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03.12.1993

TCP/IP oder OSI: Wohin geht der Weg? Offene Systeme: Erfolg stellt sich nur ueber Koexistenz ein

OSI ist tot! Fuer diese von immer mehr Insidern vertretene Ansicht spricht zumindest, dass es um den noch vor wenigen Jahren mit Glanz und Gloria versehenen Hoffnungstraeger am Internetworking-Himmel verdaechtig ruhig geworden ist. Joerg Hahn* und Kuno Roehr widersprechen der These anhand einer Dokumentation der Entwicklung und Perspektiven in Sachen OSI. Dabei geht es nach Auffassung der Autoren zunaechst nicht so sehr um die Frage TCP/IP oder OSI, sondern um die Koexistenz beider Philosophien und die rechtzeitige Einleitung von Migrationsschritten in Richtung offene ISO-Welt.

Schon seit Jahren werden in Fachkreisen die Vorteile von OSI- Standards fuer die offene Kommunikation zwischen Rechnern in heterogenen Netzen propagiert. Auch die Normierung der International Standards Organization (ISO) in puncto wichtige Anwendungen ist seit einiger Zeit abgeschlossen, und bei einer Reihe von Herstellern sind bereits OSI-Produkte verfuegbar. Hinzu kommt, dass auch die Anbieter von Mehrwertdiensten inzwischen Services anbieten, elektronische Nachrichten ueber international genormte Protokolle (CCITT X.400) auszutauschen.

Die EG hat bereits 1987 durch einen entsprechenden Ratsbeschluss die Beruecksichtigung von OSI-Normen bei der Beschaffung von DV- und TK-Komponenten empfohlen. Aehnliche Empfehlungen wurden 1989 auch in der Bundesrepublik vom Bundesministerium des Inneren veroeffentlicht. Seit geraumer Zeit steht darueber hinaus mit dem European Procurement Handbook for Open Systems (Ephos) ein detailliertes Handbuch als Beschaffungsrichtlinie fuer offene Systeme im oeffentlichen Verwaltungsbereich zur Verfuegung.

Finanzielle Foerderung von OSI-Projekten

Ferner wurden und werden im Hinblick auf Entwicklung und Einfuehrung der OSI-Kommunikation auf europaeischer und nationaler Ebene eine Reihe von Projekten durch die oeffentliche Hand finanziell gefoerdert. Typische Beispiele hierfuer sind die Cooperation for Open Systems Interconnecting Networking in Europe (Cosine) und das Wissenschaftsnetz WIN vom Verein zur Foerderung eines Deutschen Forschungsnetzes (DFN).

Auch die Hersteller haben schon vor einiger Zeit erkannt, dass sie bei der Einfuehrung von OSI-Produkten eng kooperieren muessen, um deren Implementierung in der Praxis erfolgreich zu unterstuetzen. Nicht zuletzt aus dieser Erkenntnis heraus haben sich diverse Herstellervereinigungen formiert - etwa Osinet in den USA, Osicom in Australien oder Eurosinet in Europa. Eine Reihe dieser Gruppierungen haben sich neuerdings unter dem Namen Osione weltweit zusammengeschlossen. Aehnliche Ziele verfolgen aber auch Anwendervereinigungen wie MAP oder Ositop, wo die Einfuehrung von OSI-Anwendungen in praxisnahen Kooperationsprojekten gefoerdert und entsprechende Anforderungsprofile den Herstellern gegenueber formuliert werden.

Trotz dieser Bemuehungen hat sich OSI jedoch bis heute nicht so im Markt durchgesetzt, wie man das urspruenglich erwartet hatte. Vielmehr ist in letzter Zeit eine staendig zunehmende Verbreitung des TCP/IP-Protokolls zu beobachten. De facto beginnen sich heute also zwei herstellerneutrale Methoden der Kommunikation zwischen heterogenen Rechnern am Markt zu etablieren. Fuer alle Beteiligten - Hersteller wie Anwender - stellt sich deshalb die Frage, ob sich eine und wenn ja welche der Methoden letztlich durchsetzen wird. Die Beantwortung dieser Frage ist dabei nicht nur von theoretischem Interesse, sondern hat weitreichende praktische und finanzielle Folgen.

Die ersten TCP/IP-Entwicklungen datieren aus dem Jahr 1971, als es in den USA um diverse Projekte der Advanced Research Projects Agency (Arpa) ging; die ersten Protokolle waren 1978 definiert und wurden 1983 verbindlich fuer das Arpanet vorgeschrieben beziehungsweise Bestandteil des Berkley-Unix-Betriebssystems. Heute existieren ueber 700 000 Rechner im weltweiten Internet- Netzverbund, die via TCP/IP miteinander kommunizieren. Der erste Entwurf des OSI-Referenzmodells hingegen wurde erst 1980 als Draft International Standard (DIS) der ISO veroeffentlicht. TCP/IP ist also im Vergleich zu OSI etwa zehn Jahre aelter (vgl. Abbildung) - mit der Konsequenz, dass TCP/IP-Produkte in der Regel ausgereifter sind und demzufolge nahezu zwangslaeufig eine groessere Verbreitung als vergleichbare OSI-Komponenten nachweisen koennen.

Die TCP/IP-Architektur im weiteren Sinne umfasst vier logische Schichten: Die oberste Schicht enthaelt die jeweils gewuenschte Anwendung, zum Beispiel File Transfer (FT) oder Virtual Terminal (VT), waehrend die darunterliegende Schicht Dienste klassifiziert, die das Transport Control Protocol (TCP) den verschiedenen Kommunikationsanwendungen zur Verfuegung stellt. Das sich darunter befindende Transport Protocol benutzt seinerseits zur Uebertragung zwischen den verschiedenen Knoten eines Netzes das Internet Protocol (IP), welches lediglich einen verbindungslosen und ungesicherten Dienst zur Uebertragung von Datenpaketen zwischen Sender und Empfaenger ueber das Internet realisiert. Die letzte Schicht ist schliesslich fuer die Anpassung des Internet Protocols an das darunterliegende Netz, etwa ein X.25-Paketvermittlungsnetz oder ein lokales CSMA-CD- beziehungsweise Token-Ring-Netz, zustaendig.

Die Schichten 3 und 4 des OSI-Referenzmodells enthalten Funktionen, die denen von TCP/IP sehr aehnlich sind. Im Gegensatz zur vierschichtigen TCP/IP-Struktur sieht das OSI-Referenzmodell jedoch eine feinere Unterteilung der Funktionen in sieben logische Schichten vor. Diese ermoeglicht die jeweils getrennte Definition von standardspezifischen Diensten und Protokollen, die von den verschiedenen Anwendungen je nach Bedarf als Bausteine innerhalb einer kompletten Hierarchie von Kommunikationsdiensten verwendet werden koennen.

Die Konzeption, kleinere, mehrfach benutzbare funktionale Einheiten zu definieren, fuehrte besonders in der Schicht 7 des OSI-Modells zur Standardisierung einer Reihe weiterer Dienste - den sogenannten Common Application Service Elements (CASE).

Ein Vorteil der OSI-Architektur ist somit eine feinere Strukturierung und die Definition einer Reihe von standardisierten Diensten, die klar gegliedert sind und von vielen Anwendungen gemeinsam benutzt werden koennen, waehrend bei TCP/IP in jede einzelne Anwendung diese Dienste nochmals implementiert werden muessen.

Fuer alle Standardanwendungen wie Electronic Mail, File-Transfer, Terminal Access oder Netzwerk-Management stehen heute also sowohl bei TCP/IP als auch bei OSI die entsprechenden Grunddienste zur Verfuegung. Allerdings wurde die Funktionalitaet der OSI-Dienste nicht zuletzt aufgrund der Erfahrungen mit TCP/IP durch eine Reihe von Verbesserungen ergaenzt.

Neben einer Erweiterung der Grunddienste wurde fuer OSI inzwischen aber auch eine Reihe neuer Anwendungsdienste standardisiert.

Dazu gehoeren unter anderem:

- die Office Document Architecture (ODA) zum Erstellen von Dokumenten,

- das Office Document Interchange Format (ODIF) zum Austausch von Dokumenten,

- Document Filing and Retrieval (DFR) zum Abspeichern und Wiederauffinden von Dokumenten,

- Remote Data Access (RDA) zum Zugriff auf entfernt liegende Datenbanken sowie

- Transaction Processing (TP) fuer den synchroniserten Zugriff auf verschiedene Rechner.

Die Standardisierungsarbeiten fuer diese Dienste sind inzwischen weitgehend abgeschlossen. Allerdings findet eine Implementierung in marktreife Produkte vielfach noch nicht statt, mit einer allgemeinen Verfuegbarkeit ist daher voraussichtlich erst in ein bis zwei Jahren zu rechnen.

Auch im Bereich der TCP/IP-Architektur sind die Grunddienste im Laufe der Zeit durch eine Reihe zusaetzlicher Services ergaenzt worden. Zu nennen sind hier in erster Linie:

- das Network File System (NFS) zum Zugriff auf gemeinsam benutzte, verteilte Speicher,

- das Network Computing System (NCS) zum Zugriff auf gemeinsam benutzte, verteilte Rechenressourcen sowie

- X-Window zur Kommunikation von einem grafischen Arbeitsplatz aus mit einer Anwendung auf einem anderen Rechner.

Diese Dienste sind heute schon auf einer Vielzahl von Rechnern implementiert und werden zur Zeit ueber die Open Software Foundation (OSF) unter dem Begriff Distributed Computing Environment (DCE) als portierbarer C-Code zum Einbau in die verschiedenen Betriebssysteme der OSF-Partnerfirmen zur Verfuegung gestellt. Aehnliche Dienste werden zur Zeit auch im Rahmen des Referenzmodells fuer Open Distributed Processing (ODP) durch die ISO standardisiert.

ISO-Standards sollen OSI-Einfuehrung erleichtern

Neben den erweiterten Anwendungsdiensten hat die ISO aber noch eine Reihe von Standards erarbeitet, welche die Einfuehrung und den Betrieb von OSI-Netzen erleichtern sollen. Dazu gehoert die Definition formaler Sprachen zur eindeutigen Beschreibung von Protokollen (Lotus und Estelle) und Datenstrukturen (ASN.1). Ferner ist eine Reihe von ISO-Standards zu nennen, die formale Prozesse und Konventionen beschreiben, die den reibungslosen und weltweiten Betrieb von Rechnernetzen ermoeglichen - unter anderem zum Aufbau weltweiter, verteilter Directories (ISO 9594) sowie zum Management von Netzen (ISO 10040, 10165, 9595) beziehungsweise Systemen (ISO 10164).

Aus den vorhin beschriebenen Gruenden ergibt sich zugunsten von TCP/IP heute folgendes Bild:

- Es sind bereits mehr Anwendungen definiert und implementiert,

- mehr Hersteller bieten entsprechende Produkte an,

- diese werden schon von deutlich mehr Anwendern eingesetzt,

- sind im allgemeinen leichter zu installieren sowie reifer und stabiler im Betrieb und

- es existiert mehr Wissen ueber die Produkte bei den Anwendern.

Das wichtigste Pfund, mit dem die OSI-Protokollwelt wuchern kann, ist die Tatsache, dass sie auf den Erfahrungen und Fehlern der TCP/IP-Vergangenheit aufbauen konnte. So laesst sich heute fuer OSI im Vergleich zu TCP/IP folgendes Bild zeichnen:

- international abgestimmter Standard,

- bessere Strukturierung der Architektur,

- mehr Funktionen in den Grunddiensten (FTAM, X.400, VT),

- mehr Raum fuer Netzadressen,

- Definition verbindungsorientierter Dienste auf Netzebene (CONS),

- Definition weiterer Anwendungen (TP, RDA, DFR, ODA/ODIF, EDI), sowie

- Testmoeglichkeiten in puncto Konformitaet und Interoperabilitaet.

Vor allem laengerfristig ergeben sich offensichtliche Vorteile fuer OSI, besonders weil heute schon viele Beschaffungsrichtlinien der oeffentlichen Hand zwingend die Beruecksichtigung offener Systeme vorschreiben. Aus dieser Erkenntnis laesst sich - abhaengig von der Situation und den Beduerfnissen des Anwenders - heute eine Reihe moeglicher Strategien ableiten:

Erstens: Wenn lediglich ein Protokoll eines Herstellers, zum Beispiel SNA, verwendet wird, ergibt sich - falls kein Bedarf an OSI-Kommunikation vorhanden ist - der weitere Ausbau einer einheitlichen, herstellerspezifischen Loesung von selbst. Dies setzt allerdings enormes Vertrauen in die Kompetenz und Integritaet des Herstellers voraus. Ist hingegen ein Bedarf wenigstens fuer OSI-Grunddienste erkennbar, muss ueber verfuegbare OSI-Optionen des Herstellers nachgedacht werden; alternativ hierzu ist auch die Inanspruchnahme eines externen Gateway-Dienstes in Betracht zu ziehen. Zeichnen sich darueber hinaus Applikationen im Sinne eines kooperativen Processings ab, ist es unabdingbar, entsprechende TCP/IP-Produkte einzufuehren - was Anwender jedoch nicht daran hindern sollte, die spaetere Migration in Richtung OSI zumindest zu planen.

Zweitens: Wenn bereits TCP/IP-Protokolle verwendet werden, dann ist es ratsam, jetzt mit der Planung fuer die Einfuehrung von OSI zu beginnen, und drittens: Wenn bereits OSI-Protokolle eingesetzt werden, gilt es, weitere OSI-Dienste nach Bedarf und Verfuegbarkeit der entsprechenden Produkte einzufuehren. Nur der weitere Ausbau von OSI-Netzen sichert langfristig beste Funktionalitaet und Connectivity.

Koexistenz und Kooperation sind vielerorts sinnvoll

Da in absehbarer Zeit keine der beiden Protokollwelten fuer die Kommunikation im heterogenen Umfeld alle Vorteile auf sich vereinigen kann, wird es jedoch in vielen Faellen sinnvoll sein, zunaechst eine Strategie der Koexistenz und Kooperation zwischen beiden Philosophien zu verwirklichen und laengerfristig die schrittweise Migration zu OSI zu planen. Als erstes sollte dabei eine Konsolidierung der Transportwege auf einem gemeinsamen Backbone-Netz ins Auge gefasst werden. Bei entsprechender Routing- Hardware erlaubt dies die Koexistenz von TCP/IP- und OSI- Anwendungen auf ein und demselben Medium.

Moderne Router sind heute in der Lage, zwischen TCP/IP- und OSI- Datenpaketen zu unterscheiden und sie, unter Benutzung des jeweiligen Schicht-3-Protokolls, zu den entsprechenden Rechnern und Anwendungen weiterzuleiten. Darueber hinaus wird es aber oft sinnvoll sein, waehrend einer Uebergangszeit dafuer zu sorgen, dass eine gewisse Kooperation zwischen den beiden Protokollwelten moeglich ist, wobei diese auf verschiedenen Ebenen der OSI- Protokollhierarchie erfolgen kann.

Die fuer die Anwender wichtigste Art der Kooperation erfolgt jedoch auf der Anwendungsebene beziehungsweise Schicht 7 des OSI- Referenzmodells. Eine Moeglichkeit ist hierbei, dass eine Anwendung in der Lage ist, sowohl mit TCP/IP- als auch mit OSI-Partnern zu kommunizieren, was bedingt, dass im jeweiligen Rechner TCP/IP- und OSI-Protokolle unterstuetzt werden - also die Implementierung beider Protokollhierarchien in einer Vielzahl von Rechnern. Mit deutlich weniger Aufwand ist hingegen die Implementierung eines Umsetzers oder Gateways zwischen den Anwendungen der verschiedenen Netze verbunden. In diesem Fall muessen beide Protokollwelten nur auf einem Rechner implementiert werden - vorausgesetzt, dieser hat genuegend Kapazitaet.

Bei einer anderen Art der Ko-operation werden existierende TCP/IP- Transportnetze fuer die Uebertragung von OSI-Daten benutzt. In den teilnehmenden Endsystemen sind dabei die OSI-Schichten 4 bis 7 ueber den TCP/IP-Schichten 1 bis 4 installiert. Bei der Uebertragung werden hier die Protokollelemente der OSI-Transportschicht Klasse 0 auf die Elemente der TCP/IP-Transportschicht abgebildet.

Aehnliche Methoden sind auch fuer die Benutzung von OSI- Transportnetzen fuer die Verbindung zwischen TCP/IP-Anwendungen denkbar.

Als weitere Moeglichkeit lassen sich auf der Netzebene sogenannte "Network Service Tunnels" benutzen, um die Daten einer Protokollfamilie ueber das Netz der anderen zu schleusen. Dieser Tunnel wird beispielsweise benutzt, um OSI-CLNP-Datenpakete von einem OSI-Netz ueber ein bestehendes IP-Netz zu einem anderen OSI- Netz zu transportieren. Analog dazu kann man aber auch ein OSI- CONS-Netz benutzen, um IP-Datenpakete von einem IP-Netz zum anderen zu befoerdern. Wesentlicher Bestandteil einer Strategie fuer offene Netze ist es, den derzeit auf den verschiedenen Netztechnologien basierenden Anwendungen verschiedener Hersteller einen einheitlichen Netzzugang zu ermoeglichen. Ziel dabei ist, die einzelnen Applikationen mit Hilfe standardisierter Schnittstellen von den Kommunikationsprotokollen und Transportnetzen unabhaengig zu machen. Dies setzt jedoch voraus, dass in einem System mehrere Protokolle und Netze gleichzeitig unterstuetzt werden.

Ein anderes Wort fuer diese Zug-um-Zug-Strategie heisst Migration. Aus den aktuellen Leistungsmerkmalen der TCP/IP-Protokolle im Vergleich zu den internationalen Standards der OSI-Protokolle und -Dienste ergibt sich dabei je nach Kommunikationsprofil eine andere Ausgangssituation und damit eine spezifische Praeferenz. Aufgrund der umfassenden verfuegbaren TCP/IP-Produktpalette und der bislang zentralen Verbindungsfaehigkeit im LAN-Bereich entschliessen sich die Anwender fuer TCP/IP. In jedem Fall aber ist eine Entscheidung zugunsten von TCP/IP oder OSI ein wesentlicher Schritt in Richtung herstellerunabhaengiger Kommunikationsstrukturen, die zur Integration mehrerer Netzprotokolle, heterogener Systemwelten und Anwendungen erforderlich sind.

Ein effizientes Netzwerk basiert daher in diesem Zusammenhang auf zwei wesentlichen Elementen: Einem multiprotokollfaehigen Netz, das in der Lage ist, auf einer gemeinsamen Leitung gebuendelte Datenstroeme der verschiedenen Protokollwelten parallel zu verarbeiten und bestimmungsgemaess weiterzuleiten; und einer gemeinsamen Schnittstelle auf der Transportebene, die die verschiedenen Anwendungsumgebungen von der Art des darunterliegenden Transportmediums und den damit verbundenen Protokollen unabhaengig macht.

Die Zukunft gehoert in jedem Fall OSI

Die maechtigeren beziehungsweise funktionalen Standards der OSI- Protokolle und -Dienste sind aber im Hinblick auf die wachsenden Anforderungen der Nutzer als einzige zukunftstraechtige Loesung zu sehen. Insbesondere, wenn ueber diese Anforderung hinaus Kommunikation mit anderen Unternehmen und eventuell anderen Branchen betrieben werden soll, stellen unterschiedliche Strukturen und Datenorganisationen fuer TCP/IP ein erhebliches Hindernis dar.

Die Entwicklung in Richtung OSI ist also langfristig unumgaenglich - zumindest wenn man das gesamte Gefuege moderner Datenkommunikation und ihrer Anwendungen in einem integrierten System verbinden will. Erst hier zeigt sich die Staerke des modularen OSI-Ansatzes, auch wenn einige Teilfunktionen erst im Entwicklungsstadium sind.

Langfristig als offen zu wertende Systeme muessen in jedem Fall alle Komponenten des Daten- und Informations-Managements beruecksichtigen, zum Beispiel Neuentwicklungen der Uebertragungstechnik (FFDI, ATM), Datenstrukturen, Codierungen, Netzwerk-Management sowie Informations-Management (OSI/ CMIP). Die bedarfsorientierte Integrationsfaehigkeit verschiedener Module zu einem Werkzeug, das die Unternehmensanforderungen erfuellt, ist netzwerk- und mediumunabhaengig jedoch ausschliesslich auf OSI-Basis moeglich. Der Bau eines OSI-Netzes also ist bereits heute in bestimmten Umgebungen moeglich und empfehlenswert. Andere Anwendungen moegen Dienste erfordern, die noch nicht im gewuenschten Umfang durch internationale Standards definiert beziehungsweise in marktreife Produkte umgesetzt sind; in diesem Fall bildet TCP/IP die Einstiegsloesung - wobei einem spaeteren Umstieg auch dann nichts im Wege steht.