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Georg-August-Universität Göttingen
Institut für Wirtschaftsinformatik I
Prof. Dr. J. Biethahn

Dipl.-Wirt.-Inf. Dijana Cvjetkovic, Katja Gerstenberg

Das OSI-Schichtenmodell

1 Allgemeines zum OSI-Schichtenmodell
2 Ein Praxisbeispiel: Die Kommunikation zweier Rechner bei der Abfrage einer Webseite über das Internet
  2.1 Die Informationsverarbeitung auf Seiten des Senders
  2.2 Die Informationsverarbeitung auf Seiten des Empfängers
  2.3 Die Informationsverarbeitung bei der Antwort
3 Literaturverweise

 

1 Allgemeines zum OSI-Schichtenmodell

Das OSI (Open System Interconnection)-Referenzmodell ging 1982 aus Arbeiten der ISO (Internationale Organisation für Standardisierung) hervor. Es handelt sich um einen offenen Kommunikationsstandard, welcher die Kommunikation zweier Computer untereinander beschreibt.

Die Kommunikation wird hierbei in sieben Schichten unterteilt, die jeweils unterschiedliche Aufgaben haben und ihre eigenen Protokolle benutzen: Anwendungsschicht, Darstellungsschicht, Kommunikationsschicht, Transportschicht, Vermittlungsschicht, Sicherungsschicht und Bitübertragungsschicht.

Ein Protokoll wird als ein Satz von Vereinbarungen definiert, der festlegt, wie Daten von einem Programm zum anderen übertragen werden. Jede Schicht kann verschiedene Protokolle nutzen:


Beim Versenden von Informationen gibt jede Schicht die Daten zuzüglich eigener Protokollinformationen, genannt Header, an die darunterliegende Schicht bis zur Bitübertragungsschicht weiter. Die Protokollinformationen geben Auskunft darüber, wer die Daten abgesandt hat und wer sie empfangen soll, welchen Weg sie während der Übertragung nehmen sollen, wie sie weiterverarbeitet werden dürfen oder wie sie vom Empfänger behandelt werden sollen.

Auf der Empfangsseite werden die Schichten in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen. Jede Schicht verarbeitet die für sie bestimmten Protokollinformationen, entfernt sie und leitet die verbleibenden Daten an die darüberliegende Schicht bis zur Anwendungsschicht weiter.

Die folgende Grafik verdeutlicht diesen Vorgang der Header-Addition auf Seiten des Senders und der Header-Abarbeitung auf Seiten des Empfängers.

Da jeder Kommunikationspartner zugleich Sender und Empfänger sein kann, ist der Datenfluß auch in anderer Richtung als oben beschrieben möglich. Jede Schicht des OSI-Referenzmodells ist demnach in der Lage, von der ihr vor- oder nachgelagerten Schicht Daten zu empfangen oder ihr solche zu übergeben. Daher zeigen in der ersten Graphik die blauen Pfeile in beide Richtungen.

Wie bereits erwähnt, benutzen die einzelnen Schichten unterschiedliche Protokolle, sprechen sozusagen unterschiedliche Sprachen. Entsprechend verarbeitet auf der Empfangsseite jede Schicht die Protokollinformationen der entsprechenden Schicht auf der Versenderseite, so daß der Eindruck entsteht, die Schichten kommunizieren direkt miteinander. Die obere Graphik deutet dies durch die grün gestrichelten Pfeile an.

Neben dem OSI-Referenzmodell existiert das TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol)-Referenzmodell, auch genannt Internet Schichtenmodell oder DoD (Department of Defense)-Referenzmodell. Es wurde Anfang der siebziger Jahre vom US Verteidigungsministerium (Department of Defense) entwickelt und unterscheidet nur vier Schichten. Sowohl das TCP/IP- als auch das OSI-Referenzmodell beschreiben die Kommunikation zweier Computer, letzteres jedoch in detaillierterer Form, indem es die vier Schichten weiter untergliedert.

In den folgenden Kapiteln werden die Schichten des OSI-Referenzmodells sowie ihre Aufgaben im Detail erläutert und die Kommunikationsbeziehung zweier Rechner nach dem OSI-Referenzmodell anhand eines Praxisbeispiels verdeutlicht, dem Aufruf einer Webseite über das Internet.

 

2 Ein Praxisbeispiel: Die Kommunikation zweier Rechner bei der Abfrage einer Webseite über das Internet

2.1 Die Informationsverarbeitung auf Seiten des Senders

Sie sitzen gerade an einem Rechner und haben diese Seite vom RECO Webserver abgerufen. D.h. Sie haben eine Anfrage an den Server gesendet mit der Bitte um Zusendung der Daten dieser Seite. Ihre Anfrage wurde nach dem OSI-Referenzmodell von Ihrem Rechner wie folgt verarbeitet und an den Webserver weitergeleitet:

Anwendungsschicht
Die Anwendungsschicht stellt die Anwendungs- und Dienstprogramme für Sie bereit, über die Sie die gewünschten Funktionen anstoßen können. In diesem Fall verwenden Sie in Ihrem Internet Explorer, Netscape Navigator oder welchen Browser Sie auch immer benutzen die Anwendung WWW (World Wide Web) und haben diese Seite durch Anklicken eines Hyperlinks oder durch Eingabe der URL (Uniform Resource Locator) aufgerufen.

Darstellungsschicht
Die Darstellungsschicht bringt die Daten aus der Anwendungsschicht in ein einheitliches rechnerunabhängiges Datenformat, mit dem der Informationsaustausch über das Netz erfolgt. Der HTML (Hypertext Markup Language)-Code, die plattformunabhängige Sprache zur Beschreibung von WWW-Seiten, die von jedem Browser gelesen werden kann, wird hierzu in ASCII (American Standard Code for Information Interchange) oder einem anderen Zeichencode codiert, ebenfalls einem plattformunabhängigen Standard der von jedem Rechner gelesen werden kann. Beim ASCII wird jedes Zeichen durch ein Byte codiert, d.h. durch acht Bit bzw. einer Kombination aus sieben Nullen und Einsen und einem Prüfbit. Zusätzlich kann die Darstellungsschicht weitere Funktionen zur Umwandlung, Verschlüsselung oder Komprimierung der zu übertragenden Daten enthalten.

Kommunikationsschicht
Die Kommunikationsschicht, auch Sitzungsschicht genannt, baut die Kommunikationsbeziehung zwischen Ihrem Rechner und dem RECO Webserver auf, kontrolliert die Kommunikation und sorgt dafür, daß sie synchron abläuft, d.h. daß beide Rechner gleichzeitig sende- und empfangsbereit sind. Zusammen mit der Darstellungsschicht benutzt die Kommunikationsschicht das HTTP (Hyper Text Transfer Protokoll).

Transportschicht
Die Transportschicht teilt die zu übertragenden Daten, sprich den ASCII, in mehrere Pakete auf. Jedes Paket enthält die Protokollinformationen (Header) der übergeordneten Schichten und wird um das TCP (Transmission Control Protokoll) dieser Schicht erweitert, welches die Reihenfolge der Pakete und den Sende- und Empfangsport festlegt. Da der RECO Webserver im Mehrprogrammbetrieb arbeitet, d.h. neben dem WWW weitere Dienste wie Mail oder News unterstützt, und von mehreren Rechnern bzw. Personen Verbindungen zu und von ihm entstehen, müssen die zu übertragenden Pakete Ihrer speziellen Verbindung, in diesem Fall dem Dienst WWW, zugeordnet werden. Dies geschieht über sogenannte Sende- und Empfangsports. Grund für die Aufteilung der Daten auf Pakete ist eine schnellere Übertragung über das Netz, indem jedes Paket einen anderen Weg nehmen kann und die gerade am wenigsten ausgelasteten Routen auswählt. Ferner ist die Transportschicht für die sichere, fehlerfreie und vollständige Übertragung der Pakete zwischen Ihrem Rechner und dem RECO Webserver verantwortlich.

Vermittlungsschicht
Die Vermittlungsschicht sorgt für die Adressierung der Datenpakete mit der IP (Internet Protokoll) -Adresse des RECO Webservers, sie lautet 134.76.178.125, und die Auswahl der Übertragungswege der Pakete über das Netz nach Auslastungsgrad der möglichen Routen.

Sicherungsschicht
Die Sicherungsschicht codiert die zu übertragenden Datenpakete bzw. Bytes des ASCII und die Protokollinformationen in Bits. Die Bits widerum werden zu Bitsequenzen (Rahmen) zusammengefaßt und die Sicherungsschicht kontrolliert deren jeweils vollständige und fehlerfreie Übertragung zum RECO Webserver, beispielsweise durch Vergabe einer Prüfsumme. Ist Ihr Rechner an ein Ethernet-Netzwerk angeschlossen, so benutzt die Sicherungsschicht das Ethernet Netzwerkprotokoll.

Bitübertragungsschicht
Die Bitübertragungsschicht ist für die physische Übertragung der Bits von Ihrem Rechner zum RECO Webserver zuständig. Hier werden die verwendeten Übertragungsmedien (z.B. Kupferkabel, Glasfaserkabel, Infrarot- oder Funkübertragung) beschrieben sowie die Schnittstellen mit Spannungspegeln, Steckverbindern und Datenübertragungsraten.

 

2.2 Die Informationsverarbeitung auf Seiten des Empfängers

Der RECO-Webserver widerum verarbeitete Ihre Anfrage wie folgt:

Bitübertragungsschicht
In der Bitübertragungsschicht werden die von Ihrem Rechner übertragenen Bitsequenzen (Rahmen) bzw. Nullen und Einsen empfangen sowie die Protokollinformationen (Header) zum Bitübertragungsprotokoll verarbeitet und entfernt.

Sicherungsschicht
Die Sicherungsschicht überprüft anhand der Prüfsumme, ob die Bitsequenzen (Rahmen) durch Übertragungsfehler beschädigt oder durch Eingriffe Dritter verändert wurden. In diesem Fall fordert der empfangende Rechner, d.h. der RECO-Webserver, den Rahmen vom sendenden bzw. Ihrem Rechner erneut an. Anschließend werden die Bits zurück in Datenpakete aus ASCII-Code konvertiert. Der Header des Sicherungsprotokolls ist damit abgearbeitet und kann entfernt werden.

Vermittlungsschicht
Die Vermittlungsschicht überprüft, ob die IP-Adresse des empfangenden Rechners mit der IP-Adressierung der Datenpakete übereinstimmt, also ob diese am richtigen Rechner angekommen sind. Die Protokollinformationen zum Vermittlungsprotokoll bzw. die Angaben zur IP-Adresse des RECO-Webservers werden entfernt und die Datenpakete an die Transportschicht übergeben.

Transportschicht
Die Transportschicht prüft, ob alle Datenpakete übertragen worden sind. Falls nicht, wird das Paket erneut vom sendenden Rechner, also Ihrem Rechner, angefordert. Anschließend werden die Datenpakete in die richtige Reihenfolge gebracht und dem richtigen Empfangsport zugeordnet. Die Paketaufteilung wird aufgehoben bzw. die Daten wieder zu einer einzigen Sequenz zusammengesetzt. Der Header des TCP ist somit abgearbeitet und kann entfernt werden.

Kommunikationsschicht
Die Kommunikationsschicht kontrolliert wieder die Kommunikationsbeziehung zwischen Ihrem Rechner und dem RECO-Webserver und sorgt dafür, daß sie synchron abläuft, also beide Rechner gleichzeitig sende- und empfangsbereit sind. Die Art der Kommunikation wird festgelegt, in diesem Fall auf Basis des HTTP.

Darstellungsschicht
Die Darstellungsschicht übersetzt den ASCII in eine vom empfangenden Rechner lesbare Abfrage der gewünschten WWW-Seite auf Basis des HTTP. Gegebenenfalls wird der ASCII zuvor wieder in seine ursprüngliche Form umgewandelt, entschlüsselt oder dekomprimiert. Die HTTP-Protokollinformationen fallen weg.

Anwendungsschicht
In der Anwendungsschicht sucht der RECO-Webserver letztenendes die HTML-Datei der von ihnen gewünschten WWW-Seite heraus und stellt sie zum Absenden bereit. Der letzte Header zum Anwendungsprotokoll wird auf diese Weise verarbeitet und entfernt.

 

2.3 Die Informationsverarbeitung bei der Antwort

In den beiden vorangegangenen Kapiteln wurde anhand des OSI-Referenzmodells beschrieben, wie der sendende und der empfangende Rechner, also Ihr Computer und der RECO-Webserver, den von Ihnen gestarteten Aufruf dieser Webseite verarbeiten.

Daraufhin antwortet der RECO-Webserver bzw. stellt Ihnen die gewünschte WWW-Seite zur Verfügung. Die Kommunikation zwischen den beiden PCs verläuft nun in umgekehrter Richtung: Der RECO-Webserver ist jetzt Sender und Ihr Rechner Empfänger der Daten. Auf beiden Seiten werden die Daten in umgekehrter Richtung von den Schichten bearbeitet. Die Bearbeitung selbst verläuft analog zu den Kapiteln zwei und drei.

 

3 Literaturverweise

RECO-Glossar

Netlexikon von der akademie.de asp GmbH

ARCHmatic-Glossar und -Lexikon

 

 

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