Das Open-Systems-Interconnection-Modell (OSI-Modell) ist ein visuelles Modell mit sieben Schichten, das das Netzwerksystem beschreibt und wie Anwendungen miteinander kommunizieren können.
In den frühen Tagen der Computertechnik waren Geräte verschiedener Hersteller nicht interoperabel. Um dies zu ermöglichen, entwickelte die International Organization for Standardization 1984 das OSI-Modell und schuf damit gemeinsame Standards, nach denen unterschiedliche Geräte miteinander kommunizieren konnten.
Von unten nach oben lauten die sieben Schichten:
- Bitübertragungsschicht
- Sicherungsschicht (DLL)
- Vermittlungsschicht
- Transportschicht
- Sitzungsschicht
- Darstellungsschicht
- Anwendungsschicht
Jede der sieben Schichten erfüllt eine bestimmte Funktion und kommuniziert mit der über- und der darunterliegenden Schicht.
Heute wird das OSI-Modell hauptsächlich als Referenzmodell verwendet, um IT-Fachleuten die Grundlagen der Computernetzwerke zu vermitteln.
7 Schichten des OSI-Modells
Die Aufteilung der Netzwerkfunktionen in mehrere Schichten hilft Netzwerkingenieuren dabei, die Funktionsweise ihrer Netzwerke besser zu verstehen und Probleme schneller einzugrenzen. So trägt jede Schicht dazu bei.
Schicht 1: Bitübertragungsschicht
Schicht 1 ist die Bitübertragungsschicht und zugleich die unterste Schicht des OSI-Modells. Diese Schicht überträgt Informationen in Form von Bits (1 und 0) von einem Knoten zum nächsten. Zu den Komponenten der Bitübertragungsschicht gehören Kabel, Netzstecker, Steckverbinder, Netzwerkkarten (NICs) und andere Hardware.
Schicht 2: Sicherungsschicht (DLL)
Die Sicherungsschicht (DLL) ist die zweite Schicht und übernimmt die Übertragung von Daten zwischen Knoten. Ihre wichtigste Funktion besteht darin, sicherzustellen, dass die übertragenen Daten fehlerfrei sind.
Die DLL besteht aus zwei Teilschichten: Logical Link Control (LLC) und Media Access Control (MAC). Die LLC übernimmt die Multiplex- und Demultiplexverarbeitung von Signalen sowie die Flusssteuerung zwischen Knoten und die Fehlerverwaltung, während die MAC die Hardwareinteraktionen mit dem Netzwerk regelt.
Schicht 3: Vermittlungsschicht
Die Vermittlungsschicht ist für das Routing von Datenpaketen von einem Quellhost zu einem Zielhost verantwortlich. Dazu wird der kürzestmögliche Pfad ausgewählt. Diese Schicht ist außerdem für die Paketweiterleitung und die logische Adressierung zuständig. In dieser Schicht werden unter anderem die erforderlichen Protokolle ICMP, ARP, RIP, IPv4/v6 und IPsec verwendet.
Schicht 4: Transportschicht
Die Transportschicht ist für die Übertragung von Daten von Hosts zu Benutzern zuständig. Die am häufigsten verwendeten Protokolle der Transportschicht sind das User Datagram Protocol (UDP) und das Transmission Control Protocol (TCP). Während TCP die Datenübertragung zwischen Computern ermöglicht, ist UDP für eine schnelle Datenübertragung ausgelegt.
Schicht 5: Sitzungsschicht
Die Sitzungsschicht ist für die Steuerung, Verwaltung und Beendigung der Verbindungen zwischen Computern zuständig. Zu ihren Funktionen gehören die Tokenverwaltung, das Erstellen von Dialogeinheiten, die Synchronisierung des Datenflusses und die effiziente Nutzung verfügbarer Netzwerkressourcen.
Schicht 6: Darstellungsschicht
Die Darstellungsschicht verarbeitet Informationen im Zusammenhang mit der Codierung und Dekodierung von Daten. Sie wird auch Syntaxschicht genannt.
Schicht 7: Anwendungsschicht
Die Anwendungsschicht ist diejenige, mit der Endbenutzer am vertrautesten sind, da sie die Kommunikation mit der auf ihren Host-PCs installierten Software steuert. Dabei umfasst diese Schicht nicht die eigentliche Software oder Anwendung, sondern nur die Protokolle, die sie verwalten.
Wie das OSI-Modell funktioniert
Das OSI-Modell segmentiert alle übertragenen Daten über eine Abstraktion mit sieben Schichten, um die Daten effizienter und sicherer zu analysieren und an ihr Ziel zu übermitteln.
Um diesen Prozess besser zu verstehen, sehen wir uns ein Beispiel für den Abstraktionsprozess des OSI-Modells in der Praxis an. Angenommen, Sie möchten eine E-Mail von Computer (A) an Computer (B) senden.
Ihre E-Mail-Anwendung befindet sich auf Schicht 7. Wenn Sie die E-Mail senden, kapselt das Anwendungsprotokoll der Schicht 7 Ihre Nachrichten oder versieht sie mit einem Header und sendet sie an Schicht 6.
Schicht 6 komprimiert die Daten und überträgt sie an Schicht 5. Außerdem verschlüsselt sie die Daten, bevor sie sie weiterleitet.
Schicht 5 öffnet eine Sitzung zwischen Ihrem Computer und dem abgehenden Server. Außerdem bestimmt sie, welches Datenpaket zu welcher Datei gehört. Schließlich fügt sie einen geeigneten Header hinzu und überträgt die Daten an Schicht 4.
Wenn Schicht 4 Daten von Schicht 5 empfängt, segmentiert sie diese und weist jedem Segment eine Ziel- und eine Quellportnummer zu, damit die Daten beim richtigen Dienst ankommen. Schicht 4 setzt außerdem Sicherheitskontrollen durch.
Schicht 3 zerlegt die Daten in Pakete und überträgt sie über mehrere Pfade. Die Pakete enthalten Ziel- und Quell-IP-Adressen, damit die Endgeräte leichter identifiziert werden können.
Anschließend werden die Daten an Schicht 2 gesendet, wo die DLL den Paketen MAC-Adressen hinzufügt, die dann zu Frames zusammengefasst werden. Damit die Daten am richtigen Ziel ankommen, fügt die LLC-Teilschicht jedem Frame Steuerinformationen hinzu.
Schließlich werden die Frames in Form von 1 und 0 an Schicht 1 übertragen. Diese Binärdaten werden anschließend entweder über elektrische Impulse (Ethernet), Funkwellen (WLAN) oder Lichtimpulse (Glasfaser) an Gerät B übertragen.
Schicht 1 sorgt für die Bitsynchronisierung, sodass der Endbenutzer die Informationen in einem lesbaren Format erhält, während die Daten am Zielort Schicht für Schicht ihre Abstraktion wieder rückgängig machen – genau wie vorgesehen.
Warum das OSI-Modell weiterhin relevant ist
Obwohl das TCP/IP-Modell von IT-Fachleuten bevorzugt und in den meisten modernen Computern verwendet wird, bleibt das OSI-Modell aufgrund seiner einfachen Fehlersuche, seiner Flexibilität und seiner anhaltenden Nutzung als Lehrmittel relevant.
Einfache Fehlersuche
Das OSI-Modell ermöglicht es IT-Teams, ihre Bestände in jeder Schicht in leicht überschaubare Einheiten zu unterteilen. Im Problemfall lassen sich Fehler dank der klaren Abgrenzung relativ leicht innerhalb der einzelnen Schichten erkennen und identifizieren – insbesondere in den drei oberen Schichten, die im TCP/IP-Modell zu einer einzigen Schicht zusammengefasst sind.
Flexibilität
Das OSI-Modell unterstützt sowohl verbindungslose als auch verbindungsorientierte Dienste und ist dadurch äußerst flexibel.
Als Lehrmittel
Das OSI-Modell ist ein hervorragendes Lehrmittel, da es Benutzern ein klares Verständnis dafür vermittelt, wie Software und Hardware zusammenarbeiten. Durch die Aufteilung von Netzwerkkonzepten in Schichten beseitigt es Unklarheiten und vermittelt Netzwerkfachleuten ein klares Bild der Netzwerkkommunikation.
Nachteile des OSI-Modells
Obwohl das OSI-Modell Vorteile bietet, weist es in einigen Bereichen Schwächen auf, unter anderem bei Praxistauglichkeit, Verbreitung und Komplexität.
Theoretisches Modell
Im Vergleich zu TCP/IP fungiert OSI eher als theoretischer Rahmen, der nur wenige Lösungen für die praktische Umsetzung bietet.
Weniger verbreitet
Obwohl das OSI-Modell zur selben Zeit wie das TCP/IP-Modell entwickelt wurde, konnte es nicht mit der Verbreitung von TCP/IP mithalten. IT-Fachleute bevorzugten im Allgemeinen eher die TCP/IP-Protokolle; infolgedessen verlor das OSI-Modell zunehmend an Bedeutung.
Komplexer
Das OSI-Modell ist recht kompliziert und weist daher Probleme bei der Implementierung auf. Im Gegensatz dazu ist das TCP/IP-Modell effektiver und einfacher zu betreiben.
Doppelte Funktionen
Im OSI-Modell gibt es zahlreiche Überschneidungen bei den Diensten. So stellen beispielsweise sowohl die Transport- als auch die Sicherungsschicht ähnliche Dienste bereit. Außerdem werden mehrere Schichten, etwa die Darstellungs- oder die Sitzungsschicht, kaum genutzt. Das ist einer der Gründe, warum sie im TCP/IP-Modell in der Anwendungsschicht zusammengefasst wurden.
OSI- und TCP/IP-Modell
Das Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) ist ein Kommunikationsprotokoll, das zeigt, wie ein bestimmter Computer über das Internet eine Verbindung zu einem anderen herstellen kann. Das Modell verfügt über eine Architektur mit vier Schichten und ist darauf ausgelegt, die fehlerfreie Übertragung von Daten in Form von Paketen über Netzwerke sicherzustellen.
Von oben nach unten umfassen die vier Schichten des TCP/IP-Modells die Anwendungsschicht, die Transportschicht, die Internetschicht und die Netzwerkzugriffsschicht.
Obwohl sowohl das OSI- als auch das TCP/IP-Modell über eine Schichtenarchitektur verfügen und nahezu dieselben Funktionen bereitstellen, weisen sie mehrere Unterschiede auf. Dazu gehören:
- OSI ist ein konzeptioneller Rahmen, während TCP/IP ein verbindungsorientiertes Protokoll ist
- TCP/IP hat 4 Schichten, während OSI 7 Schichten hat
- OSI verwendet die Sitzungs-, Darstellungs- und Anwendungsschicht zur Abgrenzung der oberen Schichten, während TCP/IP nur die Anwendungsschicht verwendet
- Die Schichten 1 und 2 sind im OSI-Modell getrennt, in TCP/IP jedoch zusammengefasst
- Die Schichten des OSI-Modells sind stark voneinander abhängig. Wenn also eine untere Schicht ausfällt, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass auch die darüberliegenden Schichten nicht ordnungsgemäß funktionieren. TCP/IP bietet dagegen eine flexiblere Architektur.
OSI- und TCP/IP-Schichten im Vergleich
Die folgende Tabelle zeigt, wie das TCP/IP-Modell das Schichtensystem im Vergleich zum detaillierteren und komplexeren OSI-Modell vereinfacht.
| OSI-Schichten | TCP/IP-Schichten |
|---|---|
| Anwendung | Anwendung |
| Darstellung | |
| Sitzung | |
| Transport | Transport |
| Netzwerk | Internet |
| Sicherung | Datenverbindung |
| Physisch | (Hardware) |
Wie sieht die Zukunft des OSI-Modells aus?
Angesichts der starken Präferenz von Netzwerkadministratoren für das TCP/IP-Modell und seiner massenhaften Nutzung könnte man annehmen, dass die Tage des OSI-Modells gezählt sind.
Doch obwohl das OSI-Modell möglicherweise nicht mehr beliebt ist, lässt sich nicht bestreiten, dass es Tausenden IT-Experten als Referenzmodell dient und sie bei der Entwicklung effizienterer und zuverlässigerer Systeme unterstützt.
Tatsächlich wird das OSI-Modell auch heute noch in Produkthandbüchern und Zertifizierungsprüfungen erwähnt. Auch wenn es unwahrscheinlich ist, dass das OSI-Modell in der Praxis wieder häufiger eingesetzt wird, ist es ebenso unwahrscheinlich, dass es vollständig aus der allgemeinen theoretischen Anwendung verschwindet.
Fazit: Wie das OSI-Modell heute verwendet wird
Obwohl es heute in der Praxis kaum eingesetzt wird, beziehen sich Netzwerkingenieure und Anbieter weiterhin auf das OSI-Modell, um einen vollständigen Überblick über Computernetzwerke und ihre Funktionen zu erhalten. Während das TCP/IP-Protokoll in modernen Netzwerken häufiger implementiert wird, dient das OSI-Modell Netzwerkfachleuten weiterhin als Orientierung, um Klarheit über Datenabstraktionspfade und -prozesse zu gewinnen.
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