Wie das OSI 7-Schichten-Modell eine effektive Netzwerkkommunikation erleichtert

Einführung

Das OSI Modell erklärt, wie Computer auf standardisierte Weise Daten über ein Netzwerk senden. Entwickelt in den späten 1970er Jahren, unterteilt das OSI Modell die Netzwerkkommunikation in sieben unterschiedliche Schichten. Jede Schicht hat spezifische Funktionen und interagiert mit den darüber- und darunterliegenden Schichten.

Während das moderne Internet hauptsächlich das einfachere TCP/IP-Modell verwendet, bleibt das OSI 7-Schichten-Modell ein wesentliches Werkzeug. Es hilft Netzwerktechnikern beim Entwerfen von Netzwerken, der Fehlerbehebung und der Sicherstellung der Interoperabilität zwischen Systemen. Werfen wir einen genaueren Blick auf jede der sieben OSI-Schichten und wie sie die Netzwerkkommunikation ermöglichen.

Die 7 Schichten des OSI Modells

Teilen Sie die sieben OSI-Schichten in zwei Gruppen: obere Schichten und untere Schichten. Die oberen Schichten (7, 6, 5) konzentrieren sich auf Anwendungen und die Interaktion der Nutzer mit Daten. Die unteren Schichten (4, 3, 2, 1) kümmern sich um den Datentransport.

Die oberen Schichten des OSI Modells

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

DNS ist verantwortlich für die Zuordnung von Domainnamen zu IP-Adressen. Die Anwendungsschicht stellt sicher, dass die Daten für die jeweilige Anwendung korrekt strukturiert sind.

Schicht 6: Die Darstellungsschicht empfängt Daten von der Anwendungsschicht und bereitet sie für den Versand über das Netzwerk vor. Dies beinhaltet oft Übersetzung, Verschlüsselung und Kompression.

Die Darstellungsschicht formatiert Daten unter Verwendung einer gemeinsamen Syntax, die von den sendenden und empfangenden Geräten vereinbart wurde. Zum Beispiel kann sie ASCII-Text in ein standardisiertes Format umwandeln. Verschlüsselung sichert sensible Daten, und Kompression verringert die zu übertragende Datenmenge.

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

Wenn die Verbindung unterbrochen wird, sendet die Sitzungsschicht Daten vom letzten Kontrollpunkt erneut mithilfe von Checkpoints. Sie implementiert auch die Dialogsteuerung, um sicherzustellen, dass zwei Anwendungen nicht gleichzeitig Daten senden.

Die unteren Schichten des OSI Modells

Schicht 4: Die Transportschicht teilt die Daten der Sitzungsschicht auf und bereitet sie für die Übertragung über das Netzwerk vor. Verantwortlich für die End-to-End-Lieferung und fehlerfreie Datenübertragung zwischen Systemen.

Die beiden Hauptprotokolle der Transportschicht sind TCP und UDP. TCP sorgt dafür, dass die Daten am Ziel ankommen, indem es überprüft und im Falle eines Verlustes eine erneute Übertragung anfordert. UDP ist verbindungslos und garantiert keine Lieferung, ist aber schneller. Die Transportschicht führt auch die Verkehrssteuerung durch, indem sie den Datenfluss an die Netzwerkgeschwindigkeit anpasst.

Schicht 3: Die Netzwerkschicht Die Netzwerkschicht kümmert sich um logisches Adressieren und Routing von Daten zwischen Knoten. Die Transportschicht teilt Datensegmente in kleinere Pakete auf und fügt Quell- und Zieladressen hinzu.

Wie Router IP-Adressen verwenden

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

Schicht 2: Die Sicherungsschicht verbindet zwei Knoten direkt in einem Netzwerk. Sie nimmt Pakete von der Netzwerkschicht, teilt sie in Frames auf und sendet sie unter Verwendung der MAC-Adresse an das richtige Ziel.

Die Sicherungsschicht überprüft eingehende Frames auf Fehler und fordert eine erneute Übertragung an, wenn sie eine Beschädigung feststellt. Sie reguliert die Flusskontrolle, um sicherzustellen, dass das Empfangsgerät nicht mit Daten überlastet wird. Die Sicherungsschicht sorgt auch für den Zugriff auf das physische Medium, sodass mehrere Geräte sicher Netzverbindungen teilen 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, Anschlüsse, Funkfrequenzen, Spannungen, Modulation und Leitungscodierung.

Die physische Schicht überträgt rohe Bitströme über das physische Medium als elektrische Impulse, Lichtsignale oder Funkwellen. Sie spezifiziert Datenraten, maximale Übertragungsentfernungen und physische Netzwerktopologien. Verschiedene physische Schichtstandards existieren für Kupfer, Glasfaser und drahtlose Medien.

Eine E-Mail mit dem OSI-Modell senden

Zur Veranschaulichung des OSI-Modells, lassen Sie uns untersuchen, 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 mit IP-Adressinformationen aufgeteilt. (Netzwerk)
6. Das System teilt die Pakete in Frames mit MAC-Adressen auf. (Sicherung)
7. Das System wandelt die Frames 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 Modell mit vier Schichten, das für die Internetkommunikation in der realen Welt verwendet wird. Es wurde vom US-Verteidigungsministerium entwickelt und ist älter als das OSI-Modell.

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 ist gleichbedeutend mit der OSI-Netzwerkschicht 3. Schließlich umfasst die Netzwerkzugangsschicht die OSI-Schichten 1 und 2.

Das OSI-Modell ist wichtig, aber das TCP/IP-Modell ist besser für die Internetkommunikation geeignet. Beide helfen uns jedoch, die vielen komplexen Prozesse zu verstehen, die für die Netzwerkdatenübertragung erforderlich sind.

Praktische Anwendungen des OSI-Modells heute

Während das TCP/IP-Modell die praktische Netzwerkintegration dominiert, bleibt das OSI-Modell unersetzlich für das Verständnis, Design und die Fehlerbehebung von Netzwerksystemen. Netzwerktechniker verwenden das OSI-Modell weiterhin als konzeptionellen Rahmen, um Probleme effizient zu isolieren und zu lösen.

Bei der Fehlerbehebung von Verbindungsproblemen arbeiten Techniker oft systematisch durch die OSI-Schichten. Sie beginnen möglicherweise mit der Überprüfung der physischen Verbindungen (Schicht 1), dann der Überprüfung der Funktionalität der Sicherungsschicht (Schicht 2), und arbeiten sich weiter nach oben, bis sie die problematische Schicht identifizieren. Dieser strukturierte Ansatz, oft als “bottom-up” oder “top-down” Troublehooting bezeichnet, reduziert die Diagnosezeit erheblich.

Sicherheitsexperten nutzen das OSI-Modell auch, um umfassende Schutzstrategien zu implementieren. Verschiedene Sicherheitsmaßnahmen zielen auf spezifische OSI-Schichten ab – Firewalls arbeiten in den Schichten 3-4, während Verschlüsselung in den Schichten 6-7 wirkt. Das Verständnis dieser Beziehungen hilft Organisationen, eine tief gestaffelte Sicherheitsarchitektur zu erstellen.

Netzwerksystemanbieter beziehen sich häufig auf OSI-Modell-Schichten, wenn sie die Fähigkeiten ihrer Produkte beschreiben. Ein Layer-2-Switch arbeitet hauptsächlich auf der Sicherungsschicht, während ein Layer-3-Switch auch über Funktionalitäten der Netzwerkschicht verfügt. Diese standardisierte Terminologie ermöglicht eine klare Kommunikation über die Fähigkeiten von Geräten in der Branche.

Das OSI-Modell bietet auch eine gemeinsame Sprache für Netzwerkzertifizierungsprogramme. CompTIA Network+, Cisco CCNA und andere professionelle Zertifizierungen prüfen die Kandidaten darauf, wie sie das OSI-Modell auf reale Netzwerkszenarien anwenden können, was seine anhaltende Relevanz in der beruflichen Weiterbildung zeigt.

Schlussfolgerung

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

Das Wissen über die OSI-Schichten kann Netzwerkspezialisten zugutekommen, selbst wenn sie nicht direkt damit arbeiten. Die Schichten reichen von der Anwendungsschicht an der Spitze bis zur physischen Schicht am unteren Ende. Wenn Sie ein Netzwerkproblem haben, kann das OSI-Modell Ihnen helfen, das Problem schneller zu finden und zu beheben.