Das OSI-Modell

Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection) ist ein konzeptioneller Rahmen, der zum Verständnis und zur Standardisierung der Kommunikationsfunktionen eines Computernetzwerks verwendet wird. Es unterteilt den Netzwerkkommunikationsprozess in sieben verschiedene Schichten mit jeweils spezifischen Funktionen. Das OSI-Modell ist keine tatsächliche Implementierung, sondern ein theoretisches Modell, das als Leitfaden für das Design, die Implementierung und die Fehlerbehebung von Netzwerksystemen dient.

Die sieben Schichten des OSI-Modells:

Physikalische Schicht (Schicht 1)

Die physikalische Schicht ist die erste und unterste Schicht im OSI-Modell. Es befasst sich mit der Übertragung von Rohbits über ein physikalisches Medium wie Kabel, Glasfaser oder drahtlose Übertragung. Die Hauptfunktion dieser Schicht besteht darin, die von den höheren Schichten erzeugten digitalen Daten in elektrische, optische oder Funksignale zur Übertragung über das physikalische Medium umzuwandeln. Es definiert auch die Spezifikationen für die an der Übertragung beteiligten Hardwaregeräte, einschließlich Kabel, Steckverbinder, Switches, Netzwerkschnittstellenkarten (NICs) und die physischen Aspekte der drahtlosen Übertragung wie Frequenz und Leistung.

Einige Schlüsselfunktionen der physikalischen Schicht umfassen:

Kodierung und Dekodierung von Daten in Signale.

Definieren des physischen Mediums für die Übertragung.

Datenratensteuerung und Synchronisation.

Signalmodulation (für analoge Kommunikation).

Gängige Beispiele für Geräte der physikalischen Schicht sind Hubs, Repeater und physische Netzwerkkabel wie Ethernet-Kabel (Cat5, Cat6), Glasfasern und drahtlose Funkfrequenzen.

Datenverbindungsschicht (Schicht 2)

Die Datenverbindungsschicht ist dafür verantwortlich, eine zuverlässige Verbindung zwischen zwei direkt verbundenen Knoten (Geräten) in einem Netzwerk herzustellen. Es organisiert Daten in Frames, übernimmt die Fehlererkennung und bietet Flusskontrolle, um Netzwerküberlastungen zu verhindern. Die Datenverbindungsschicht stellt sicher, dass Daten, die über die physikalische Schicht übertragen werden, fehlerfrei sind und korrekt an den empfangenden Knoten geliefert werden.

Diese Ebene ist in zwei Unterebenen unterteilt:

Logical Link Control (LLC): Diese Unterschicht ist für die Identifizierung und den Aufbau der Kommunikationsverbindung zwischen Geräten verantwortlich. Es gewährleistet eine ordnungsgemäße Fehlerkontrolle, Flusskontrolle und Adressierung für die Netzwerkkommunikation.

Media Access Control (MAC): Diese Unterschicht steuert, wie Geräte auf das gemeinsam genutzte Übertragungsmedium zugreifen, Kollisionen verhindern und eine effiziente Datenübertragung sicherstellen. Die MAC-Unterschicht ist für das Framing der Daten und das Hinzufügen von physischer Adressierung (z. B. MAC-Adressen) verantwortlich, um sicherzustellen, dass die Daten das richtige Ziel erreichen.

Geräte, die auf der Datenverbindungsschicht arbeiten, umfassen Switches und Bridges, während Ethernet und Wi-Fi beliebte Protokolle sind, die auf dieser Schicht verwendet werden.

Netzwerkschicht (Schicht 3)

Die Netzwerkschicht ist für die logische Adressierung, das Routing und die Weiterleitung von Datenpaketen über mehrere Netzwerke verantwortlich. Diese Schicht bestimmt den besten Pfad für die Übertragung von Daten von der Quelle zum Ziel unter Berücksichtigung von Faktoren wie Netzwerktopologie, Überlastung und Routingprotokollen. Es übernimmt bei Bedarf auch die Fragmentierung und Neuzusammensetzung von Datenpaketen.

Das primäre Protokoll, das auf dieser Ebene verwendet wird, ist das Internetprotokoll (IP), das Geräten in einem Netzwerk logische IP-Adressen zuweist und das Paketrouting erleichtert. IP ist dafür verantwortlich, die beste Route für Datenpakete basierend auf der Netzwerktopologie und den Routingtabellen zu bestimmen, die von Routern verwaltet werden.

Router arbeiten auf Netzwerkebene und leiten Daten basierend auf den IP-Adressen von Quell- und Zielgeräten zwischen verschiedenen Netzwerken weiter. Andere Protokolle, die auf dieser Schicht arbeiten, umfassen ICMP (Internet Control Message Protocol) für die Fehlerberichterstattung und Adressauflösungsprotokolle wie ARP (Address Resolution Protocol).

Transportschicht (Schicht 4)

Die Transportschicht gewährleistet eine zuverlässige Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen Geräten über ein Netzwerk. Es ist dafür verantwortlich, die Daten in kleinere Blöcke zu segmentieren, den Datenfluss zu verwalten und sicherzustellen, dass die Daten genau und in der richtigen Reihenfolge geliefert werden. Die Transportschicht bietet Fehlererkennung, Wiederherstellung und Flusskontrolle, um Datenverlust zu verhindern und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Es gibt zwei Hauptprotokolle auf der Transportschicht:

Transmission Control Protocol (TCP): Ein verbindungsorientiertes Protokoll, das eine zuverlässige Datenlieferung gewährleistet. TCP stellt eine Verbindung zwischen Sender und Empfänger her, unterteilt Daten in Segmente, verwaltet den Datenfluss und stellt die erneute Übertragung verlorener oder beschädigter Datenpakete sicher.

User Datagram Protocol (UDP): Ein verbindungsloses Protokoll, das schneller, aber weniger zuverlässig als TCP ist. UDP stellt keine Verbindung her und es gibt keine Zustellgarantie, was es für Anwendungen geeignet macht, bei denen Geschwindigkeit Vorrang vor Zuverlässigkeit hat, wie z. B. Videostreaming und Online-Spiele.

Die Transportschicht ist für die Fehlerkorrektur, Sequenzierung und Flusskontrolle verantwortlich. Geräte, die auf dieser Ebene betrieben werden, umfassen Endbenutzergeräte wie Computer und Server, auf denen Protokolle wie TCP oder UDP ausgeführt werden.

Sitzungsschicht (Schicht 5)

Die Sitzungsschicht verwaltet Sitzungen oder Verbindungen zwischen Anwendungen auf verschiedenen Geräten. Es ist für das Einrichten, Aufrechterhalten und Beenden von Kommunikationssitzungen verantwortlich und stellt sicher, dass die Daten ordnungsgemäß zwischen den Geräten synchronisiert werden. Die Sitzungsschicht steuert den Dialog zwischen Anwendungen, indem sie Vollduplex- (Zweiwege-) oder Halbduplex- (Einweg-) Kommunikation bereitstellt und die Art der Sitzung bestimmt (z. B. interaktiv oder nicht interaktiv).

Zu den von der Sitzungsschicht bereitgestellten Funktionen gehören:

Einrichtung, Wartung und Beendigung von Sitzungen.

Dialogsteuerung (Vollduplex- oder Halbduplex-Kommunikation).

Synchronisation von Daten (Checkpointing und Wiederherstellung).

Protokolle wie NetBIOS (Network Basic Input/Output System) und RPC (Remote Procedure Call) arbeiten auf Sitzungsebene.

Präsentationsschicht (Schicht 6)

Die Präsentationsschicht ist für die Übersetzung, Verschlüsselung und Komprimierung von Daten zwischen der Anwendungsschicht und den unteren Schichten des OSI-Modells verantwortlich. Es stellt sicher, dass die von der Anwendungsschicht gesendeten Daten von der empfangenden Anwendung richtig verstanden werden können, unabhängig von Unterschieden in Datenformaten, Zeichenkodierung oder Verschlüsselungsschemata.

Einige wichtige Funktionen der Präsentationsschicht umfassen:

Datenkonvertierung zwischen verschiedenen Formaten (z. B. Konvertierung von EBCDIC nach ASCII).

Datenverschlüsselung und -entschlüsselung für sichere Kommunikation.

Datenkomprimierung zur Verkürzung der Übertragungszeit.

Gängige Protokolle und Formate, die der Präsentationsschicht zugeordnet sind, umfassen JPEG, GIF, MPEG und SSL/TLS zur Verschlüsselung.

Anwendungsschicht (Schicht 7)

Die Anwendungsschicht ist die oberste Schicht des OSI-Modells und liegt dem Endbenutzer am nächsten. Es bietet Netzwerkdienste und Schnittstellen für Anwendungen zur Interaktion mit dem Netzwerk. Diese Schicht ermöglicht Benutzern den Zugriff auf Netzwerkdienste und ermöglicht die Kommunikation zwischen Anwendungen über das Netzwerk.

Zu den wichtigsten Funktionen der Anwendungsschicht gehören:

Bereitstellung von Benutzeroberflächen und Diensten.

Interaktion mit Netzwerkdiensten wie Dateiübertragung, E-Mail und Surfen im Internet.

Erleichterung der Kommunikation von Anwendung zu Anwendung.

Gängige Protokolle, die auf der Anwendungsebene ausgeführt werden, umfassen HTTP (Hypertext Transfer Protocol), FTP (File Transfer Protocol), SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), DNS (Domain Name System) und POP3 (Post Office Protocol 3).

Das OSI-Modell bietet eine standardisierte Möglichkeit, die Komplexität der Netzwerkkommunikation zu verstehen und zu verwalten. Jede Schicht führt spezifische Aufgaben aus, was Modularität und eine klare Trennung der Belange beim Netzwerkdesign ermöglicht. Während das OSI-Modell nicht direkt in realen Netzwerken implementiert ist, dient es als unschätzbares Werkzeug für Netzwerktechniker, Entwickler und Techniker bei der Fehlerbehebung, dem Entwurf und der Wartung von Netzwerksystemen. Das Verständnis der sieben Schichten des OSI-Modells bietet eine Grundlage für alle, die ein tieferes Wissen darüber erlangen möchten, wie die Netzwerkkommunikation auf einer grundlegenden Ebene funktioniert.