ISO-OSI-Anwendungsschicht

Verteilte Anwendungen in Fabrikationsautomatisierung, Produktionskontrolle, Flugbuchung, Banken und Bürowelt stellen spezielle Anforderungen an die sie unterstützenden DV-Systeme. Neben der Verteilung von Datenbeständen kommt der Aufteilung einer Gesamtaufgabe in Teilaufgaben eine zentrale Bedeutung zu. Im Gegensatz zur zentralen Problemlösung wird bei verteilten Anwendungen die Lösung einer Gesamtaufgabe durch die Kooperation der beteiligten Teilsysteme erreicht. Wegen der geographischen Verteilung müssen die beteiligten DV-Systeme in einem Rechnernetz verbunden sein. Wenn nur DV-Systeme eines Herstellers verwendet werden, können Daten und Informationen gemäß einem herstellerspezifischen Kommunikationsprotokoll ausgetauscht werden. Bei heterogenen DV-Systemen ist die Verwendung eines standardisierten Kommunikationsprotokolls erforderlich.

Im ISO-OSI (OSI = Open Systems Interconnection)-Referenzmodell wird die Kommunikation heterogener systeme durch sieben Schichten modelliert. Die siebte Schicht - auch Anwendungsschicht (Application Layer) genannt - stellt im Gegensatz zu den übrigen Schichten keinen generellen, schichtspezifischen Dienst bereit, sondern besteht aus zahlreichen Anwendungsdienstelementen (Application Service Elements). Die folgenden Beispiele stellen eine Auswahl solcher Anwendungsdienstelemente (im folgenden kurz Dienstelemente genannt) dar:

• ACSE (Association Control Service Element) unterstützt den Auf- und Abbau von Anwendungsverbindungen.
• ROSE (Remote Operations Service Element) unterstützt die Ausführung entfernter Operationen.
• TP (Transaction Processing) beziehungsweise CCR (Commitment, Concurrency and Recovery) unterstützen die Initiierung, Terminierung und Verwaltung verteilter Transaktionen in heterogenen Rechnernetzen.
• RDA (Remote Database Access) unterstützt den Zugriff auf entfernte Datenbanken.
• FTAM (File Transfer, Access and Management) unterstützt das Erzeugen, Lesen und Manipulieren entfernter Dateien.
• MOTIS (Message Oriented Text Interchange System) unterstützt den Austausch von Dokumenten vorwiegend im Bürobereich.

Einige Dienstelemente werden auf der Basis anderer Dienstelemente realisiert, die Dienstelemente RDA und FTAM stützen sich z.B. auf die Dienstelemente ACSE, ROSE und CCR beziehungsweise TP ab. Die damit verbundenen Abhängigkeiten von Dienstelementen haben in der ISO zu der Einteilung in "allgemeine Dienstelemente" (CASE, Common Application Service Elements) und "spezielle Dienstelemente" (SASE, Specific Application Service Elements) geführt. Diese Einteilung hat in der Vergangenheit immer wieder zu kontroversen Diskussionen geführt, nicht zuletzt deshalb, weil allgemeine Dienstelemente nicht nur über "spezielle Dienstelemente", sondern auch direkt einer Anwendung zur Verfügung gestellt werden können.

Grundsätzlich legt jedes Dienstelement sogenannte Dienstprimitive fest. Abhängig von den Kommunikationsanforderungen einer speziellen Anwendung werden ein oder mehrere Dienstelemente ausgewählt. Die Verwendung von Dienstprimitiven durch den Benutzer und damit die Wechselwirkung zwischen Anwendung und Kommunikationssystem soll im folgenden Beispiel anhand eines Dateizugriffs auf eine geographisch entfernte Datei diskutiert werden. In der ISO-OSI-Anwendungsschicht wird hierfür das Dienstelement FTAM angeboten. Zur Vereinfachung beschränken wir uns auf eine Teilmenge des Dienstes und nehmen an, daß sowohl die Daten als auch die Dateibeschreibung in einem netzeinheitlichen Format vorliegen.

Da das Dienstelement FTAM auf der Basis von ACSE und wahlweise auch CCR realisiert wird, bestehen die aktiven Elemente der Anwendungsschicht, auch Anwendungsinstanzen genannt, aus mehreren Dienstelementen (Abb. 1). Wie in den übrigen Schichten des ISO-OSI-Referenzmodells erbringen diese Instanzen gemeinsam den schichtspezifischen Dienst. Hierzu tauschen sie gemäß einem schichtspezifischen Protokoll die für die Kommunikation erforderlichen Informationen über sogenannte Protokolldateneinheiten (protocol data units) aus. Im Unterschied zu den übrigen Schichten des ISO-OSI-Referenzmodells wird das zwischen zwei Anwendungsinstanzen festgelegte Anwendungsprotokoll (application protocol) durch die Protokolle der jeweils verwendeten Dienstelemente bestimmt.

Bevor der Benutzer (Systemprogramm/Client) auf die entfernte Datei zugreifen kann, muß diese geöffnet werden. Mit dem Dienstprimitiv F-OPENreq(uest) richtet der Benutzer seinen Eröffnungswunsch an seine lokale Anwendungsinstanz, die daraufhin eine geeignete Protokolldateneinheit erzeugt und an die Anwendungsinstanz des Dateiservers schickt. Diese setzt den Inhalt der Protokolldateneinheit geeignet um und zeigt den Eröffnungswunsch dem Dateiserver durch das Dienstprimitiv F-OPEN-ind(ication) an. Der Dateiserver veranlaßt daraufhin das Dateisystem zum Öffnen der Datei und zeigt dem Kommunikationssystem die erfolgreiche Dateiöffnung durch das Dienstprimitiv F-OPENrsp (response) an. Wieder werden Protokolldateneinheiten zwischen den Anwendungsinstanzen ausgetauscht und dem Benutzer die erfolgreiche Dateiöffnung durch das Dienstprimitiv F-OPENcnf(confirm) bestätigt. Eine solche Sequenz von Dienstprimitiven stellt sicher, daß der Benutzer erst dann Sätze einer Datei lesen oder verändern kann, wenn die Datei auch wirklich geöffnet ist. In diesem Zusammenhang bezeichnet man F-OPEN auch als einen bestätigten Dienst (confirmed service).

Vor der Übertragung von Datensätzen wird die Art des Dateizugriffs (Schreib- oder Lesezugriff) dem Datenserver durch die Dienstprimitive F-WRITEreq(uest) beziehungsweise F-READreq(uest) angezeigt. Danach werden die Datensätze als Parameter des Dienstprimitivs F-DATA-req(uest) an das Kommunikationssystem übergeben. Die Übertragungssequenz muß durch ein weiteres Dienstprimitiv abgeschlossen werden. Anschließend können weitere Lese- oder Schreiboperationen ausgeführt werden, bevor die Dateischließung durch das Dienstprimitiv F-CLOSE bewirkt wird.

Abbildung 2 veranschaulicht die Verwendung von FTAM-Dienstprimitiven von oben nach unten in ihrer zeitlichen Reihenfolge. Die Pfeile in Richtung Kommunikationssystem stellen die Aufträge (Requests) an das Kommunikationssystem dar, alle übrigen Pfeile Anzeigen an den Benutzer beziehungsweise den Dateiserver. Die senkrechten schwarzen Balken symbolisieren das Kommunikationssystem und insbesondere die beteiligten Anwendungsinstanzen.

Die im ISO-OSI-Referenzmodell eingeführten Konzepte zur Strukturierung der sieben Schichten reichen für die Anwendungsschicht nicht aus. Die im FTAM-Beispiel eingeführte Kombination von Dienstelementen erfordert spezielle Architekturkonzepte für die Anwendungsinstanzen. Der ISO-OSI-Standard zur Strukturierung der Anwendungsschicht kann als Ergänzung des Basis-Referenzmodells verstanden werden. Neben Konzepten zur Strukturierung von Anwendungsinstanzen führt der Standard auch Konzepte zur Festlegung von Anwendungskontexten (application context) ein. Ein Anwendungskontext beschreibt in der Regel die Abhängigkeiten von Dienstelementen, die nicht durch die Protokolle der Dienstelemente realisiert sind. Darüber hinaus können in einem Anwendungskontext Alternativen bei der Auswahl von Anwendungsdienstelementen spezifiziert werden. Anwendungskontexte können auf nationalem oder internationalem Niveau registriert werden und sind somit bei einem Verbindungsaufbau verhandelbar. Der Standard zur Strukturierung der Anwendungsschicht befindet sich derzeit im DIS-Status (Draft International Standard).

Viele in der Anwendungsschicht definierte Standards werden bereits von verschiedenen Herstellern als Produkte angeboten. Neuartige Anwendungen im Bereich Multimedia und die bevorstehende Einführung von Hochgeschwindigkeitsnetzen haben in jüngster Zeit nicht nur die Diskussion über die unteren Schichten des ISO-OSI-Referenzmodells belebt, sondern auch zur Neu- und Weiterentwicklung von Standards der anwendungsnahen Schichten geführt.