Schichtenmodell. Informatik Fortbildung Kommunikation in Rechnernetzen. IFB Speyer November Dr. Michael Schlemmer

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1 Schichtenmodell Informatik Fortbildung Kommunikation in Rechnernetzen IFB Speyer November 2011 Dr. Michael Schlemmer

2 ISO-OSI Schichtenmodell Moderne Kommunikationssysteme sind komplex: Gestalt der Signale Absicherung gegenüber Fehlern korrekte Adressierung des Kommunikationspartners Komplexität durch Abstraktion beherrschen Verschiedene Schichten verschiedene Abstraktionsstufen Bekanntestes Schichtenmodell: OSI-Modell (Open Systems Interconnection) der ISO Michael Schlemmer Kaiserslautern 2

3 ISO-OSI Schichtenmodell Jede Schicht stellt der höheren Schicht Dienste zur Verfügung nutzt selbst Dienste der tieferen Schicht Datenfluss vertikal Protokolle sind die horizontale Sender-Empfänger-Verbindung Steuerzeichen werden zu den Daten hinzugefügt zunehmend in tieferen Schichten Ohne Bedeutung für den Benutzer, wichtig für das Kommunikationssystem Michael Schlemmer Kaiserslautern 3

4 ISO-OSI Schichtenmodell Quelle: Optische Telegraphie, Hausarbeit J. Jessl Michael Schlemmer Kaiserslautern 4

5 Schicht 7: Anwendungsschicht definiert Protokolle für spezielle Anwendungen Schicht HTTP 6: Darstellungsschicht Systemunabhängige FTP Darstellung der Daten Kompression POP3 Verschlüsselung SMTP Schicht 5: Sitzungsschicht Kümmert sich um logische Verbindungen Behebt Probleme bei zusammengebrochenen Kommunikationssitzungen. Schicht 4: Transportschicht Realisierung einer Ende-zu-Ende- Kommunikation (Peer-to-Peer) Schicht Bekannte 3: Protokolle: Vermittlungsschicht UDP / TCP Routing Bestimmung des Leitweges einer Nachricht vom Schicht Sender 2: Sicherungsschicht zum Empfänger Weiterleitung Erkennen von der Verlusten Nachricht und durch Verfälschungen die einzelnen Behebung Knoten der resultierenden Fehler IP Schicht Quittungsbetrieb (Internet 1: Bitübertragungsschicht Protocol) Bitweise Übertragung Vorbereitung der physikalischen Übertragung (z.b. Modulation) Michael Schlemmer Kaiserslautern 5

6 Abstraktion am Schichtenmodell abstrakt Abstraktion konkret Abstraktion: Michael Schlemmer Kaiserslautern 6 Details verstecken mit dem Ziel der Vereinfachung

7 Alternativer Zugang: Die Post Beschreiben Sie den Weg eines Postpakets / Briefes Welche Abteilungen der Post sind jeweils zuständig? Michael Schlemmer Kaiserslautern 7

8 Didaktische Reduktion 1 Michael Schlemmer Kaiserslautern 8

9 Didaktische Reduktion 1 Michael Schlemmer Kaiserslautern 9

10 Didaktische Reduktion 1 Michael Schlemmer Kaiserslautern 10

11 Didaktische Reduktion 1 Michael Schlemmer Kaiserslautern 11

12 Didaktische Reduktion 2 (Beispiel ) SMTP senden POP abholen Bitübertragungsschicht Anwendungsschicht Internet Transportschicht Michael Schlemmer Kaiserslautern 12

13 Didaktische Reduktion 2 Michael Schlemmer Kaiserslautern 13

14 Didaktische Reduktion 2 SMTP senden POP abholen Bitübertragungsschicht Benutzerschicht Anwendungsschicht Internet Transportschicht Michael Schlemmer Kaiserslautern 14

15 Literatur Daniel Jonietz: Protokolle Ein forschender Zugang zur Entwicklung von Erklärungsmodellen für die Kommunikation in Rechnernetzen LOG IN Heft 133 (2005) Daniel Jonietz: Protokolle oder Wie man s fälscht Vortragsfolien vom Dr. Klaus Becker: Jens Jessl: Optische Telegrafie (Hausarbeit am Studienseminar Kaiserslautern) Klaus Merkert: Michael Schlemmer Kaiserslautern 15

16 Internetprotokolle Informatik Fortbildung Kommunikation in Rechnernetzen IFB Speyer November 2011 Dr. Michael Schlemmer

17 Internetprotokolle Zur Demonstration konkretes anschauliches Beispiel, z.b.: http (hypertext transfer protocol) ftp (file transfer protocol) ntp (network time protocol) POP3 / IMAP / SMTP ( s) Michael Schlemmer Kaiserslautern 17

18 POP3 & SMTP POP (Post Office Protocol) und SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): recht alt (um 1982) nicht effizient de-facto-standards sehr verbreitet Gut lesbare Definitionen in RFCs vorhanden ( IMAP: höhere Komplexität Michael Schlemmer Kaiserslautern 18

19 POP3 & SMTP via SMTP Sender Was ist im Briefkasten? POP3 Empfänger Mailserver POP3 Hole Nachricht 3 Michael Schlemmer Kaiserslautern 19

20 Eigener Mailserver Für den Unterricht zwei Varianten möglich: Echter Mailserver (bei Provider) Lokaler Mailserver Lokaler Mailserver: Mailserver als Live-Image Frei verfügbar Michael Schlemmer Kaiserslautern 20

21 Wir spielen -Client POP3: Port 110 SMTP: Port 25 Michael Schlemmer Kaiserslautern 21

22 vom Server holen POP-Server Befehle USER PASS LIST STAT RETR DELE NOOP RSET QUIT Antwort: +OK oder -ERR Client muss Reihenfolge einhalten Format beachten Daten korrekt interpetieren Zustandsorientiertes System Beschreibung als Zustandsgraph oder in SDL möglich Michael Schlemmer Kaiserslautern 22

23 POP in SDL AUTH2 AUTH1 PASS... QUIT * USER... QUIT * prüfen... +OK -ERR +OK +OK -ERR OK? nein AUTH2 AUTH2 AUTH1 +OK -ERR TRANS Michael Schlemmer Kaiserslautern 23

24 POP in SDL (2) TRANS RETR n QUIT * LIST NOOP STAT Mail n holen und ausgeben +OK Liste ermitteln und ausgeben Statistik ausgeben OK? nein +OK -ERR -ERR +OK +OK +OK TRANS TRANS TRANS TRANS TRANS TRANS Michael Schlemmer Kaiserslautern 24

25 senden SMTP-Server HELO MAIL RCPT DATA QUIT Ende einer , wenn in einer Zeile allein ein einzelner Punkt steht SMTP-Client muss von dieser Sonderbedeutung von wissen und entsprechend damit umgehen! Michael Schlemmer Kaiserslautern 25

26 Vereinfachtes Schichtenmodell: Beispiel SMTP senden POP abholen Übertragungsschicht Benutzerschicht Anwendungsschicht Internet Transportschicht Michael Schlemmer Kaiserslautern 26

27 Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia Quelle: Protokolle D.Jonietz Log IN Heft Nr. 133 (2005) Michael Schlemmer Kaiserslautern 27

28 Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia Quelle: Protokolle D.Jonietz Log IN Heft Nr. 133 (2005) Michael Schlemmer Kaiserslautern 28

29 Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia Quelle: Protokolle D.Jonietz Log IN Heft Nr. 133 (2005) Michael Schlemmer Kaiserslautern 29

30 Zusammenfassung POP / SMTP gut im Unterricht umsetzbar Intuitives Verständnis von SDL Lehrplan: Vernetzung mit Zustandsbasierte Modellierung OSI-Modell wurde (fast) komplett durchlaufen Rundet die Unterrichtsreihe ab Michael Schlemmer Kaiserslautern 30