Das Schichtenmodell

Die deutsche Finanzministerin korrespondiert mit ihrer schwedischen Kollegin. Sie entwirft ihr Schreiben auf deutsch und gibt es einer Übersetzerin, die es ins Englische überträgt. Diese versendet die übersetzte Version per Post an die Übersetzerin der schwedischen Ministerin. Die Post gibt den Brief wiederum an eine Fluggesellschaft, die ihn zur schwedischen Post befördert…

Beschreiben Sie den weiteren Weg!

Das Diagramm rechts veranschaulicht die Kommunikation in mehreren Schichten. Die Beteiligten der jeweiligen Schichten halten sich bei der Kommunikation jeweils an ein - für jede Schicht eigenes - Protokoll:

Die Ministerinnen verwenden einen bestimmten Briefkopf, eine förmliche Anrede und Grußformel, …
Die Übersetzerinnen haben sich auf die Transportsprache Englisch geeinigt.
Der Briefumschlag muss Absender- und Empfängeradresse an genau definierten Stellen und in einem genau festgelegten Format besitzen. Der Brief muss frankiert sein
Der Sack zum Lufttransport ist auf genau definierte Art beschriftet und weist eine genau definierte Beschaffenheit auf (Gewebeart, Maximalgewicht, …).

Die Beteiligten der jeweiligen Schichten können sich so verhalten, als kommunizierten sie direkt mit ihrem jeweiligen Gegenüber auf der anderen Seite im vereinbarten Protokoll. Sie müssen sich nicht um die Details der jeweils darunterliegenden Schichten kümmern (gestrichelte Pfeile).

Der Inhalt des Briefes ( = die Daten) wird in Wirklichkeit aber über den mit durchgezogenen Pfeilen gekennzeichneten Weg übertragen.

Manchmal ändert sich dabei die Darstellung/Kodierung der Information (im Beispiel: deutsche Sprache ↔ englische Sprache ↔ schwedische Sprache).
In der Regel erhalten die Daten bei jedem Schritt eine neue "Umverpackung" und auf der äußersten "Verpackung" eine neue Adressierung. Für den Weitertransport ist jeweils nur die Adresse auf der äußersten Hülle relevant.

Vorteil des Schichtenmodells

Der Hauptvorteil des Schichtenmodells ist, dass die einzelnen Schichten unabhängig voneinander sind, solange die Schnittstellen zwischen den Schichten beibehalten werden. Verwenden die Übersetzerinnen beispielsweise Spanisch statt Englisch als Transportsprache, so hat dies keine Auswirkung auf die Kommunikation der Ministerinnen. Auch wenn die Post die Fluggesellschaft wechselt oder die Briefe anders stempelt können die darüberliegenden Schichten ihren Betrieb fortsetzen ohne darauf Rücksicht nehmen zu müssen.

Schichtenmodell des Internet

Aufgaben der Schichten:

Anwendungsschicht: Die Protokolle der Anwendungsschicht definieren, auf welche Weise Anwendungen miteinander kommunizieren. Beispielsweise nutzen Browser/Server das HTTP-Protokoll.
Transportschicht (am Beispiel von TCP): Sie stellt der Anwendungsschicht eine Möglichkeit der Ende-zu-Ende-Kommunikation zur Verfügung. Die Anwendungsschicht kann ihr einen Datenstrom übergeben und die Transportschicht kümmert sich um die sichere Übermittlung zum Empfänger. Sie zerlegt dazu den Datenstrom in einzelne Pakete ("Segmentierung"), die sie der Vermittlungsschicht übergibt, und kümmert sich im Fall verlorengegangener Pakete um erneute Anforderung beim Sender.
Vermittlungsschicht: Sie kümmert sich darum, dass die einzelnen Datenpakete anhand ihrer Adressen den Weg vom Sender zum Empfänger "finden".
Netzzugangsschicht: Sie ist für die physische Übertragung der Daten von einem Knoten zum nächsten zuständig und regelt beispielsweise, mit welchen Spannungspegeln und Frequenzen die Daten durch ein Ethernetkabel geleitet werden.

Protokollheader

In der folgenden Graphik ist der Weg eines beispielhaften Datenpakets durch den Protokollstapel HTTP/TCP/IP/Ethernet dargestellt: Jede Schicht fügt an den Anfang jedes Datenpakets, das es von der darüberliegenden Schicht erhält, einen Header hinzu. Dieser enthält interne Verwaltungsinformationen, die die Schicht braucht, beispielsweise enthält

der HTTP-Header die Empfänger-URL, die Sprachen, die der Benutzer des Browsers spricht, die Art der Komprimierung der Daten, die Länge des Datenpakets usw.
der TCP-Header die Ports von Sender und Empfänger, die laufende Nummer des TCP-Segments, …
der IP-Header die IP-Adresse von Sender und Empfänger und die Länge des IP-Pakets

Auf der Empfängerseite entfernt jede Schicht ihren Header wieder, bevor sie das Paket an die nächsthöhere Schicht weiterreicht.

Über die Leitung fließt dann ein Datenstrom, der die einzelnen Datenpakete mit ihren Headern enthält: