Die International Standards Organization (ISO) setzte 1977 ein Unterkomitee ein, um das Open Systems Interconnection (OSI) Modell zu entwickeln. Im Jahre 1983 wurde dieses Modell zum internationalen Standard erklärt. Das ISO/OSI - Referenzmodell (ISO 7498) dient zur abstrakten Beschreibung der Interprozeßkommunikation zwischen räumlich entfernten Kommuniktionspartnern. Dieses Modell soll es erleichtern, komplexe Vorgänge bei der Datenübertragung zwischen zwei Rechnern zu verstehen, in dem logische und physikalische Vorgänge bestimmten Schichten zugeordnet werden. Damit wird es auch möglich, Regeln für bestimmte Schichten der Kommunikation festzulegen, ohne dabei die Regelgerüste der anderen Schichten antasten zu müssen, da jede Schicht ihrer übergeordneten Schicht Dienste anbietet und Dienste der untergeordneten Schicht in Anspruch nimmt. D.h. die Funktionsweisen und Regeln der untergeordneten Schicht bleiben verborgen. Das OSI-Modell spezifiziert keinen einzelnen, alles umfassenden Standard für jede Schicht, es deckt vielmehr eine große Palette von vorhandenen Standards ab und gibt Richtlinien für neue Standards.
Das OSI-Referenzmodell bietet einen Rahmen für die Entwicklung von internationalen Standards, die wiederum das Zusammenwirken von internationalen Systemen erleichtern.
"Die langfristigen Ziele sind die Entwicklung einer flexiblen Gruppe von zusammenhängenden Standards, die die mannigfaltigen Bedürfnisse von verschiedenen Anwendergruppen befriedigen werden und die schrittweise Ersetzung von anwendereigenen und De-facto-Standards durch internationale einheitliche Standards. Leider hat ausgerechnet diese Flexibilität des OSI-Modells beträchtliche Verwirrung gestiftet."
Das OSI-Modell basiert auf dem Schichtenansatz, bei dem jede Schicht der darüberliegenden Schicht eine Reihe zusammengehöriger Dienste zur Verfügung stellt und aus der darunterliegenden Schichten einfachere Funktionen anfordert. Die einzelnen Schichten sind so definiert, daß Veränderungen an einer Schicht keine Veränderung an den anderen Schichten erforderlich machen Bei dem Entwurf eines solchen Modells mußte das OSI-Komitee dafür sorgen, daß die Funktionen logisch angeordnet waren und es genug Schichten gab, um die Kommunikation handhaben zu können, aber nicht so viele, daß der Verarbeitungsoverhead zu groß und drückend wurde. Zur Beschreibung der Struktur und Funktion von Protokollen für die Datenkommunikation wird häufig ein Architekturmodell herangezogen. Daraus ergab sich das OSI-Referenzmodell, welches 7 Schichten umfaßt.
Abbildung 1: Das Schichtenmodell
Das OSI-Referenzmodell schafft einen Bezugsrahmen für die Behandlung von Themen aus dem Bereich der Datenkommunikation. Die in diesem Modell verwendeten Begriffe sind wohldefiniert und in der Welt der Datenkommunikation weit verbreitet. Über Themen aus diesem Bereich kann man nicht diskutieren, ohne dabei auf die OSI-Terminologie zurückzugreifen. Ein für eine Schicht festgelegter Satz von Regeln und Spezifikationen wird Protokoll genannt. Schichten gleicher Ebene kommunizieren also über das Protokoll, Schichten unterschiedlicher Hierarchiestufen kommunizieren über die Dienstschnittstellen, sog. Primitives, die ebenfalls im OSI-Modell festgelegt sind. Jede Schicht des OSI-Modells repräsentiert eine Funktion, die beim Austausch von Daten zwischen Anwendungen über ein dazwischenliegendes Netzwerk hinweg ausgeführt wird. Diese Art der Darstellung erscheint wie ein Haufen von Ziegelsteinen, die übereinander gestapelt wurden, weshalb man oft von einem Stack bzw. Protokoll-Stack spricht. Jede einzelne Schicht stellt eine Funktion der Datenkommunikation dar, die von beliebig vielen Protokollen ausgeführt werden kann. Jede Schicht kann also mehrere Protokolle enthalten, von denen jedes solche Dienste bereitstellt, wie sie für die Erfüllung der Funktion dieser Schicht benötigt werden. Protokolle für die Dateiübertragung oder für den E-Mail-Verkehr stellen z.B. Benutzerdienste zur Verfügung und gehören beide in die Anwendungsschicht. Jedes Protokoll kommuniziert mit seinem Peer (Gegenüber). Ein Peer ist die Implementierung desselben Protokolls in der entsprechenden Schicht auf einem fremden Rechner. Die Kommunikation zwischen den Peers muß standardisiert sein, damit ein erfolgreicher Datenaustausch stattfinden kann. Abstrakt ausgedrückt ist jedes Protokoll nur an der Kommunikation mit seinem Peer interessiert - nicht jedoch an den Schichten darüber oder darunter. Beim Transport von Daten zwischen einer lokalen Anwendung und derselben Anwendung auf einem entfernten Rechner wird jede einzelne Schicht durchlaufen. Aus diesem Grunde muß es eine Vereinbarung darüber geben, wie die Daten zwischen den einzelnen Schichten innerhalb eines Computers weitergereicht werden. Die oberen Schichten sind darauf angewiesen, daß die unteren Schichten die Daten über das zugrundeliegende Netzwerk transportieren. Dazu werden die Daten von jeder Schicht an die jeweils darunterliegende Schicht übergeben, bis die Protokolle der Bitübertragungsschicht (Physical Layer) die Daten über das Netzwerk transportieren. Auf dem Zielrechner werden die Daten durch alle Schichten hindurch nach oben an die empfangende Anwendung weitergereicht. Dabei müssen die einzelnen Schichten nicht wissen, wie die Schichten darüber und darunter die Daten handhaben. Sie müssen nur wissen, wie die Daten an die andere Schicht zu übergeben sind. Diese Isolierung einzelner Funktionen der Datenübertragung in den verschiedenen Schichten hat zur Folge, daß der Einfluß von technischen Änderungen auf die Protokollfamilie insgesamt minimiert wird. Neue Anwendungen können eingebunden werden, ohne daß das physikalische Netzwerk geändert wird. Andersherum kann Netzwerkhardware installiert werden, ohne daß die Anwendungssoftware neu geschrieben werden muß. In den folgenden Grafiken ist das OSI-Referenz-Modell nochmals dargestellt. Desweiteren sind die Aufgaben und Protokolle grob aufgeschlüsselt.
Abbildung 2: Referenzmodell Protokollen und Aufgaben
Abbildung 3: ISO-OSI-Referenzmodell
3.1. Schicht 1: Die physikalische Schicht
Die physikalische Schicht (engl.: Physical Layer) des OSI-Modells ist die Unterste in der Hierarchie der sieben Schichten und stellt für die Datenverbindungsinstanzen der nächsthöheren Schicht eine Reihe von Diensten zur Verfügung. Auf dieser Schicht werden die einzelnen Bits über entsprechende Schnittstellen und ein zugehöriges Medium zwischen den Teilnehmern übertragen.
Die Grundfunktion besteht in der Bereitstellung der physikalischen Verbindung und deren kontinuierlicher Betriebsbereitschaft. Die Hauptaufgabe dieser Schicht besteht darin,
"die mechanischen, elektrischen, funktionalen und prozeduralen Mittel für Aufbau, Wartung und Abbau physikalischer Verbindungen für Bitübertragungen zwischen Datenverbindungs-Instanzen bereitzustellen."
Als Datenübertragungswege können verwendet werden:
Träger sind Schall- und Radiowellen.
Träger sind Stromimpulse, bzw. elektromagnetische Wellen. Als Beispiel sind Koaxialkabel zu nennen, die mit 2 ineinanderliegenden (koaxialen) Leitern (Twisted Pair-Kabel) ausgestattet sind.
Träger sind Lichtwellen Lichtwellenleiter bestehen aus haarfeinen Glasfäden, in denen Licht als Informationsträger fließt.
Protokolle der physikalischen Schicht sind z.B.:
Asynchrone Vollduplex-Verbindung mit einer Geschwindigkeit von 38.000 bps zwischen DTE und DCE bei Abständen bis zu 15 Metern zwischen Sender und Empfänger.
Synchrone Duplexverbindung mit einer DTE und einer DCE Geschwindigkeit mit bis zu 48.000 bps.
Die Datenverbindungsschicht (engl. Data Link Layer) wird auch als Sicherungsschicht oder Protokollschicht bezeichnet. Sie ist für den fehlerfreien Transport von Daten zuständig. Zu ihren Aufgaben gehört das Erkennen und Beheben von Fehlern und die Regelung des Zugriffs auf das Medium. Hier wird die Datensicherung während der Übertragung durchgeführt und das Übertragungsprotokoll festgelegt. Man unterteilt diese Schicht in MAC (Medium Access Control) und LLC (Logical Link Control). Die MAC-Schicht legt das Zugriffsverfahren fest und die LLC-Schicht übernimmt das Sicherungsprotokoll. Die Sicherungsschicht faßt Informationseinheiten zu Blöcken zusammen und versieht diese mit Sicherungseinheiten, um Datenverlust und Datenverfälschung zu verhindern.
Protokolle der Datenverbindungsschicht sind:
Die Netzwerkschicht (engl. Network Layer) wird auch als Vermittlungsschicht bezeichnet.
Diese Schicht beinhaltet Prozeduren, um Daten zwischen adressierbaren Systemenaustauschen zu können. Die Prozeduren werden dabei in verbindungslose und verbindungsorientierte Prozeduren untergliedert. Die Aufgabe der Netzwerkschicht ist es, die Datenvermittlung (auch Routing genannt) und die Mehrfachausnützung von Verbindungen (sogenanntes Multiplexing). In der Vermittlungsschicht wird die Verbindung zwischen zwei Teilnehmern eines Netzwerks verwaltet. Bei einem komplexen Netzwerk findet hier das Routing (Auswahl des günstigsten Kommunikationsweges) statt. Desweiteren ist sie für die Bereitstellung geeigneter Adressierung, die Vermittlung, den Verbindungsaufbau und -abbau, Rücksetzung, Unterbrechung, Fehlererkennung und den transparenten Datentransport zwischen den Netzwerkendpunkten zuständig. Das wichtigste Protokoll dieser Schicht ist das Internet Protocol (IP), welches im RFC 791 definiert wird. Alle Protokolle der Schichten oberhalb und unterhalb von IP benutzen IP für den Transport von Daten. Alle Daten, sowohl eingehende als auch ausgehende, durchlaufen, unabhängig vom Ziel, auch das IP.
Weitere Protokolle der Netzwerkschicht sind: X.21 und X.25
Zur Transportschicht (engl. Transport Layer) gehören Prozeduren, die eine fehlergesicherte Datenübertragung zwischen unterschiedlichen System gewährleisten. Die Aufgaben sind Aufbau und Unterhalt einer (virtuellen) Verbindung zwischen zwei Prozessen, Fehlerkorrektur und sortierte Datenbereitstellung. Sie ermöglicht die vollduplexe Kommunikation zwischen zwei Teilnehmern, indem sie Dienste für den Datentransport bereitstellt. Die beiden wichtigsten Protokolle dieser Schicht sind das Transmission Control Protocol (TCP) und das User Datagram Protocol (UDP). TCP stellt einen zuverlässigen Datenübertragungsdienst mit Fehlererkennung und -korrektur von einem Ende der Verbindung bis zum anderen bereit. UDP bietet eine verbindungslose Übertragung, die sich durch geringen Verwaltungsaufwand auszeichnet. Beide Protokolle stellen eine Schnittstelle zwischen der Anwendungsschicht und der Netzwerkschicht zur Verfügung. Das User Datagram Protocol gewährt Anwendungsprogrammen einen direkten Zugriff auf einen Datagrammtransportdienst, der dem des Internetprotokolls ähnelt. Auf diese Weise können Anwendungsprogramme mit minimalem Verwaltungsaufwand Nachrichten über das Netz austauschen. UDP ist ein unzuverlässiges, verbindungsloses Datagrammprotokoll. Anwendungen, die darauf angewiesen sind, daß ihre Daten zuverlässig den Bestimmungsort erreichen, benutzen das Transmission Control Protocol, weil es sicherstellt, daß die Daten korrekt und in der richtigen Reihenfolge über das Netz transportiert werden. TCP ist ein zuverlässiges, verbindungsorientiertes Byte-Stream-Protokoll. Die Zuverlässigkeit erreicht TCP durch einen Mechanismus namens Positive Acknowledgement with Re-Transmission (positive Bestätigung mit Neuübertragung). Ein Rechner sendet die Daten noch einmal, solange er von der Gegenstelle keine Bestätigung erhält, daß sie korrekt empfangen wurden.
Weitere Protokolle der Transportschicht sind: X.224, ISO-Transport ISO 8073, Sequence Packet
Die Sitzungsschicht (engl. Session Layer), auch Kommunikationsschicht oder Kommunikationssteuerungsschicht genannt, stellt Dienste bereit, die für beide Teilnehmer gemeinsame Umgebungen (z.B. gemeinsame Datenbereiche) ermöglichen. In dieser Schicht werden Prozeduren für den geregelten Dialog zwischen Anwendungen beschrieben. Dazu gehören der Auf- und Abbau einer Verbindung, die Festlegung der Form des Dialogs (voll - bzw. halbduplex) und das gezielte Aufsetzen nach einer Fehlersituation (Checkpoints). Die wichtigsten Dienste der Sitzungsschicht sind: Aufbau und Freigabe von Sitzungsverbindungen, normaler und beschleunigter Datenaustausch, Dialogüberwachung, Synchronisation der Dialoge in der Sitzungsverbindung, ...
Protokoll der Sitzungsschicht sind z.B.: Telnet, FTP, X.215, ISO Session DIS 8326
3.6. Schicht 6: Die Darstellungsschicht
Die Darstellungsschicht (engl. Presentation Layer) legt die Richtlinien im Hinblick auf Format (Komprimierung), Kodierung (Zeichensatz, Verschlüsselung) und Syntax der Daten festgelegt.
Eine weitere Aufgabe dieser Sicht ist die Umwandlung der maschinenorientierten Sichtweise der unteren Schichten in eine problemorientierte. Sie stellt beispielsweise Dienste wie Datei- und Jobtransfer zur Verfügung. Die Hauptaufgabe der Darstellungsschicht ist es, die Daten für die Instanzen der Anwendungsschicht umzusetzen und zu konvertieren, um somit Datenübertragungen zwischen verschiedenartigen Anwendungen zur ermöglichen. Sie erbringt desweiteren alle benötigten Dienste für den Verbindungsaufbau, die Datenübertragung, die Verbindungslösung und den Abbruch einer Übertragung.
Protokolle der Darstellungsschicht sind z.B. Telnet, FTP, X.400, ISO-Presentation DIS 8822
3.7. Schicht 7: Die Anwendungsschicht
Hier werden ganz allgemein die Dienstleistungen der Kommunikationsschichten in Bezug auf die nutzenden Anwendungen definiert. Dabei wird die Schicht von OSI in drei Funktionsbereiche unterteilt. Das Benutzer-Element (User Element) stellt die eigentliche Schnittstelle zwischen Anwendungsprozeß und Kommunikationsdiensten dar. Die Common Application Service Elements (CASE) sind definierte Funktionen für eine Vielzahl von Anwendungen. Hingegen sind die Specific Application Service Elements (SASE) Funktionen für spezielle Anwendungen, wie Datenübertragung (File Transfer), Mailing und Terminalzugang (Terminal Access).
Es gibt viele Anwendungsprotokolle, von denen die meisten dem Benutzer gewisse Dienste zur Verfügung stellen. Weit verbreitete Anwendungen sind:
TELNET ermöglicht es dem Benutzer, sich in einem weit entfernten Rechner einzuloggen.
FTP ermöglicht einen interaktiven Dateitransfer von oder zu einem weit entfernten Rechner.
SMTP ist für den Austausch von elektronischer Post zuständig.
DNS übernimmt die Zuordnung von numerischen IP-Adressen zu den Namen, die den Geräten im Netzwerk zugeordnet sind.
NFS ermöglicht den gemeinsamen Zugriff von mehreren Rechnern im Netz auf einzelne Dateien.
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Nicholas Heap, OSI - Referenzmodell ohne Geheimnis Verlag Heinz Heise, 1994
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Andreas Mock, Recherchen im Internet Diplomarbeit, Universität Augsburg http://pc91w0.wiso.uni-augsburg.de/edvbeauf/studinfo/mock/public_html/diplom/inhalt.html
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Universität Tübingen, Informatik und Gesellschaft Seminar am WILHELM-SCHICKARD-INSTITUT
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[4] |
M.Scheller, K.-P. Boden, A. Geenen, J. Kampermann, Internet: Werkzeuge und Dienste von Archie bis World Wide Web Hrsg: ASK, Springer Verlag Berlin Heidelberg 1994 http://www.ask.uni-karlsruhe.de/books/inetwd.html(Online-Version)
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AT&T Interspan Services, ISO OSI Reference Model http://www.att.com/interspan/overview/att00417.html
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Telekom-AG |