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LAN-Komponenten in Betrieb nehmen1/6Informationsaustausch im NetzSchichtenmodel im ÜberblickAusgangslageDamit Komponenten in einem Netzwerk Daten austauschen können, müssen einige Regeln festgelegtwerden. Wenn zudem noch die Kompatibilität zwischen Komponenten unterschiedlicher Hersteller gewährleistet sein soll, sind standardisierte Verfahren gefragt.Solche Regeln und Verfahren lassen sich am besten in einem Modell beschreiben. Die meisten Hersteller von Netzwerkkomponenten und Kommunikationsverfahren halten sich heute an das ISO/OSI-Referenzmodell oder an das TCP/IP-Kommunikationsmodell. Das TCP/IP-Kommunikationsmodell gilt in deraktuellen Kommunikationslandschaft als de facto Standard. Bei beiden Modellen handelt es sich umsogenannte Layered Models (geschichtete Modelle).Was ist ein Schichtenmodell?Ein Schichtenmodell hat die Aufgabe, den ganzheitlichen Kommunikationsprozess in einzelne Schichten - auf Englisch Layer - aufzuteilen. Dadurch wird die Gesamtkomplexität aufgeschlüsselt und aufdie einzelnen Schichten verlagert. Jede Schicht arbeitet unabhängig, hat eine klar definierte Aufgabeund stellt der über ihr liegenden Schicht einen Dienst zur Verfügung. Die übergeordnete Schichtnimmt diesen Dienst in Anspruch, um über diesen Weg Daten an eine Nachbarkomponente zu schicken. Die Kommunikation zwischen den Schichten findet über festgelegte Schnittstellen statt. Dabeiunterhält sich Schicht x einer Komponente A mit Schicht x einer Komponente B. Die Regeln, nach denen diese Kommunikation abläuft, werden anhand von Protokollen festgelegt. Grundsätzlich sind Protokolle Konventionen, an die sich zwei Gesprächspartner halten müssen, damit die Kommunikation reibungslos funktionieren kann.Ein grosser Vorteil dieses Modells besteht darin, dass jede Schicht austauschbar ist, ohne dass die andere davon betroffen ist. Soll zum Beispiel anstelle eines Twisted-Pair-Kabels ein Glasfaserkabel eingesetzt werden, braucht nur die entsprechende Schicht verändert zu werden. Die übrigen Schichten bleiben von dieser Veränderung unberührt.Physikalisch werden Daten nicht von Peerzu Peer übertragen, sondern eine SchichtX leitet die Daten an die darunter liegendeSchicht Y weiter. Schicht Y leitet wiederumdie Daten an die unter ihr liegende SchichtZ weiter. Jede Schicht übergibt sozusagendie ursprüngliche Information und Kontrolldaten an die Schicht direkt unter ihrweiter, bis die unterste Schicht erreicht ist.Diese sendet dann alle Daten über dasphysikalische Medium an den Empfänger.Die Kommunikation der Peers durch diesenVorgang wird horizontale oder auch virtuelle Kommunikation genannt.Zwischen zwei Schichten befindet sich eineSchnittstelle, auf Englisch Interface. Durcheine Schnittstelle wird festgelegt, wie eineSchicht X auf die Dienste ihrer darunterliegenden Schicht Y zugreift. Es ist sehrwichtig, dass die Aufgaben jeder Schnittstelle klar definiert sind. Wenn das gegeben ist, müssen nur wenige Kontrolldatenzwischen den Schichten ausgetauscht werden. Die Kommunikation zwischen direktbenachbarten Schichten wird vertikale oder auch reale Kommunikation genannt.Prinzip des SchichtenmodellsModul 129Beat Looslil-ab129-02.docx
LAN-Komponenten in Betrieb nehmen2/6Informationsaustausch im NetzOSI versus TCP-IPDer Zweck des ISO/OSI-Schichtenmodells ist, ein offenes Referenzmodell gemäss dem Prinzip desSchichtenmodells zur Verfügung zu stellen.Wichtig ist, dass es sich beim OSI-Referenzmodell um ein theoretisches Modell handelt, das den Rahmen der einzelnen Schichten sowie die Funktionen innerhalb der Schichten festlegt. Es definiert jedoch keine konkreten Protokollspezifikationen. Es dient vielmehr als Designgrundlage für die Implementierung von Kommunikationsprotokollen. Im Laufe der Zeit wurden viele Protokolle gemäss demISO/OSI-Referenzmodell entwickelt, jedoch werden die meisten davon heute nicht mehr eingesetzt.Grund hierfür ist der Durchbruch der TCP/IP-Protokollfamilie.Schichten im ISO/OSI-Referenzmodell und im TCP/IP-Kommunikationsmodell.Schicht 7AnwendungsschichtApplication LayerDurch diese Schicht werden den tatsächlichen Anwendungen Kommunikationsdienste angeboten. Hierzu gehören zum Beispiel der Auf- und Abbauvon Anwendungsassoziationen, die Ausführung entfernter Operationen sowie die Bereitstellung zuverlässiger Datentransferdienste.Schicht 6DarstellungsschichtPresentation LayerBei der Kommunikation verschiedener Systeme können Unterschiede inder Informationsdarstellung auftreten. Hierzu zählt zum Beispiel die Reihenfolge von Byte und Bit, die Zahlendarstellung, der Zeichensatz (ASCIIoder EBCDIC) und vieles mehr. Die Darstellungsschicht kann entsprechende Umwandlungen vornehmen, damit die Informationen auf jedemSystem richtig dargestellt werden.Schicht 5SitzungsschichtSession LayerDie Sitzungsschicht strukturiert den Datenaustausch (z. B. Dialogsteuerung und Synchronisation) der Applikationen.Schicht 4TransportschichtTransport LayerDiese Schicht ist in der Lage, die zuverlässige Übertragung von Daten zwischen zwei Endstationen zu garantieren. Dazu gehören der Aufbau unddie Aufrechterhaltung der Verbindung, die Fehlerbehandlung, das Ordnender Daten und anschliessend der Abbau der VerbindungSchicht 3VermittlungsschichtNetwork LayerZentrale Aufgaben sind eine logische Adressierung sowie die Bestimmungeines optimalen Weges durch ein oder mehrere Netzwerke auf der Grundlage einiger entscheidender Faktoren.Schicht 2SicherungsschichtData Link LayerDaten der höheren Schichten werden hier zur Übertragung über das physikalische Medium aufbereitet. Bits zum Übertragen über das physikalischeMedium werden zu einem logischen Set (Frame) zusammengefasst. DieSicherungsschicht regelt den Zugriff auf das Medium. Auch die physikalische Adressierung der Netzwerkkarten findet hier statt.Schicht 1BitübertragungsschichtPhysical LayerHier wird die physikalische Übertragung (elektrisch sowie optisch) definiert. Es wird festgelegt, welches Medium benutzt wird (Kabel, Funk, Infrarot), die möglichen Steckertechniken, die Beschaffenheit der Elektronik,die Darstellung der physikalischen Bits, usw.Modul 129Beat Looslil-ab129-02.docx
LAN-Komponenten in Betrieb nehmen3/6Informationsaustausch im NetzDer Informationsfluss im ISO/OSI-Referenzmodell.theoretischer Kapselungsprozess im ISO/OIS-ModellWerden von einer Sendestation Informationen (Nutzdaten) an eine Empfangsstation übertragen, verläuft diese Übertragung nach einem festgelegten Prinzip. Es handelt sich hierbei um die sogenannteKapselung Encapsulation. Die Nutzdaten werden von der Anwendung an die Anwendungsschicht übergeben. Die Anwendungsschicht fügt ihre Kontrollinformationen hinzu. Diese werden in einen Headeraufgenommen, der in dieser Anwendungsschicht die Bezeichnung Application Header (AH) trägt. DerHeader bildet dann zusammen mit den Nutzdaten eine Protocol Data Unit (PDU). Die PDU der Anwendungsschicht wird an die Darstellungsschicht übergeben. Auch die fügt ihre Kontrollinformationen ineinen Header ein, der hier Presentation Header (PH) heisst. Die Summe aus Nutzdaten, ApplicationHeader und Presentation Header wird nun zur Protocol Data Unit (PDU) der Darstellungsschicht. DiesePDU wird anschliessend an die Sitzungsschicht übergeben. Auch diese fügt ihren eigenen Header, deraus den Kontrollinformationen der Sitzungsschicht besteht, hinzu und übergibt ihre PDU an die Transportschicht. Die Verbindungsschicht fügt zusätzlich zum Data Link Header (DLH) auch einen Data LinkTrailer (DLT) hinzu. Im DLT befindet sich eine mathematische Funktion, die Übertragungsfehler aufdeckt. Näheres hierzu folgt später. Letztlich werden die Daten dann von der Bitübertragungsschichtüber das physikalische Medium übertragen.Zur genauen Kenzeichnung und Unterscheidung haben die PDUs der vier unteren Schichten jeweilseine eindeutige Bezeichnung:- PDU der Transportschicht:Segment- PDU der Vermittlungsschicht:Packet- PDU des Verbindungsschicht:Frame- PDU des Bitübertragungsschicht:BitDie Schnittstelle, über die eine PDU von einer Schicht zur anderen übergeben wird, heisst Service Access Point (SAP).Modul 129Beat Looslil-ab129-02.docx
LAN-Komponenten in Betrieb nehmen4/6Informationsaustausch im NetzDie praktische Umsetzung des Informationsflusses im TCP/IP-Kommunikationsmodell.Im den heute üblichen TCP/IP-Umgebungen wird die Datenkapselung in den folgenden fünf Schrittendurchgeführt. Die Schritte sind ebenfalls in der untenstehenden Abbildung aufgezeigt.1Daten erstellenWenn ein Benutzer eine E-Mail verschickt, werden deren alphanumerische Zeichen zunächst in Daten umgewandelt, die über das Internet gesendet werden können.2Daten für den Endezu-Ende-Transportpacken.Die Daten werden für den Transport über das Internet gepackt. Durch den Einsatz vonSegmenten stellt die Transportfunktion sicher, dass die Mailhosts an beiden Enden desMailsystems zuverlässig miteinander kommunizieren können.3Dem Header dieNetzwerkadressehinzufügen.Die Daten werden zu einem Paket (oder Datagramm) gepackt, das einen Netzwerk-Header mit den logischen Absender- und Empfängeradressen enthält. Diese Adressen werdenvon Netzwerkgeräten wie z. B. Routern beim Versand der Pakete über einen dynamischgewählten Pfad benötigt.4Die lokale Adresse an Jedes Netzwerkgerät muss das Paket in einen so genannten Frame packen. Dieser Frameden Sicherungsenthält einen Header mit der physikalischen Adresse des nächsten direkt verbundenen Geschicht-Header anräts im Pfad.hängen.5Bits für die Übertragung konvertieren.Eine Taktfunktion ermöglicht es den Geräten, die Bits bei der Übertragung im Medium zuunterscheiden. Im physikalischen Netzwerk können je nach Bedarf auch mehrere unterschiedliche Medien eingesetzt werden. Eine E-Mail beispielsweise kann ursprünglich auseinem LAN kommen, bewegt sich dann über einen Campus-Backbone in ein WAN undwird dort später wieder an ein anderes LAN übergeben, wo sich der Zielrechner befindet.12345umgesetzter Kapselungsprozess im TCP/IP-ModellWenn das Empfängergerät eine Sequenz von Bits erhält, reicht es diese zwecks Verarbeitung der Frames an die Sicherungsschicht weiter. Wenn die Sicherungsschicht einen solchen Frame entgegennimmt, geschieht Folgendes:1.Die Sicherungsschicht stellt sicher, dass die MAC-Empfängeradresse mit der Adresse der aktuellen Station übereinstimmt oder ein Ethernet-Broadcast ist. In jedem anderen Fall wird der Frame verworfen.2.Sind die Daten fehlerhaft, dann können sie verworfen werden, und die Sicherungsschicht kann eine Neuübertragunganfordern. Sind die Daten nicht fehlerhaft, dann liest die Sicherungsschicht sie aus und verarbeitet die Steuerinformationen im Sicherungsschicht-Header.3.Dann löscht die Sicherungsschicht den Sicherungsschicht-Header und den Trailer und übergibt die verbleibendenDaten entsprechend der im Header enthaltenen Steuerinformation an die Vermittlungsschicht.Dieser Vorgang wird als Entkapselung bezeichnet. Er wird in ähnlicher Form auch von allen folgendenSchichten durchgeführt. Man kann die Entkapselung damit vergleichen, dass Sie die Adresse auf einem Briefumschlag lesen, um zu überprüfen, ob der Brief an Sie gerichtet ist, und, falls dies zutrifft,den Brief aus dem Umschlag nehmen, um ihn zu lesen.Modul 129Beat Looslil-ab129-02.docx
LAN-Komponenten in Betrieb nehmen5/6Informationsaustausch im NetzVersuchen Sie aufgrund der vorangehenden Erläuterungen folgende Fragen zu beantworten.FrageAntwortWie heisst die Information, die fest in einerNetzwerkkarte gespeichert ist?MAC-AdresseWie nennt man die Bewegung der Datendurch die Schichten?Kapselung / EntkapselungWie viele Schichten hat das ISO/OSI-Referenzmodell?7Welche Schicht des ISO/OSI-Modells verwaltet die physische Adressierung?2Das Paket wird als Frame gekapselt.Eine E-Mail wird über das LAN von A nach Bgeschickt. Was passiert, wenn der Aufbau desPaketes abgeschlossen ist?Welche Protocol Data Unit (PDU) verarbeitetein Router?PaketWie wird die Kommunikation zwischen zweidirekt benachbarten Schichten genannt?vertikale oder reale KommunikationWie kann die virtuelle Kommunikation in einem Schichtenmodell auch genannt werden?Horizontale KommunikationWie heissen die vier PDUs im TCP/IP-Modell?Segment, Paket, Frame, BitWelche Netzwerkmedien der ISO/OSI-Schicht1 kennen Sie?Funk, Kupfer, LichtWeisen Sie die folgenden Protokolle und Bezeichnungen den zugehörigen OSI-Schichten beziehungsweise denTCP/IP-Schichten zu:Das IT-Handbuch (Seite 274ff, 314ff) und die Webseiten de.wikipedia.org sowie elektronik-kompendium.de liefernwertvolle Unterstützung.IP – MAC-Adresse – http – Hub – ASCII – UDP – Switch – ARP – NetzwerkkarteICMP – FTP – Router – Glasfaserkabel – DHCP – Kollision – DNS – 100Base-TXBroadcast – TCP – PC – SSL – RADIUS – ASN.1 – NetBIOS – RJ45ISO/OSI-SchichtProtokoll / BezeichnungTCP/IP-Schichthttp, FTP, PC, RADIUS,DHCP (bootp), SSH, DNSASCII, DNS, ASN.11http, FTP, PC,RADIUS, DHCP(bootp), SSH,DNS, DHCPNetBIOS, SSL, RADIUSUDP, TCPIP, ICMP, Router, BroadcastMAC-Adresse, Switch, ARP, Netzwerkkarte,Kollision, BroadcastHub, Glasfaserkabel, Kollision, RJ-451ASN.1 ist eine verbreitete Möglichkeit, die Nachrichtenelemente von Protokollen des OSI-Modells eindeutig zu beschreibenModul 129Beat Looslil-ab129-02.docx
LAN-Komponenten in Betrieb nehmen6/6Informationsaustausch im NetzOrdnen Sie die Werte, welche Sie mit dem Kommandozeilen-Befehl ipconfig /all erhalten, den entsprechendenSchichten zu.Arbeitsplatz-PCStarten Sie Ihren Arbeitsplatz-PC und öffnen Sie eine Kommandozeile (Startsuchen nach cmdauf cmd.exe). Führen Sie folgenden Befehl aus und untersuchen Sie das Resultat.RechtsklickC:\ ipconfig /allEthernet-Adapter LAN-Verbindung:Verbindungsspezifisches DNS-Suffix:Beschreibung. . . . . . . . . . . :Physische Adresse . . . . . . . . :DHCP aktiviert. . . . . . . . . . :Autokonfiguration aktiviert . . . :IPv4-Adresse . . . . . . . . . . :Subnetzmaske . . . . . . . . . . :Lease erhalten. . . . . . . . . . :Lease läuft ab. . . . . . . . . . :Standardgateway . . . . . . . . . :DHCP-Server . . . . . . . . . . . :DNS-Server . . . . . . . . . . . :Primärer WINS-Server. . . . . . . :NetBIOS über TCP/IP . . . . . . . :ISO/OSI-Schichtsn-lan.iet-gibb.chRealtek PCIe GBE Family gt)255.255.255.0Sonntag, 28. Juni 2015 11:45:11Sonntag, 28. Juni 2015 ertWertTCP/IP-SchichtNetbios über TCP/IPIPv6, IPv4, Subnetmaske, Standardgateway,DNS-Server, DHCP-ServerPhysikalische AdresseEthernet-AdapterErklären kurz wie die Kommunikation zwischen zwei Geräten, z.B. einem Web-Server und einem Client, anhand desOSI Modells stattfindet. Verwenden Sie dafür die entsprechenden Fachbegriffe.Physikalisch verläuft die Kommunikation von Layer 7 zu Layer 1 von Layer zu Layer (über SAP)und dann über die Netzwerkverbindung zum entfernten Gerät. Dort wiederholt sich der Vorgang,nur dass er in umgekehrter Reihenfolge abläuft.Modul 129Beat Looslil-ab129-02.docx
Jede Schicht arbeitet unabhängig, hat eine klar definierte Aufgabe und stellt der über ihr liegenden Schicht einen Dienst zur Verfügung. Die übergeordnete Schicht . Wie heissen die vier PDUs im TCP/IP -Modell? Segment, Paket, Frame, Bit Welche Netzwerk
