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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen den Paketdatenaustausch
zwischen beweglichen und örtlich
festgelegten Datennetzen und bezieht sich insbesondere auf die Adressenverwaltung für derartige
Datenaustausche.
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Ein
typisches paketorientiertes Datennetz umfasst eine Vielzahl von
Datenverarbeitungsknoten, die jeweils einen Prozessor, einen Speicher,
der an den Prozessor angeschlossen ist, einen Computerprogrammcode,
der im Speicher gespeichert ist und der durch den Prozessor ausführbar ist,
und eine Netzschnittstelle, um den Knoten mit dem Netz zu verbinden,
aufweisen. Der Computerprogrammcode enthält Anwendungsprogramme, um
den Datenaustausch unter Programmsteuerung mit anderen Knoten im
Netz über
die Netzschnittstelle auszuführen. Der
Datenverkehr wird von einem Quellknoten zu einem Ziel in diskreten
Paketen oder Protokolldateneinheiten PDUs (Protocol Data Units)
ausgetauscht. Jede PDU umfasst einen Kopfteil und einen Nutzlastteil.
Der Nutzlastteil trägt
Daten, die auszutauschen sind. Der Kopfteil trägt Steuerinformationen, um
den Austausch vom PDU zum Ziel auszuführen. Derartige PDUs werden
von einem Anwendungsprogramm im Quellknoten zu einem Anwendungsprogramm
im Zielknoten in Übereinstimmung
mit dem Referenzmodell der International Standards Organization (ISO) übertragen.
Das ISO Referenzmodell definiert einen Stapel mit logischen Datenverarbeitungsprotokollschichten
zwischen den Anwendungsprogrammen im Quellknoten und Zielknoten
und dem Netz. Daten, die vom Quellanwendungsprogramm zum Zielanwendungsprogramm
zu übertragen
sind, werden vom Quellanwendungsprogramm zum Netz über den
Protokollstapel am Quellknoten geführt. Beim Empfang werden die
Daten vom Netz zum Zielanwendungsprogramm über den Protokollstapel am Zielknoten
geführt.
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Der
Stapel sowohl am Quellknoten als auch am Zielknoten umfasst eine
Anwendungsschicht, eine Darstellungsschicht, eine Kommunikationssteuerungsschicht,
eine Transportschicht, eine Vermittlungsschicht, eine Verbindungsschicht
und eine Bitübertragungsschicht.
Die Anwendungsschicht stellt eine Benutzeroberfläche zu einer Reihe von netzübergreifend
verteilten Diensten bereit, wie Zugriff auf Dateiübertragung
und -verwaltung, und auch allgemeinen Nachrichtenübertragungsdienste
wie die elektronische Post. Die Anwendungsschicht ist zwischen dem
Anwendungsprogramm und der Darstellungsschicht angeordnet. Darstellungsschicht
verhandelt und wählt
geeignete Transfersyntaxen aus, die während einer Transaktion einzusetzen
sind, so dass die Syntax von Nachrichten, die zwischen zwei Anwendungseinheiten
ausgetauscht werden, aufrechterhalten bleibt. Darstellungsschicht
ist zwischen der Anwendungsschicht und der Kommunikationssteuerungsschicht
angeordnet. Die Kommunikationssteuerungsschicht ermöglicht es
zwei Anwendungsschichtprotokolleinheiten, Datenaustausche zu verwalten,
indem beispielsweise Kommunikationskanäle zwischen den Einheiten eingerichtet
und gelöscht werden.
Die Kommunikationssteuerungsschicht ist zwischen der Darstellungsschicht
und der Transportschicht angeordnet. Die Transportschicht dient
als eine Schnittstelle zwischen höheren anwendungsorientierten
Schichten und darunter liegenden netzorientierten Schichten, indem
der Kommunikationssteuerungsschicht eine Nachrichtentransfereinheit
bereitgestellt wird, die unabhängig
vom zugrunde liegenden Netztyp ist. Die Transportschicht ist zwischen
der Kommunikationssteuerungsschicht und der Vermittlungsschicht
angeordnet. Indem der Kommunikationssteuerungsschicht ein vordefinierter
Satz mit Nachrichtenübertragungseinrichtungen
bereitgestellt wird, verbirgt die Transportschicht den detaillierten
Betrieb vom zugrunde liegenden Netz vor der Kommunikationssteuerungsschicht.
Die Vermittlungsschicht ist für
die Einrichtung und Löschung
einer Netzverbindung zwischen zwei Transportschichtprotokolleinheiten
verantwortlich und umfasst Funktionalitäten wie z.B. das Netzrouting.
Die Vermittlungsschicht ist zwischen der Transportschicht und der Verbindungsschicht
angeordnet. Die Verbindungsschicht nutzt eine physische Verbindung,
die vom Netz bereitgestellt ist, um der Vermittlungsschicht Informationsübertragungseinrichtungen
wie die Fehlerbehebung und die Rückübertragung
von Nachrichten im Falle eines Übertragungsfehlers
bereitzustellen. Die Verbindungsschicht ist zwischen der Vermittlungsschicht
und der Bitübertragungsschicht
angeordnet. Die Bitübertragungsschicht
stellt die physischen und elektrischen Schnittstellen zwischen dem Knoten
und dem Netz bereit.
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An
jeder Schicht vom Protokollstapel in der Quelle wird eine PDU mit
Daten und Steuerinformationen von der vorangehenden Schicht durch
Steuerinformationen von der laufenden Schicht ergänzt. Daten
vom Quellanwendungsprogramm werden durch einen Kopfteil mit Anwendungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Anwendungsschicht ergänzt,
um eine PDU Anwendungsschicht APDU (Application Layer PDU) zu bilden.
Die APDU wird durch einen Kopfteil mit Darstellungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Darstellungsschicht ergänzt,
um eine PDU Darstellungsschicht PPDU (Presentation Layer PDU) zu
bilden. Die PPDU wird durch einen Kopfteil mit Kommunikationssteuerungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Kommunikationssteuerungsschicht ergänzt, um eine PDU Kommunikationssteuerungsschicht
SPDU (Session Layer PDU) zu bilden. Die SPDU wird durch einen Kopfteil
mit Transportschichtprotokoll-Steuerinformationen an der Transportschicht
ergänzt,
um eine PDU Transportschicht TPDU (Transport Layer PDU) zu bilden.
Die TPDU wird durch einen Kopfteil mit Vermittlungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Vermittlungsschicht ergänzt,
um eine PDU Vermittlungsschicht NPDU (Network Layer PDU) zu bilden. Die
NPDU wird durch einen Kopfteil mit Verbindungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Verbindungsschicht ergänzt,
um eine physische PDU Schicht oder ein Datagramm für die Übertragung
zum Ziel am physischen Netz zu bilden.
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In
einigen Datenaustauschumgebungen können die Anwendungs-, Darstellungs-
und Kommunikationssteuerungsschichtfunktionen in einer einzigen
Protokollschicht kombiniert werden. Ein Beispiel einer derartigen
Umgebung ist das von der Übertragungssteuerungsprotokoll-/Internetprotokoll-TCP/IP(Transmission
Control Protocol/Internet Protocol)Umgebung. In der TCP/IP Umgebung
wird die kombinierte Funktionalität von der Anwendungsschicht,
der Darstellungsschicht und der Kommunikationssteuerungsschicht über ein
Vielzahl von Protokollen bereitgestellt wie das Dateiübertragungsprotokoll
FTP (File Transfer Protocol); das Fernendgeräteprotokoll TELNET (Remote
Terminal Protocol); das einfache Mailübertragungsprotokoll SMTP (Simple Mail
Transfer Protocol); und das Namenserverprotokoll NSP (Name Server
Protocol). Die Transportschicht wird vom Übertragungssteuerprotokoll und/oder
vom Nutzerdatagrammprotokoll UDP (User Datagramm Protocol) bereitgestellt.
Die Vermittlungsschicht wird vom Internetprotokoll IP (Internet Protocol)
bereitgestellt. Daten aus einer Quellanwendung werden durch einen
Kopfteil mit TCP Steuerinformationen an der TCP Schicht ergänzt, um
ein TCP PDU zu bilden. Die TCP PDU wird durch Kopfinformationen
mit IP Protokoll Steuerinformationen an der IP Schicht ergänzt, um
ein TCP/IP Datagramm zu bilden.
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In
einem typischen TCP/IP Netz sind die Adressen und die Quell- und
Zielknoten in jedes Datagramm, das zu übertragen ist, eingebettet.
Beim Anwendungsprogramm in der Quelle ist die Adresse des Ziels
typischerweise symbolisch in der Form. Der Name von einem Fernhostsystem,
das an das Netz angeschlossen ist, würde beispielsweise als eine symbolische
Adresse angesehen werden. Um die Übertragung einer PDU vom Quellknoten
zum Zielknoten auszuführen,
wird die symbolische Netzadresse in eine binäre Vermittlungsschichtadresse übersetzt.
Der Übersetzungsprozess
ist allgemein als Adressauflösung
bekannt. Eine Adressauflösung wird
typischerweise bei den Transport- und Vermittlungsschichten am Protokollstapel
im Quellknoten ausgeführt.
Das Netz führt
anschließend
Routing an Zwischenknoten, die auf der Adresse vom Zielknoten basieren,
aus. Routingtabellen werden an den Zwischenknoten eingesetzt, um
das Datagramm zum nächstbesten
Sprung auf seinem Pfad zum Ziel zu führen. Weitere Details über Adressauflösung finden sich
bei Douglas E. Comer: Internetworking with TCP/IP, Band 1, Zweite
Ausgabe, Prentice Hall 1991.
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Die
Adressauflösung
umfasst typischerweise eine Abfragefunktion in einer verteilten
Datenbank. Im Betrieb bildet die Datenbank die symbolische Adresse
zur entsprechenden binären
Vermittlungsschichtadresse ab. Im Allgemeinen ist der Quellknoten
entweder mit der Datenbank verbunden oder verfügt über eine lokal gespeicherte
Kopie davon. In einem typischen TCP/IP Netz wird beispielsweise
ein Domänennamensystem
DNS (Domain Name System) bereitgestellt, in dem verteilte Namenserver
verwendet werden, um die TCP/IP Übertragungen
zwischen Knoten zu vereinfachen. Herkömmlicherweise verfügen die
Knoten von örtlichen
Festnetzen über genügend Rechenressourcen,
um entweder die oben genannte Adressabfragefunktion über das
Netz auszuführen
oder Auszüge
der Namendienste zwischenzuspeichern, die notwendig sind, um die
Adressauflösung
auszuführen.
Darüber
hinaus weist die Netzinfrastruktur im Allgemeinen ausreichend niedrige
Latenzzeiten auf und eine Bandbreite, die groß genug ist, um schnell die
Daten zu liefern, die auf Anfrage für Adressauflösung notwendig
sind.
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Ein
typisches bewegliches Datenaustauschnetz wie ein Netz mit einem
Protokoll für
kabellose Anwendungen (WAP – Wireless
Application Protocol network) umfasst eine Vielzahl von beweglichen Datenverarbeitungseinheiten.
Die beweglichen Einheiten können über das
kabellose Netz miteinander Daten austauschen und ebenfalls mit Fernhostdatenverarbeitungsknoten
in einem Festnetz. Derartige Einheiten umfassen typischerweise einen
Prozessor, einen Speicher, der an den Prozessor angeschlossen ist,
einen Computerprogrammcode, der im Speicher gespeichert ist und
der vom Prozessor ausführbar
ist, und eine Netzschnittstelle, um den Knoten mit dem Netz zu verbinden.
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Der
Computerprogrammcode umfasst Anwendungsprogramme, um Datenaustausch
unter der Programmsteuerung mit anderen Einheiten im Netz über die
Netzschnittstelle auszuführen.
Zu Beispielen von derartigen Einheiten gehören bewegliche Telefone und
persönliche
Digitalassistenten. Die beweglichen Einheiten tauschen typischerweise
Daten mit dem örtlichen
Festnetz über
ein Gateway aus, das mit dem örtlichen
Festnetz verbunden ist. In einem WAP Netz sind die Hostsysteme im
Kabelnetz als Ursprungsserver bekannt. Im Allgemeinen haben bewegliche
Datenverarbeitungseinheiten nicht soviel Speicher verfügbar wie
Datenverarbeitungsknoten von einem örtlichen Festnetz. Darüber hinaus
verfügen
bewegliche Einheiten üblicherweise über eine begrenzte
Datenspeicherfähigkeit,
und dies aus verschiedenen Gründen,
darunter Leistungsverbrauch, physisches Volumen und Gewicht. Bewegliche
Netze weisen eine niedrigere Bandbreite und höhere Latenzzeit als örtliche
Festnetze auf. Deshalb ist die Datenverkehrverwaltungsfähigkeit
von beweglichen Netzen im Allgemeinen begrenzter als die von örtlichen
Festnetzen. Eine permanente Verbindung zwischen einem beweglichen
Netz und den darin befindlichen Einheiten wird üblicherweise nicht aufrechterhalten,
um Leistungsreserven zu bewahren. Es gibt ebenfalls lokalabhängige Unterbrechungen
in der Verbindung von einer beweglichen Einheit im Transport und
dem beweglichen Netz, während
die Einheit von einer Gegend des Netzbereiches zur anderen wandert.
Man wird demgemäß verstehen,
dass sich das Aufrechterhalten eines aktuellen Satzes mit Adressauflösungsinformationen
in einer beweglichen Einheit in der Tat als sehr schwierig erweist.
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Eine
herkömmliche
Lösung
dieses Problems besteht darin, die Adressauflösung zu einem Netzgateway zu
verschieben, durch das bewegliche Einheiten mit dem beweglichen
Netz verbunden werden können.
Das Netzgateway führt
die Adressauflösung von
einer symbolischen Adresse zu einer Vermittlungsschichtadresse aus.
Ein Beispiel für
diesen Lösungsansatz
kann in WAP Netzen gefunden werden. Typischerweise wird eine bewegliche
Einheit mit einem WAP Netz über
einen Pull-Proxy-Server verbunden, der üblicherweise als ein WAP Gateway
bekannt ist. Der WAP Gateway führt
die Adressauflösung
aus. Die bewegliche Einheit verfügt über ein
Anwendungsschichtprotokoll, um Datenaustausche zwischen den vorliegenden
Anwendungen und dem WAP Gateway auszuführen. Dennoch wird eine symbolische
Zieladresse von der beweglichen Einheit zum WAP Gateway in Form
einer Universellen Verweisadresse (URL – Universal Ressource Locator) geschickt,
da die bewegliche Einheit keine Adressauflösung ausführt. Ein Kommunikationssteuerungsschichtprotokoll,
das als Protokoll für
kabellose Sitzungen (WSP – Wireless
Session Protocol) bekannt ist, führt
den Datenaustausch des URL von der beweglichen Einheit zum Gateway
aus. Der URL wird anschließend
durch ein Hypertexttransferprotokoll/Übertragungskontrollprotokoll/Internetprotokoll HTTP/TCP/IP
(Hypertext Transfer Protocol/Transmission Control Protocol/Internet
Protocol) Stapel am Gateway umgewandelt. Insbesondere das HTTP Element
führt die
IP Adressauflösung
aus. Weitere Details über
Adressauflösung
finden sich im WAP Forum: Wireless Application Protocol: Wireless
Session Protocol Specification, Mai 2000.
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Es
wäre erstrebenswert,
ein derartiges bewegliches Netz einzusetzen, um verschlüsselte Daten
auszutauschen, wo Kommunikationssteuerungsschichten und/oder niedrigere
Schicht- Datennutzlasten
verschlüsselt
sind gemäß eines
Sicherheitsprotokolls wie das Wireless Transport Layer End to End Security
Protocol (WTLS), das vom WAP Forum festgelegt wurde. Weitere Details über WTLS
finden sich im WAP Forum: Wirelesss Application Protocol: Wireless
Transport Layer End to End Security Specification, Juli 2000. Derartige
Sicherheitsprotokolle umfassen jedoch typischerweise die Verschlüsselung
der symbolischen Zieladresse. Die verschlüsselte Adresse wird anschließend entschlüsselt, bevor die
Adressauflösung
am Gateway ausgeführt
werden kann. Die Entschlüsselung
unterbricht die Ende-zu-Ende-Sicherheit. Folglich reicht der Sicherheitskommunikationskanal,
der als eine WTLS Sitzung in einem WAP Netz bekannt ist, nur von
der beweglichen Einheit bis zum Gateway und nicht darüber hinaus.
Für sicherheitskritische
Anwendungen wie finanzielle oder medizinische Anwendungen ist dies
nicht annehmbar.
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Eine
herkömmliche
Lösung
des Problems der Bereitstellung von Ende-zu-Ende-Sicherheit in einem
beweglichen Datenaustauschnetz umfasst die Umleitung des Kommunikationsteuerungsschichtverkehrs
zu einem sekundären
Pull-Proxy-Server, der sich in einer Sicherheitsdomäne befindet,
die vom Datenaustauschdienstanbieter eingerichtet wird. Das Bereitstellen
von Informationen in Form eines Navigationsdokuments wird anschließend der
beweglichen Einheit vom sekundären
Server geliefert, um es der beweglichen Einheit zu ermöglichen,
Datenaustausche an der Sitzungsschicht umzuleiten. Eine weitere
herkömmliche
Lösung
besteht darin, die Zieladressauflösung an der beweglichen Einheit
mit folgender Einkapselung an der Transportschicht beim Gateway
auszuführen.
Der Transportschichttunnel wird durch ein Peer-Proxy-Protokoll erzeugt, das entweder
dem UDP oder dem Wireless Datagram Protocol entspricht, ein WAP
Datenaustauschprotokoll analog zu UDP. Diese Lösungsansatz bewirkt jedoch zusätzliche
Verarbeitung.
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Die
US-PatentschriftA-6 119 171 offenbart die Verschlüsselung
der symbolischen Steuerinformationen.
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Erfindungsgemäß wird nun
eine Rechnereinheit nach Anspruch 1 bereitgestellt.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein mobiles Telefon, das
eine Rechnereinheit umfasst, die der vorstehend Beschriebenen entspricht. In ähnlicher
Weise betrifft die vorliegende Erfindung ein Serverrechnersystem,
das eine Rechnereinheit umfasst, die der vorstehend Beschriebenen
entspricht.
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Die
vorliegende Erfindung unter einem anderen Aspekt betrachtend wird
nun ein Verfahren nach Anspruch 4 bereitgestellt.
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Es
wird ebenfalls ein Rechnerprogramm nach Anspruch 5 bereitgestellt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung sind symbolische Adressinformationen
getrennt von den Datennutzlasten in Vermittlungsschichtdiagrammen
eingebettet. Datenaustausche werden anschließend über das Gateway ausgeführt. Die
Vermittlungsschicht am Gateway erkennt die symbolische Adresse und
wandelt sie in eine Vermittlungsschichtadresse um. Das Einbetten wird
derart ausgeführt,
dass die Nutzlast der Vermittlungsschichtprotokolldateneinheit unberührt bleibt.
Die Adressauflösung
ist transparent für
Protokollschichten, die weiter oben im Stapel liegen. Es ist keine
Entschlüsselung
von Nutzlastdaten notwendig. Folgendermaßen kann Ende-zu-Ende-Netzsicherheit aufrecht-erhalten
bleiben. Die vorliegende Erfindung ist ebenso für Typen von eingebetteten Steuerinformationen,
die keine Adressdaten sind, anwendbar.
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind besser als die vorgenannten herkömmlichen
Lösungen,
da sie die Einführung
von zusätzlichem
Verkehr zwischen dem Server, dem Gateway und der beweglichen Einheit
verhindern, der andernfalls durch die Zuführung eines Navigationsdokumentes
zur beweglichen Einheit verursacht wird, und da sie die Sitzungsumleitung
und/oder die Ausführung
eines Peer-Proxy-Protokolls
verhindern. Die weiter oben beschriebenen herkömmlichen Lösungen erzeugen zudem weiteren
Aufwand wie das Neukonfigurieren der beweglichen Einheit und die
Verwaltung der Navigationsdokumente, beide werden desgleichen in
der beweglichen Einheit und in der Netzinfrastruktur durch Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verhindert. Die Umleitungen von Datenaustauschen über ein
Navigationsdokument beinhaltet die Einrichtung von zwei Verbindungen
für jeden
Zielserver über
das Gateway hinaus. Die Verbindungsaufbauzeit wird somit zweimal
erzeugt. Dies fügt
sich hinzu zu der Antwortzeit, die vom Endnutzer empfunden wird.
In bevorzugten Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung ist nur ein einziger Verbindungsaufbau notwendig.
Dieselbe Verbindung kann dann für
Datenaustausche mit mehreren verschiedenen Zielservern eingesetzt
werden.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden nur anhand von Beispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild von einem Beispiel eines Datenverarbeitungssystems;
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2 ein
Blockschaltbild von einem Beispiel einer beweglichen Datenaustauschumgebung;
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3 ein
vereinfachtes Blockschaltbild eines Datagramm für den Datenaustausch innerhalb der
Umgebung;
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4 ein
Blockschaltbild eines Datenaustauschpfades von einem Quellknoten
zu einem Ziel über
ein Netz;
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5 ein
anderes Blockschaltbild des Datenaustauschpfades;
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6 ein
anderes Blockschaltbild eines Datagramms von Datenaustausch innerhalb
der Umgebung;
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7 noch
ein anderes Blockschaltbild eines Datagramms von Datenaustausch
innerhalb der Umgebung.
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Unter
erster Bezugnahme auf 1 umfasst ein Beispiel eines
Datenverarbeitungssystems 80: eine Zentraleinheit (CPU – Central
Processing Unit) 10; ein Speicherteilsystem 20;
ein Nutzereingabeteilsystem 30; ein Nutzerausgabeteilsystem 40,
und eine Netzschnittstelle 50, wobei alle durch das Busteilsystem 60 miteinander
verbunden sind. Im Betrieb führt
die zentrale Rechnereinheit 10 Computerprogrammbefehlscodes
aus, die im Speicherteilsystem 20 gespeichert sind. Die Computerprogrammcodes enthalten
Betriebssystemsoftware und Anwendungsprogrammsoftware für die Ausführung in
Verknüpfung
mit der Betriebssystemsoftware.
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Die
Anwendungsprogrammsoftware wirkt auf Daten, die im Speicherteilsystem 20 gespeichert sind,
ein. Der Nutzer kann die Ausführung
der Anwendungssoftware über
das Nutzereingabeteilsystem 30 steuern. Anwendungssoftware
und Daten können
zwischen dem Speicherteilsystem 20 und einem externen Datennetz 70 über die
Netzschnittstelle 50 ausgetauscht werden.
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Unter
nächster
Bezugnahme auf 2 umfasst ein Beispiel einer
beweglichen Datenaustauschumgebung eine bewegliche Datenverarbeitungseinheit 100,
die mit einem beweglichen Datenaustauschnetz 110 verbunden
ist. Das beweglich Netz 110 ist mit einem örtlichen
Datenübertragungs-Festnetz 130 über ein
Gateway 120 verbunden. Ein Ursprungsserver 140 ist
mit dem Gateway 120 über
das örtliche
Festnetz 130 verbunden. Die bewegliche Einheit 100,
das Gateway 120 und der Ursprungsserver 140 umfassen
jeweils das Datenverarbeitungssystem 80, das weiter oben
unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist. Die bewegliche
Einheit 100 kann ein mobiles Telefon, ein persönlicher
Digitalassistent oder ähnliches
oder ein eingebettetes System, z.B. ein beweglicher Sensor, sein.
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Datenaustausche
zwischen der beweglichen Einheit 100, dem Gateway 120 und
dem Ursprungsserver 140 erfolgt über das örtliche Festnetz 130 und das
bewegliche Netz 110 durch die Ausführung eines Computerprogrammcodes
bei den zentralen Rechnereinheiten 10 von der beweglichen
Einheit 100, dem Gateway 120 und dem Server 140.
Unter Bezugnahme auf 3 wird der Datenverkehr wie
vorstehend angegeben von einem Quellknoten zu einem Ziel in diskreten
Paketen oder Protokolldateneinheiten PDUs (Protocol Data Units) 200 ausgetauscht.
Jede PDU 200 umfasst einen Kopfteil 200 und einen
Nutzlastteil 210. Der Nutzlastteil 210 trägt auszutauschende
Daten. Der Kopfteil 220 trägt Steuerinformationen, um
den Datenaustausch von der PDU 200 zum Ziel auszuführen.
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Unter
Bezugnahme auf 4 werden Daten von einem Quellanwendungsprogramm 300 in
der beweglichen Einheit 100 zu einem Zielanwendungsprogramm 310 im
Server 140 in Übereinstimmung mit
dem Referenzmodell der International Standards Organization (ISO)
ausgetauscht. Das ISO Referenzmodell definiert einen Stapel logischer
Datenverarbeitungsprotokollschichten zwischen den Quell- und Zielanwendungsprogrammen 300 und 310 und
der Netzinfrastruktur, die zwischen der beweglichen Einheit 100 und
dem Server 140 eingreift. Ein derartiger Protokollstapel 330 befindet
sich in der beweglichen Einheit 100. Ein gleichartiger
Protokollstapel 320 befindet sich im Server 140.
Daten, die vom Quellanwendungsprogramm 300 zum Zielanwendungsprogramm 310 auszutauschen
sind, werden in PDUs 200 vom Quellanwendungsprogramm 300 zur Netzinfrastruktur über den
Protokollstapel 330 in der beweglichen Einheit 100 geführt. Beim
Empfang werden die PDUs 200 von der Netzinfrastruktur zum
Zielanwendungsprogramm 310 über den Protokollstapel 320 im
Server 140 geführt.
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Die
Protokollstapel 320 und 330 umfassen jeweils eine
Anwendungsschicht 340, eine Darstellungsschicht 350,
eine Kommunikationssteuerungsschicht 360, eine Transportschicht 370,
eine Vermittlungsschicht 380, eine Verbindungsschicht 390 und eine
Bitübertragungsschicht 400.
Die Anwendungsschicht 340 stellt eine Benutzeroberfläche zu einer Reihe
von netzübergreifend
verteilten Diensten bereit wie Zugriff auf Dateiübertragung und -verwaltung und
auch allgemeinen Nachrichtenübertragungsdienste
wie die elektronische Post. Die Anwendungsschicht 340 ist
zwischen dem Anwendungsprogramm 300 und der Darstellungsschicht 350 angeordnet.
Die Darstellungsschicht 350 verhandelt und wählt geeignete
Transfersyntaxen aus, die während
einer Transaktion einzusetzen sind, so dass die Syntax von Nachrichten,
die zwischen zwei Anwendungsentitäten ausgetauscht werden, aufrechterhalten
bleibt. Die Darstellungsschicht 350 ist zwischen der Anwendungsschicht 340 und
der Kommunikationssteuerungsschicht 360 angeordnet. Die
Kommunikationssteuerungsschicht 360 ermöglicht es zwei Anwendungsschichtprotokolleinheiten,
Datenaustausche zu verwalten, indem beispielsweise Kommunikationskanäle zwischen
den Einheiten eingerichtet und gelöscht werden. Die Kommunikationssteuerungsschicht 360 ist
zwischen der Darstellungsschicht 350 und der Transportschicht 370 angeordnet.
Die Transportschicht 370 wirkt als eine Schnittstelle zwischen höheren anwendungsorientierten
Schichten und darunter liegenden netzorientierten Schichten, indem der
Kommunikationssteuerungsschicht 360 eine Nachrichtenübertragungseinrichtung
bereitgestellt wird, die unabhängig
vom zugrunde liegenden Netztyp ist. Die Transportschicht 370 ist
zwischen der Kommunikationssteuerungsschicht 360 und der
Vermittlungsschicht 380 angeordnet. Indem der Kommunikationssteuerungsschicht 360 ein
vordefinierter Satz mit Nachrichtenübertragungseinrichtungen bereitgestellt
wird, verbirgt die Transportschicht 370 den detaillierten
Betrieb vom unterliegenden Netz vor der Kommunikationssteuerungsschicht.
Die Vermittlungsschicht 380 ist für die Einrichtung und Löschung einer
Netzverbindung zwischen zwei Transportschichtprotokolleinheiten
verantwortlich und umfasst Funktionalitäten wie das Netzrouting. Die
Vermittlungsschicht 380 ist zwischen der Transportschicht 370 und
der Verbindungsschicht 390 angeordnet. Die Verbindungsschicht 390 nutzt
eine physische Verbindung, die vom Netz bereitgestellt ist, um der
Vermittlungsschicht 380 Datenübertragungseinrichtungen wie
die Fehlerbehebung und die Rückübertragung von
Nachrichten im Falle eines Übertragungsfehlers bereitzustellen.
Die Verbindungsschicht 390 ist zwischen der Vermittlungsschicht 380 und
der Bitübertragungsschicht 400 angeordnet.
Die Bitübertragungsschicht 400 stellt
die physischen und elektrischen Schnittstellen zwischen dem Knoten
und dem Netz bereit.
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Unter
Bezugnahme auf 5 wird an jeder Schicht vom
Quellprotokollstapel 330 eine PDU mit Daten und Steuerinformationen
von der vorangehenden Schicht durch Steuerinformationen von der
laufenden Schicht ergänzt.
Daten 500 vom Quellanwendungsprogramm 300 werden
durch einen Kopfteil 510 mit Anwendungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Anwendungsschicht 340 ergänzt, um eine PDU Anwendungsschicht
APDU (Application Layer PDU) 570 zu bilden. Die APDU 570 wird
durch einen Kopfteil 520 mit Darstellungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Darstellungsschicht 350 ergänzt, um eine PDU Darstellungsschicht PPDU
(Presentation Layer PDU) 580 zu bilden. Die PPDU 580 wird
durch einen Kopfteil 530 mit Kommunikationssteuerungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Kommunikationssteuerungsschicht 360 ergänzt, um
eine PDU Kommunikationssteuerungsschicht SPDU (Session Layer PDU) 590 zu
bilden. Die SPDU 590 wird durch einen Kopfteil 540 mit
Transportschichtprotokoll-Steuerinformationen an der Transportschicht 370 ergänzt, um
eine PDU Transportschicht TPDU (Transport Layer PDU) 600 zu
bilden. Die TPDU 600 wird durch einen Kopfteil 550 mit
Vermittlungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Vermittlungsschicht 380 ergänzt, um eine PDU Vermittlungsschicht
NPDU (Network Layer PDU) 610 zu bilden. Die NPDU 610 wird
durch einen Kopfteil 560 mit Verbindungsschichtprotokoll-Steuerinformationen
an der Verbindungsschicht 390 ergänzt, um eine PDU Bitübertragungsschicht
für die Übertragung
zum Server 140 über
das physische Netz zu bilden. Die am Netz übertragene PDU wird derweilen
als Datagramm bezeichnet. Am Server 140 wird die empfangene
PDU progressiv verringert, wenn sie durch die Schichten von Stapel 320 geht, bis
die Daten 500 zurückgewonnen
sind und dem Zielanwendungsprogramm 310 bereitgestellt
werden.
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Unter
gemeinsamer Bezugnahme auf die 2, 4 und 5 umfasst
das Gateway 120 ebenfalls einen Protokollstapel, der dem
von der beweglichen Einheit und vom Server 140 ähnelt. Der Gatewaystapel
wurde jedoch aus Gründen
der besseren Erklärung
in den 4 und 5 ausgelassen.
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Unter
erneuter Bezugnahme auf die 2 und 3 sind
die Adressen von der beweglichen Quelleinheit 100 und dem
Zielserver 140 in jede PDU eingebettet, um von der beweglichen
Einheit 100 zum Server 140 geschickt zu werden.
Am Anwendungsprogramm 300 in der beweglichen Einheit 100 ist
die Adresse vom Server 140 in der Form symbolisch. Insbesondere
die Adresse vom Server 140 wird am Anwendungsprogramm 300 in
der beweglichen Einheit 100 als der Name vom Server 140,
z.B. www.server.com, dargestellt. Um einen Datenaustausch von der
PDU zu der beweglichen Einheit 100 zum Server 140 auszuführen, wird
die symbolische Netzadresse in eine binäre Vermittlungsschichtadresse
durch eine Adressauflösungsfunktion übersetzt.
Ende-zu-Ende-Sicherheit in der Datenaustauschumgebung wird aufrechterhalten
durch das Einbetten von Protokollsteuerinformationen, wie symbolische
Adressinformationen in Datagrammen an der Vermittlungsschicht 380 vom
Protokollstapel 300.
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Unter
Bezugnahme auf 6 umfasst der Kopfteil der NPDU 610 ein
Optionsfeld variabler Länge 551.
Das Optionsfeld 511 wird eingesetzt, um zusätzliche
Parameterdaten im Kopfteil 550 von der NPDU 610 unterzubringen.
Unter Bezugnahme auf 7 sind Steuerinformationen 552 wie
symbolische Adressen in das Optionsfeld 551 im Kopfteil 550 von jeder
NPDU 610 eingebettet. Die Steuerinformationen 552 werden
an der Quellnetzschicht 380 in einen bestehenden Optionscode
im Optionsfeld 551 kopiert. Der bestehende Optionscode
wird derart ausgewählt
und konfiguriert, dass eingreifende Leitwegrechner die Steuerinformationen 552 nicht
abfangen, bevor das beabsichtigte Ziel erreicht ist. Unter Bezugnahme
auf 2 ist die Vermittlungsschicht 380 am
Gateway 120 erneut aktiviert, um alle symbolischen Adressinformationen 552 im
Optionsfeld 551 der NPDUs 610 abzufangen und zu
extrahieren, die von der beweglichen Einheit 100 empfangen
wurden, und um als ein Mittel zur Ausführung der Adressauflösung zu
wirken. Die ursprüngliche
Nutzlast 600 bleibt unberührt, da sie von der beweglichen
Einheit 100 zum endgültigen
Zielserver 140 geht. Ende-zu-EndeSicherheit ist somit wieder
erreicht.
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Ein
Beispiel einer PDU mit einem Optionsfeld ist eine TCP/IP PDU. Wie
weiter oben angegeben, ist in einer TCP/IP Umgebung das Netzschichtprotokoll IP.
Der IP Kopf 610 von der NPDU 610 umfasst ein Optionsfeld 551.
Zuvor festgelegte Optionscodes für den
Einschluss in das IP Optionsfeld umfasst Quellroutingoptionscodes,
wie „lose
Quell- und Aufzeichnungsroute" LSSR
(„loose
source and record route") und „genaue
Quell- und Aufzeichnungsroute" SSRR („strict
source and record route")
Optionscodes. LSRR und SSRR sind beide für eine Neudefinition geeignet,
um Steuerinformationen wie symbolische Adressdaten einzubeziehen.
Wenn die SSRR Option eingesetzt wird, wird sie so eingestellt, dass
sie anzeigt, dass nur ein einziger Sprung zwischen dem Ursprung
vom Datagramm und dem Punkt, wo Adressauflösung stattfindet, sein kann.
Andernfalls würden Zwischenleitwegrechner,
die Quellrouting ausführen, die
symbolischen Adressinformationen im SSRR Optionsfeld falsch interpretieren
und möglicherweise ändern. Ein
einziger Sprung ist in den meisten praktischen Anordnungen keine
Einschränkung,
da die bewegliche Einheit 100 und das örtliche Festnetz 130 typischerweise
durch einen einzigen Zugangssprung am Gateway 120 getrennt
sind. Unter erneuter Bezugnahme auf 2 wird die
bewegliche Einheit 100 beispielsweise vom Gateway 120 durch
einen Zugangssprung durch das bewegliche Netz 110 entfernt.