Netzwerk-Architektur. Netzwerk-Architektur

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1 Logische Struktur von Rechnernetzen Schnittstellen und Dienste OSI-Referenzmodell TCP/IP-Referenzmodell Beispielnetze NWA-ST-010 Komplexität bei Rechnernetzen analog zu Betriebssystemen und Anwendungsprogrammen --> enstruktur : Satzvon en, Protokollen und Diensten Hierarchisch angeordnete en: - Aufteilung der Funktionen - Überschaubarkeit - Unterschiedliche enanzahl bei den verschiedenen Rechnernetzen --> enmodelle - Logische Strukturierung, keine Implementierungsvorschrift - Verschiedene Referenzmodelle OSI Internet (TCP/IP) B-ISDN NWA-ST-020

2 enmodell Logische Struktur für die Kommunikation zwischen zwei entfernten Partnern A und B Begriffe: - Instanz, Entity: Aktive HW - oder SW - Komponente Kommunikationspartner: Host A, B - Protokolle: Logische Verbindung zum Austausch von Nachrichten (horizontale Verbindung, je ) - Dienste (Dienstprimitive): Realisierung der Protokolle durch die Dienste der darunterliegenden (vertikale Verbindung, je Kommunikationspartner) - Dienstzugriffspunkte: Definierte Schnittstelle zur Bereitstellung der Dienste (SAP: Service Access Point) NWA-ST-030 Protokollstapel (Protokollstack, Protokollsuite) Aufeinander abgestimmte, hierarchisch geordnete Menge von Protokollen eines Systems Host A Host B Dienstprimitiv (Dienst) 4 Protokoll 4 4 Schnittstelle 3 Protokoll Protokoll Protokoll 1 1 Physisches Medium (Kabel, kabellos) NWA-ST-040

3 Nachrichtenkopf (Header) Zur Identifikation der Nachricht fügt N an die aus N+1 erhaltene Nachricht einen Nachrichtenkopf (Header) an Header enthält Steuerinformationen, u.a. - laufende Nr. - ggf. Größe, Zeiten - Adressen Diese Nachricht (Header + Information) wird an folgende übergeben, die wiederum ihren Header anfügt Am Zielknoten werden schichtenweise in umgekehrter Folge die Header wieder entfernt M Protokoll 4 M 3 H3 M Protokoll 3 H3 M 2 H2 H3 M Protokoll 2 H2 H3 M 1 Quellknoten Bitstrom Zielknoten NWA-ST-050 Verallgemeinertes Dienstmodell Netzwerkarchitektur Satz von en, Protokollen und Diensten Protokoll: - horizontale Verbindung - Satz von Regeln (semantisch und syntaktisch) zum Informationsaustausch zwischen zwei Kommunikationspartnern, u.a. - Nachrichtenformat - Code - Algorithmen bei normaler und gestörter Übertragung... i.d.r. eine logische Verbindung (lediglich unterste liefert einen physikalischen Pfad zwischen Sender und Empfänger) : Paarweise Kommunikation zwischen Instanzen (Peer-Entities) einer (peer-to-peer-verbindung) Zuordnung bestimmter Funktionen im Kommunikationsvorgang Hierarchische en-referenzmodelle (OSI, TCP/IP) Dienst: - vertikale Verbindung - Realisierung der Fktn. durch Dienste der darunterliegenden (Dienstprimitive) Dienstbereitstellung an sog. Dienstzugriffspunkten (Service Access Point, SAP) NWA-ST-060

4 Allgemeines enmodell Verallgemeinertes Dienstmodell Dienstmodell zwischen zwei Kommunikationspartnern A und B A B (N + 1) - Nutzer N-Dienst (N+1)-Protokoll Nutzer N-Dienst Dienst Dienst Schnittstelle (N) - Instanz (N-Entity) (N)-Protokoll Instanz (N-Entity) Dienst Dienstzugriffspunkt Dienst Schnittstelle (N - 1) - Dienstbereitsteller (N-1) - Service Provider NWA-ST-070 Dienstmodell Schnittstellen und Dienste N+1 Service User N-Dienst (N+1)-Protokoll Service User N-Dienst Nutzer für Dienst N SAP: Service Access Point (Dienstzugriffspunkt) N Service Provider (Dienstbereitsteller für N-Dienst) Schnittstellen - Dateneinheiten (IDU) Austausch IDU (Interface Data Unit) über SAP IDU besteht aus SDU (Service Data Unit, Dienstdateneinheit) enthält z.b. Byteanzahl der Nutznachricht ICI (Interface Control Data, Schnittstellensteuerdaten) NWA-SV-010

5 Schnittstellen und Dienste Prinzipieller Aufbau der Dateneinheiten N+1 ICI IDU SDU SAP Aufbau der Dateneinheiten N ICI SDU SAP Service Access Point (Dienstzugriffspunkt) IDU Interface Data Unit (Schnittstellendateneinheit) SDU Service Data Unit (Dienstdateneinheit) PDU Protocol Data Unit (Protokolldateneinheit) ICI Interface Control Information (Schnittstellensteuerdaten) Header N-PDU SDU Einheiten auf Ntauschen N-PDU s in ihrem Protokoll aus (dazu SDU durch Header für Protokollaustausch ergänzt) NWA-SV-020 Dienstarten Schnittstellen und Dienste Je können 2 verschiedene Dienstarten angeboten werden - Verbindungsorientierter Dienst (connection-oriented service, CO) 3 Phasen: Verbindungsaufbau Datentransfer Verbindungsabbau Gesicherter Übertragungsdienst (Reihenfolgetreue der Dateneinheiten) - Verbindungsloser Dienst (connectionless service, CL) Jede Nachricht erhält vollständige Adresse und Folge-Nr. Nur Datentransferphase Unsicherer, aber schneller Dienst (keine Reihenfolgetreue) Speziell: Datagramm-Dienst: unzuverlässiger, nicht quittierter Dienst (Analogie: Telegramme) Betätigter Datagramm-Dienst: mit Quttierung (Analogie: eingeschriebene Post) Anfrage/Antwort-Dienst: senden 1 Datagramm, mit Antwort (Analogie: Datenbank-Abfrage) NWA-SV-030

6 Schnittstellen und Dienste Funktionen Funktionen, die in allen en auftreten können: - Verbindungsaufbau / abbau - Adressierung - Simplex- / Halbduplex- / Vollduplex-Übertragung - Fehlerbehandlung - Flußsteuerung (Geschwindigkeitsausgleich) - Überlaststeuerung (Überlaufbehandlung) - Multiplexing / Demultiplexing (Parallelität) Ausgetauschte Nachrichten (Bezug OSI) Instanz Anwendungsschichten Nachricht (A-, P-, S-PDU) 4 Transportschicht TPDU (Transport-PDU, OSI) Segment (TCP) 3 Vermittlungsschicht Paket Datagramm (bei verbindungslos ) 2 Sicherungsschicht Rahmen (Frame) 1 Bitübertragungsschicht Bitstrom NWA-SV-040 Dienstprimitive (Dienstoperationen) Dienstprimitive 4 Klassen (angeboten je Protokolloperation und ): Anfrage (request) Instanz fordert Dienst an, um bestimmte Aufgabe auszuführen Anzeige (indication) Instanz wird über ein Ereignis informiert Antwort (response) Instanz möchte auf ein Ereignis antworten Bestätigung (confirm) Instanz antwortet auf vorherige Anfrage Dienstmodell A Instanz Instanz request confirm response indication B Dienstbereitsteller Spezifikation der Dienstprimitive <primitivname> ::= <initial> - <dienstart> <primitivtyp> A CONNECT request P DISCONNECT indication S DATA response T ABORT confirm N DL PHY NWA-SV-050

7 Weg-Zeit-Diagramm Einrichtung A Verbindungsorientierter Dienst (Beispiel) Diensterbringer (z.b. DL-) Einrichtung B CONNECT request CONNECT confirm DATA request Anforderung zum Aufbau einer Verbindung Rufende Partei über Annahme benachrichtigen Gerufene Partei benachrichtigen Anfrage der gerufenen Partei CONNECT indication CONNECT response DISCONNECT request Mitteilen, daß Daten gesendet werden können Anzeige der Ankunft der Daten DATA indication Im Beispiel: CONNECT DISCONNECT Anfrage, die Verbindung zu lösen Partner benachrichtigen, daß Verbindung gelöst wird bestätigter Dienst (Antwort ist ausdrücklich erforderlich) unbestätigter Dienst(keine Antwort) DISCONNECT indication NWA-SV-060 Referenzmodelle Referenzmodelle für Telekommunikation (Rechnernetze) Standardisiert, international (ISO) OSI - Referenzmodell (Open System Interconnection) B-ISDN (Broadband - ISDN) Weltweit, nicht standardisiert DoD - Referenzmodell (TCP/IP, Internet) Industrie-Standards SNA / IBM (System Network Architecture) DNA / DEC (Digital Network Architecture) NetWare (Novell, LAN / Ethernet) Referenzmodelle für Verteilte (Verarbeitungs -) Systeme Standardisiert (ISO) ODP- Referenzmodell (Open Distributed Processing) Internationale Konsortien OSF (Open Software Foundation) --> DCE OMG (Open Management Group) --> CORBA Industrie-Standards ANSA, TINA-C, MS-OLE, DCOM,... NWA-SV-070

8 Standards Standardisierungen in Netzwerken Früher: Proprietäre Entwicklungen Verschiedene RN - Architekturen, Geräte, SW - Produkte Probleme: Paßfähigkeit, Nutzung öffentlicher Dienste schwierig Abhilfe: Bereitstellung sog. Common Carriers Quasi - Standards SNA (System Network Architecture), IBM erstmalig SW - Lösung für HW - Unabhängigkeit DNA (Digital Network Architecture): DEC ARPAnet (DARPA, Internet): USA - Pentagon (DoD), NSF, ISOC erstmalig gleichberechtigte Kommunikationspartner (peer - to - peer) Protokolle, Standarddienste, u.a. TCP / IP, SMTP, FTP, Telnet Heute Weltweite Kooperation, Internationale Standardisierung Viele Konsortien und Produktanbieter, z.b. für Kommunikation: CCITT (ITU - TS), ECMA, IEEE,..., IETF ISO / TC 97 (OSI - Referenzmodell), DoD - RM NWA-SV-080 Standards (Beispiele) für SW - Entwicklung verteilter Systeme Standardisierungen in Netzwerken Middleware: Infrastrukturen, Verteilungsplattformen heterogener verteilter Systeme OSF (Open Software Foundation), mit den Produkten DCE (Distributed Computing Environment), DCE / DC++, DME (Distributed Management Environment, nur Proposal) OMG (Open Management Group), mit dem Standard CORBA (Common Object Request Broker), Business Objects CORBA - Produkte z.b. Orbix, Visigenic, Mico ODP (Open Distributed Processing): Referenzmodell für verteilte Systeme der ISO/OSI Sun Microsystems: RMI / Java (Remote Method Invocation), DOE Componentware: Microsoft: DCOM, Active X Sun Microsystems: EJB (Enterprise Java Beans) Unterstützungen: UML, XML (Web) NWA-SV-090

9 Referenzmodelle OSI - Referenzmodell Aufgabenstellung: Logische Architektur eines Rechnernetzes Keine Implementierungsvorschrift Bekannte Referenzmodelle: OSI - Referenzmodell (ISO) DoD - Referenzmodell (TCP / IP - Modell, IETF) B-ISDN - Referenzmodell (SDH / ATM, ISO) OSI-RM-010 OSI - Referenzmodell OSI Basis Reference Model (ISO / IS 7498) OSI: Open System Interconnection Mehrschichtenarchitektur (layer architecture) Standardisierung (ISO) für offene Systeme Abstraktes logisch-funktionelles Architekturmodell für RN protocols 7 application layer 7 6 presentation layer 6 5 session layer 5 4 transport layer 4 4 network layer 3 2 data link layer 2 1 physical layer 1 physical medium Internationaler Standard (IS 7498) 7-en-Architektur Mehrschichtenarchitektur offener Systeme (offen: Nutzung, Zugänglichkeit, Weiterentwicklung) allg. Kommunikations - und Kooperationsbeziehungen je definierte Funktionen (international genormte Protokolle, z.b. ITU-TS: T-, V-, X-Serien,...) keine Implementierungsvorschriften Dokumentation: Day / Zimmermann (1983) OSI-RM-020

10 Mehrschichtenarchitektur OSI - Referenzmodell Zerlegung Gesamtsystem in Teilsysteme en: Teilsysteme gleichen Ranges (hierarchisch) Jede erbringt Dienste (Kommunikation, Steuerung) N kann nur Dienste der N-1 nutzen, Autonomie der Diensterbringung Dienstmodell (service convention) A B N-service user N-service user N-SAP Service Access Point N-SAP service primitives N-service provider (N+1)-layer (N)-layer Bereitstellung der Dienste für N durch N-1 an einer definierten Schnittstelle: SAP - Service Access Point (Dienstzugriffspunkt) Vertikale Verbindung, reell: Adreßbereich Realisierung durch Dienstprimitive Kommunikation zw. 2 Partnern gleichen Ranges (horizontale Verbindung) erfolgt auf Basis sog. Kommunikations - Protokolle (protocols) OSI-RM en - Architektur 7: Application Layer (Anwendungsschicht) 6: Presentation Layer (Darstellungsschicht) Anwendungssystem 5: Session Layer (Sitzungsschicht) 4: Transport Layer (Transportschicht) Transportsystem 3: Network Layer (Netzwerk- / Vermittlungsschicht) } 2: Data Link Layer (Verbindungs - / Sicherungsschicht) bei LAN: Subschichten 2a: LLC (Logical Link Layer) Übertragungssystem 2b: MAC (Medium Access Layer) 1: Physical Layer (Physikalische / Bitübertragungsschicht 0: Physikalisches Übertragungsmedium (nicht Bestandteil OSI-Modell) Knoten A 7 Anwendung 6 Darstellung 5 Sitzung 4 Transport 3 Vermittlung 2 Sicherung 1 Bitübertragung Protokoll (3) Protokoll (2) Protokoll (1) OSI - Referenzmodell Protokoll (7) Protokoll (6) Protokoll (5) Protokoll (4) Kommunikationssubsystem (z.b. Öffentliches Datennetz) Protokoll (3) Protokoll (2) Protokoll (1) } Knoten B 7 Anwendung 6 Darstellung 5 Sitzung 4 Transport 3 Vermittlung 2 Sicherung 1 Bitübertragung Bezeichnung der übertragenen Dateneinheiten APDU PPDU SPDU TPDU Paket (datagram) Rahmen (frame) Bit 0 Physikalisches Übertragungsmedium 0 Physikalisches Übertragungsmedium OSI-RM-040

11 Dienstmodell (N)-Service User OSI - Dienstmodell A (N+1)-Entity (N+1)-Protokol B (N+1)-Entity Request Confirm Response Indication (SAP) (SAP) Exchange of (N)-SDU N-CEP N-CEP (N)-Protokol (N)-Service (N)-Entity (N)-Entity Provider Exchange of (N)-PDU (N)-Connection Layer (N+1) (Layer (N) (N) - Einrichtung (peer entity) - Informationsaustausch über Kommunikationsprotokolle (ITU-TS), u.a.regeln zum Austausch der PDU, Übertragungssteuerung (PCI), Quittierung, Fensterbreite, Code,... - Realisierung der Kommunikation über Dienste der nächst niedrigeren - Dienstprimitive Informationsaustausch zwischen Dienstbenutzer- und bereitsteller REQUEST: Anforderung eines Kommunikationsdienstes INDICATION: Anzeige einer Kommunikationsanforderung RESPONSE: Reaktion Kommunikationspartner auf Kommunikationsanforderung CONFIRM: Bestätigung der Kommunikationsanforderung OSI-RM-050 OSI - Dienstmodell (N) - Verbindung (N-connection) Logischer Pfad zwischen Sender/Empfänger für Zeit des Nachrichtenaustausches (verbindungsorientierter bzw. verbindungsloser (N) - Dienst) Verbindungsdienst (Kommunikationsablauf, Phasen) - Verbindungsorienter Dienst: Zuverlässiger Übertragungsdienst 3 Phasen: Verbindungs -Aufbau (establishment) Daten-Übertragung (transfer) Verbindungs -Abbau (release) Übertragene Informationen: horizontal: PDU Protokolldateneinheit (Header + SDU) vertikal: IDU Schnittstellendateneinheit (ICI + SDU) ICI (Interface Control Information) SDU (Service Data Unit, Dienstdateneinheit) - Verbindungslose Dienst: Unzuverlässiger Übertragungsdienst; nur Transfer-Phase Keine feste Sender/Empfänger-Verbindung Informationseinheiten enthalten vollständige Zieladresse OSI-RM-060

12 OSI - Referenzmodell Basiselemente des OSI - Architekturkonzepts Systeme OSI-System := Gesamtheit von Computern, peripheren Geräten, Informationsübertragungseinrichtungen usw., die in der Lage sind, Informationen zu verarbeiten Applikationsprozesse Applikationsprozess := Systemelement, das die Informationsverarbeitung für eine spezielle Systemnutzung (Anwendung, Applikation) gewährleistet. z.b. - manueller Applikationsprozess: Nutzer am Rechner oder Terminal - computerisierter Applikationsprozess: Programm, das Daten verarbeitet Verbindungen zwischen den Applik.-prozessen, die den Informationsaustausch realisieren 1 System A System B System C System 2 Applikationsprozess 3 Verbindungen physikalisches Medium zur Informationsübertragung OSI-RM en-Architektur } 7: Application - Layer (Anwendungsschicht) 6: Presentation Layer Anwendungs- (Darstellungsschicht) System 5: Session Layer (Sitzungsschicht) 4: Transport Layer Transport-System (Transportschicht) } 3: Network Layer (Netwerk-, Vermittlungsschicht) 2: Data Link Layer (Verbindungs -/ Sicherungsschicht) LAN: Subschichten 2b: LLC (Logical Link Control) 2a: MAC (Medium Access Contgrol) 1: Physical Layer (Physikalische, Bitübertragungsschicht) OSI - Referenzmodell Übertragungs-System Knoten A 7 Anwendung 6 Darstellung 5 Sitzung 4 Transport 3 Vermittlung 2 Sicherung 1 Bitübertragung Phys.Übertr.-medium Kommunik. Subsystem z.b. öffentl. Datennetz Knoten B OSI-RM-080

13 en bilden z.b. in Kommunikationsnetzen (wie Paketvermittlungsnetz X.25 oder IP-Netz) ein Subsystem (Router) Subsystem führt intern auch die Protokolle der en aus Host A Detaillierung OSI - Referenzmodell Kommunikationssubsystem (z.b. Router) Interne Subnetz-Protokolle Host B Vermittlung Vermittlung Vermittlung Vermittlung Sicherung Sicherung Sicherung Sicherung Bitübertragung Bitübertragung Bitübertragung Bitübertragung Bei lokalen Netzen (LAN) 2 häufig unterteilt (gemeinsamer Übertragungskanal, shared medium ), in Subschicht 2b: LLC Logical Link Control Subschicht 2a: MAC Medium Access Control Host - Router - Protokolle OSI-RM-090 Anwendungsprozess möchte Dateneinheit Daten senden Sendeprozess übergibt Daten der Anwendungsschicht Diese fügt Header (AH) an AH + Daten werden nachfolgenden übergeben, die wiederum ihren Header hinzufügt, usw. Einige Header können Null sein Datenübertragung im OSI - Referenzmodell Sendeprozess Anwendungs- Darstellungs- PH AH Daten Daten Daten Empfängerprozess Anwendungs- Darstellungs- Sitzungs- SH Daten Sitzungs- Tatsächlicher Datenübertragungspfad (nach H. C. Folts) Transport- Vermittlungs- TH NH Daten Daten Transport- Vermittlungs- Sicherungs- DH Daten Sicherungs- Bitübertragungs- Bits Bitübertragungs- OSI-RM-100

14 Standards Auswahl bekannter ISO- und CCITT-Standards Norm Beschreibung 1-7 ISO 7498 ISO/OSI-Referenzmodell 7 ISO 8571 Dienst für Dateitransfer,- zugriff,-bearbeitung (FTAM) ISO 8572 Protokoll für Dateitransfer,-zugriff,-bearbeitung (FTAM) ISO 8831 Dienst für Jobtransfer und -bearbeitung (JTM) ISO 8832 Protokoll für Jobtransfer und -bearbeitung (JTM) ISO 9040 Dienst des virtuellen Terminals ISO 9041 Protokoll des virtuellen Terminals CCITT X.400 Nachrichtenbehandlung (Elektronische Post) 6 ISO 8822 Verbindungsorientierter Darstellungsdienst ISO 8823 Verbindungsorientiertes Darstellungsprotokoll 5 ISO 8326 Verbindungsorientierter Sitzungsdienst ISO 8327 Verbindungsorientiertes Sitzungsprotokoll 4 ISO 8072 Verbindungsorientierter Transportdienst ISO 8073 Verbindungsorientiertes Transportprotokoll 3 CCITT X.25 Protokoll von 3 unter X.25 2 ISO 8802 Lokale Rechnernetze (Bus, Ring) CCITT X.25 HDLC / LAP-B-Prozedur der Sicherungsschicht 1 CCITT X.21 Digitale Schnittstelle der Bitübertragungsschicht Anmerkung: ISO beschreibt eine internationale Norm ISO 8802 wurde von IEEE 802 abgeleitet OSI-RM-110 Aufgaben Bitübertragungsschicht (Physical Layer, 1) - Physische Übertragung von Bits über einen Kommunikationskanal (Bitstrom) - Bereitstellung der mechanischen, elektrischen und funktionellen, prozeduralen Hilfsmittel zum Aufbau, Betrieb und Abbau der physischen Verbindung - Bitstromübertragung in Reihenfolge der eintreffenden Bits, ohne Einschränkung hinsichtlich Codes und inhaltliche Bedeutung (physisches Medium (drahtgebunden, drahtlos ; 0 ) gehört nicht zum OSI-RM) Typische Probleme der PHY- - Sicherung der Bits (was als 1 weggeht, muß auch als 1 ankommen) - Dauer der Bitübertragung - Übertragungsrichtung; lt. CCITT: Simplex: nur in 1 Richtung Duplex: gleichzeitig in beide Richtungen - Steckerkompatibilität: Pin-Anzahl, Belegung der Endsysteme,... In den höheren en werden die Bits zu Informationseinheiten (Frame, Paket, Nachricht) zusammengefaßt Bekannte Protokolle: V.24, X.21 (CCITT) OSI-FK-010

15 Sicherungsschicht (Data Link Layer, 2) Charakterisitik - Zusammenfassung der von Bitübertragungsschicht übertragenen Bitströme zu Datenreihen (Frames, Rahmen) und Weitergabe (falls fehlerfrei) an die Vermittlungsschicht - Sender teilt die Eingangsdaten in einen Datenübertragungsrahmen (data frame) ein, z.b. einige 100 Bytes, und überträgt diese sequentiell - Analog ist der vom Empfänger erzeugte Quittungsrahmen zu verarbeiten Aufgaben der Sicherungsschicht - Aktivieren / Deaktivieren von Verbindungen - Erkennung/-behebung von Übertragungsfehlern (z.b. Anzeige des Fehlers an Vermittlungs schicht) - Steuerung des Datenstroms (asynchrone / synchrone Übertragung) - Steuerung von beschädigten, verlorengegangenen bzw. duplizierten Rahmen - Sicherung / Angleichung bei ungleichen Sende / Empfänger-Leistungen (Flußsteuerung, z.b. Bereitstellung entsprechender Pufferbereiche) - Steuerung bei Übertragung in beiden Richtungen (z.b. für Quittungen) --> dazu spezielle Verfahren, u.a. Huckepackverschickung (piggy packing) OSI-FK-020 Bekannte Protokolle LAN: Unterteilung in 2 Subschichten Sicherungsschicht (Data Link Layer, 2) HDLC High Level Data Link Control (Teil der X.25-Empfehlung, ISO-Standard) SLIP Serial Link Internet Protocol PPP Point-to-Point-Protocol } IETF / Internet ATM, TC-Teilschicht (Transmission Convergenze) Problem bei Broadcast-Netzen: Mehrfachzugriffsprotokolle wegen gemeinsamen Übertragungsmediums (Shared Media), insbes. bei LAN MAC LLC Medium Access Control - benachbart zur PHY- - verschiedene Medienzugriffsverfahren Logical Link Control - benachbart zur Vermittlungsschicht - restliche Funktionen der Sicherungsschicht OSI-FK-030

16 Sicherungsschicht (Data Link Layer, 2) MAC (Medium Access Control, Subschicht 2a) Kanalzuordnung: statisch (z.b. Telefon, Frequenzmultiplex) dynamisch --> LAN, MAN Mehrfachzugriffsprotokolle, u.a. LAN ALOHA, CSMA/CD (Ethernet) Token-Ring / Bus Drahtlose LAN MACA / MACAW Digitaler Zellularfunk (GSM, DCS) CPDP (Cellular Digital Packet Data) HS-LAN FDDI (Fibre Distributed Digital Interface) DQDB (Distributed Queueing Dual Bus) HIPPI (High Performance Parallel Interface) Fibre Channel (Nachfolger von HIPPI) Satellitennetze, u.a. FDM (Frequenzmultiplexing) TDM (Zeitmultiplexing) ACTS (Advance Communication Technology Satellite) CDMA (Cellular Digital Multiple Access) OSI-FK-040 Vermittlungsschicht (Network Layer, 3) Realisiert die Steuerung des Subnetz-Betriebes Aufgaben - Realisierung Datentransport über mögliche Zwischenknoten - Paket-Leitweglenkung (Routing) von Quelle zu Ziel statisch: über Tabellen (nur selten geändert) dynamisch: vor jeder Sitzung neu geänderte Tabellen - Steuerung eines möglichen Paketstaus - Abrechnungs -Funktion für Paketübertragung (insbes. länderüberschreitender Verkehr) - Identifikation der Knoten (Netzwerk-Adresse) - Internetworking zw. verschiedenen Subnetzen (Netze unterschiedlicher Dienstgüte) Bereitstellung eines einheitlichen Netzdienstes an der Schnittstelle zur Transportstation Dateneinheit: Paket (Datagramm, falls verbindungslos ) Auf-und Abbau logischer Verbindungskanäle Unterstützung durch - Wegsteuerung (Routing, Leitweglenkung) - Flußsteuerung (Steuerung der Flußmenge) OSI-FK-050

17 Vermittlungsschicht (Network Layer, 3) Typische Protokolle (Paketvermittlungsnetze), u.a. X.25 (in öffentlichen Datennetzen, PVN, CCITT) XTP express Telecommunication Protocol (Gigabit-Netze) IP Internet Protocol (ARPA / Internet, PVN) Frame Relay analog X.25, aber schneller (einfachere Fehlerbehebung) Wichtige Anwendungen Paketvermittlungsnetze WAN, weniger in LAN Logische Verbindungen - Leitungsdurchschaltung - Virtuelle Kanäle ( Virtual Circuit, Virtual Call) Auf- und Abbau virtueller Kanäle Store-and-Forward,Paketvermittlung, Sicherung der Paketreihenfolge - Datagrammtechnik Vereinfachte Form, keine eigene Verbindungsaufnahme Keine Reihenfolgesicherung; Pakete haben vollständige Zieladresse Pakete über verschiedene Wege zum Empfänger Bei Broadcast-Netzen vereinfachtes Routing, oft nur verdünnte oder keine 3 OSI-FK-060 Transportschicht (Transport Layer, 4) Aufgaben - Übernahme der Daten von 3 bzw. Paketisierung der Nachrichten für 3 - Realisierung eines transparenten Datentransport für die darüberliegende (Sitzungs -), d.h. unabhängig von Kommunikationsschichten Sichg. zuverlässigen u. kosteneffizienten Datentransfers zw. den logischen Endpunkten - Sicherung einer End-to-End-Verbindung, d.h. Verbindung zw. Endknoten (darunterliegende Protokolle realisieren Protokolle zw. ihren unmittelbaren Nachbarn) - Optimale Nutzung vorhandener Kommunikationsressourcen - 5 Standard-Transportdienstklassen (TS0... TS4, z.b. ISO 8072, 8073). Berücksichtigen Art des Informationsverkehrs, z.b. Dialog-, Stapel- o. Echtzeitbetrieb. Charakterisiert werden diese Dienstklassen durch Parameterwerte für u.a. Durchsatz Zulässige Transportverzögerungszeit Verbindungsaufbauzeit Restfehler-Wkt. - Höchste übertragungsorientierte des Transportsystems OSI-FK-070

18 Transportschicht (Transport Layer, 4) Funktionen - Multiplexierung von End-to-End-Transportverbindungen in Netzen (Mehrfachnutzung eines Kanals, mehrere Verbindungen zw. den Hosts) - Auf- und Abbau von Netzverbindungen - Adressenzuordnng (Mapping) - End-to-End-Reihenfolgesteuerung der zu übermittelnden Daten - Segmentierung und Blockung der Daten - End-to-End-Flußsteuerung auf den Verbindungen - Flußregulierung zw. Hosts unterschiedlicher Geschwindigkeiten Bekannte Protokolle TCP Transmission Control Protocol (verbindungsorientiert) UDP User Datagram Protocol (verbindungslos ) beide: - zusammen mit IP - aus ARPAnet / Internet - Übernahme in Unix und DCE, Corba usw. OSI, Transportklassen verbindungsorientiert verbindungslos (in Zusammenhang mit X.25) OSI-FK-080 Aufgaben Sitzungsschicht (Session Layer, 5) - Realisierung einer Sitzung, d.h. einer Kooperation von Anwendungsprozessen (auf homogenen bzw. heterogenen Systemen) - Realisierg Datentransport (wie Transportschicht), aber mit zusätzlichen Diensten, u.a.. Dialogsteuerung. Kommunikation in 1 oder beiden Richtungen (Regelung, welche Richtung gerade maßgeblich ist). Token-Management die Seite, die über das Token verfügt, kann eine bestimmte Operation ausführen; diese Operation könnte z.b. nicht von beiden gleichzeitig ausgeführt werden. Synchronisation bei Systemabstürzen Unterste des Anwendungssystems - Abwicklung, Organisation und Synchronisation des Nachrichtenaustauschs zw. logischen Benutzern - Ermöglicht die gleichzeitige Kommunikation mehrerer logischer Benutzer - In homogenen Systemen kann Darstellungsschicht (6) entfallen, die Sitzungsschicht muß vorhanden sein - Bei LAN fehlen oftmals die en 5, 6 (wegen der Broadcast-Funktion) OSI-FK-090

19 Darstellungsschicht (Presentation Layer, 6) Aufgaben - Kommunikation zw. Anwendungsprozessen aufheterogenen Rechnersystemen - Einheitliche Darstellung und Behandlung der strukturierten Daten mit syntaktisch verschiedenen Datentypen verschiedenen Darstellungsformaten unter Beibehaltung des Bedeutungsinhaltes - Syntaktische Kompatibilität wird erreicht durch. Transformation der Datenformate einschliesslich Anweisungsstruktur in eine Standardform. Code-Konvertierung. Handhabung mittels abstrakter Datentypen d.h. Konvertierung zw. interner Darstellungsform eines Rechners in die Standard- Darstellung des Netzes - Weitere Funktionen. Datenkompression. Kryptographie wegen Vertraulichkeit und Authentizität Formale Beschreibungssprache ASN.1 der ISO (Abstract Syntax Notation) OSI-FK-100 Aufgaben Anwendungsschicht (Application Layer, 7) Oberste des OSI-Referenzmodells Stellt Dienste für die äußere Benutzung eines Rechnernetzes bereit Wichtige Dienste der Anwendungsschicht - Identifizierung der Kommunikationspartner (über deren Namen bzw. Adresse) - Angaben der logischen Erreichbarkeit der gewünschten Kommunikationspartner - Gewährleistung von Zugriffsrechten bzw. Schutz vor unerlaubter Systembenutzung - Gewährleistung bestimmter Dienstqualitäten, wie Antwortzeit, Durchsatz, zulässige Fehlerrate - Synchronisation kooperierender Applikationsprozesse - Überwachung der zugelassenen Syntax (Zeichenmenge und Datenstruktur) - Informationstransfer 7 kann in 2 Subschichten unterteilt werden: - 7a: benachbart zu 6 mit. Netzverwaltung. Standard-Anwendungsdienste - 7b: Anwendungen OSI-FK-110

20 Anwendungsschicht (Application Layer, 7) Netzverwaltung (Management) - gemäß OSI Beide Teile (Applikations - und System-Management) beziehen sich auf das ganze Netz, nicht auf lokale Systemkomponenten ( --> en-management) - Applikations-Management: Steuerung und Verwaltung der OSI-Applikationsprozesse, u.a.. Parameterinitialisierung der Applikationsprozesse. Initialisierung, Betrieb und Beendigung von Applikationsprozessen. Ressourcenzuweisung / nutzung zu Applikationsprozessen. Feststellung und Verhinderung von Ressourcen-Zugriffskonflikten. Integritätssteuerung. Wiederanlaufsteuerung von Applikationsprozessen - System-Management: Steuerung und Verwaltung von Ressourcen in allen OSI-en, u.a.. Aktivierungsfunktionen (Programme,logische Verbindungen, Leitungen). Programmlade-Funktinen, Parameterinitialisierung. Überwachungsfunktionen (Statusmeldung der Systemressourcen). Fehlerkontrolle (Fehlererkennung / -diagnose,systemrekonfigurierung, Neustart) OSI-FK-120 Anwendungsschicht (Application Layer, 7) Anwendungsdienste Bereitstellung von Protokollen und Diensten zur Unterstützung der Anwendungen, u.a. - Filetransfer: Dateiübertragung zw. verschiedenen Dateisystemen (Konvertierung der Daten, Dateiname) - Verzeichnisdienst: Lokalisierung verteilter Ressourcen - Virtueller Terminaldienst: Abbildung realer Terminals auf abstraktes Terminal - Elektronische Post:Nachrichtenaustausch, MHS, - Remote Job Entry Angebot von Standard-Dienstleistungen (genutzt zum Aufbau oben genannter Dienste) ISO-CASE (Common Application Service Elements): Satz von Dienstleistungen, die von Anwendungen genutzt werden können, insbes. in verteilten Anwendungen CCITT-RTS (Reliable Transfer Service) für X.400-Empfehlung ( ) CCITT-ROS (Remote Operation Service) für X.400-Empfehlung ISO-FTAM (File Transfer, Access and Management) für automatischen Dateitransfer ECMA-VTP (Virtual Terminal Protocol): Terminals unterschiedlicher Hersteller als NW-Terminals CCITT-MHS (Message Handling System): Meldungsvermittlung, z.b. Electronic Mail (X.400) CCITT-Directory Service (X.500): Globaler Dienst zur Ortsbestimmung (Lokalisierung) von Daten und Programmen ECMA-RDA (Remote Database Access): Verteilter, entfernter Datenbankzugriff OSI-FK-130

21 Ausgangspunkt: ARPAnet DoD - Basisreferenzmodell Forschungs - und Militärnetz Förderung durch DoD (Department of Defense) Internet Herauslösen aus ARPA, Nutzung im zivilen Bereich Wichtige Basis: Protokollpaar TCP/IP, ergänzt durch UDP und andere Protokolle 4-schichtiges Referenzmodell Literatur: Cerf u. Kahn (1974) Leiner (1985) Clark (1988) Zielstellungen im Internet: - Verbindung unterschiedlicher Netze (Kabel, Funk, Satellit) - Sicherung gegenüber Zerstörung (insbes. im militärischen Bereich) - flexible Architekur ursprünglich: rein Daten (Texte, Daten, Bilder) nun: Sprache, Video (Multimedia), Gruppenkommunikation, Echtzeit NWA-IP-010 Internet Protokollfamilie DoD - Basisreferenzmodell Referenz - Modell und wichtige Protokolle DoD - A Protokolle Vergleich OSI - A Anwendung virtuelles Terminal E - Mail Filetransfer Anwendung Telnet-Protokoll SMTP FTP HTTP Darstellung Sitzung Transport TCP UDP Transport Internet ARP IP IMCP Vermittlung Lokales NW (Host - to - Host) u.a. LAN (Ethernet, Token Ring) Funk-, Satellitennetz Telefon, PVN, B-ISDN/ATM Sicherung Bitübertragung NWA-IP-020