Open Systems Interconnection International Standard ISO ... · Das ISO/OSI Referenzmodell Das Internet Referenzmodell Bitübertragungsschicht Standard Schichten im ISO/OSI Referenzmodell

Das ISO/OSI ReferenzmodellDas Internet Referenzmodell

Bitübertragungsschicht

StandardSchichten im ISO/OSI Referenzmodell

Titel und Gremien

Open Systems Interconnection

International Standard ISO/IEC 7498-1identisch zu ITU-T Recommendation X.200ISO International Organization for Standardization

http://www.iso.org/

IEC International Electrotechnical Commissionhttp://www.iec.ch/

ITU International Telecommunication Unionhttp://www.itu.int/

CCITT International Telephone and Telegraph ConsultativeCommittee, früherer Name der ITU

Kommunikationsnetze I




Ziele

I Rahmen für die Definition von Diensten und ProtokollenI Hilfe bei der Verbesserung bestehender StandardsI Hilfe bei der Entwicklung neuer StandardsI Ziel bei der Evolution bestehender StandardsI Keine Festschreibung der ImplementationI Keine Festlegung von InteroperabilitätstestsI Das Referenzmodell beschreibt keine Protokolle, dies folgt

in späteren Standards.





Übersicht

Physical Medium

Sitzungsschicht

Darstellungsschicht

Anwendungsschicht

Transportschicht

Vermittlungsschicht

Sicherungsschicht

Bitübertragung

Application Layer

Presentation Layer

Session Layer

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer

Physical Layer





Grundlegende Prinzipien (1)

Das OSI-Modell basiert auf einer Trennung von Dienst,Schnittstele und Protokoll:

I Dienst: Der Dienst beschreibt, was die Schicht macht.I Schnittstelle: Die Schnittstelle legt fest, wie eine

darüberliegende Schicht die Dienste nutzen kann.I Protokoll: Die Protokolle einer Schicht werden von dieser

Schicht benutzt, um die Dienste zu erbringen.





Grundlegende Prinzipien (2)

I Jedes Protokoll gehört zu genau einer Schicht.I Jede Schicht bietet der darüberliegenden Schicht eine

Menge von Diensten.I Zur Erbringung der Dienste benutzt eine Schicht nur

Dienste derselben und Dienste der darunterliegendenSchicht.

I Daten höherer Schichten werden von tieferen Schichtengekapselt weitergeleitet.





Datenübertragung und Kapselung

M

HN

HL

HT

Application Message

Transport Segment

Network Datagram

Link Frame

M

HT

Link−layer switch

M

HT

M

HT

HL’’

HN’

HL’’

HN’

HL’

Router

HN





Anwendungsschicht

Einzige Schicht, die Anwendungen Dienste zur Verfügung stellt

I Benutzt nur Dienste der Anwendungsschicht und derDarstellungsschicht

I Bietet mindestens den Dienst Datentransfer in denAusprägungen verbindungsorientierter Dienst undverbindungsloser Dienst





Anwendungsschicht: Verbinungsorientierter Dienst

Verbindungsorientierter Dienst: Datentransfer im Kontexteiner VerbindungNeben dem Datentransfer können vom verbindungsorientiertenDienst weitere Dienste angeboten werden:

I Identifikation des Kommunikationspartners (z.B. durchdessen Namen)

I DienstgütevereinbarungI Synchronisierung der KommunikationI Authentifizierung und ZugangskontrolleI Festlegung des Dialogtyps (Simplex/Half Duplex/Duplex)I Identifikation verwendeter abstrakter Syntax





Anwendungsschicht: Verbinungsloser Dienst

Verbindungsloser Dienst: Datentransfer außerhalb einesVerbindungskontextes und ohne logische Beziehung zwischeneinzelnen DatenpaketenNeben dem Datentransfer können vom verbindungslosenDienst weitere Dienste angeboten werden:

I Identifikation des Kommunikationspartners (z.B. durchdessen Namen)

I DienstgütevereinbarungI Authentifizierung und ZugangskontrolleI Identifikation verwendeter abstrakter Syntax





Darstellungsschicht

Umsetzung der von der Anwendungsschicht gelieferten Datenin eine für Kommuinikationspartner gemeinsameRepräsenation

I Identifikation von gemeinsamen konkretenTransfersyntaxen

I Auswahl der zu verwendenden SyntaxI Zugriff auf die Sitzungsschicht





Sitzungsschicht

Verbindungsmanagement und Synchronisation derKommunikation

I Wenn von der Darstellungsschicht angefordert, wird eineVerbindung aufgebaut und später durch durch Elementeder Darstellungsschicht oder Sitzungsschicht wiederabgebaut.

I Eine Verbindung wird durch eine Sitzungsadresseidentifiziert, die von der Sitzungsschicht auf eineTransportadresse abgebildet wird.

I Bei unterbrochener Verbindung kann gegebenenfalls anFixpunkten (Check Points) wieder gestartet werden.

I Der verbindungslose Dienst bietet nur die Abbildung vonSitzungsadresse auf Transportadresse.





Transportschicht

Bietet der Sitzungsschicht Ende-zu-Ende Datentransfer

I Auswahl und Optimierung des verwendetenNetzwerkdienstes unter Berücksichtigung der gefordertenDienstgüte

I Im verbindungsorientierten Dienst wird der Datenstromsegmentiert und die Segmente geordnet übertragen.

I Ende-zu-Ende FlußkontrolleI Ende-zu-Ende FehlerbehandlungI Im verbindungslosen Dienst findet keine Segmentierung

statt.





Vermittlungsschicht

Routing bzw. Vermittlung von Datensegmenten, dau gehört dieVerwaltung der zugehörigen Netzwerkadressen.

I Im verbindungsorientierten DienstI Verwaltung von Punkt-zu-Punkt NetzwerkverbindungenI FehlerbenachrichtigungI ÜbertragungsbestätigungenI Dienstgüteverwaltung

I Im verbindungslosen DienstI Übertragung von Datensegmentn bis zu einer

vorgegebenen GrößeI DienstgüteverwaltungI Benachrichtigung der Transportschicht bei lokalen Fehlern





Sicherungsschicht

Eine Verbindung der Sicherungsschicht bietet die Mittel zumDatenaustausch zwischen Netzwerkknoten, die durchAdressen der Sicherungsschicht identifiziert werden.

I Rahmenbildung für die benutzte BitübertragungsschichtI Serialisierung der RahmenI Fehlererkennung/Fehlerbehebung bei Übertragungsfehlern

der BitübertragungsschichtI Fehlerbenachrichtigung an die Vermittlungsschicht bei

nicht behebbaren FehlernI IEEE sieht hier die Mehrfachzugriffsverfahren






Bietet die mechanischen, elektischen, funktionalen undprozeduralen Mittel einer Bitübertragung zwischenNetzwerkkomponenten.

I Die Reihenfolge der Bits bleibt erhaltenI Fehlerbenachrichtigung an die BitübertragungsschichtI Dienstgüte

I FehlerrateI VerfügbarkeitI DurchsatzI Latenz




SchichtenVergleich mit OSI

Schichten

Physical Medium

Bitübertragung

Physical Layer

Application Layer Anwendungsschicht

Transportschicht

Vermittlungsschicht

Sicherungsschicht

Transport Layer

Network Layer

Data Link Layer




SchichtenVergleich mit OSI

Bemerkungen

I Offensichtlich fehlen gegenüber dem OSI-ModellDarstellungsschicht und Sitzungsschicht, d.h. dieAnwendungsschicht muß deren Aufgabe übernehmen.

I Die Vermittlungsschicht bietet nur den verbindungslosenDienst.

I Beim Internet Referenzmodell ist der Durchgriff auf tiefereSchichten möglich (z.B. Anwendung aufNetzwerkadresse).

I Das Referenzmodell wurde entwickelt, als es die Protokolleschon gab.

I Entstehung im Rahmen von Diskussionen ab etwa 1974.




BezeichnungenDigitale Basisband ModulationBeispiel: IEA-232

Bezeichnungen

Zeichen Element des ZeichenvorratesCode Abbildung zwischen zwei Zeichenvorräten

Takt Zeiteinheit bei Sender und Empfänger





Digitale Daten werden durch ein amplituden- und zeitdiskretesVerfahren übertragen.

Beispiel: Die Elemente des Zeichenvorrates {0, 1, 2} werdenauf Spannungen 0V, 1V, 2V abgebildet und im Zeittakt von 1smit einem Kupferkabel übertragen.

Mögliche Probleme hierbei sind abhängig vomÜbertragungsmedium

I Synchronisierung von Sender und Empfänger(Taktrückgewinnung)

I Gleichspannungsfreiheit





Synchronisierung

Sender und Empfänger können sich bei jedemAmplitudenwechsel synchronisieren.

1. Synchronverfahren: Sender und Empfänger habenwährend der gesamten Übertragung synchronen Takt.

2. Asynchronverfahren: Sender und Empfänger werdenbeim Start eines zu übertragenden Datenblockssynchronisiert.

3. Start/Stop Verfahren: Spezialfall von (2), jedes Zeichenwird durch ein Start/Stop Signal zur Synchronisierungbegrenzt.





Return To Zero (RZ)

Kodierung des Wertes 1 0 1 1 0 0 0 1

1 0 1 0 0 01 1

Takt





No Return To Zero (NRZ)


Takt

1 0 1 0 0 01 1





Bipolare Kodierung (AMI Kodierung)


1 0 1 0 0 01 1

Takt

0 V





Manchester Kodierung

Kodierung des Wertes 1 0 1 1 0 0 0 1,steigende Flanke kodiert 1

1 0 1 0 0 01 1

Takt

0 V





Differentielle Manchester Kodierung

Kodierung des Wertes 1 0 1 1 0 0 0 1,Flankenwechsel bei Bitanfang bei 0, dadurch sind auchinvertierte Signale dekodierbar

1 0 1 0 0 01 1

Takt

0 V





Eigenschaften der Kodierverfahren

I RZ: Keine automatische Taktrückgewinnung, nichtgleichspannungsfrei

I NRZ: Keine automatische Taktrückgewinnung, nichtgleichspannungsfrei

I AMI: Keine automatische Taktrückgewinnung,gleichspannungsfrei

I Manchester Kodierung: automatischeTaktrückgewinnung, gleichspannungsfrei

I Differentielle Manchester Kodierung: automatischeTaktrückgewinnung, gleichspannungsfrei





Kanalkapazität

Theorem (Nyquist)In einem bandbegrenzten, störungsfreien Übertragungskanalmit Bandbreite B[Hz] und L diskreten Signalstufen ist diemaximale Datenübertragungsrate CNCN = 2 · B · log2(L) [bit/s]

Theorem (Shannon-Hartley)In einem bandbegrenzten, gestörten Übertragungskanal mitBandbreite B[Hz] ist die maximale Datenübertragungsrate CSCS = B · log2(1 + S/N) [bit/s],wobei S/N das Signal-Rausch-Verhältnis bezeichnet.





Anwendung

Die Verfahren RZ, Manchester-Kodierung und DifferentielleManchester Kodierung benötigen die doppelte Bandbreite vonAMI und NRZ. Bei gegebenem Kanal ergibt das eineHalbierung des maximalen Durchsatzes.Aber: Taktrückgewinnung muß bei AMI und NRZ auf anderemWege sichergestellt werden.





4B5B Kodierung

Jeweils 4 Bit des Eingangsdatenstromes werden auf 5 Bitabgebildet, dadurch werden genügend Amplitudenwechselsichergestellt:

Hex 4B 5B Hex 4B 5b0 0000 11110 8 1000 100101 0001 01001 9 1001 100112 0010 10100 A 1010 101103 0011 10101 B 1011 101114 0100 01010 C 1100 110105 0101 01011 D 1101 110116 0110 01110 E 1110 111007 0111 01111 F 1111 11101





Serielle Schnittstelle

I Zeichen bestehen aus 5-8 Bit (üblicherweise 7-8 Bit)I Die Übertragung erfolgt bitweise, LSB (Least Significant

Bit) zuerst.I Spanungen zwischen -3V und -15V werden als 1

dekodiert.I Spanungen zwischen +3V und +15V werden als 0

dekodiert.I Jedes Zeichen wird bit einem Startbit (Wert 0) begonnen

(Start/Stop Verfahren)I Jedes Zeichen muß mit 1, 1.5 oder 2 Stopbits (Wert 1)

abgeschlossen werden.I Außerhalb der Übertragung liegt die Spannung für Wert 1

an.Kommunikationsnetze I




Parität

Die Übertragung eines Zeichens kann abgesichert werdendurch ein Paritätsbit, das dem Zeichen als weiteres Bitangefügt wird. Man unterscheidet:

O Ungerade Parität (Odd partiy)E Gerade Parität (Even parity)N Kein Paritätsbit (No parity)

Das Paritätsbit berechnet sich so, daß die Summe der Bitsinklusive Parität ungerade (O) bzw. gerade (E) ist.





Beispiel

Übertragung des Wortes 10010111 mit8Bit, Ungerader Parität, 1 Stopbit (8O1)

Sta

rtbit

Bit

0

Bit

1

Bit

2

Bit

3

Bit

4

Bit

5

Bit

6

Bit

7

Sto

pbit

unger

ade

Par

ität RuheRuhe

+15V

+3V

−3V

−15V





Bemerkungen

I Es folgen maximal 9 gleiche Bit aufeinander, danachkönnen sich Sender und Empfänger neu synchronisieren.

I Das Protokoll ist nicht gleichspannungsfreiI Es wurde nur das Verhalten auf Rx und Tx Leitungen

beschrieben.I Die maximale Kabellänge hängt von

Übertragungsgeschwindigkeit, elektrischem Widerstand,Kapazizät und den verwendeten Sendern und Empfängernab. Der Standard schribt nur eine Kabelkapazität vonweniger als 2500 pF vor.


Documents

Open Systems Interconnection International Standard ISO ... · Das ISO/OSI Referenzmodell Das Internet Referenzmodell Bitübertragungsschicht Standard Schichten im ISO/OSI Referenzmodell