OSI-Modell

Einführung

Das OSI-Modell erklärt, wie Computer auf standardisierte Weise Daten über ein Netzwerk senden. Es wurde in den späten 1970er Jahren entwickelt und unterteilt die Netzwerkkommunikation in sieben verschiedene Schichten. Jede Schicht hat spezifische Funktionen und interagiert mit den darüber liegenden und darunter liegenden Schichten.

Während das moderne Internet hauptsächlich das einfachere TCP/IP-Modell verwendet, bleibt das OSI-7-Schichten-Modell ein essenzielles Werkzeug. Es hilft Netzwerkingenieuren, Netzwerke zu entwerfen, Probleme zu beheben und die Interoperabilität zwischen Systemen sicherzustellen. Werfen wir einen genaueren Blick auf jede der sieben OSI-Schichten und wie sie die Netzwerkkommunikation ermöglichen.

Die 7 Schichten des OSI-Modells

Die sieben OSI-Schichten werden in zwei Gruppen unterteilt: obere Schichten und untere Schichten. Die oberen Schichten (7, 6, 5) konzentrieren sich auf Anwendungen und darauf, wie Benutzer mit Daten interagieren. Die unteren Schichten (4, 3, 2, 1) behandeln den Datentransport.

Die oberen Schichten des OSI-Modells

Schicht 7: Die Anwendungsschicht Die Anwendungsschicht liegt am nächsten beim Endbenutzer. Sie stellt Netzwerkdienste direkt für Anwendungen wie Webbrowser, E-Mail-Clients und Messaging-Anwendungen bereit. Wenn Sie eine Webseite laden oder eine E-Mail senden, formatiert die Anwendungsschicht diese Daten und sendet sie an Schicht 6.

DNS ist dafür verantwortlich, Domainnamen mit IP-Adressen zu verknüpfen. Die Anwendungsschicht stellt sicher, dass die Daten korrekt für die jeweilige Anwendung strukturiert werden.

Schicht 6: Die Darstellungsschicht erhält Daten von der Anwendungsschicht und bereitet sie für die Übertragung über das Netzwerk vor. Dies umfasst oft die Übersetzung, Verschlüsselung und Kompression.

Die Darstellungsschicht formatiert Daten mit einer gemeinsamen Syntax, die von den sendenden und empfangenden Geräten vereinbart wurde. Beispielsweise kann sie ASCII-Text in ein standardisiertes Format umwandeln. Verschlüsselung sichert sensible Daten, und Kompression reduziert die Menge der zu übertragenden Daten.

Schicht 5: Die Sitzungsschicht Die Sitzungsschicht stellt Verbindungen zwischen Geräten her, hält diese aufrecht und beendet sie. Sie richtet Sitzungen ein, temporäre Kommunikationskanäle, die es Geräten ermöglichen, über einen längeren Zeitraum Daten auszutauschen.

Wenn die Verbindung unterbrochen wird, sendet die Sitzungsschicht Daten ab der letzten Kontrollmarke erneut. Sie implementiert auch eine Dialogkontrolle, um sicherzustellen, dass zwei Anwendungen nicht gleichzeitig versuchen, Daten zu senden.

Die unteren Schichten des OSI-Modells

Schicht 4: Die Transportschicht unterteilt Daten aus der Sitzungsschicht und bereitet sie für die Übertragung über das Netzwerk vor. Sie ist verantwortlich für die End-to-End-Lieferung und eine fehlerfreie Datenübertragung zwischen Systemen.

Die beiden wichtigsten Transportprotokolle sind TCP und UDP. TCP stellt sicher, dass Daten am Ziel ankommen, indem es sie überprüft und eine erneute Übertragung anfordert, wenn Daten verloren gehen. UDP ist verbindungslos und garantiert keine Zustellung, ist jedoch schneller. Die Transportschicht führt auch eine Verkehrssteuerung durch, indem sie den Datenfluss an die Netzwerkgeschwindigkeit anpasst.

Schicht 3: Die Netzwerkschicht Die Netzwerkschicht behandelt die logische Adressierung und das Routing von Daten zwischen Knoten. Die Transportschicht unterteilt Datensegmente in kleinere Pakete und fügt Quell- und Zieladressen hinzu.

Wie Router IP-Adressen verwenden

Router verwenden IP-Adressen, um den besten Weg für Daten durch verschiedene Netzwerke zu finden und ihr Ziel zu erreichen. Die Netzwerkschicht findet den besten Weg und schaltet Pakete zwischen Netzwerken, bis sie das empfangende Gerät erreichen.

Schicht 2: Die Datenverbindungsschicht verbindet zwei Knoten direkt in einem Netzwerk. Sie nimmt Pakete aus der Netzwerkschicht, unterteilt sie in Rahmen und sendet sie mithilfe der MAC-Adresse an das richtige Ziel.

Die Datenverbindungsschicht überprüft eingehende Rahmen auf Fehler und fordert eine erneute Übertragung an, wenn sie Beschädigungen feststellt. Sie reguliert die Flusskontrolle, um sicherzustellen, dass das Empfangsgerät nicht mit Daten überlastet wird. Die Datenverbindungsschicht regelt auch den Zugriff auf das physische Medium, damit mehrere Geräte sicher Netzwerkverbindungen gemeinsam nutzen können.

Schicht 1: Die physische Schicht bildet die Grundlage für den Aufbau der höheren Schichten. Sie definiert die physischen und elektrischen Eigenschaften des Netzwerks, einschließlich Kabel, Steckverbinder, Funkfrequenzen, Spannungen, Modulation und Leitungscodierung.

Die physische Schicht überträgt Rohbitströme über das physische Medium als elektrische Impulse, Lichtsignale oder Funkwellen. Sie spezifiziert Datenraten, maximale Übertragungsdistanzen und die physische Netzwerktopologie. Verschiedene Standards für die physische Schicht existieren für Kupfer, Glasfaser und drahtlose Medien.

Eine E-Mail mit OSI senden

Um das OSI-Modell zu veranschaulichen, betrachten wir, was passiert, wenn Sie eine E-Mail senden:

1. Der E-Mail-Client formatiert die Nachricht und Anhänge. (Anwendung)
2. Das System übersetzt die Daten in das SMTP-Format, verschlüsselt sie und komprimiert sie. (Darstellung)
3. Der Benutzer öffnet eine Sitzung mit dem E-Mail-Server. (Sitzung)
4. Das System segmentiert die Nachricht, fügt einen Header hinzu und übergibt sie an die Netzwerkschicht. (Transport)
5. Die Segmente werden in Pakete aufgeteilt und mit IP-Adressinformationen versehen. (Netzwerk)
6. Das System unterteilt die Pakete in Rahmen mit MAC-Adressen. (Datenverbindung)
7. Das System wandelt die Rahmen in Bits um und sendet sie über Ethernet oder WLAN als elektrische oder Funksignale. (Physisch)

Der E-Mail-Server sendet die Daten an die E-Mail-Anwendung des Empfängers, indem er sie durch die OSI-Schichten nach oben bewegt.

OSI-Modell vs. TCP/IP-Modell

Das TCP/IP-Modell ist ein einfaches Vier-Schichten-Modell, das für die Internetkommunikation in der realen Welt verwendet wird. Es wurde vom US-Verteidigungsministerium entwickelt und geht dem OSI-Modell voraus.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass TCP/IP die Funktionen mehrerer OSI-Schichten kombiniert. Die Anwendungsschicht umfasst die OSI-Schichten 5, 6 und 7. Die Transportschicht entspricht der OSI-Schicht 4. Die Internetschicht entspricht der Netzwerkschicht 3 des OSI. Schließlich umfasst die Netzwerkzugriffsschicht die OSI-Schichten 1 und 2.

Das OSI-Modell ist wichtig, aber das TCP/IP-Modell eignet sich besser für die Internetkommunikation. Beide helfen jedoch, die vielen komplexen Prozesse zu verstehen, die für die Übertragung von Netzwerkdaten erforderlich sind.

Schlussfolgerung

Das OSI 7-Schichten-Modell ist ein grundlegendes Konzept in der Computernetzwerktechnik. Durch die Abstraktion spezifischer Funktionen in jeder Schicht ermöglicht OSI die Interoperabilität zwischen verschiedenen Systemen und bietet ein gemeinsames Fehlerbehebungsmodell.

Das Wissen über die OSI-Schichten kann Netzwerkprofis zugutekommen, auch wenn sie nicht direkt damit arbeiten. Die Schichten reichen von der Anwendungsschicht ganz oben bis zur physischen Schicht ganz unten. Bei einem Netzwerkproblem kann das OSI-Modell helfen, das Problem schneller zu finden und zu beheben.