Rechnernetze (1) : Das Internet-Schichtenmodell

In der Serie Betriebssysteme wurde das Konzept des Prozesses zur Ausführung von Programmen oder Anwendungen in einem Endsystem vorgestellt. Wenn Prozesse auf dem gleichen Endsystem laufen, kommunizieren sie miteinander mit Hilfe der prozessübergreifenden Kommunikation wie z. B. über einen gemeinsamen Speicher.

In dieser Serie soll es darum gehen, wie Prozesse miteinander kommunizieren, die auf unterschiedlichen Endsystemen laufen. Dazu wird das Internet als Beispiel genommen. Hier wird zunächst das Internet-Schichtenmodell vorgestellt und in den weiteren Beiträgen werden die einzelnen Schichten samt einer Auswahl an Protokolle genauer diskutiert.

• Der Internetprotokollstapel
  

Der Internetprotokollstapel besteht aus fünf Schichten.
Die Anwendungsschicht ist zuständig für die Unterstützung von Netzwerkanwendungen. Sie beinhaltet viele Protokolle, darunter HTTP, für das Web. SMTP für E-Mail und FTP für Filetransfer (Datenübertragung).

Die Transportschicht stellt einen Kommunikationsdienst zwischen zwei Anwendungsprozessen bereit und ermöglicht so eine Endpunkt-zu-Endpunkt-Kommunikation von Quell-Host zu Ziel-Host. Es gibt zwei Übertragungsprotokolle: TCP und UDP.

Auch die Vermittlungsschicht bietet einen Endpunkt-zu-Endpunkt-Kommunikationsdienst. Sie transportiert Datagramme vom Quellhost zum Zielhost. Die Vermittlungsschicht des Internets besteht aus zwei Hauptkomponenten: dem IP und vielen Routing-Protokollen. Das IP definiert das Format eines IP-Datagrammes. Die Routing-Protokolle bestimmen, welche Routen die Datagramme zwischen Quelle und Ziel nehmen.

Die Sicherungsschicht ist für die Beförderung ganzer Rahmen von einem Knoten (Host) zu einem benachbarten Knoten zuständig, die physikalisch über einen Übertragungskanal z. B. ein Kabel oder eine Punkt-zu-Punkt Funkverbindung miteinander verbunden sind.

Demgegenüber überträgt die Bitübertragungsschicht die einzelnen Bits von einem Router zum nächsten.

• Das OSI/ISO-Referrenzmodell

Von historischer Bedeutung ist das ISO/OSI-Referenzmodell. Hier wurde ein Rahmen geschaffen, um die Kommunikation zwischen Computersystemen zu standardisieren. Das ISO/OSI-Referenzmodell definiert im Gegensatz zum Internet-Schichtenmodell sieben Schichten.
Das Referenzmodell schreibt keine Implementierung dieser Schichten vor, sondern beschreibt zu jeder Schicht ihre allgemeinen Aufgaben, ihre der nächsthöheren Schicht bereitzustellenden Dienste und die in ihr zu realisierenden Funktionen.

Die sieben Schichten lassen sich wie folgt beschreiben:

• Schicht 1: Bitübertragungsschicht (physical layer): stellt physikalische Übertragungskanäle zur Verfügung, die es gestatten, beliebige Bitfolgen zu übertragen

• Schicht 2: Sicherungsschicht (data link layer): stellt weitgehend sichere Übertragungskanäle für die Übertragung von Datenblöcken zur Verfügung. Hierzu werden Verfahren zur Fehlererkennung und Fehlerkorrektur eingesetzt

• Schicht 3: Vermittlungsschicht (network layer): stellt logische Übertragungskanäle zwischen Endsystemen zur Verfügung. Ein Beispiel ist das IP im Internet

• Schicht 4: Transportschicht (transport layer): stellt logische Übertragungskanäle zwischen den auf den Endsystemen aktiven, miteinander kommunizierenden Anwendungsprozessen zur Verfügung. Beispiele sind die schon kurz angesprochenen Protokolle TCP und UDP im Internet

• Schicht 5: Kommunikationssteuerungsschicht oder auch Sitzungsschicht (session layer): stellt Dienste zur Verfügung, die es den kommunizierenden Prozessen erlauben, ihren Dialog zu kontrollieren und zu synchronisieren

• Schicht 6: Darstellungsschicht (presentation layer): stellt Dienste zur Verfügung, die die Darstellung von Daten in unterschiedlichen Repräsentationen (z. B. zwischen verschiedenen Zeichencodierungen) umwandeln

• Schicht 7: Anwendungsschicht (application layer): implementiert die eigentliche Anwendungsfunktionalität

Quelle
J. D. Day et. al. The OSI reference model. In Proceedings of the IEEE, Volume 71, Number 12, pp. 1334-1340, Dezember 1983. DOI: 10.1109/PROC.1983.12775