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Schichtenmodell
Schichtenmodell Informatik Fortbildung „Kommunikation in Rechnernetzen“ – IFB Speyer – 14.-16. November 2011 Dr. Michael Schlemmer ISO-OSI Schichtenmodell Moderne Kommunikationssysteme sind komplex: Gestalt der Signale Absicherung gegenüber Fehlern korrekte Adressierung des Kommunikationspartners … Komplexität durch Abstraktion beherrschen Verschiedene Schichten ⇒ verschiedene Abstraktionsstufen Bekanntestes Schichtenmodell: OSI-Modell (Open Systems Interconnection) der ISO 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 2 ISO-OSI Schichtenmodell Jede Schicht… stellt der höheren Schicht Dienste zur Verfügung nutzt selbst Dienste der tieferen Schicht ⇒ Datenfluss vertikal Protokolle… sind die horizontale Sender-Empfänger-Verbindung Steuerzeichen… werden zu den Daten hinzugefügt zunehmend in tieferen Schichten ⇒ Ohne Bedeutung für den Benutzer, wichtig für das Kommunikationssystem 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 3 ISO-OSI Schichtenmodell Quelle: „Optische Telegraphie“, Hausarbeit J. Jessl 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 4 16.11.2011 Schicht 7: Anwendungsschicht • definiert Protokolle für spezielle Anwendungen • HTTP Schicht 6: Darstellungsschicht • FTP • Systemunabhängige Darstellung der Daten • POP3 • Kompression • SMTP • Schicht Verschlüsselung 5: Sitzungsschicht • Kümmert sich um logische Verbindungen • Behebt Probleme bei zusammengebrochenen Schicht 4: Transportschicht Kommunikationssitzungen. • Realisierung einer Ende-zu-EndeKommunikation (Peer-to-Peer) 3: Protokolle: Vermittlungsschicht • Schicht Bekannte UDP / TCP • „Routing“ • Bestimmung des Leitweges einer Nachricht Schicht 2: Sicherungsschicht vom Sender zum Empfänger • Erkennen von Verlusten und Verfälschungen • Weiterleitung der Nachricht durch die • Behebung der resultierenden Fehler einzelnen Knoten Quittungsbetrieb Schicht 1: Bitübertragungsschicht • •IP (Internet Protocol) • Bitweise Übertragung • Vorbereitung der physikalischen Übertragung „Schichtenmodelle Internetprotokolle“ (z.B. und Modulation) Michael Schlemmer – Kaiserslautern 5 Abstraktion am Schichtenmodell Abstraktion abstrakt konkret Abstraktion: 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 6 Details verstecken mit dem Ziel der Vereinfachung Alternativer Zugang: Die Post Beschreiben Sie den Weg eines Postpakets / Briefes Welche „Abteilungen“ der Post sind jeweils zuständig? 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 7 Didaktische Reduktion 1 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 8 Didaktische Reduktion 1 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 9 Didaktische Reduktion 1 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 10 Didaktische Reduktion 1 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 11 Didaktische Reduktion 2 (Beispiel E-Mail) SMTP senden POP abholen Anwendungsschicht Transportschicht Internet 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern Bitübertragungsschicht 12 Didaktische Reduktion 2 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 13 Didaktische Reduktion 2 Benutzerschicht SMTP senden POP abholen Anwendungsschicht Transportschicht Internet 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern Bitübertragungsschicht 14 Literatur Daniel Jonietz: Protokolle – Ein forschender Zugang zur Entwicklung von Erklärungsmodellen für die Kommunikation in Rechnernetzen – LOG IN Heft 133 (2005) Daniel Jonietz: Protokolle – oder „Wie man E-Mails fälscht“ Vortragsfolien vom 19.09.2006 Dr. Klaus Becker: www.inf-schule.de Jens Jessl: „Optische Telegrafie“ (Hausarbeit am Studienseminar Kaiserslautern) Klaus Merkert: http://www.hsg-kl.de/faecher/inf/netze/index.php 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 15 Internetprotokolle Informatik Fortbildung „Kommunikation in Rechnernetzen“ – IFB Speyer – 14.-16. November 2011 Dr. Michael Schlemmer Internetprotokolle Zur Demonstration konkretes anschauliches Beispiel, z.B.: http (hypertext transfer protocol) ftp (file transfer protocol) ntp (network time protocol) … POP3 / IMAP / SMTP (E-Mails) 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 17 POP3 & SMTP POP (Post Office Protocol) und SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): recht alt (um 1982) nicht effizient de-facto-Standards sehr verbreitet Gut lesbare Definitionen in RFCs vorhanden (www.rfcs.org) IMAP: höhere Komplexität 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 18 POP3 & SMTP via SMTP „Was ist im Briefkasten?“ Sender Empfänger POP3 Mailserver 16.11.2011 POP3 „Hole Nachricht 3“ „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 19 Eigener Mailserver Für den Unterricht zwei Varianten möglich: Echter Mailserver (bei Provider) Lokaler Mailserver Lokaler Mailserver: Mailserver als Live-Image Frei verfügbar 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 20 Wir spielen E-Mail-Client POP3: 16.11.2011 Port 110 SMTP: Port 25 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 21 E-Mail vom Server holen POP-Server Befehle USER … PASS … LIST STAT RETR … DELE … NOOP RSET … QUIT Antwort: +OK oder -ERR 16.11.2011 Client muss Reihenfolge einhalten Format beachten Daten korrekt interpetieren Zustandsorientiertes System ⇒ Beschreibung als Zustandsgraph oder in SDL möglich „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 22 POP in SDL AUTH2 AUTH1 PASS ... USER ... +OK QUIT +OK * prüfen ... -ERR OK? AUTH2 QUIT +OK nein * -ERR AUTH2 AUTH1 +OK -ERR TRANS 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 23 POP in SDL (2) TRANS RETR n QUIT Mail n holen und ausgeben OK? * LIST NOOP Liste ermitteln und ausgeben +OK STAT Statistik ausgeben nein +OK -ERR -ERR +OK +OK +OK TRANS TRANS TRANS TRANS TRANS TRANS 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 24 E-Mail senden SMTP-Server HELO MAIL RCPT DATA QUIT Ende einer E-Mail, wenn in einer Zeile allein ein einzelner Punkt steht ⇒ SMTP-Client muss von dieser Sonderbedeutung von wissen und entsprechend damit umgehen! 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 25 Vereinfachtes Schichtenmodell: Beispiel E-Mail Benutzerschicht SMTP senden POP abholen Anwendungsschicht Transportschicht Internet 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern Übertragungsschicht 26 Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia Quelle:“Protokolle“ – D.Jonietz Log IN Heft Nr. 133 (2005) 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 27 Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia Quelle:“Protokolle“ – D.Jonietz Log IN Heft Nr. 133 (2005) 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 28 Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia Quelle:“Protokolle“ – D.Jonietz Log IN Heft Nr. 133 (2005) 16.11.2011 „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 29 Zusammenfassung POP / SMTP gut im Unterricht umsetzbar Intuitives Verständnis von SDL Lehrplan: Vernetzung mit „Zustandsbasierte Modellierung“ OSI-Modell wurde (fast) komplett durchlaufen ⇒ Rundet 16.11.2011 die Unterrichtsreihe ab „Schichtenmodelle und Internetprotokolle“ Michael Schlemmer – Kaiserslautern 30
