Moderne Kommunikationssysteme bauen meist auf dem in der DIN ISO 7498 dargestellten Kommunikationsmodell auf, das auch als ISO / OSI-Referenzmodell bezeichnet wird. Dort werden die zur Datenübertragung notwendigen Aktionen in sieben funktionale Schichten eingeteilt.
Jede dieser Schichten stellt der nächst übergeordneten Schicht verschiedene Dienste zur Verfügung. Diese Dienste können in den höheren Schichten des Referenzmodells recht komplex sein, die Komplexität nimmt jedoch zu den unteren Schichten hingehend ab.
Die Dienste der physikalischen Schicht (Schicht 1) sind so einfach gehalten, dass sie direkt über das Medium (Bus-Kabel, Lichtwellenleiter, Funkstrecke usw.) übertragen werden können. Durch die exakte Aufteilung in funktional zusammengehörende Blöcke (Schichten) des Kommunikationsmodells ist es möglich, ganze Schichten auszutauschen, ohne die Datenübertragung zu beeinträchtigen. Beispielsweise könnte durch Wechseln von drahtgebundener Datenübertragung auf optische Datenübertragung die Schicht 1 vollkommen verändert werden. Die Bedeutung der einzelnen Schichten und deren Aufgabe soll nun im weiteren kurz erläutert werden.
Schicht 1: Bit-Übertragungsschicht (Physical Layer)
Die Bit-Übertragungsschicht legt die Hardware-Schnittstelle, das Übertragungsmedium, die verwendeten elektrischen Pegel usw. fest. Die physikalische Schicht muss in der Lage sein, einzelne Bits zu übertragen (z.B. mit einem seriellen Baustein). Beispiele für die Implementierung einer physikalischen Schicht sind Schnittstellen nach EIA RS232, EIA RS 422 und EIA RS 485.
Schicht 2: Sicherungsschicht (Data Link Layer)
Die Sicherungsschicht ist zur Übertragung von einzelnen, einfachen Datenblöcken über die physikalische Schicht verantwortlich. Sie versieht die Roh-Datenblöcke mit Start- , Synchronisier- und Prüfzeichen, mit deren Hilfe Übertragungsfehler erkannt werden können.
Schicht 3: Vermittlungsschicht (Network Layer)
Die Vermittlungsschicht sorgt für die Auswahl des Weges der Datenübertragung durch das Netzwerk. Ein Dienst dieser Schicht ist z.B. die Bestimmung der Stationsadresse des gewünschten Zieles für die Datenübermittlung.
Schicht 4: Transportschicht (Transport Layer)
Die Transportschicht teilt die zu übermittelnden Daten in Blöcke auf, damit sie von der darunterliegenden Schichten verarbeitet werden können. Umgekehrt müssen die empfangenen Datenblöcke hier wieder richtig zusammengesetzt werden.
Schicht 5: Kommunikations-Steuerungsschicht (Session Layer)
Die Aufgaben der Vermittlungsschicht sind Aufbau und Abbau von Kommunikationsbeziehungen zwischen zwei oder mehreren Punkten sowie deren Überwachung.
Schicht 6: Darstellungsschicht (Presentation Layer)
Die Anpassungsschicht ist für die Codierung bzw. Decodierung der Daten zuständig. Die Codierung und Decodierung kann sowohl aus Übertragungsgründen als auch aus Datenschutzgründen (Verschlüsselung) notwendig sein.
Schicht 7: Verarbeitungsschicht (Application Layer)
Die Anwendungsschicht stellt die für die Auswertung notwendigen Dienste bzw. Protokolle zur Verfügung.
Header im OSI-Schichtenmodell
Eines der grossen Probleme bei der Kommunikation sind die grossen Unterschiede in den Rechner-Architekturen der beteiligten Computer. Daher hat das Divide-and-Conquer-Verfahren des OSI-Schichtenmodells grosse Vorteile. Die Kommunikation von Schicht zu Schicht erfolgt dabei über sogenannte Header. Jede Schicht hängt einen Header an der Datenblock, der ihr von der nächst höheren Schicht übergeben wurde. Die Physical Layer sendet den sie erreichenden Datenblock bitweise an den Empfänger. Dort wird von jeder Schicht der ihr zugeordnete Header abgetrennt und der restliche Datenblock bis zur obersten Ebene durchgereicht. Dieses Verfahren hat den Nachteil, dass kurze Nachrichten in der physikalischen Ebene relativ viel Platz beanspruchen. So wird z.B. eine Nachricht mit 15 Zeichen auf das Fünffache gedehnt.
LAN-Standards
Nachfolgend die wichtigsten LAN-Standards.
ARCnet
ARCnet ist der Umgangsbegriff für ein LAN, das nach IEEE 802.4 standardisiert ist und eine Übertragungsrate von max. 2,5Mbit/s bietet. Ist keine Anbindung an andere Rechnerwelten geplant, stellt die Vernetzung durch ARCnet eine kostengünstige und einfach zu realisierende Lösung dar. ARCnet zeichnet sich durch grosse Flexibilität aus, einfaches Handling und vor allem durch problemlose Erweiterbarkeit
Ethernet
Ethernet ist der Umgangsbegriff für ein LAN nach dem Standart IEEE802.3 und stellt eine preiswerte, einfach zu handhabende und inzwischen sehr weit verbreitete Möglichkeit für die Vernetzung von Rechnern dar. Ethernet basiert auf einer Bus-Struktur und bietet Übertragungsraten von inzwischen bis 10Gbit/s. Der Zugriff der Rechner auf das Netzwerk wird mit Ethernetkarten abgewickelt.
Es gibt drei unterschiedliche Normen, die in den nächsten drei Abnschnitten beschrieben werden.
Thin-Ethernet (Cheapernet)
Hier wird das Thin-Wire-Kabel nach der 10Base2-Norm (Coax-Kabel RG58, Wellenwiderstand 50Ohm) verwendet. Wegen seines günstigen Preises wird es auch Cheapernet genannt. Nachteile sind Netzunterbrechungen bei der Installation und die geringe max. Segmentlänge von 185 Meter für bis zu 30 Stationen.
Für jeden Anschluss eines neuen Knotens muss das Bus-Kabel aufgetrennt werden, um ein T-Stück einfügen zu können, an das der Knoten direkt angeschlossen wird. Das T-Stück stellt innerhalb des Kabels eine Störung des koaxialen Zustandes dar. Damit verbunden ist eine erhöhte Störungsabfälligkeit an diesen Stellen. Während das Kabel aufgetrennt ist, steht die Kommunikation im ganzen Netz still.
Thick-Ethernet
Das gebräuchlichste Kabel war ursprünglich das ThickWire-Koaxialkabel nach der 10Base5-Norm. Mit diesem Kabel können bis zu 500 Meter lange Ethernet-Segmente mit maximal 100 Stationen aufgebaut werden. Es können max. fünf Segmente über Repeater oder Brücken zusammengeschaltet werden. Die Enden der Segmente müssen mit je einem Thin-Terminator abgeschlossen werden.
Der physikalische Anschluss von Knoten an das ThickWire-Bus-Kabel erfolgt mit sogenannten Transceivern im Abstand von 2,5 Metern oder einem Vielfachen davon. Die Kabellänge zwischen Transceiver und Ethernet-Karte im PC darf max. 50 Meter betragen. Die Transceiver werden über einen eingebauten Dorn mit dem zentralen Draht unter der Abschirmung des ThickWire-Kabels verbunden. Diese Anschlusstechnik bietet den Vorteil, das zur Installation neuer Stationen im Netz das ThickWire-Kabel nicht aufgetrennt werden muss.
Twisted-Pair
Für die Nutzung bereits verlegter Twisted-Pair-Kabel empfiehlt sich der Aufbau eines Ethernet nach der xBaseT-Norm. Die Stationen werden mit xBaseT Switches sternförmig verkabelt, wobei die PC-Switch-Verbindung max. 100 Meter lang sein darf.
Im xBaseT-Standart werden die Regeln zur Verwendung von paarweise verdrillten, ungeschirmten Vierdrahtkabeln (Unshielded Tisted-Pair, UTP) mit achtpoligen RJ45-Steckern für den Ethernet-Datentransfer festgelegt.
Token-Ring
Gegenüber Ethernet ist Token Ring eine teure, mit einer Datenübertragungsrate von 16Mbit/s auch langsame Netzwerk-Architektur. Token Ring ist unter IEEE 802.5 standardisiert. Wie bei jeder Netzwerk-Topologie, müssen auch bei Token Ring Konfigurationsregeln bezüglich der Kabeltypen und der Netzwerk-Adapter eingehalten werden. Für das von IBM entwickelte Token-Ring-Verfahren gibt es mehrere Kabeltypen- und Anschlüsse.
Darüber hinaus existieren verschiedene Netzwerk-Übertragungsraten (4, 10 und 16Mbit/s), die durch unterschiedliche Netzwerk-Karten und Verbindungsgeräte realisiert werden. Zu beachten ist dabei, dass das Netzwerk immer mit der Geschwindigkeit des langsamsten Bestandteils läuft.