Um klare Regeln in der Kommunikation vorzugeben, werden Schichtenmodelle definiert. Sie stellen Schritte einer Kommunikation grafisch dar und verdeutlichen die Arbeit von Protokollen untereinander. Dabei ist das OSI-Schichtenmodell der ITU und ISO das wichtigste und definiert die Basis für viele heutige fest implementierte Protokolle und Protokollfamilien. Wie das OSI-Schichtenmodell aufgebaut ist erfährst du in diesem Beitrag.
Das OSI Schichtenmodell dient der grafischen Darstellung der Kommunikation innerhalb von Netzwerken. Die Abkürzung steht für "Open Systems Communication Model" (1984) und wird von der ITU und ISO als Standard ausgegeben. Eine Schicht stellt sich der über ihr liegenden Schicht zur Verfügung und nimmt die Dienste der darunter liegenden Schicht in Anspruch. So wird der Übergang zwischen zwei Schichten als Schnittstelle bezeichnet. Innerhalb der einzelnen Schichten arbeiten Protokolle. Änderungen in den Schichten bewirken keine Veränderung der darüber und darunter liegenden Schicht.
Merke: Schnittstelle = Übergang zwischen zwei Schichten | Protokoll = Vereinbarung bzw. Satz von Regeln in einer Schicht.
Aber warum nutzt man das OSI Schichtenmodell?
- Eindeutige Darstellung der Kommunikation
- Definition von Standardschnittstellen, man spricht auch von "normierten Schnittstellen". Vorteil hier: offener Standard
- einfachere Entwicklung von neuen Protokollen da sie sich am Modell orientieren können
- offene Standards, keine Herstellerbindung
- hohe Modularität durch normierte Schnittstellen
Das OSI Schichtenmodell gliedert sich in 7 Schichten, welche den Prozess im Netzwerk abbilden (Von der Anwendung bis zur Übertragung auf dem Medium). Statt von Schichten, wird im Original von Layern, also dem englischen Begriff für Schicht gesprochen. 
Schichten des OSI-Schichtenmodell. Quelle. Technik-Kiste.de
Schicht 7 - Anwendungsschicht (Application Layer)
Die Anwendungsschicht ist die oberste Schicht im OSI-Modell und für die Daten Ein- und Ausgabe zuständig. Sie ist die Schnittstelle für die durch uns bedienten Anwendungen, welche im Netzwerk kommunizieren. Die Anwendungen selbst gehören nicht zur Schicht 7. Mögliche Protokolle der Schicht 7 sind:
- HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
- FTP (File Transfer Protocol)
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
- POP3 (Post Office Protocol Version 3)
- IMAP (Internet Message Access Protocol)
- DNS (Domain Name System)
- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)
- Telnet (Teletype Network)
- SNMP (Simple Network Management Protocol)
Schicht 6 - Darstellungsschicht (Presentation Layer)
Als 6. Schicht bezeichnet man die sog. Darstellungsschicht. Sie dient dazu Daten Ein- und Ausgaben in bestimmte Standardformate umzuwandeln, damit sie Plattformübergreifend verarbeitet werden können. Auf dieser Schicht finden Verschlüsselung, Konvertierung und Kompression statt. Mögliche Formate sind unter anderem:
- XDR (External Data Representation)
- 1 (Abstract Syntax Notation One)
- MIME (Multipurpose Internet Mail Extensions)
- SSL (Secure Sockets Layer)
- TLS (Transport Layer Security)
Schicht 5 - Sitzungsschicht (Session Layer)
Sie steuert die Verbindungen bzw. Sitzungen zu anderen Geräten. Als Sitzung wird eine Verbindung zu einem Gerät bezeichnet, z.B. der Abruf von Daten auf einem Server. Dabei handelt es sich meist um eine logische Point-to-Point-Verbindung (PtP).
Z. B. ist der gesamte Download eine Sitzung, die von Schicht 5 überwacht und organisiert wird. Im Falle von Verbindungsabbrüchen wird dann z.B. an der Stelle des Abbruchs des Downloads wieder fortgesetzt. Dies geschieht über bestimmte Protokolle auf Schicht 5. Ein Beispiel wäre eine Freigabe im Netzwerk die von anderen Clients abgerufen wird. Weitere mögliche Einsätze bzw. Protokolle / Protokollfamilien sind:
- HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
- Telnet (Teletype Network)
- NNTP (Network News Transfer Protocol)
- TFTP (Trivial File Transfer Protocol)
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
- FTP (File Transfer Protocol)
Schicht 4 - Transportschicht (Transport Layer)
In Schicht 4 werden den Daten bestimmte Anwendungen zugeordnet, um eine klare Zuordnung zu schaffen. Hierzu gehören auch die Flusskontrolle sowie der Verbindungsauf- und Abbau (End-to-End-Kommunikation).
Da einem Inhalt nicht ein Name als Anwendung zugewiesen wird, arbeitet man mit sogenannten "Ports". Ports sind Zahlen hinter denen eindeutige Daten und Anwendungen stehen, z.B. wenn eine Webseite mit dem Browser angefordert wird, bekommen die Datenpakete mit dem Webseiteninhalt den Port 80 (http) zugewiesen. Nach dem Zuweisen eines Ports spricht man nicht mehr von Daten, sondern von einem Segment.
Protokolle für die End-to-End-Kommunikation sind:
- TCP (Transmission Control Protocol)
- UDP (User Datagram Protocol)
- SCTP (Stream Control Transmission Protocol)
- DCCP (Datagram Congestion Control Protocol)
Schicht 3 - Vermittlungsschicht (Network Layer)
Die Vermittlungsschicht dient der logischen Adressierung von Segmenten, bzw. nach dem Adressieren sog. Pakete, und den Kommunikationspartnern. Zusätzlich ist auch die Wegfindung (Routing) eine Kernfunktion der Schicht 3.
Zur Adressierung wird heute meist eine IP-Adresse genutzt. Bei der Adressierung werden wie bei einem Brief der Sender und Empfänger über die IP-Adresse angegeben und dient dem späteren Routing zwischen den Netzwerken. In Schicht 3 werden unter anderem folgende Protokolle eingesetzt:
- IP (Internet Protocol)
- 25
- ARP (Address Resolution Protocol)
- RIP (Routing Information Protocol)
- OSPF (Open Shortest Path First)
- BGP (Border Gateway Protocol)
- ICMP (Internet Control Message Protocol)
Schicht 2 - Sicherungsschicht (Data Link Layer)
Auf dieser Schicht erfolgen das Aufteilen und Einteilen der Pakete in sog. Frames. Eine Aufteilung geschieht, wenn ein Paket die maximale Paketgröße überschreitet. Jedes Paket bekommt die Portnummer, Versand- und Empfänger-IP-Adresse. Man spricht dann nicht mehr von einem Paket, sondern von einem Frame. Für eine optimale Folge der Frames sorgt die Flusskontrolle.
Um sicherzustellen, dass bei der Übertragung keine Fehler auftreten, werden sogenannte Prüfsummen von den einzelnen Frames gebildet und angehangen, damit der Empfänger anhand der Summe prüfen kann, ob es Übertragungsfehler gab.
Innerhalb der IP-Protokollfamilie wird an die Frames eine MAC-Adresse (Media-Access-Control) für Empfänger und Sender gehangen. Die MAC-Adresse ist eine eindeutige Adresse, welche einem Gerät bzw. einem Netzwerkadapter zugewiesen wird. Sie dient der eindeutigen Identifikation innerhalb eines Netzes. Protokolle der Schicht 2 sind:
- HDLC (High-Level Data Link Control)
- SDLC (Synchronous Data Link Control)
- DDCMP (Digital Data Communications Message Protocol)
- IEEE 802.2
- RLC (Radio Link Control)
- PDCP (Packet Data Convergence Protocol)
- ARP (Address Resolution Protocol)
- RARP (Reverse Address Resolution Protocol)
- STP (Spanning Tree Protocol)
- Shortest Path Bridging
- LLDP (Link Layer Discovery Protocol)
Schicht 1 - Physikalische Schicht (Physical Layer)
Die Bitübertragungsschicht fungiert als Schnittstelle zwischen Schicht 2 und dem Medium, auf dem die Signale übertragen werden. Abhängig vom Medium unterscheidet sich die Kodierung der Bits. Die Übertragung kann z.B. durch Elektrische-, Lichtwellen- oder Funksignale stattfinden. Mögliche Kodierungen sind z.B.:
- Machester-Codierung
- Non-Return to Zero (NRZ)
- MLT-3 mit 4B/5B
Zusammenfassung
Das OSI-Modell gliedert sich in 7 Schichten. Diese Schichten sind z.B. für die Datenstandardisierung, Adressierung und Kodierung zuständig. Das Modell besteht aus folgenden Schichten:
Schicht 7 - Anwendungsschicht (Application Layer) = Schnittstelle zwischen Benutzer und darunter liegenden Schichten
Schicht 6 - Darstellungsschicht (Presentation Layer) = dient dem Codieren, Konvertieren und der Kompression von Daten
Schicht 5 - Sitzungsschicht (Session Layer) = steuert Sitzungen zwischen Geräten
Schicht 4 - Transportschicht (Transport Layer) = für Portvergabe, Flusskontrolle, Verbindungsauf- und Abbau, Segmentierung und Stauvermeidung zuständig
Schicht 3 - Vermittlungsschicht (Network Layer) = Routing, IP-Adressierung, Quality of Service (QoS)
Schicht 2 - Sicherungsschicht (Data Link Layer) = Sicherung der Übertragung, Flusssteuerung, MAC-Adressierung, FCS und einteilen in Frames
Schicht 1 - Physikalische Schicht (Physical Layer) = Physische Übertragung auf Medium (Kodierung)