Informatik Fortbildung „Kommunikation in Rechnernetzen...

Schichtenmodell

Informatik Fortbildung „Kommunikation in Rechnernetzen“ –

IFB Speyer – 14.-16. November 2011

Dr. Michael Schlemmer

„Schichtenmodelle und Internetprotokolle“Michael Schlemmer – Kaiserslautern 216.11.2011

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


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


ISO-OSI Schichtenmodell

Quelle: „Optische Telegraphie“, Hausarbeit J. Jessl


Schicht 7: Anwendungsschicht• definiert Protokolle für spezielle Anwendungen

• HTTP• FTP• POP3• SMTP

Schicht 6: Darstellungsschicht• Systemunabhängige Darstellung der Daten• Kompression • VerschlüsselungSchicht 5: Sitzungsschicht• Kümmert sich um logische Verbindungen• Behebt Probleme bei zusammengebrochenen

Kommunikationssitzungen.Schicht 4: Transportschicht• Realisierung einer Ende-zu-Ende-

Kommunikation (Peer-to-Peer)• Bekannte Protokolle: UDP / TCPSchicht 3: Vermittlungsschicht• „Routing“• Bestimmung des Leitweges einer Nachricht vom Sender zum Empfänger • Weiterleitung der Nachricht durch die einzelnen Knoten• IP (Internet Protocol)

Schicht 2: Sicherungsschicht• Erkennen von Verlusten und Verfälschungen• Behebung der resultierenden Fehler• QuittungsbetriebSchicht 1: Bitübertragungsschicht• Bitweise Übertragung• Vorbereitung der physikalischen Übertragung (z.B. Modulation)


Abstraktion am Schichtenmodell

konkret

abstrakt

Ab

str

akti

on

Abstraktion: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?


Didaktische Reduktion 1


Didaktische Reduktion 2(Beispiel E-Mail)

Internet

Transport-schicht

Bitübertragungs-schicht

SMTPsenden

POPabholen

Anwendungs-schicht



Internet

Transport-schicht

Bitübertragungs-schicht

SMTPsenden

POPabholen

Benutzer-schicht

Anwendungs-schicht


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

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)


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


POP3 & SMTP

via SMTP

POP3

„Was ist im Briefkasten?“

„Hole Nachricht 3“

POP3

Sender Empfänger

Mailserver


Eigener Mailserver

� Für den Unterricht zwei Varianten möglich:�Echter Mailserver (bei Provider)

�Lokaler Mailserver

� Lokaler Mailserver:�Mailserver als Live-Image

�Frei verfügbar


Wir spielen E-Mail-Client

� POP3:� Port 110

� SMTP:� Port 25


E-Mail vom Server holen

� POP-Server Befehle� USER …

� PASS …

� LIST

� STAT

� RETR …

� DELE …

� NOOP

� RSET …

� QUIT

� Antwort: +OK oder -ERR

� Client muss� Reihenfolge einhalten� Format beachten� Daten korrekt

interpetieren

� Zustandsorientiertes System

⇒ Beschreibung als Zustandsgraph oder in SDL möglich


POP in SDL

AUTH1

QUITUSER ...

AUTH2

*

AUTH1

-ERR+OK+OK

+OK

prüfen ...

AUTH2

QUITPASS ...

OK?

TRANS

-ERR

*

AUTH2

-ERR

nein

+OK


POP in SDL (2)

+OK

Mail n holenund ausgeben

TRANS

QUITRETR n

OK?

TRANS TRANS

-ERR

*

TRANS

-ERR

nein

+OK

LIST

Liste ermittelnund ausgeben

+OK

TRANS

NOOP

TRANS

+OK

STAT

Statistikausgeben

+OK

TRANS


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!


Vereinfachtes Schichtenmodell:Beispiel E-Mail

Internet

Transport-schicht

Übertragungs-schicht

SMTPsenden

POPabholen

Benutzer-schicht

Anwendungs-schicht


Vereinfachtes Schichtenmodell mit Romeo und Julia

Quelle:“Protokolle“ – D.JonietzLog IN Heft Nr. 133 (2005)


Zusammenfassung

� POP / SMTP gut im Unterricht umsetzbar

� Intuitives Verständnis von SDL

� Lehrplan: Vernetzung mit „Zustandsbasierte Modellierung“

� OSI-Modell wurde (fast) komplett durchlaufen⇒Rundet die Unterrichtsreihe ab

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