Wolfgang Lösch

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Lokale Netze (LAN) — Allgemeine Prinzipien und Grundbegriffe

Stand: 2007 (weitere Aktualisierung eingestellt)

It is more complicated than you think.

R. Callon, The Twelve Networking Truths, April 1996

Normen und Standards

Eine Norm im Bereich der Informationstechnik (IT) ist eine Vereinbarung, die die technischen Spezifikationen für IT-Systeme (Hardware und Software) festlegt. Eine Norm wird von einer herstellerunabhängigen, nationalen oder internationalen Normungsorganisation verabschiedet und wird daher auch als De-jure-Standard bezeichnet. Stammen die Spezifikationen von einer sonstigen, herstellerunabhängigen Organistation, spricht man von einem Standard, Quasi-Standard, oder De-facto-Standard. Schließlich gibt es noch den sogenannten Industriestandard, der oft ebenfalls als De-facto-Standard oder Quasi-Standard bezeichnet wird. Hierunter versteht man eine Vereinbarung von technischen Spezifikationen, die aus marktwirtschaftlichen Gründen oft geheimgehalten oder zumindest ungenügend dokumentiert werden, aber in Form eines Herstellerprodukts bereits eine große Verbreitung erfahren haben.

Interessant hierbei ist, dass eine Norm auch dann eine Norm ist und bleibt, wenn sie marktwirtschaftlich bedeutungslos ist. Dagegen liegt ein Industriestandard erst dann vor, wenn dieser in Form eines Produktes eine marktwirtschaftliche Bedeutung erlangt hat.

Im Englischen wird das Wort Standard sowohl im Sinne von Norm als auch im Sinne von Standard verwendet.

Die folgende Abbildung zeigt die für die Normung und Standardisierung zuständigen Organisationen und Gremien, die im folgenden besprochen werden.

Standardisierungsgremien
Normen     Elektro­technische
Spezifika­tionen
Telekommuni­kations-
Empfehlungen
Internet-
Standards
International ISO IEC ITU ISOC / IAB / IETF
USA ANSI IEEE
Deutschland DIN

Internationale Normen (ISO / IEC)

Das zentrale Organ, das für die internationale IT-Normung zuständig ist, ist ein gemeinsames Komitee der International Organization for Standardization (ISO) und der International Eletrotechnical Commission (IEC). Da im IT-Bereich ursprünglich nur die ISO tätig war, spricht man häufig einfach von ISO-Normen.

Bis zur endgültigen Verabschiedung durchläuft eine Norm die Stadien Committee Draft (CD), Draft International Standard (DIS) und schließlich International Standard (IS). Bereits im Entwurfstadium erhält die zukünftige Norm eine Registriernummer, die während des Normungsprozesses unverändert bleibt. Die vollständige Bezeichnung für eine verabschiedete Norm lautet z.B. ISO/IEC IS 7498, oder meistens kurz ISO 7498.

Internet-Standards (ISOC / IAB / IETF)

Der international größte Netzverbund ist sicherlich das aus dem ARPANet hervorgegangene Internet, mit einigen 10000 zusammengeschlossenen, autonomen Netzen und mehreren Millionen Benutzern. Die Organisation, die sich für die Weiterentwicklung und Standardisierung des weltweiten Internet verantwortlich fühlt, ist die Internet Society (ISOC). Die ISOC beaufsichtigt die Aktivitäten des Internet Architecture Board (IAB), welches als technische Beratungsgruppe für Architekturfragen zuständig ist. Die eigentliche Standardisierungsarbeit wird in Arbeitsgruppen der Internet Engineering Task Force (IETF) geleistet.

Alle Dokumente und Spezifikationen zur Weiterentwicklung des Internet werden als sogenannte Request for Comments (RFC) veröffentlicht. Jedem RFC wird eine der folgenden Kategorien zugeordnet:

PROPOSED STANDARD, DRAFT STANDARD, STANDARD (STD):
Mit einer dieser drei Kategorien werden RFCs versehen, die den offiziellen, dreistufigen Standardisierungsprozess (Standards Track) durchlaufen. Jeder verabschiedete Standard erhält eine Registriernummer, hinter der sich einer oder mehrere RFCs verbergen. Sollen an dem Standard Änderungen oder Ergänzungen vorgenommen werden, behält dieser zwar die STD-Registriernummer, bezieht sich jedoch auf andere (neuere) RFCs. Ein gutes Beispiel hierfür ist STD 1 (Internet Official Protocol Standards), der regelmäßig geändert wird und sich im Laufe der Zeit z.B. auf die RFCs 2600 (März 2000), 2700 (August 2000), 2800 (May 2001), 2900 (August 2001) und 3000 (November 2001) bezog.
BEST CURRENT PRACTICE (BCP):
Bei RFCs, die mit dieser Kategorie versehen sind, handelt es sich um offizielle Richtlinien oder Empfehlungen der IETF, die jedoch nicht in den Standadisierungsprozess aufgenommen werden.
INFORMATIONAL, EXPERIMENTAL:
Hierunter fallen alle RFCs, die nicht einer der oben genannten Gruppen angehören.
HISTORIC
Auf diese Weise werden RFCs gekennzeichnet, die als Standard zurückgezogen wurden.

Telekommunikations-Empfehlungen (ITU)

Im Telekommunikationsbereich arbeitet die International Telecommunications Union (ITU), die früher unter der Bezeichnung Comité Consultatif International Télégraphique et Téléphonique (CCITT) bakannt war, Empfehlungen für die Post- und Telefongesellschaften aus, die in Serien (V-Serie, X-Serie, usw.) herausgegeben werden. Bekannte Empfehlungen sind z.B. V.24, X.25 und X.400. Aufgrund einer engen Kooperation werden die ITU-Empfehlungen vielfach von ISO/IEC übernommen.

ANSI-Normen

Das American National Standards Institute (ANSI) ist international bekannt für seine Normungsarbeit im IT-Bereich. Viele der hier erarbeiteten Spezifikationen dienen als Vorlagen für Internationale Normen und werden in der Regel unverändert von ISO/IEC übernommen. Im LAN-Bereich wäre hier z.B. die FDDI-Norm zu nennen.

IEEE-Standards

Neben ANSI ist vor allem das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Zulieferer von Normungsvorschlägen. Die Normung im LAN-Bereich wird in erster Linie im Projekt 802 vorangetrieben. Die Zahl 802 steht für das Datum des Projektbeginns: 80-2, d.h. 1980-Februar. Viele der Spezifikationen werden auch hier unverändert als Internationale Normen von ISO/IEC übernommen. Dabei wird aus der IEEE-Bezeichnung 802.xxx die ISO/IEC-Bezeichnung 8802-xxx.

Die folgende Tabelle gibt eine Übersicht über die wichtigsten 802-Projekte. Die Spezifikationen, die aus den Projekten 802.1, 802.2 und 802.3 resultieren, bilden den Schwerpunkt dieses Tutorials.

IEEE 802-Projekte
Projekt Bezeichnung
802.1 Overview, Architecture and Interworking
802.2 Logical Link Control
802.3 Ethernet / Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD)
802.4 Token Bus
802.5 Token Ring
802.6 Distributed Queue Dual Bus (DQDB)
802.7 Broadband
802.8 Fiber Optic
802.9 Integrated Services
802.10 Various Levels of Security for all IEEE 802 Standards
802.11 Wireless Local Area Networks (WLAN)
802.12 Demand Priority
802.14 Cable TV
802.15 Wireless Personal Area Networks (WPAN)
802.16 Broadband Wireless Access (BWA)
802.17 Resilient Packet Ring
802.18 Radio Regulatory
802.19 Coexistence
802.20 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA)
802.21 Media Independent Handoff Working
802.22 Wireless Regional Area Networks

DIN-Normen

Im Bereich der IT-Normung spielt das Deutsche Institut für Normung (DIN) nur eine untergeordnete Rolle. Die wesentlichen Normungs-Beiträge kommen in der Regel von US-Amerikanischen Organisationen und Unternehmen.

OSI-Referenzmodell

Datenkommunikation in Computer-Netzen wird im allgemeinen in einer Reihe von Schichten (Layers) organisiert, wobei jeder Schicht bestimmte Funktionen zugewiesen werden und die Schichten dann so angeordnet werden, dass jede Schicht auf einer anderen Schicht aufsetzt. Die Schichten werden durch genau definierte Schnittstellen gegeneinander abgegrenzt. Jede Schicht bietet der darüberliegenden Schicht bestimmte Dienste (Services) an, wobei die Anordnung der Schichten so gewählt wird, dass jeweils die höherliegende Schicht die Dienste der darunterliegenden Schicht für ihre Datenkommunikation nutzen kann.

Durch das Zusammenfügen solcher Kommunikations-Schichten entstehen recht komplexe, abstrakte Gebilde, innerhalb derer man die gesamte Datenkommunikation beschreiben kann. Man spricht dann von einem Kommunikationsmodell oder einer Kommunikationsarchitektur. Die Schichten werden meistens von unten beginnend durchnumeriert: 1, 2, ..., N, ..., Nmax. Hierbei steht N für eine beliebige Zahl zwischen 1 und Nmax . Die Schicht N wird oft auch als (N)-Schicht bezeichnet.

Die International Organization for Standardization (ISO) hat ein aus 7 Schichten bestehendes Modell für die Datenkommunikation definiert und als Norm verabschiedet. Das Modell trägt die Bezeichnung Open Systems Interconnection (OSI) und wird kurz als OSI-Modell bezeichnet. Das OSI-Modell gilt allgemein als Referenzmodell für die Datenkommunikation.

Die folgende Abbildung zeigt die Anordnung der 7 Schichten des OSI-Modells.

OSI-Referenzmodell
7 Application Layer
(Anwendungsschicht)
6 Presentation Layer
(Darstellungsschicht)
5 Session Layer
(Kommunikationssteuerungsschicht, Sitzungsschicht)
4 Transport Layer
(Transportschicht)
3 Network Layer
(Vermittlungsschicht, Netzwerkschicht)
3c Subnetwork Independent Convergence Sublayer
3b Subnetwork Dependent Convergence Sublayer
3a Subnetwork Access Sublayer
2 Data Link Layer
(Sicherungsschicht, Datenverbindungsschicht)
2b Logical Link Control Sublayer (LLC)
2a Media Access Control Sublayer (MAC)
1 Physical Layer
(Bitübertragungsschicht, physikalische Schicht)
(1) Physical Layer (Bitübertragungsschicht, physikalische Schicht)
  • Übertragung von Bitströmen,
  • Festlegung einer Taktrate für die Bitsynchronisation,
  • Darstellung der Bits 0 und 1 als elektrische oder optische Signale (Leitungscodes).
(2) Data-Link-Layer (Sicherungsschicht, Datenverbindungsschicht)
  • Aufteilung der Bitströme in Blöcke oder Rahmen (Frames) geeigneter Länge,
  • Behandlung von Übertragungsfehlern durch Fehlererkennung und -behebung (Error Detection and Recovery) (üblicherweise nur bei WANs),
  • Flusskontrolle (üblicherweise nur bei WANs),
  • Block- oder Rahmensynchronisation,
  • Regelung des Zugriffs auf das Übertragungsmedium (üblicherweise nur bei LANs).

Bei LANs wird die Sicherungsschicht in zwei Subschichten (Sublayers) unterteilt.

(2a) Media Access Control Sublayer (MAC)
  • Aufteilung der Bitströme in MAC-Rahmen (MAC-Frames),
  • Regelung des Zugriffs auf das Übertragungsmedium.
(2b) Logical Link Control Sublayer (LLC)
  • Vom Medienzugriff unabhängige Funktionen der Sicherungsschicht.
(3) Network Layer (Vermittlungsschicht, Netzwerkschicht)
  • Weiterleitung (Relaying) von Daten (gegebenenfalls mit Protokollkonvertierung),
  • Wegwahl (Routing) für die Weiterleitung von Daten,
  • Adressierung von Computer-Systemen durch Vergabe von (logischen) Netzwerkadressen,
  • Umsetzung von Netzwerkadressen in physikalische Adressen,
  • Bündelung (Multiplexing) mehrerer Netzverbindungen über einzelne Teilstrecken.

Computer-Netze, insbesondere natürlich lokale Netze, die mit anderen Netzen zum Zwecke einer netzüberschreitenden Kommunikation (Internetworking) verbunden werden (z.B. bei LAN-WAN-LAN-Kopplungen), nennt man Subnetze. Um der Komplexität einer solchen Kommunikation Rechnung zu tragen, wird die Netzwerkschicht in drei Subschichten (Sublayers) unterteilt.

(3a) Subnetwork Access Sublayer
  • Abwicklung der Subnetz-spezifischen Funktionen der Netzwerkschicht (bei LANs meist leer).
(3b) Subnetwork Dependent Convergence Sublayer
  • Anheben der verschiedenen Subnetwork Access Sublayer auf ein einheitliches Niveau, auf das der Subnetwork Independent Convergence Sublayer aufsetzen kann (bei LANs üblicherweise leer).
(3c) Subnetwork Independent Convergence Sublayer
  • Abwicklung der Subnetz-unabhängigen Funktionen der Netzwerkschicht, insbesondere Routing, Relaying und globale Netzwerkadressierung.
(4) Transport Layer (Transportschicht)
  • Unterstützung einer zuverlässigen Ende-zu-Ende-Verbindung zwischen Prozessen (Transportdienstbenutzer) auf den Endsystemen,
  • Verbergen der Netzcharakteristika vor den anwendungsorientierten Schichten,
  • Fehlerbehandlung zwischen Endsystem-Prozessen,
  • Flusskontrolle zwischen Endsystem-Prozessen,
  • Bündelung (Multiplexing) mehrerer Transportverbindungen über eine Netzverbindung.
(5) Session Layer (Kommunikationssteuerungsschit, Sitzungsschicht)
  • Auf-/Abbau und Benutzung einer Dialogverbindung,
  • Steuerung des Dialogs (wer sendet wann und wie lange),
  • Setzen von Synchronisationspunkten und Dialogsynchronisation.
(6) Presentation Layer (Darstellungsschicht)
  • Konvertierung der ausgetauschten Daten in eine systemunabhängige Form (Umsetzung der Syntax) zur Sicherstellung der wechselseitig richtigen Interpretation,
  • Datenkompression.
(7) Application Layer (Anwendungsschicht)
  • Unterstützung von Benutzer-Anwendungsprozessen durch Bereitstellung geeigneter Dienste (z.B. Dateitransfer, Nachrichtenübermittlung, Terminaldialog, Transaktionsverarbeitung),
  • Netzwerktransparenz für Benutzer-Anwendungsprozesse,
  • Netzwerkmanagement.

Obwohl die Schicht 7 in ihrer Komplexität alle anderen Schichten weit übertrifft, wird sie nicht in Subschichten unterteilt. Stattdessen wird hier ein anderes Funktionsprinzip eingeführt, der sogenannte Anwendungszusammenhang (Application Context). Für das allgemeine Verständnis des OSI-Modells und seiner Schichten ist dies allerdings nicht von Bedeutung.

Man beachte, dass die eigentlichen Anwendungen (oder genauer gesagt die Benutzer-Anwendungsprozesse) außerhalb des OSI-Modells liegen und somit oben auf die Schicht 7 aufsetzen. Ebenso liegen die Übertragungsmedien außerhalb des OSI-Modells, und zwar unterhalb der Schicht 0. Aus diesem Grund werden die Übetragungsmedien manchmal auch einer erweiterten Schicht 0 zugeordnet, die aber im OSI-Modell strenggenommen nicht existiert.

Internet-Architekturmodell

Bereits in den 60er Jahren entwickelte die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) im Auftrag des US Department of Defense (DoD) ein Modell für Datenkommunikation, genannt das Internet-Architekturmodell (Internet Architecture Model). Auf der Basis dieses Modells wurden dann verschiedene Netze aufgebaut, zunächst das Advanced Research Projects Agency Network (ARPANet) und das Defense Data Network (DDN) und schließlich das weltweite Internet.

Internet-Architekturmodell
      Application Layer      
Utility Layer
Transport Layer
Internet Layer
Network Layer
Link Layer
Physical Layer

Während im OSI-Modell die angebotenen Dienste (Services) einer Schicht die entscheidende Rolle spielen und die Protokolle einer Schicht im wesentlichen nur dazu dienen, dass innerhalb dieser Schicht eine Kommunikation zwischen den beteiligten Computer-Systemen stattfinden kann, stehen im Internet-Modell die Protokolle einer Schicht im Vordergrund und der abstrakte Begriff eines Dienstes taucht hier gar nicht auf. Beim Internet-Modell handelt es sich also um eine reine Protokollarchitektur, die auch unter dem Namen Internet Protocol Suite bekannt ist. Aufgrund der strikten Trennung von Diensten und Protokollen ist das OSI-Modell flexibler und leistungsfähiger als das Internet-Modell.

Das Internet-Architekturmodell besteht ebenso wie das OSI-Modell aus 7 Schichten, wobei sich jedoch die Schichten der beiden Modelle nicht unbedingt entsprechen. Die Funktionen der einzelnen Schichten werden im folgenden kurz erläutert und mit den OSI-Schichten verglichen.

Physical Layer
  • Weitgehend identisch mit der entsprechenden OSI-Schicht 1.
Link Layer
  • Bei WANs weitgehend identisch mit der OSI-Schicht 2,
  • bei LANs in der Regel nicht vorhanden.
Network Layer
  • Bei WANs vergleichbar mit den OSI-Schichten 3a und 3b,
  • bei LANs vergleichbar mit den OSI-Schichten 2a und 2b und (falls vorhanden) 3a und 3b.
Internet Layer
  • Vergleichbar mit der OSI-Schicht 3c, insbesondere hinsichtlich Routing, Relaying und Netzwerkadressierung.
Transport Layer
  • Weitgehend identisch mit der entsprechenden OSI-Schicht 4.
Utility Layer
  • Vergleichbar mit den OSI-Schichten 5 bis 7.
Application Layer
  • Anwendungen, die den Utility-Layer benutzen (im Gegensatz hierzu liegen bei OSI die Anwendungen außerhalb des Architekturmodelles).

Modifiziertes Kommunikationsmodell (Schichtenmodell)

Für die Praxis ist weder das reine OSI-Modell, noch das Internet-Modell besonders geeignet. Daher wird im Folgenden ein modifiziertes, vom OSI-Modell abgeleitetes Kommunikationsmodell vorgestellt, das im Tutorial durchgehend verwendet und einfach als Schichtenmodell bezeichnet wird.

Schichtenmodell
  Schichtenmodell OSI-Modell
Anwendungsorientierte Dienste Anwendungsschicht7
6
5
Vermittlungs- und transportorientierte Dienste Transportschicht4
Netzwerkschicht3
Übertragungstechnik LLC-Schicht (nicht immer erforderlich) 2
MAC-Schicht
Physikalische Schicht
(einschließlich Verkabelung)
1
 

Ethernet-Referenzmodell

Nachdem die Schicht 2 des OSI-Modells bereits in die beiden Subschichten MAC und LLC unterteilt ist, um lokalen Netzen besser gerecht zu werden, wird diese Unterteilung für Ethernet weiter verfeinert. Auf diese Weise entsteht das Ethernet-Referenzmodell. Charakteristisch für das Ethernet-Modell ist, dass die Unterteilung in Subschichten abhängig von der Übertragungsrate ist.

Die folgende Abbildung zeigt die Anordnung der Schichten des Ethernet-Modells für die Übertragungsraten 10, 100 und 1000 Mbit/s.

Ethernet-Referenzmodell
Ethernet (10 Mbit/s) Fast-Ethernet (100 Mbit/s) Gigabit-Ethernet (1000 Mbit/s) Schichtenmodell
MAC Client (LLC, Brücken, Switches) LLC-Schicht
MAC Control (optional) MAC-Schicht
MAC
PLS Reconciliation Reconciliation Reconciliation Physikalische Schicht
AUI MII MII GMII
PLS PCS PCS
AUI PMA PMA
PMA PMA PMD PMD
MDI MDI MDI MDI
Medium Medium Medium Medium
Medium:
Übertragungsmedium (symmetrisches Kupferkabel, Koaxialkabel, Gradientenfaser, Singlemodefaser).
MDI (Medium Dependent Interface):
Elektrischer oder optischer Stecker für den Anschluss von Datenendgeräten an das entsprechende Medium.
PMD (Physical Medium Dependent Sublayer):
Übertragung und Empfang von Bitströmen in Form von elektrischen oder optischen Signalen.
PMA (Physical Medium Attachment Sublayer):
Serialisierung und Deserialisierung von Bitgruppen, Kollisionserkennung. Bei 10 Mbit/s: beinhaltet auch die Funktionen von PMD.
PCS (Physical Coding Sublayer):
Kodierung und Dekodierung von Bitgruppen (4B/5B, 8B/10B), Management des Auto-Negotiation-Prozesses.
AUI (Attachment Unit Interface):
Schnittstelle für die Verbindung von PLS mit PMA.
PLS (Physical Layer Signaling Sublayer):
Entspricht PCS.
(G)MII ((Gigabit) Media Independent Interface):
Schnittstelle für die Verbindung der MAC- und Reconciliation-Subschichten mit den Subschichten der physikalischen Schicht.
Reconciliation Sublayer:
Abbildung der von PCS über (G)MII kommenden Signale auf Dienstfunktionen der MAC-Schicht.
MAC (Media Access Control Sublayer):
In dieser Schicht sind die primären Kontrollfunktionen für den Zugriff auf das Übertragunsmedium angesiedelt.
MAC Control Sublayer:
Diese Schicht ist optional. Sie beinhaltet z. Zt. lediglich Funktionen zur Flusskontrolle. Zuküftig sollen hier weitere Kontrollfunktionen untergebracht werden.
MAC Client Sublayer:
Diese Schicht beinhaltet die Funktionen der LLC-Schicht, sowie die für den Betrieb von Brücken und Switches erforderlichen Funktionen.

Protokolle, Dienste und Schnittstellen

Bereits bei der Vorstellung der verschiedenen Kommunikationsmodelle wurde erläutert, dass Datenkommunikation in Schichten (Layers) organisiert wird. Jeder Schicht werden bestimmte Funktionen zugewiesen und die Schichten werden durch genau definierte Schnittstellen (Interfaces) gegeneinander abgegrenzt. Auf diese Weise wird erreicht, dass jede Schicht der darüberliegenden Schicht bestimmte Dienste (Services) anbietet und die Dienste der darunterliegenden Schicht nutzen kann.

Der Informationsaustausch innerhalb einer Schicht wird über Protokolle abgewickelt. Unter einem Protokoll (Protocol) versteht man hierbei die Regeln und Bestimmungen, nach denen die Kommunikation zwischen zwei Computer-Systemen innerhalb einer bestimmten Schicht abläuft. Auf diese Weise entstehen die in Schichten angeordneten Protokollstapel (Protocol Stacks).

Die folgende Abbildung zeigt den Zusammenhang zwischen Schichten, Schnittstellen und Protokollen in einer aus zwei vernetzten Computer-Systemen A und B bestehenden Anordnung.

Zusammenspiel von Schichten, Schnittstellen und Protokollen
Computer A   Computer B
Schicht 4 Protokolle der Schicht 4
↔ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔
Schicht 4
  Schnittstelle 3/4       Schnittstelle 3/4  
Schicht 3 Protokolle der Schicht 3
↔ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔
Schicht 3
  Schnittstelle 2/3       Schnittstelle 2/3  
Schicht 2 Protokolle der Schicht 2
↔ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔
Schicht 2
  Schnittstelle 1/2       Schnittstelle 1/2  
Schicht 1 Protokolle der Schicht 1
↔ ↔ ↔ ↔ ↔ ↔
Schicht 1
Physikalisches Übertragungsmedium

Jede Schicht enthält sogenannte Instanzen (Entities), die die schichtspezifischen Dienste (Services) zu erbringen haben. Instanzen können als Software (Prozess) oder als Hardware (Chip) realisiert sein. Um die ihnen von ihrer Schicht zugeordneten Aufgaben ausführen zu können, müssen die Instanzen eines Computer-Systems in der Lage sein, mit ihren Partnerinstanzen (Peer Entities) auf einem anderen Computer-System innerhalb dieser Schicht zu kommunizieren (horizontale Kommunikation). Die Regeln und Bestimmungen, nach denen die Kommunikation zwischen Partnerinstanzen einer Schicht abläuft, werden als Protokoll bezeichnet.

Zwischen je zwei aneinandergrenzenden Schichten gibt es eine Schnittstelle (Interface), durch die festgelegt ist, welche Dienste die untere Schicht der darüberliegenden Schicht anbietet. Über diese Schnittstelle kommunizieren die Instanzen zweier aneinandergrenzender Schichten miteinander (vertikale Kommunikation). Hierbei übernimmt die untere Schicht die Rolle des Dienstanbieters (Service Provider) und die darüberliegende Schicht die Rolle des Dienstbenutzers (Service User).

Die Dienste einer Schicht werden den Instanzen der darüberliegenden Schicht an Dienstzugangspunkten (Service Access Points, SAP) zur Verfügung gestellt. Jeder SAP hat eine Adresse, die ihn eindeutig identifiziert. Der SAP liegt also an der Schnittstelle zwischen zwei Schichten und wird über die SAP-Adresse angesprochen. Da das Prinzip der SAPs aus der OSI-Welt stammt und in der Internet-Welt keinen Einzug gefunden hat, ist es praktisch bedeutungslos. Lediglich in der LLC-Schicht spielen die SAPs noch eine Rolle.

Protokolldaten (PDUs)

Die Kommunikation zwischen Partnerinstanzen geschieht durch den Austausch von Protokolldateneinheiten (Protocol Data Units, PDU). Eine PDU besteht aus einer Dienstdateneinheit (Service Data Unit, SDU), die die Daten der höherliegenden Schichten beinhaltet, und Protokollkontrollinformation (Protocol Control Information, PCI).

PDUs der Netzwerkschicht und der Transportschicht werden meist als Pakete (Packets) (bei verbindungsorientierter Kommunikation) oder als Datagramme (Datagrams) (bei verbindungsloser Kommunikation) bezeichnet, PDUs der MAC- und LLC-Schicht als Rahmen (Frames). PCI wird üblicherweise als Kopfteil (Header), teilweise auch als Fußteil (Trailer), der SDU zugefügt.

Protocol Data Unit (PDU)
PCI SDU PCI
Header Daten Trailer

Dadurch erhält man den in der folgenden Abbildung gezeigten Ablauf eines Datenaustausches vom Computer-System A zum Computer-System B. Aus wenigen Nutz-Daten kann durch dieses schichtenweise Hinzufügen von Header- und Trailer-Informationen ein erhebliches Datenvolumen entstehen. Die in der Abbildung vor die  Daten  gestellten Blöcke  4  ,  3  ,  2  stellen diese Header- bzw. Trailer-Informationen der jeweiligen Schichten 4, 3, 2 dar.

Übertragung von Protokollinformationen durch Header- und Trailer-Bildung
  Computer A   Computer B  
   Daten     Daten   
     
4  4   Daten     4   Daten  4
     
3  3   4   Daten     3   4   Daten  3
     
2  2   3   4   Daten   2     2   3   4   Daten   2  2
     
1  2  3  4  Daten  2     2  3  4  Daten  2  1
     
Physikalisches Übertragungsmedium

Die Schicht 1 bildet eine Ausnahme, da sie keine weiteren Header oder Trailer anhängt, sondern die Daten der Schicht 2 in einen kontinuierlichen Bitstrom  2  3  4  Daten  2  umwandelt und diesen zur Übertragung auf das Medium gibt.

Verbindungslos - verbindungsorientiert

Die Kommunikation innerhalb einer Schicht kann grundsätzlich auf zwei Arten durchgeführt werden: entweder verbindungsorientiert oder verbindungslos. Dies beeinflußt auch ganz wesentlich die Art und Qualität der Dienste, die die betreffende Schicht anbietet.

Bei der verbindungsorientierten (connection-oriented) Kommunikation wird vor dem Austausch der Daten erst eine logische Verbindung (Connection) aufgebaut. Während der Übertragung wird eine wie auch immer geartete Beziehung zwischen den PDUs aufrechterhalten. Die (logische) Verbindung bleibt solange bestehen, bis sie durch einen expliziten Verbindungsabbau wieder gelöst wird. Die kommunizierenden Instanzen können beim Verbindungsaufbau gewisse Funktionen für die Qualität des Dienstes (Quality of Service, QoS) und Optionen aushandeln und abspeichern. Bei der Datenübertragung brauchen die PDUs diese Informationen daher nicht als Header mitzuschleppen. Da die Bedingungen der Übertragung ausgehandelt werden, brauchen die kommunizierenden Parteien auch vorher keine Kenntnisse aller Charakteristika von sich gegenseitig zu haben.

Bei der verbindungslosen (connectionless) Kommunikation wird keine logische Verbindung und damit keine dauerhafte Kommunikationsbeziehung aufgebaut. Die Übertragung einer jeden PDU ist ein in sich abgeschlossener Vorgang, d.h. die PDUs werden als unabhängige und separate Einheiten aufgefasst. Die kommunizierenden Parteien müssen schon vor der Übertragung ihre gegenseitigen Charakteristika kennen. Alle Optionen und QoS-Funktionen müssen vorher festgelegt sein.