18 Anwendungsschicht (Schicht 7)

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1 Netzwerktechnik Aachen, den Stephan Zielinski Dipl.Ing Elektrotechnik Horbacher Str. 116c Aachen Tel.: 0241 / zielinski@fh-aachen.de zielinski.isdrin.de 18 Anwendungsschicht (Schicht 7) 18.1 Aufgaben der Anwendungsschicht Im Rahmen des OSI-Referenzmodells unterstützt die Anwendungsschicht (Schicht 7) die Kommunikationskomponente einer Anwendung. Die Anwendungsschicht ermittelt die Verfügbarkeit von potentiellen Kommunikationspartnern und realisiert die Kommunikation, synchronisiert zusammenarbeitende Anwendungen und sorgt für die Einigung auf Verfahren zur Fehlerbehebung und Steuerung der Datenintegrität. Die Anwendungsschicht ist diejenige OSI- Schicht, die dem Endsystem am nächsten ist die und bestimmt, ob für die Kommunikation zwischen den einzelnen Systemen genügend Ressourcen zur Verfügung stehen. Ohne die Anwendungsschicht gäbe es daher keine Unterstützung für die Kommunikation innerhalb eines Netzwerks. 18_Schicht 7 (Anwendungsschicht).doc Kapitel 18 Schicht 7 (Anwendungsschicht) Seite 1 von 8

2 Die Anwendungsschicht stellt keiner anderen Schicht des OSI-Referenzmodells irgendwelche Dienste zur Verfügung. Sie erbringt jedoch Dienste für Anwendungsprozesse außerhalb des eigentlichen OSI-Referenzmodells. Zu diesen Anwendungen gehören zum Beispiel Tabellenkalkulations- und Textverarbeitungsprogramme sowie Banken-Software. Darüber hinaus bietet die Anwendungsschicht für die übrigen Schichten des OSI-Referenzmodells eine direkte Schnittstelle mit Hilfe von Netzwerkanwendungen (wie WWW, , FTP, Telnet) oder eine indirekte Schnittstelle, die über Standalone-Anwendungen (wie Textverarbeitungs- und Tabellenkalkulationsprogramme, Präsentationsmanager, Netzwerk-Redirector) realisiert wird Beispiel und Funktionsweise für Anwendungsschicht Die gebräuchlichsten Netzwerkanwendungen sind wahrscheinlich das World Wide Web oder Web- Browser wie der Netscape Navigator und der Internet Explorer. Die Funktionsweise eines Web- Browsers lässt sich am besten mit der Fernbedienung eines Fernsehgeräts vergleichen. Mit einer Fernbedienung können Sie die Funktionen eines Fernsehgeräts steuern und nutzen: Lautstärke, Kanäle, programmierbare Einstellungen, Helligkeit usw. Sie brauchen die elektronischen Details der Fernbedienung nicht kennen, um mit ihr umgehen zu können. Dasselbe gilt für einen Web- Browser, denn mit dem Browser kann der Benutzer im Web navigieren, indem er auf Hyperlinks klickt. Damit ein Web-Browser ordnungsgemäß funktionieren kann, muss der Benutzer jedoch nicht wissen, wie die OSI-Protokolle auf den unteren Schichten funktionieren und zusammenarbeiten. Eine indirekte Schnittstelle lässt sich mit den Vorgängen vergleichen, die zwischen einem Fernsehgerät und einem Videorecorder ablaufen. Wenn Sie über die Fernbedienung eine Fernsehsendung von einem Videorecorder aufzeichnen lassen, anstatt sich die Sendung direkt auf dem Bildschirm anzusehen, können Sie die aufgezeichnete Sendung später beliebig abrufen, um sie sich anzusehen. Dasselbe gilt für einen Netzwerk-Redirector, mit dem Daten an ein Gerät übertragen werden können, das nicht direkt mit einem Computer verbunden ist, wie z. B. ein Netzwerk-Fileserver oder ein Print-Server. Das Computer-Programm funktioniert genauso wie auf einem nicht vernetzten Computer. Der Redirector nimmt die Dienstanforderung vom Programm entgegen und sendet sie über das Netzwerk an das entsprechende Gerät, so wie auch eine Fernsehsendung vom Bildschirm an einen Videorecorder umgeleitet wird Client-Server Anwendungen Bei den meisten Anwendungen, die in einer vernetzten Umgebung eingesetzt werden, handelt es sich um sogenannte Client-Server-Anwendungen. Diese Anwendungen, wie beispielsweise FTP und , verfügen alle über zwei Komponenten, die die Funktionsfähigkeit der Anwendungen gewährleisten: die Client-Seite und die Server-Seite. Die Client-Seite befindet sich auf dem lokalen Computer und fordert die Dienste an. Die Server-Seite befindet sich auf einem entfernten Computer und führt die Dienste entsprechend den Anforderungen des Clients aus. 18_Schicht 7 (Anwendungsschicht).doc Kapitel 18 Schicht 7 (Anwendungsschicht) Seite 2 von 8

3 Eine Client-Server-Anwendung führt ständig folgende Routine als Schleife aus: Client- Anforderung, Server-Antwort, Client-Anforderung, Server-Antwort usw. Ein Web-Browser beispielsweise greift auf eine Web-Seite zu, indem er einen Uniform Resource Locator (URL), d. h. eine Web-Adresse, auf einem entfernten Web-Server anfordert. Nachdem der URL ermittelt worden ist, antwortet der Web-Server, der über diesen URL identifiziert wird, auf die Anforderung. Anschließend kann der Client anhand der vom Web-Server empfangenen Daten weitere Daten vom gleichen Web-Server anfordern. Er kann aber auch auf eine andere Web-Seite eines anderen Web-Servers zugreifen In einer LAN-Umgebung wird die Netzwerkunterstützung für indirekte Anwendungen als Client- Server-Funktion ausgeführt. Wenn Sie beispielsweise eine Textverarbeitungsdatei auf einem Netzwerk-Server speichern möchten, aktiviert der Redirector das Textverarbeitungsprogramm als Netzwerk-Client. Anstelle des lokalen Dateisystems übernimmt nun der Netzwerk-Server die Aufgabe, die Datei zu speichern oder auch zurückzuweisen. Dieselben Vorgänge finden statt, wenn ein Textverarbeitungsprogramm einen Druckvorgang auf einem entfernten Netzwerk-Drucker ausführen möchte. Der Client fordert den Print-Server des Netzwerks auf, die Datei zu drucken. Der Server kommt der Aufforderung nach und druckt die Datei auf einem seiner verfügbaren Drucker. Beachten Sie, dass bei allen bisher angeführten Beispielen die Verbindung zum Server nur so lange aufrechterhalten wird, bis die Transaktion abgeschlossen worden ist. Im Beispiel des Word Wide Webs besteht die Verbindung nur so lange, bis die aktuelle Web-Seite heruntergeladen worden ist. Im Beispiel des Druckers besteht die Verbindung nur so lange, bis das Dokument an den Print-Server übertragen worden ist. Nachdem die jeweilige Transaktion abgeschlossen ist, wird die Verbindung abgebrochen und muss neu aufgebaut werden, damit die nächste Verarbeitungsanforderung erfolgen kann. Dies ist eine von zwei Arten, in der die Kommunikation für eine Verarbeitung stattfindet. 18_Schicht 7 (Anwendungsschicht).doc Kapitel 18 Schicht 7 (Anwendungsschicht) Seite 3 von 8

4 Bei der zweiten Methode, die in den nachfolgenden Beispielen für Telnet und FTP dargestellt wird, wird eine Verbindung mit dem Server hergestellt und bleibt bestehen, bis alle Verarbeitungsschritte abgeschlossen sind. Der Client-Rechner beendet die Verbindung erst dann, wenn der Benutzer entscheidet, die Anwendung zu beenden. Alle Kommunikationsvorgänge erfolgen auf eine dieser beiden Arten Telnet Telnet dient zum Steuern von anderen PC und Geräten uber ein Netzwek. Wenn Sie einen DNS-Namen für einen Telnet-Standort eingeben, muss der Name in die entsprechende IP-Adresse übersetzt werden, bevor die Verbindung aufgebaut werden kann. Die Telnet-Anwendung arbeitet hauptsächlich auf den oberen drei Schichten des OSI- Referenzmodells: der Anwendungsschicht (Befehle), der Darstellungsschicht (Formate, in der Regel ASCII) und der Sitzungsschicht (in der Regel Simplex-Übertragungen). Die Daten werden dann an die Transportschicht übergeben, wo sie segmentiert werden. Außerdem wird die Port- Adresse und die Fehlerprüfung hinzugefügt. Die Daten werden dann an die Vermittlungsschicht übergeben, wo der IP-Header (in dem die Quell- und die Ziel-IP-Adresse enthalten sind) angefügt wird. Als Nächstes wird das Paket an die Sicherungsschicht übergeben, in der das Paket in einen Daten-Frame gekapselt wird und die Quell- und Ziel-MAC-Adresse sowie ein Frame-Trailer hinzugefügt werden. Wenn der Quell-Computer die MAC-Adresse des Ziel-Computers nicht kennt, sendet er eine ARP-Anfrage. Sobald die MAC-Adresse ermittelt worden ist, wird der Frame (in binärer Form) über das Übertragungsmedium an das nächste Gerät weitergeleitet. Wenn die Daten beim Remote-Host-Computer ankommen, stellen die Sicherungsschicht, die Vermittlungsschicht und die Transportschicht die ursprünglichen Datenbefehle wieder zusammen. Der Remote-Host-Computer führt die Befehle aus und überträgt die Ergebnisse zurück an den lokalen Client-Computer. Er verwendet dazu denselben Kapselungsprozess, der für die ursprünglichen Befehle durchgeführt wurde. Dieser gesamte Vorgang - das Senden von Befehlen und das Empfangen der Ergebnisse - wiederholt sich, bis der lokale Client alle Aufgaben abgeschlossen hat, die ausgeführt werden sollten. Nach der Durchführung der Aufgaben beendet der Client die Session FTP File Transfer Protocol (FTP) wird zum Herunterladen von Dateien (z. B. aus dem Internet) oder zum Heraufladen von Dateien (z. B., um sie an das Internet zu senden) verwendet. Die Fähigkeit, Dateien in das bzw. aus dem Internet zu laden, ist eine der wichtigsten Funktionen, die das Internet bietet. Dies spielt insbesondere für die Benutzer eine Rolle, die ihren Computer für die verschiedensten Aufgaben einsetzen, und diejenigen, die Software-Treiber und -Aktualisierungen so schnell wie möglich benötigen. Netzwerkadministratoren können oft nicht einmal nur einige Tage auf die Treiber warten, die erforderlich sind, um ihre Netzwerk-Server wieder in Betrieb zu setzen. Mit Hilfe von FTP können solche Dateien sofort über das Internet bezogen werden. Bei FTP handelt es sich wie bei und Telnet um eine Client-Server-Anwendung. Für FTP ist Server-Software erforderlich, die auf einem Host ausgeführt wird und auf die die Client-Software zugreifen kann. Ein weiteres Protokoll zum Herunterladen von Dateien ist HTTP. Dieses Protokoll wird auf der nächsten Seite erläutert. HTTP kann Dateien allerdings nur herunter-, jedoch nicht heraufladen. 18_Schicht 7 (Anwendungsschicht).doc Kapitel 18 Schicht 7 (Anwendungsschicht) Seite 4 von 8

5 Arbeitsweise FTP Eine FTP -Session wird auf dieselbe Art gestartet wie eine Telnet-Session. Und, ebenso wie Telnet, wird eine FTP-Session so lange aufrechterhalten, bis sie vom Client beendet wird oder ein Kommunikationsfehler auftritt. Nachdem Sie eine Verbindung mit einem FTP-Daemon hergestellt haben, müssen Sie einen Anmeldenamen und ein Kennwort angeben. Üblicherweise verwenden Sie "anonymous" als Anmeldenamen und Ihre -Adresse als Kennwort. Diese Art von Verbindung wird auch als Anonymous FTP bezeichnet. Nachdem Ihre Identität überprüft worden ist, wird eine Befehlsverbindung zwischen Ihrem Client-Rechner und dem FTP-Server hergestellt. Dies ähnelt einer Telnet-Sitzung, bei der Befehle gesendet und auf dem Server ausgeführt und die Ergebnisse an den Client zurückgesendet werden. Mit Hilfe dieser Funktionsweise können Sie Ordner ändern und erstellen, Dateien löschen und umbenennen und viele weitere Dateiverwaltungsfunktionen ausführen. Der Hauptzweck des FTP-Protokolls besteht darin, Dateien von einem Computer an einen anderen zu übertragen. Dabei werden die Dateien vom Server kopiert und auf den Client verschoben bzw. vom Client kopiert und auf den Server verschoben. Wenn Dateien von einem Server kopiert werden, stellt FTP als zweite Verbindung eine Datenverbindung zwischen den Computern her, über die die Daten übertragen werden. Die Datenübertragung kann im ASCII-Modus oder im binären Modus erfolgen. Diese beiden Modi legen fest, wie die Datei zwischen den Stationen übertragen wird. Nachdem die Dateiübertragung abgeschlossen ist, wird die Datenverbindung automatisch beendet. Nachdem Sie die komplette Session des Kopierens und Verschiebens von Dateien abgeschlossen haben, können Sie sich abmelden. Dabei wird die Befehlsverbindung unterbrochen und die Session beendet http HyperText Transfer Protocol (HTTP) wird im World Wide Web eingesetzt, das den Teil des Internets bildet, der am schnellsten wächst und am meisten verwendet wird. Einer der Hauptgründe für das rasante Anwachsen des World Wide Webs sind die benutzerfreundlichen Zugriffsmöglichkeiten auf Informationen. Ein Web-Browser ist (wie alle anderen Netzwerkanwendungen, die in diesem Kapitel behandelt werden) eine Client-Server-Anwendung, d. h., er benötigt sowohl eine Client- als auch eine Server-Komponente, um ordnungsgemäß funktionieren zu können. Ein Web-Browser stellt Daten in Multimedia-Formaten auf Web-Seiten dar, die Text, Grafiken, Audio- und Videoelemente enthalten. Die Web-Seiten werden in einer Formatsprache namens HyperText Markup Language (HTML) erstellt. HTML erteilt einem Web- Browser Anweisungen über das Erscheinungsbild einer bestimmten Web-Seite. Darüber hinaus legt HTML die Positionen fest, an denen Text, Dateien und Objekte eingefügt werden, die vom Web-Server an den Web-Browser übertragen werden sollen DNS Im Kapitel über die Netzwerkschicht haben Sie gelernt, dass das Internet auf einem hierarchischen Adressierungsschema aufgebaut ist. Dadurch kann das Routing anhand von Adressklassen anstatt anhand von individuellen Adressen stattfinden. Für den Benutzer entsteht dabei jedoch das Problem, der Internet-Site die korrekte Adresse zuzuordnen. Der einzige Unterschied zwischen den Adressen und besteht in einer umgestellten Ziffer. Man vergisst sehr leicht die Adresse einer bestimmten Site, wenn man mit einer Vielzahl von Adressen umgehen muss, da zwischen dem Inhalt der Site und ihrer Adresse kein Zusammenhang erkennbar ist. 18_Schicht 7 (Anwendungsschicht).doc Kapitel 18 Schicht 7 (Anwendungsschicht) Seite 5 von 8

6 Domäne Bei einer Domäne handelt es sich um eine Gruppe von Computern, die nach ihrem geographischen Standort oder nach ihrem Verwendungszweck zusammengefasst sind. Ein Domänenname besteht aus einer Folge von Buchstaben und/oder Ziffern, üblicherweise einem Namen oder einer Abkürzung, die anstelle der numerischen Adresse einer Internet-Site verwendet wird. Durch die Verwendung von Domänen im Internet wird das Problem der Adressierung gelöst. Im Internet gibt es mehr als 200 Domänen auf der obersten Ebene (sogenannte Top-Level Domains). Dazu gehören beispielsweise folgende:.us - USA.de - Deutschland Es gibt auch generische Namen, wie beispielsweise folgende:.edu - Sites von Forschungs- und Bildungseinrichtungen in USA.com - kommerzielle Sites.gov - Sites amerikanischer Regierungsstellen.org - Sites gemeinnütziger Organisationen.net - Sites von Netzwerkdiensten Funktionsweise vom DNS Beim Domain Name Server (DNS) handelt es sich um ein Gerät im Netzwerk, das Domänennamen verwaltet und einen Domänennamen in die zugehörige IP-Adresse übersetzt, wenn es von Clients dazu aufgefordert wird. Das DNS-System baut auf einer Hierarchie auf, die mehrere Ebenen von DNS-Servern umfasst. Wenn ein lokaler DNS-Server einen Domänennamen in die zugehörige IP-Adresse übersetzen kann, nimmt er die Übersetzung vor und sendet das Ergebnis an den Client. Wenn er die Adresse nicht übersetzen kann, leitet er die Anforderung an den nächsthöheren DNS-Server im System weiter, der dann seinerseits versucht, die Adresse zu übersetzen. Wenn der DNS-Server auf dieser Ebene den Domänennamen in die zugehörige IP-Adresse übersetzen kann, nimmt er die Übersetzung vor und sendet das Ergebnis an den Client. Falls er ihn nicht übersetzen kann, leitet er die Anforderung an die nächsthöhere Ebene weiter. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Domänenname übersetzt oder der DNS der obersten Ebene erreicht worden ist. Wenn der Domänenname in der obersten DNS-Ebene nicht ermittelt werden kann, wird er als fehlerhaft eingestuft, und die entsprechende Fehlermeldung wird zurückgesendet. 18_Schicht 7 (Anwendungsschicht).doc Kapitel 18 Schicht 7 (Anwendungsschicht) Seite 6 von 8

7 URL Aufruf einer WWW Seite URL Beispiel: /edu/ " gibt dem Browser das zu verwendende Protokoll an. Über den zweiten Teil, "www", wird dem Browser mitgeteilt, zu welcher Art von Ressource eine Verbindung aufgebaut werden soll. Der dritte Teil, "cisco.com", gibt die Domäne für die IP-Adresse des Web-Servers an. Der letzte Teil, "edu", identifiziert die Position des Ordners (auf dem Server), der die Web-Seite enthält Aufruf einer Web Seite Wenn Sie einen Web-Browser öffnen, ruft dieser in der Regel eine Startseite, die sogenannte "Home-Page", auf. (Hinweis: Die URL der Home-Page wurde bereits in den Konfigurationseinstellungen des Web-Browsers gespeichert und kann jederzeit geändert werden.) Sie können auf einen Hyperlink klicken oder eine URL in die Adresszeile des Browsers eingeben. Der Web-Browser untersucht zuerst das Protokoll, um festzustellen, ob er ein anderes Programm aufrufen muss. Anschließend ermittelt er die IP-Adresse des Web-Servers (mit Hilfe der DNS- Auflösung des Domänennamens). Danach leiten die Transport-, die Vermittlungs-, die Sicherungsund die Bitübertragungsschicht eine Session mit dem Web-Server ein. Die Daten, die an den HTTP-Server übertragen werden, enthalten den Namen des Ordners für die Position der Web- Seite. (Hinweis: Die Daten können auch einen speziellen Dateinamen für eine HTML-Seite 18_Schicht 7 (Anwendungsschicht).doc Kapitel 18 Schicht 7 (Anwendungsschicht) Seite 7 von 8

8 enthalten.) Falls keine Name angegeben ist, verwendet der Server einen Standardnamen (der in der Konfiguration des Servers festgelegt ist). Der Server antwortet auf die Anforderung, indem er alle Text-, Audio-, Video- und Grafikdateien entsprechend den Angaben in der HTML-Seite an den Web-Client sendet. Der Client-Browser stellt alle diese Dateien wieder zusammen, um eine Ansicht der Web-Seite zu erzeugen, und beendet anschließend die Session. Wenn Sie auf eine andere Seite klicken, die sich auf demselben oder einem anderen Server befindet, beginnt der gesamte Vorgang erneut Redirector Redirector ist ein Protokoll, das mit Computer-Betriebssystemen und Netzwerk-Clients anstatt mit speziellen Anwendungsprogrammen zusammenarbeitet. Beispiele für Redirector sind: Apple File Protocol NetBIOS Extended User Interface (NetBEUI) IPX/SPX-Protokolle von Novell Network File System (NFS) der TCP/IP-Protokollgruppe. Arbeitweise des Redirektors Funktionsweise von einem Redirector Redirector ermöglicht Netzwerkadministratoren, entfernten Ressourcen logische Namen auf dem lokalen Client zuzuweisen. Wenn Sie einen dieser logischen Namen wählen, um eine Aktion wie das Speichern oder Drucken einer Datei auszuführen, sendet der Netzwerk-Redirector die gewählte Datei an die entsprechende entfernte Ressource im Netzwerk, wo die Verarbeitung durchgeführt wird. Wenn sich die Ressource auf einem lokalen Computer befindet, ignoriert der Redirector die Anforderung und überlässt dem lokalen Betriebssystem die Verarbeitung der Anforderung. Der Vorteil beim Einsatz eines Netzwerk-Redirectors auf einem lokalen Client besteht darin, dass die Anwendungen auf dem Client von dem Netzwerk keine Kenntnis haben müssen. Darüber hinaus befindet sich die Anwendung, die einen Dienst anfordert, auf dem lokalen Computer, und der Redirector leitet die Anforderung an die entsprechende Netzwerkressource weiter, während die Anwendung sie als lokale Anforderung behandelt. Redirector erweitern den Funktionsumfang von nicht-vernetzter Software. Sie ermöglichen Benutzern die gemeinsame Nutzung von Dokumenten, Vorlagen, Datenbanken, Druckern und vielen anderen Ressourcenarten, ohne dass dafür eine spezielle Anwendungssoftware erforderlich ist. Die Vernetzung hat einen großen Einfluss auf die Entwicklung von Textverarbeitungs- und Tabellenkalkulationsprogrammen, Präsentationsmanagern, Datenbankanwendungen, Grafikprogrammen und Produktivitätssoftware ausgeübt. Viele dieser Software-Pakete sind nun in ein Netzwerk integrierbar bzw. netzwerkfähig und damit in der Lage, einen integrierten Web- Browser oder Internet-Tools zu starten, die ihre Daten für eine komfortable Web-Integration in HTML auszugeben. 18_Schicht 7 (Anwendungsschicht).doc Kapitel 18 Schicht 7 (Anwendungsschicht) Seite 8 von 8