ISO-OSI Schichtenmodell

Das Schichtenmodell

Das ISO-OSI Schichtenmodell visualisiert die Vorgänge in einem Netzwerk mit Hilfe einer abstahierten schichtweisen Ansicht. Dabei baut jede Schicht auf den darunterliegenden über sog. Service Acess Points (SAP) auf und kann deren Dienste nutzen:

Die Kommunikation in vielen Computernetzen ist nach dem OSI-Schichten-Modell strukturiert. Es beinhaltet sieben Schichten, die aufeinander aufbauen. Dabei nutzt es ein Konzept, in dem eine Schicht Dienste der unter ihr liegenden Schicht in Anspruch nimmt und durch eigene Funktionalität erweiterte Dienste der über ihr liegenden Schicht zu Verfügung stellt. Die wichtigsten Protokolle der Paketvermittlung sind X.25, TCP/IP, Frame Relay und SMDS (Switched Multimegabit Data Service) beziehungsweise Datex-M.

Die einzelnen Schichten

Die unteren drei Schichten bilden die wesentlichen Funktionen eines Netzwerkes. Die physikalische Schicht 1 beschreibt die Kabel und die Bitkodierung. Darauf aufsetzend bietet die Schicht 2 der über ihr liegenden Schicht die Möglichkeit, Datenpakete zwischen zwei Systemen zu senden und zu empfangen. Die Netzwerkschicht wiederum realisiert einen Dienst zur Übertragung mehrerer Datenpakete über mehrere Netzwerkknoten hinweg. Dies nutzt dann die Transportschicht 4 dazu, eine Ende-zu-Ende-Verbindung herzustellen und zu gewährleisten. Die darauf aufsetzenden Schichten werden in der Regel zusammengefaßt und beinhalten Dienste oder Anwendungen auf den Endsystemen, die das darunterliegende Transportmedium nutzen.

Physical Layer

zuständig für den Transport des Datenstroms:

• elektrische Darstellung der Datenbits (Kodierung, Modulation)
• optische Darstellung der Datenbits
• Übertragungsgeschwindigkeit (Baud), Synchronisierung
• Vollduplex / Halbduplex / ... (CSMADT = Collision Detection)
• Physikalischer Anschluss, z.B.: Twisted Pair / Kupfer

Belegung der Leitungen:

Leitungsbelegung bei Ethernet

Bei einer Direktverbindung zweier Teilnehmer müssen die Adernpaare 1,2 und 3,6 vertrauscht werden (Cross-Over oder Cross-Linked Verbindung).

Bei Gigabit Ethernet wird über jedes der 4 Leitungspaare gleichzeitig mit 250Mbit/s gesendet und empfangen, und zwar mit einer Frequenz von 125MHz (2Bit pro Takt). Daher müssen für 1GB-Ethernet Verbindungen 8adrige Kabel verwendet werden (Kat. 5 reicht jedoch auch hier für den Hausgebrauch meistens aus).

Bei ATM sind die 4 Leitungen 1,2 & 7,8 belegt, bei ISDN die Leitungen 3,6 & 4,5 .

Protokolle, die auf dem Physical Layer arbeiten, sind beispielsweise

• Ethernet (Repeating)
• ISDN (Integrated Services Digital Network)

Data Link Layer

Der Data Link Layer (auch: Link Local Layer) ist zuständig für eine fehlerfreie, gesicherte Übertragung der Daten:

• Fehlererkennung:
  1. Prüfsumme (reines Addieren der Werte, ein Vertauschen von Bytes wird nicht erkannt)
  2. CRC (Polynomdivision), das Vertauschen von Bytes wird erkannt und es erfolgt ein erneutes Verschicken der Daten
• Fehlerkorrektur: Aufgabe der DLC-Protokolle
• Framing:
  1. Bitstuffing: Aufteilen der Daten in Frames, die durch Start- und Stop-Sequenzen voeinander getrennt werden. Diese Sequenzen dürfen in den Daten nicht vorkommen, weshalb nach 5 vorkommenden 1en von Sender eine 0 eingefügt wird, die der Empfänger wieder verwirft.
  2. Bildung von Frames: Transparente Übertragung der Daten über die Leitung mittels Framing und Bit-/Bytestuffing
• DLC-Protokolle:
  1. HDLC, SDLC, ...
  2. LAPB, LAPD, ...

Protokolle, die auf dem Data Link Layer arbeiten, sind beispielsweise

• Ethernet (Switching)
• ATM (Asynchronous Transfer Mode)
• SLIP (Serial Line IP)
• PPP (Point-to-Point Protocol)

Network Layer

Transport der Daten im Netzwerk zum richtigen Ziel:

• Verbindungsauf- & -abbbau
• "Wegfindung" im Netz
• "Wegfindung" in andere Netze
• Anpassung der Daten an die darunterliegende Netzstruktur
• Accounting (Statistik)
• Fragmentierung der Pakete: Dynamische Anpassung der Paketgrößen an MTU und Geschwindigkeit
• Wichtigste Protokolle:
  • X.25 (Datex-P)
  • Q 931 (ISDN)
  • Q 2931 (ATM)
  • IP (Internet Protocol)

Transport Layer

Abstraktionsschicht zum Netzwerk:

• eindeutiger, globaler Adressraum
• Datagramservice (UDP)
• Logische Verbindungen (TCP)
• Fehlerfreier Message- / Bytetransport von Endpunkt zu Endpunkt
  • TCP: nur fehlerfreier Bytetransport, da streamorientiertes Protokoll
  • UDP: nur fehlerfreier Messagetransport, da messageorientiertes Protokoll; Fehlerkorr.: meist über DNS
• Multiplexen auf eine Netzwerkverbindung
• Flusskontrolle: Anpassung der Geschwindigkeit (auch im Ethernet: über Multicast-Ethernet-Pakete von einem Switch)