Die OSI-Protokollhierarchie Dipl. Ing. Ulrich Borchert

OSI-Protokollhierarchie 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 OSI-Protokollhierarchie

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) OSI-Protokollhierarchie

2 Die OSI-Protokollhierarchie Anwendungs- protokoll 7 Application layer Anwendungsschicht 6 Presentation layer Darstellungsschicht 5 Session layer Sitzungsschicht Transport- protokoll 4 Transport layer Transportschicht 3 Network layer Vermittlungsschicht 2 Data link layer Sicherungsschicht Bitübertragungs- protokoll 1 Physical layer Bitübertragungsschicht OSI-Protokollhierarchie

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 Data Unit Interface Control Information Service Data Unit Ebene i + 1 Interface Nutzinformation Interface Control Information Service Date Unit Ebene i Steuerinformation für Ebene i, z.B. Länge der Service Data Unit (ggf. fragmentiert in viele PDUs) Header Service Data Unit Interface Data Unit geht über einen SAP von der Ebene i +1 zur Ebene i Protocol Data Unit (PDU) der Ebene i (“i-PDU”) OSI-Protokollhierarchie

OSI-Protokollhierarchie 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 Ebene 2 1001010010 Ebene 1 OSI-Protokollhierarchie

2.3 Informationsfluss und Nachrichtenformat 7 6 5 4 3 2 1 gesendet gesendet M M M M H4 M1 Paketisierung H4 M2 H4 M1 H3 H4 M1 H3 H4 M2 H3 H4 M1 H2 H3 H4 M1 T2 H2 H3 H4 M2 T2 H2 H3 H4 M1 T2 Rahmen aus schichtspezifischer Steuerinformation 10010111010011101010101101011 OSI-Protokollhierarchie

2.3 Informationsfluss und Nachrichtenformat 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 OSI-Protokollhierarchie

2.4 Aufgaben der Schichten 1 und 2 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 OSI-Protokollhierarchie

2.4 Aufgaben der Schichten 1 und 2 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 Access Control (MAC) Fehlererkennung und Flusssteuerung 2b Zugangsprotokoll zum phys. Medium (z.B. CSMA/CD bzw. Tokenverwaltung) 2a OSI-Protokollhierarchie

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 C Rechner B ? Rechner A Ende-zu-Ende OSI-Protokollhierarchie

2.5 Schicht 3 (Network Layer) Beachte: die meisten Aufgaben entfallen in LANs Man unterscheidet: verbindungslos („packet switching“; Datagramm) Jedes Paket wird einzeln geroutet. verbindungsorientiert („circuit switching“) Einrichtung einer virtuellen Verbindung Wegewahl i.a. nur bei explizitem Verbindungsaufbau expliziter Verbindungsabbau notwendig OSI-Protokollhierarchie

2.6 Schicht 4 (Transport Layer) Aufbau und Abbau Multiplexen mehrerer virtueller „Benutzer“ des Transport- Dienstes in den Endsystemen Logische Verbindung zwischen (adressierten!) Prozessen (bzw. ports, sockets…) statt Rechnern Endsystem Endsystem Transitsystem 4 Ende-zu-Ende-Verbindung 4 3 3 2 2 1 1 OSI-Protokollhierarchie

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. OSI-Protokollhierarchie

OSI-Protokollhierarchie 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 OSI-Protokollhierarchie

OSI-Protokollhierarchie 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 … OSI-Protokollhierarchie

OSI-Protokollhierarchie 2.8 Protocol-Stack Menge der in einem gegebenen Fall verwendeten spezifischen Protokolle; z.B. Internet: bzw. Protokollimplementierungen (eines Herstellers) simple mail transfer protocol simple network management protocol ftp, telnet, smtp, snmp, http, nntp, dns… 7 6 5 4 3 2 LLC MAC 1 Domain name system network news transfer protocol z.B. RPC (remote procedure call) ./. user datagram protocol, schnell aber ohne Sicherheit TCP und / oder UDP IP z.B. CSMA / CD z.B. Koax-Kabel… OSI-Protokollhierarchie

OSI-Protokollhierarchie 2.8 Protocol-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) Bearers e.g. CSD, SMS, USSD Beispiel: GSM-Protokoll-Stack OSI-Protokollhierarchie