java RMI, Sun RPC

13 Geoinformation3 12 Schicht 6: Darstellung (presentation layer) Verschlüsselung –Daten werden vor Weiterleitung an bzw. nach Empfang von Schicht 5 für die Anwendung transparent ver- bzw. entschlüsselt –Beispiel: https implementiert verschlüsselte WWW-Verbindungen Datenkompression –Daten werden vor Weiterleitung an bzw. nach Empfang von Schicht 5 für die Anwendung transparent ge- bzw. entpackt Konvertierung –u.a. Zeichensatzanpassungen (z.B. ISO MS-DOS) –Wandlung von Binärformaten auf unterschiedliche Plattformen Dienste für Anwendungsprogramme –virtuelle Terminals –Protokolle zur Durchführung von Dateitransfern –Protokolle zur Durchführung von Aufträgen

14 Geoinformation3 13 Schicht 7: Anwendung (application layer) Jede Anwendung besitzt ihr eigenes, auf den Diensten der darunterliegenden Schichten aufbauendes Protokoll –Anwendungsprogramme können auf alle Dienste der Schichten 4-6 zurückgreifen. Beispiel: WWW setzt direkt auf Schicht 4 auf, die Schichten 5 und 6 werden zum einfachen Web-Surfen nicht benötigt. Beispielanwendungen: –Internet: World Wide Web, , News, IRC –Dateitransfer und –zugriff über das Netz –Datenbankabfragen –Reise- und Konzertbuchungssysteme –Verteilte, netzfähige Geoinformationssysteme (z.B. ArcInfo mit ArcSDE)

15 Geoinformation3 14 Dienste Dienst umfasst –Schnittstelle zwischen Teilnehmer (Nutzer) und Diensterbringer –Protokoll (Ablauf / Reihenfolge der Kommunikation) –Datenformat (Aufbau der einzelnen Nachrichten) Dienstelemente bzw. Dienstschnittstellenereignisse –Request: ein Teilnehmer möchte einen Dienst veranlassen, etwas zu tun –Indication: ein Teilnehmer soll über ein Ereignis informiert werden –Response: ein Teilnehmer möchte auf ein Ereignis reagieren –Confirmation: ein Teiln. soll über eine Anforderung informiert werden Standarddienste der Ebenen 2-5 –Datagramm-Übertragung (verbindungslose Datenübertragung) –Verbindungsorientierte Kommunikation Verbindungsaufbau Verbindungsabbau Übertragung von Nutzdaten

16 Geoinformation3 15 A 2x Bsp.: Verbindungsaufbau in der Vermittlungsschicht Anforderung [ request ] Bestätigung [ confirmation ] Antwort [ response ] Anzeige [ indication ] Vermittlungs- schicht Sicherungs- schicht Bitüber- tragungs- schicht Request Indication Response Confirm Rechner A Schicht i Rechner B Schicht i Dienst- benutzer Dienstleister Schicht i-1 Dienst- benutzer ZeitZeit Weg Der Ablauf einer Kommunikation lässt sich gut durch Sequenz- diagramme (vgl. GIS III, 7. Vor- lesung) darstellen.

17 Geoinformation3 16 Protokolle Aufgaben einer Schicht müssen dezentral gelöst werden, da Instanzen räumlich verteilt und nur lose (über die darunter liegenden Schichten) miteinander gekoppelt sind. –Protokolle stellen Verhaltensvorschriften dar, wie die miteinander kommunizierenden, aber autonom arbeitenden Instanzen die Aufgaben einer Schicht gemeinsam lösen können. Wichtige Protokollmechanismen –Zuteilung geteilter Medien –Fehlererkennung und –behebung, Ausnahmebehandlung –Längenanpassung / Zerlegung und Rekomposition –Flusskontrolle –Weiterleiten –Übertragungsleistungsanpassung Ausnahme- und Fehlerbehandlung machen in der Praxis den größten Teil aus

18 Geoinformation3 17 Protokollspezifikation mittels Zustandsübergangsdiagramm –Zustände beschreiben stabile Situationen innerhalb des Mediums zwischen ausgelösten Reaktionen (Nachricht an höhere Schicht) und dem Eintreffen neuer Stimuli –Zustandsübergang wird durch das Eintreffen eines Stimulus eingeleitet bevor der neue Zustand erreicht wird, wird eine Reaktion hervorgerufen Neben Stimuli der Dienstschnittstelle müssen auch von außen hervorgerufene Spontanübergänge berücksichtigt werden –z.B. bei Verbindungstrennung oder Herunterfahren des Rechners Weitere Spezifikationsmöglichkeiten –Petri-Netze –Protokollbeschreibungssprachen wie z.B. STL (Estelle) Protokollspezifikation

19 Geoinformation3 18 Protokollkorrektheit Korrektheit bedeutet –Protokoll realisiert genau die für das Medium spezifizierte und über die Dienstschnittstelle erreichbare Funktionalität Korrektheit muss für jedes Protokoll nachgewiesen werden –formaler Beweis ist möglich –Erfordert die Untersuchung aller global möglichen Zustände z.B. durch Aufbau eines Erreichbarkeitsgraphen ist für komplexe Protokolle entsprechend aufwändig Typische Fehler –Verzögerungen: es existieren Schleifen, die endlos durchlaufen werden, ohne dass Zieldienst-Ereignisse auftreten; es existieren aber auch andere Übergänge (mit Zieldienst-Ereignissen) –Deadlocks: Medium erreicht einen Zustand ohne weitere Ausgänge –Toter Ereignistyp: ein Ereignistyp tritt im Erreichbarkeitsgraph nicht auf –Toter Instanzenzustand: ein Zustand fehlt im Erreichbarkeitsgraph

20 Geoinformation3 19 Protokollspezifikation... mittels Zustandsübergangsdiagramm am Beispiel des Verbindungsaufbaus A 11x

21 Geoinformation A 11x Ruhe zustand Verbindung In Aufbau Verbindung aufgebaut ConReq ConInd ConRes- ConCon- ConRes+ ConCon+ ConReq AboInd1 AboInd2 Höhere Gewalt AboInd1 AboInd2 Rechner A Rechner B Schicht i Schnittstellen zur Schicht x+1 Schnittstellen zur Schicht x+1 Schnittstellen zur Schicht i+1 Schnittstellen zur Schicht i+1 Zustand Stimulus Reaktion Connect Request Connect Confirmation - Connect Confirmation + Abort Indication 1 Abort Indication 2 Connect Response + Connect Response - Connect Indication

22 Geoinformation3 20 Protokollablauf:... Aufbau u. Abbruch einer Verbindung A 10x

23 Geoinformation3 20 A 10x ConReq Ruhe zustand Verbindung In Aufbau Verbindung aufgebaut AboInd1 AboInd2 AboInd1 AboInd2 ConCon- ConCon+ AboInd1 ConInd ConRes- ConReq ConRes+ Höhere Gewalt.... Rechner A Rechner B Schicht i Connect Confirmation - Connect Confirmation + Abort Indication 1 Connect Response + Connect Response - Connect Indication Verbindung In Aufbau Ruhe zustand ConInd Connect Indication ConRes+ Connect Response + ConCon+ Connect Confirmation + Verbindung aufgebaut Verbindung In Aufbau z.B.Netzwerkkabel unterbrochen Höhere Gewalt Ruhe zustand Verbindung aufgebaut Connect Request ConReq AboInd1 AboInd2 Abort Indication 1 Abort Indication 2


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