Schichtenmodell Informatik Fortbildung Kommunikation in Rechnernetzen IFB Speyer 14.-16. November 2011 Dr. Michael Schlemmer
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
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
ISO-OSI Schichtenmodell Quelle: Optische Telegraphie, Hausarbeit J. Jessl Michael Schlemmer Kaiserslautern 4
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
Abstraktion am Schichtenmodell abstrakt Abstraktion konkret Abstraktion: Michael Schlemmer Kaiserslautern 6 Details verstecken mit dem Ziel der Vereinfachung
Alternativer Zugang: Die Post Beschreiben Sie den Weg eines Postpakets / Briefes Welche Abteilungen der Post sind jeweils zuständig? Michael Schlemmer Kaiserslautern 7
Didaktische Reduktion 1 Michael Schlemmer Kaiserslautern 8
Didaktische Reduktion 1 Michael Schlemmer Kaiserslautern 9
Didaktische Reduktion 1 Michael Schlemmer Kaiserslautern 10
Didaktische Reduktion 1 Michael Schlemmer Kaiserslautern 11
Didaktische Reduktion 2 (Beispiel E-Mail) SMTP senden POP abholen Bitübertragungsschicht Anwendungsschicht Internet Transportschicht Michael Schlemmer Kaiserslautern 12
Didaktische Reduktion 2 Michael Schlemmer Kaiserslautern 13
Didaktische Reduktion 2 SMTP senden POP abholen Bitübertragungsschicht Benutzerschicht Anwendungsschicht Internet Transportschicht Michael Schlemmer Kaiserslautern 14
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 E-Mails fälscht Vortragsfolien vom 19.09.2006 Dr. Klaus Becker: www.inf-schule.de Jens Jessl: Optische Telegrafie (Hausarbeit am Studienseminar Kaiserslautern) Klaus Merkert: http://www.hsg-kl.de/faecher/inf/netze/index.php Michael Schlemmer Kaiserslautern 15
Internetprotokolle Informatik Fortbildung Kommunikation in Rechnernetzen IFB Speyer 14.-16. November 2011 Dr. Michael Schlemmer
Internetprotokolle Zur Demonstration konkretes anschauliches Beispiel, z.b.: http (hypertext transfer protocol) ftp (file transfer protocol) ntp (network time protocol) POP3 / IMAP / SMTP (E-Mails) Michael Schlemmer Kaiserslautern 17
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 (www.rfcs.org) IMAP: höhere Komplexität Michael Schlemmer Kaiserslautern 18
POP3 & SMTP via SMTP Sender Was ist im Briefkasten? POP3 Empfänger Mailserver POP3 Hole Nachricht 3 Michael Schlemmer Kaiserslautern 19
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
Wir spielen E-Mail-Client POP3: Port 110 SMTP: Port 25 Michael Schlemmer Kaiserslautern 21
E-Mail 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
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
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
E-Mail senden SMTP-Server HELO MAIL RCPT DATA QUIT Ende einer E-Mail, 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
Vereinfachtes Schichtenmodell: Beispiel E-Mail SMTP senden POP abholen Übertragungsschicht Benutzerschicht Anwendungsschicht Internet Transportschicht Michael Schlemmer Kaiserslautern 26
Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia Quelle: Protokolle D.Jonietz Log IN Heft Nr. 133 (2005) Michael Schlemmer Kaiserslautern 27
Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia Quelle: Protokolle D.Jonietz Log IN Heft Nr. 133 (2005) Michael Schlemmer Kaiserslautern 28
Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia Quelle: Protokolle D.Jonietz Log IN Heft Nr. 133 (2005) Michael Schlemmer Kaiserslautern 29
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