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Information Technology / Computer S

University, School

HS Bremerhaven

Grade, Teacher, Year

1,3, H.Steenbook, 2014

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Das

OSI - Referenzmodell

Technischer Bericht

Inhaltsverzeichnis


Zielsetzung


Der technische Bericht soll Aufschluss darüber geben, wieso ein standardisiertes Kommunikationsmodell in der Netzwerktechnik eingeführt wurde und welche Aufgaben und Funktionen die einzelnen Layer des ISO/OSI Referenzmodells haben.

Grundlagen


Kommunikation

Als Kommunikation (lat. communicare = teilen, mitteilen, teilnehmen lassen, vereinigen) wird im Allgemeinen der wechselseitige Informationsaustausch zwischen mindestens zwei Parteien definiert, wobei dieser gewissen Regeln unterliegt, damit der Inhalt unverfälscht und richtig Verstanden ankommen kann. Das in 1 vereinfacht dargestellte Kommunikationsmodell beschreibt die grundsätzlichen Aspekte eines Informationsaustausches.

Ausgehend vom Sender, der beispielsweise seine Gedanken in Worte fasst und diese durch Aussprechen in Schallwellen umwandelt, wird die Information durch das Übertragungsmedium Luft transportiert und am Ohr des Empfängers umgewandelt, damit dieser das Gedachte verstehen kann.

Anhand dieses einfachen Modells kann man gut nachvollziehen, dass Sender und Empfänger dieselbe Sprache sprechen müssen um einen Informationsaustausch erfolgreich abschließen zu können. Wenn dieses Modell nun in der Netzwerktechnik Anwendung finden soll, müssen abgesehen von der vom Computer benutzten Sprache, noch viele weiter Faktoren, wie beispielsweise herstellereigene Spezifikationen, berücksichtig werden.

Aufgrund der Vielzahl von Herstellern und unterschiedlichen Systemen wurde es unabdingbar ein geeignetes Modell zu entwickeln, welches hilft die Kommunikation in einem Netzwerk zu standardisieren und damit auch zu vereinfachen. Durch die Einführung des OSI Referenzmodells wurde es möglich, Netzwerke zu planen ohne darauf achten zu müssen, dass alle Teilnehmer dieselben Sprachen sprechen.

OSI Referenzmodell

Das OSI Referenzmodell (OSI – Open System Interconnection) der International Standard Organisation (ISO), welches erstmalig im Jahr 1984 als internationaler Standard veröffentlicht wurde, dient bis heute als Grundlage für eine Vernetzung offener Systeme. Das OSI Referenzmodell soll als Basis für die Koordination der Entwicklung von Standards zur Vernetzung von Systemen dienen und soll gleichzeitig die Möglichkeit bieten, das bereits bestehende Standards in das Modell integriert werden können

.Auszug aus ISO/IEC 7498-1

The purpose of this Reference Model of Open Systems Interconnection is to provide a common basis for the coordination of standards development for the purpose of systems interconnection, while allowing existing standards to be placed into perspective within the overall reference model“

Um diese Ziele erreichen zu können, wurde mit dem OSI Referenzmodell eine logische Gliederung entwickelt, die die wesentlichen Leistungen eines Netzwerks in Aufgaben einteilt und als Schichten darstellt1. Wie das Innere dieser Schichten jedoch aufgebaut ist, hat aber keine Bedeutung, da lediglich die Schnittstellen zwischen den Layern maßgebend für ein eindeutiges Verhalten des Gesamtsystems sind2.

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Das OSI-Referenzmodell - Technischer Bericht
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Grundsätzliche Funktionsweise eines Schichtenmodells


Damit das OSI Referenzmodell verstanden werden kann, muss im Vorfeld eine nähere Erläuterung der Funktionsweise von Netzwerkschichtenmodellen erfolgen, da die Kommunikation in diesen immer demselben Schema folgt.

Eine jede Schicht besteht aus definierten Schnittstellen (SAP – Service Access Point) und einem Modul, auch Instanz genannt, welches vertikal mit den angrenzenden Schichten, aber auch horizontal mit räumlich getrennten Schichten derselben Hierarchieeben kommuniziert. Die vertikale Beziehung zwischen den Instanzen wird als Dienst, und die Horizontale als Protokoll bezeichnet.

Diese Protokolle legen eindeutige Kommunikationsregeln fest, um die Lesbarkeit der Daten beim Empfänger zu gewährleisten.

Weiterhin ist es so, dass Schichten höherer Ebene (N+1) den Dienst, der ihnen von der darunterliegenden Ebene (N) angeboten wird, nutzen, um ihre Aufgabe erfüllen zu können. Darüber hinaus sind Schichtenmodelle so konzipiert, dass eine Ebene komplett ausgetauscht werden kann, solange die Schnittstellen dieselben Spezifikationen haben. Der Austausch einer Netzwerkkomponente (bspw.

Netzwerkkarte) hat somit keinen Einfluss auf die installierten Anwendungen.

Wenn nun die Schicht N+1 Daten erhält, die sie verarbeiten soll und an die Schicht N weitergeben muss, da eine Versendung über ein Netzwerk erforderlich ist, verarbeitete die Instanz der Schicht N+1 diese und hängt einen sogenannte PDU (Protocol Data Unit) an die Daten an. In der PDU sind Informationen über das verwendetet Protokoll und weitere schichtspezifische Daten vorhanden.

Die sieben Layer des OSI Referenzmodells


Layer 7 – Application Layer

Der Application Layer (zu Deutsch: Anwendungsschicht) regelt den Zugriff auf die Anwenderprogramme, wobei die Anwendung selbst aber kein Teil dieser Schicht ist. Sie dient somit der Ein- und Ausgabe von Daten und stellt die Schnittstelle zum Benutzer, bzw. dem Endgerät dar.

Beispiele für Anwendungen die direkt auf dieser Schicht arbeiten sind Webbrowser wie Mozilla Firefox oder E-Mailprogramme wie Thunderbird. Eines der Bekanntesten Protokolle dieser Ebene ist das HTTP-Protokoll, welches die Besonderheit hat, die Aufgaben der Schichten 6 und 5 ebenfalls zu übernehmen.

Layer 6 – Presentation Layer

Im Presentation Layer (zu Deutsch: Darstellungsschicht) erfolgt die Anpassung der Daten auf ein einheitliches Format, damit Fehlinterpretationen durch Prozessoren verschiedener Bauweise vermieden werden können. Darüber hinaus finden in dieser Schicht Konvertierungs-, Kompressions- und Verschlüsselungsverfahren ihre Anwendung, um zum einen die Netzlast zu verringern und um zum anderen die Informationen durch geeignete Codierung vor unberechtigtem Zugriff zu schützen.

Layer 5 – Session Layer

Der Session Layer (zu Deutsch: Sitzungsschicht) ist für Synchronisation und Organisation von Daten- und Steuerinformationen für die sich im Dialog befindenden Stationen zuständig3. Unter eine Sitzung versteht man die Kommunikation zwischen zwei Anwendungen, wobei es unerheblich ist, ob diese auf demselben System oder aber räumlich getrennt voneinander laufen.

Da es möglich ist, dass verschiedene Anwendungen parallel laufen, separiert der Session Layer diese und sorgt für den Aufbau, die Aufrechterhaltung und den Abbau aller Sitzungen.

Als Beispiel für diese Schicht dient das SMB Protokoll, welche für Datei- und Druckerfreigaben zuständig ist.

Das bekannteste Protokoll dieser Schicht ist das Transmission Control Protocol (kurz: TCP).

Layer 3 – Network Layer

Der Network Layer (zu Deutsch: Netzwerkschicht) ist für das Finden eines den Anforderungen gerecht werdenden Übertragungsweges, sowie gegebenenfalls einer Umleitung, verantwortlich. Unter Anforderungen an den Übertragungsweg versteht man beispielsweise eine gleichmäßige Lastverteilung, hoher Durchsatz, geringe Kosten oder höchstmögliche Sicherheit.

Darüber hinaus findet in dieser Schicht eine logische Adressierung statt.

Das bekannteste Protokoll dieser Schicht ist das Internet Protokoll (kurz: IP).

Layer 2 – Data Link Layer

Die Hauptaufgabe des Data Link Layer (zu Deutsch: Sicherungsschicht) ist es, Bitströme in logische Einheiten(Frames) zu gruppieren. Es findet eine funktionale Trennung in zwei Aufgabenbereiche statt. Zum einen wird der Zugriff auf das Übertragungsmedium mittels MAC Adresse geregelt und zum anderen verwaltet sie die logischen Verbindungen(LLC).

Layer 1 – Physical Layer

Der Physical Layer (zu Deutsch: Bitübertragungsschicht) dient der Bereitstellung und der kontinuierlichen Betriebsbereitschaft von mechanischen, elektrischen und funktionalen Parametern zur physikalischen Übertragung. Hierzu zählen unter anderem das Definieren von Steckverbindungen, Pegeln, Kabel, Leitungstypen, Bit-Kodierungsregel.

4 zeigt den Weg einer Kommunikation zwischen zwei Endgeräten über einen Router in der Darstellung des OSI Referenzmodells.

Zusammenfassung


Die Einführung des OSI Referenzmodells zur Sicherstellung der Netzwerkfähigkeit, aber vor allem der Kompatibilität verschiedener Netzwerkkomponenten, hat dafür gesorgt, dass die Kommunikation mittels technischer Komponenten deutlich mehr Menschen erreichen kann als in den Zeiten davor. Auch wenn wir die Hintergründe nicht immer kennen, bzw. nicht kennen wollen, so ist den Entwicklern dieses Modells vieles zu verdanken.

Quellenverzeichnis


Bücher


PC-Netzwerke - Axel Schemberg, Martin Linten, Kai Surendorf

ISBN 978-3-8362-1105-5, © Galileo Press, Bonn 2010

5., aktualisierte und vollständig überarbeitete Auflage 2010

Computer-Netzwerke – Harald Zisler

978-3-8362-2007-1 (Buch)

978-3-8362-2599-1 (ePub)

2., aktualisierte und erweiterte Auflage 2013

© Galileo Press, Bonn 2013

Computer-Netzwerke - Dembrowski, Klaus

Addison-Wesley Verlag (2012)

Webseiten

Tabellen- und Abbildungsverzeichnis


Glossar


Die Informationen dieses Glossars sollen zur Verständlichkeit des Technischen Berichtes beitragen und sind in großen Teilen der Internetplattform „IT-Wissen - Das große Online-Lexikon für Informationstechnologie“ entnommen

GIF

HTTP

Beim Hypertext Transfer Protocol (HTTP)- richtet der Web-Client eine Anfrage an den Webserver. Bei jeder Anfrage nach einem neuen Dokument stellt der Browser über das TCP/IP-Protokoll eine Verbindung zum Webserver her, über die die nachgefragten HTML-Dokumente übertragen werden. In einigen Erweiterungen des HTTP-Protokolls geht es um Bild-, Audio- oder Video-Dateien.

Nach der Übermittlung der Daten an den Browser, wird die Datenverbindung wieder aufgehoben.

HTTPS

Um eine sichere Verbindung aufzubauen wird bei HTTPS zwischen der Transportschicht (TCP) und der Anwendungsschicht (HTTP) SSL/TLS als Verschlüsselungsprotokoll verwendet. SSL/TLS kapselt Protokolle, die an sich keine Verschlüsselungsmechanismen bieten, wie z.B. POP3, SMTP oder auch FTP.

IP

Das IP-Protokoll garantiert weder die Einhaltung einer bestimmten Reihenfolge noch eine Ablieferung beim Empfänger, das heißt Datagramme können zum Beispiel wegen Netzüberlastung verloren gehen. Empfangsquittungen gibt es auf IP-Schicht nicht.

LLC

Logical Link Control ist für die Adressierung und die Steuerung der Pakete und damit für die Kommunikation zwischen zwei Stationen zuständig. Der LLC-Layer ist als Schnittstelle zwischen den auf der OSI-Schicht 3 angesiedelten Protokollen dafür verantwortlich, dass diese Protokolle (z. B. TCP/IP) nicht nur mit einem Ethernet-, sondern beispielsweise auch mit einem Token Ring-Netz arbeiten können

MAC

Die MAC Schicht generiert aus diesen SDUs Protokolldateneinheiten (PDUs) zur Übertragung an die MAC Schicht der Zielstation, indem sie die SDU in das Informationsfeld der PDU einträgt. Weiterhin werden wesentliche Funktionen der Adressierung von dieser Schicht übernommen.

MPEG

Motion Pictures Expert Group; Die MPEG entwickelt Verfahren, um Multimediadateien zu komprimieren und platzsparend zu speichern. Federführend in der MPEG-Audio-Gruppe ist das Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen in Erlangen (MP3). Die Firmen AT&T, Sony, NEC, NTT, Dolby Labs, Deutsche Telekom, BBC und die Universität Hannover sind ebenso beteiligt.

SAP

Service Access Point (auch Dienstzugangspunkt) ist ein Fachbegriff aus der Telekommunikation. Man bezeichnet damit die Schnittstelle zur Interaktion mit einer Kommunikationsschicht an der oberen Grenze selbiger Schicht.

SMB

TCP

Das Transmission Control Protocol (TCP) ist ein verbindungsorientiertes Transportprotokoll für den Einsatz in paketvermittelten Netzen. Das Protokoll baut auf dem IP-Protokoll auf, unterstützt die Funktionen der Transportschicht und stellt vor der Datenübertragung eine gesicherte Verbindung zwischen den Instanzen her.

TIFF

Das Tagged Image File Format (TIFF oder auch kurz TIF) ist ein Dateiformat zur Speicherung von Bilddaten

Stichwortverzeichnis

GIF 5

HTTP 5

HTTPS 5

IP 6

LLC 6

MAC 6

MPEG 5

SAP 4

SMB 5

TCP 6

TIFF 5

1 Vgl. [1] PC-Netzwerke von Axel Schemberg u.A. Seite 51

2 Vgl. [3] Computer Netzwerke von Klaus Dembrowski Seite 21

3 Siehe [3] Computer Netzwerke von Klaus Dembrowski Seite 22


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