ISO/OSI-7-Schichtenmodell

ISO/OSI-7-Schichtenmodell
Das OSI-7-Schichtenmodell ist ein Referenzmodell für herstellerunabhängige
Kommunikationssysteme. OSI bedeutet Open System Interconnection (Offenes System für
Kommunikationsverbindungen), das von der ISO als Grundlage für die Bildung von
Kommunikationsstandards entworfen und standardisiert wurde. Das OSI-Schichtenmodell
oder OSI-Referenzmodell basiert auf dem DoD-Schichtenmodell, auf dem das Internet
basiert. Im Vergleich zum DoD-Schichtenmodell ist das OSI-Schichtenmodell feiner
aufgegliedert.
Das OSI-Schichtenmodell besteht aus 7 Schichten. Jede Schicht ist in Arbeitseinheiten
eingeteilt. Die Arbeitseinheiten haben ihre Funktion innerhalb der Schicht oder kooperieren
mit den Arbeitseinheiten der benachbarten Schichten. Damit diese Arbeitseinheiten
miteinander arbeiten können müssen sie sich an ein Regelwerk halten. Dieses Regelwerk
nennt man Protokoll.
So toll das OSI-Referenz- bzw. Schichtenmodell ist, so wenig praxisnah ist es. Es wird zwar
sehr häufig als Referenz herangezogen. Doch eigentlich ist das TCP/IP-Modell (DoDSchichtenmodell) viel näher an der Realität.
Das Problem des OSI-Schichtenmodells ist die Standardisierungsorganisation ISO, die
einfach zu schwerfällig war, um in kürzester Zeit einen Rahmen für die Aufgaben von
Protokollen und Übertragungssystemen in der Netzwerktechnik auf die Beine zu stellen.
TCP/IP dagegen war frei verfügbar, funktionierte und verbreitete sich mit weiteren
Protokollen rasend schnell. Der ISO blieb nichts anderes übrig, als TCP/IP im OSISchichtenmodell zu berücksichtigen.
Neben TCP/IP haben sich noch weitere Netzwerkprotokolle entwickelt. Die wurden jedoch
irgendwann von TCP/IP abgelöst. Fast alle Netzwerke arbeiten heute auf der Basis von
TCP/IP.
Einteilung des OSI-Schichtenmodells
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Die Schichteneinteilung erfolgt mit definierten Schnittstellen.
Einzelne Schichten können angepasst, zusammengefasst oder ausgetauscht werden.
Die Schichten 1..4 sind transportorientierte Schichten.
Die Schichten 5..7 sind anwendungsorientierte Schichten.
Das Übertragungsmedium ist nicht festgelegt.
Das OSI-7-Schichtenmodell oder OSI-Referenzmodell beschreibt das Durchlaufen von 7
Schichten in denen Funktionen und Protokolle definiert sind und einer bestimmten Aufgabe
bei der Kommunikation zwischen zwei Systemen zugeordnet sind. Die Protokolle einer
Schicht sind zu den Protokollen der über- und untergeordneten Schichten weitestgehend
transparent, so dass die Verhaltensweise eines Protokolls sich wie bei einer direkten
Kommunikation mit dem Gegenstück auf der Gegenseite darstellt.
Die Übergänge zwischen den Schichten sind Schnittstellen, die von den Protokollen
verstanden werden müssen. Manchmal kommt es auch vor, dass sich Protokolle über mehrere
Schichten erstrecken und mehrere Aufgaben abdecken.
Protokolle sind eine Sammlung von Regeln zur Kommunikation auf einer bestimmten Schicht
des OSI-Modells. Die Endgeräte der Endsysteme und das Übertragungsmedium sind aus dem
OSI-Modell ausgeklammert, was nicht bedeutet, dass die Endgeräte in der
Anwendungsschicht und das Übertragungsmedium in der Bitübertragungsschicht nicht doch
vorgegeben sind.
Bitübertragungsschicht
Maßnahmen und Verfahren zur Übertragung von Bits
Schicht 1
Physical
Die Bitübertragungsschicht definiert die elektrische, mechanische und
funktionale Schnittstelle zum Übertragungsmedium. Die Protokolle dieser
Schicht unterscheiden sich nur nach dem eingesetzten Übertragungsmedium
und -verfahren. Das Übertragungsmedium ist jedoch kein Bestandteil der
Schicht 1.
Sicherungsschicht
Logische Verbindungen mit Datenpaketen und elementare
Fehlererkennungsmechanismen
Schicht 2
Data Link
Die Sicherungsschicht sorgt für eine zuverlässige und funktionierende
Verbindung zwischen Endgerät und Übertragungsmedium. Zur Vermeidung
von Übertragungsfehlern und Datenverlust enthält diese Schicht Funktionen
zur Fehlererkennung, Fehlerbehebung und Datenflusskontrolle.
Auf dieser Schicht findet auch die physikalische Adressierung von
Datenpaketen statt.
Vermittlungsschicht
Routing und Datenflusskontrolle
Schicht 3
Network
Die Vermittlungsschicht steuert die zeitliche und logische getrennte
Kommunikation zwischen den Endgeräten, unabhängig vom
Übertragungsmedium und -topologie. Auf dieser Schicht erfolgt erstmals die
logische Adressierung der Endgeräte. Die Adressierung ist eng mit dem
Routing (Wegfindung vom Sender zum Empfänger) verbunden.
Transportschicht
Logische Ende-zu-Ende-Verbindungen
Schicht 4
Transport
Die Transportschicht ist das Bindeglied zwischen den transportorientierten und
anwendungsorientierten Schichten. Hier werden die Datenpakete einer
Anwendung zugeordnet.
Kommunikationsschicht
Prozeß-zu-Prozeß-Verbindungen
Schicht 5
Session
Die Kommunikationsschicht organisiert die Verbindungen zwischen den
Endsystemen. Dazu sind Steuerungs- und Kontrollmechanismen für die
Verbindung und dem Datenaustausch implementiert.
Darstellungsschicht
Ausgabe von Daten in Standardformate
Schicht 6 Die Darstellungsschicht wandelt die Daten in verschiedene Codecs und
Presentation Formate. Hier werden die Daten zu oder von der Anwendungsschicht in ein
geeignetes Format umgewandelt.
Anwendungsschicht
Dienste, Anwendungen und Netzmanagement
Schicht 7 Die Anwendungsschicht stellt Funktionen für die Anwendungen zur
Application Verfügung. Diese Schicht stellt die Verbindung zu den unteren Schichten her.
Auf dieser Ebene findet die Dateneingabe und -ausgabe statt.
Beispiele
In der folgenden Tabelle werden die verschiedensten Protokolle, Übertragungs- und
Vermittlungstechniken den Schichten des OSI-Modells zugeordnet.
Viele Protokolle und Übertragungsverfahren nutzen mehr als nur eine Schicht. Deshalb kann
eine vollständige und korrekte Darstellung der Tabelle nicht gewährleistet werden.
Schicht 7 Anwendung
Telnet, FTP, HTTP, SMTP, NNTP
Schicht 6 Darstellung
Telnet, FTP, HTTP, SMTP, NNTP, NetBIOS
Schicht 5 Kommunikation TFTP, Telnet, FTP, HTTP, SMTP, NNTP, NetBIOS
Schicht 4 Transport
TCP, UDP, SPX, NetBEUI
Schicht 3 Vermittlung
IP, IPX, ICMP, T.70, T.90, X.25, NetBEUI
Schicht 2 Sicherung
LLC/MAC, X.75, V.120, ARP, HDLC, PPP
Schicht 1 Übertragung
Ethernet, Token Ring, FDDI, V.110, X.25, Frame Relay, V.90,
V.34, V.24
Inoffiziell und nicht dokumentiert: Schicht 0 und 8
Sowohl die Schicht 0 und 8 sind offziell kein Teil des OSI-Schichtenmodells und deshalb
auch nicht dokumentiert. Trotzdem sind sie ein wichtiger Bestandteil des Schichtenmodells.
Die Schicht 8 ist die Person, die sich vor dem Bildschirm befindet und durch Bedienvorgänge
Aktionen innerhalb des Netzwerks auslöst. Zur Schicht 8 gehört auch das Endgerät, dass der
Benutzer bedient (PC, Smartphone, ...).
Zu Schicht 0 zählen Dinge, die nicht direkter Bestandteil des Netzwerks sind und trotzdem
zwingend zur Funktion beitragen. Zum Beispiel die Stromversorgung und
Übertragungsmedium (Kabel, Funk, ...).
OSI-Schichtenmodell in der
Netzwerktechnik
Das OSI-Schichtenmodell besteht aus 7 Schichten. Die Funktionen der einzelnen Schichten
stellen der übergeordneten Schicht eine bestimmte Dienstleistung zur Verfügung. Die
Aufgaben der einzelnen Schichten sind im OSI-Schichtenmodell erklärt.
Das hier dargestellte und beschriebene OSI-Schichtenmodell ist stark vereinfacht und auf die
Netzwerktechnik zugeschnitten. Dieses Schichtenmodell ist nicht vollständig oder endgültig.
Die vereinfachte Netzwerkansicht des OSI-Modells wird aus Anwendersicht erklärt. Deshalb
wird mit den obersten Schichten begonnen.
Schichten
Anwendung
OSI-Schicht
5+6+7
Datenverarbeitung und übertragung
HTTP,
FTP,
IMAP,
SMTP
SMB (Windows)
Samba
(Unix/Linux)
Adressierung und
Verbindungsaufbau
URL:
www.daselko.de
NetBIOS-Name
(Computername)
lmhosts / WINS
NetBIOS
(Windows)
Übertragung
OSI-Schicht
3+4
Transport: TCP / UDP
(Datenpakete)
hosts / DNS
IP-Adresse
Adressierung: IP / ICMP
(Adresse)
Netzzugang
(physikalisch)
OSI-Schicht
1+2
NDIS
ARP
Treiber
MAC-Adresse
Netzwerkkarte (NIC)
Ethernet
Beschreibung der Datenverarbeitung
In den Anwendungsschichten 5, 6 und 7 sind alle Protokolle definiert, auf die Programme und
Anwendungen direkt zugreifen. In der Windows-Netzwerkwelt stellt das SMB mit NetBIOS
die Verbindung zur Übertragungsschicht her. Kommt ein Unix-Betriebssystem mit Windows
in Kontakt wird der Dienst Samba genutzt, um Anwendungen die Ressourcen im WindowsNetzwerk auf dem Unix-Betriebssystem zur Verfügung zu stellen.
Die Verbindung zwischen Anwendungs- und Übertragungsschicht wird über Ports von TCP
hergestellt. Anwendungen und Dienste identifizieren ihre Daten über diese Ports.
Der Datenstrom wird von dem verbindungsorientierten Transport-Protokoll TCP oder dem
verbindungslosen Transport-Protokoll UDP in Pakete verpackt. Das Internet Protocol (IP)
übernimmt die Adressierung der Pakete.
Der Bitstrom wird an den NDIS weitergeleitet, der mit dem Treiber der Netzwerkkarte
spricht. Erst der Treiber schickt die Daten an die Netzwerkkarte (NIC). Von dort gehen die
Daten im Netzwerk auf die Reise.
Bei ankommenden Daten gehen sie den umgekehrten Weg wieder zurück.
Beschreibung des Verbindungsaufbaus
Innerhalb der Anwendungsschicht dient die URL (Universal Ressource Locator), in
Windows-Netzwerken der NetBIOS-Name des Computers, zur Identifikation eines
Computers und den Diensten, die darauf ausgeführt werden.
Zur Auflösung der URL zur IP-Adresse dient die Datei hosts, in der alle URLs und IPAdressen aufgelistet sind. Da es viele URLs gibt, wurde das DNS (Domain Name System)
eingeführt, das hierarchisch aufgebaut ist. Die sogenannten DNS-Server sind in der Lage
unbekannte DNS-Namen beim übergeordneten DNS-Server zu erfragen. Im WindowsNetzwerk dient die Datei lmhosts oder der WINS (Server) zur Auflösung von NetBIOSNamen in IP-Adressen.
Ist die IP-Adresse der Übertragungsschicht aufgelöst, dann wird ARP (Address Resolution
Protocol) verwendet, um die IP-Adresse in die MAC-Adresse (Media Access Control) der
Netzwerkkarte (Physikalische Schicht) aufzulösen.
Die MAC-Adresse ist die einzige definitive Adresse, anhand der man einen Computer im
Netzwerk sicher identifizieren kann. Die MAC-Adresse ist fest auf einer Netzwerkkarte
eingestellt.