Das ISO- OSI Referenzmodell- Kommunikation

Da es bei digitalen Bussystemen verschiedene Arten gibt, wie die Kommunikation innerhalb des Netzwerks vonstattengehen kann, existieren dementsprechend auch unterschiedliche Modelle, die diesen Vorgang veranschaulichen und greifbar machen. Das wohl bekannteste Kommunikationsmodell ist das OSI-Referenzmodell, welches aus sieben verschiedenen Schichten besteht und zahlreiche Vorteile bei der Realisierung einer Industriellen Kommunikation aufweisen kann.

Grundlegende Informationen über das ISO/OSI- Referenzmodell

Die Verarbeitung der eingespeisten Informationen erfolgt, wie bereits erwähnt, auf sieben unterschiedlichen Ebenen

  • Schicht 1 – Physikalische Schicht/Bitübertragungsschicht
  • Schicht 2 – Sicherungsschicht
  • Schicht 3 – Vermittlungsschicht
  • Schicht 4 – Transportschicht
  • Schicht 5 – Sitzungsschicht
  • Schicht 6 – Darstellungsschicht
  • Schicht 7 – Anwendungsschicht

Die Ebenen, welche bei digitalen Bussystemen die meiste Bedeutung haben, sind die erste und zweite sowie letzte Schicht. Die Physikalische Schicht und die Sicherungsschicht stehen dabei stellvertretend für die Begrifflichkeit des Busses. Die Schichten, die jede einen anderen Aufgabenbereich abarbeiten, bauen aufeinander auf und verlaufen vertikal. Die Dienste, die auf der untersten Schicht vorhanden sind, werden der zweiten Schicht bereit gestellt, die ihre Dienste wiederum der dritten Schicht übermittelt. Dies geht bis zur siebten Schicht so weit, sodass eine jede Schicht auf die jeweils darunterliegende Ebene Zugriff gewährt bekommt. Waagerecht, also innerhalb der entsprechenden Ebene, findet die Kommunikation über ein Protokoll statt, dass das Gegenstück zu dem Protokoll des Partner-Systems darstellt.

Die erste Schicht des ISO/OSI-Referenzmodell im Überblick

Die unterste Ebene wird als „Physical Layer“ oder gemeinhin als die Physikalische Schicht oder auch Bitübertragungsschicht bezeichnet. Hier werden die elektrischen und mechanischen, aber auch funktionalen sowie prozeduralen Parameter definiert, die bei der physikalischen Form der Verbindungen zwischen den Systemen auftreten. Zu solchen Verknüpfungen zählen unter anderem die Kabelarten. Darüber hinaus zählt auch die Festlegung der Funktionen für die Kommunikation in Bezug zum Betrieb und der Synchronisation zu den Aufgaben der ersten Schicht des ISO/OSI-Referenzmodells. Bei diesen Festlegungen kann das Bitcodierungsverfahren genannt werden, bei den zwei grundlegenden Methoden unterschieden werden

  • Non-Return-to-Zero-Codierung (kurz NRZ): 
    Bei dieser Form der Verschlüsselung wird über einen längeren Zeitraum hinweg der gleiche Signalpegel gehalten. Aus diesem Grund ist es hier erforderlich, weitere Maßnahmen zu treffen, wenn eine Synchronisation sichergestellt werden muss. Hierfür wird in der Regel ein komplementäres Bit eingefügt, wenn eine vorab definierte Anzahl gleicher Werte gesendet ist. Durch dieses zusätzliche Bit wird ein Signalwechsel erzwungen. Diese Vorgehensweise wird in Fachkreisen als „Bitstuffing“ betitelt.

  • Manchester-Codierung: 
    Hierbei handelt es sich um eine Art des Leitungscodes, welcher während der Kodierung das Taktsignal erhält. Darauffolgt durch eine Folge von Bytes die binäre Modulation der Phasenlänge des Taktsignals.

Somit liegt der grundlegende Unterschied der beiden Codierungen in der Anzahl der Zeitabschnitte, welche herangezogen werden, wenn ein Bit dargestellt wird.

Die Schichten 2-7 innerhalb des Kommunikationsmodells

  1. Die zweite Schicht ist die Sicherungsebene, auch Data Link Layer genannt. Hier wird die Datenübertragung zwischen Teilnehmern geregelt, die als benachbart eingestuft werden, demnach also im selben Netz vorkommen. Die Kommunikation erfolgt auf dieser Ebene, indem der Datenfluss gesteuert und das Zugriffsverfahren realisiert wird. Des weiteren findet hier eine Sicherung der Teilstrecke statt, indem die Fehlererkennungs-und Korrekturverfahren eingesetzt werden.
  2. Die dritte Schicht ist die Vermittlungsschicht, auf welcher die Verbindungen von leitungsorientieren Diensten geschaltet und die Weitervermittlung der Datenpakete von paketorientierten Diensten erfolgt. Die wichtigsten Aufgaben, die auf dieser Ebene bearbeitet werden, liegen jedoch in dem Bereitstellen von netzwerkübergreifenden Adressen, dem Routing und der Aktualisierung von Routingtabellen. Auch die Fragmentierung von Datenpakete gehört zur Vermittlungsschicht.
  3. Die Transportschicht des OSI-Referenzmodells kümmert sich um die Segmentierung des Datenstroms und verhindert das Aufkommen von Staus auf den Leitungen. Zudem sorgt die vierte Schicht des Kommunikationsmodells dafür, dass die höher gelegenen Ebenen einen einheitlichen Zugriff haben, sodass die Eigenschaften des Netzwerkes nicht beachtet werden müssen.
  4. Die Sitzungsschicht sorgt dafür, dass unterbrochene Sitzungen nicht von vorne beginnen müssen, sondern ab dem Zeitpunkt der Sicherung weiterlaufen können, sobald das System wieder funktionsfähig ist. Hierfür werden bestimmte Fixpunkte eingeführt, an denen die erneute Synchronisation nach Auftreten eines Fehlers erfolgt. Somit steht diese Schicht auch für die Prozesskommunikation zwischen mehreren Netzwerken.
  5. Die Darstellungsschicht agiert anwendungsorientiert. Sie gibt eine Gewährleistung darüber, dass gesendete Daten von unterschiedlichen Systemen gelesen werden können. Ist dies zum Ausgangszeitpunkt nicht gegeben, dient diese Ebene als Übersetzer, da sie die Nachrichten in für alle Teilnehmer lesbare Datenformate umwandelt. Darüber hinaus kann die sechste Schicht auch die Aufgaben der Datenkompression übernehmen und Inhalte von Botschaften verschlüsseln.
  6. Die oberste Ebene des ISO/OSI-Referenzmodells ist die Anwendungsschicht, der „Application Layer“. Hier werden die Grundfunktionen bereitgestellt, die im Allgemeinen stets verwendet werden können und die für die Durchführung der Kommunikation unabkömmlich sind. Hierzu zählt beispielsweise sowohl der Aufbau als auch Abbau von Verbindungen.