OSI-Modell (Open Systems Interconnection)

Wie das OSI-Modell funktioniert

IT-Profis verwenden OSI, um zu modellieren oder zu verfolgen, wie Daten über ein Netzwerk gesendet oder empfangen werden. Das OSI-Modell gliedert die Datenübertragung in eine Reihe von sieben Schichten, von denen jede für die Ausführung bestimmter Aufgaben in Bezug auf das Senden und Empfangen von Daten verantwortlich ist.

Das Konzept von OSI besteht darin, dass der Prozess der Kommunikation zwischen zwei Endpunkten in einem Netzwerk in sieben verschiedene Gruppen verwandter Funktionen oder Schichten unterteilt werden kann. Jeder kommunizierende Benutzer oder jedes kommunizierende Programm befindet sich auf einem Gerät, das diese sieben Funktionsschichten bereitstellen kann.

In dieser Architektur bedient jede Schicht die darüber liegende Schicht und wird wiederum von der darunter liegenden Schicht versorgt. In einer bestimmten Nachricht zwischen den Benutzern findet also ein Datenfluss durch die Schichten im Quellcomputer, über das Netzwerk und dann durch die Schichten im Empfangscomputer nach oben statt. Nur die Anwendungsschicht oben auf dem Stack stellt keine Dienste für eine übergeordnete Schicht bereit.

Die sieben Funktionsschichten werden durch eine Kombination von Anwendungen, Betriebssystemen, Netzwerkkarten-Gerätetreibern und Netzwerkhardware bereitgestellt, die es einem System ermöglichen, ein Signal über ein Ethernet- oder Glasfaserkabel im Netzwerk oder über WLAN oder andere drahtlose Protokolle zu übertragen.

Die Schichten des OSI-Modells

Die sieben Verbindungsschichten des Open Systems Interconnection sind:

Schicht 7, der Application Layer (Anwendungsschicht): Ermöglicht es dem Benutzer (Mensch oder Software), mit der Anwendung oder dem Netzwerk zu interagieren, wann immer der Benutzer sich entscheidet, Nachrichten zu lesen, Dateien zu übertragen oder andere netzwerkbezogene Aktivitäten durchzuführen. Webbrowser und andere mit dem Internet verbundene Anwendungen wie Outlook und Skype verwenden Anwendungsprotokolle der Schicht 7.

Schicht 6, der Presentation Layer (Darstellungsschicht): Übersetzt oder formatiert Daten für die Anwendungsschicht auf der Grundlage der Semantik oder Syntax, die die Anwendung akzeptiert. Diese Schicht ist auch in der Lage, die Ver- und Entschlüsselung zu übernehmen, die die Anwendungsschicht benötigt.

Schicht 5, der Session Layer (Sitzungsschicht): Aufbau, Koordination und Beendigung von Gesprächen zwischen Anwendungen. Die Dienste umfassen die Authentifizierung und die Wiederaufnahme der Verbindung nach einer Unterbrechung. Diese Schicht bestimmt, wie lange ein System auf die Antwort einer anderen Anwendung wartet. Beispiele für Protokolle der Sitzungsschicht sind X.225, AppleTalk und das Zone Information Protocol (ZIP).

Schicht 4, der Transport Layer (Transportschicht): Ist für die Übertragung von Daten über ein Netzwerk verantwortlich und bietet Mechanismen zur Fehlerprüfung und Datenflusskontrolle. Sie bestimmt, wie viele Daten zu senden sind, wohin sie gesendet werden und mit welcher Geschwindigkeit. Das Transmission Control Protocol (TCP) ist das bekannteste Beispiel für die Transportschicht.

Schicht 3, der Network Layer (Vermittlungsschicht): Die primäre Funktion dieses Layers ist es, Daten in und durch andere Netzwerke zu bewegen. Die Protokolle der Vermittlungsschicht erreichen dies, indem sie Daten mit korrekten Netzwerkadressinformationen paketieren, die entsprechenden Netzwerkrouten auswählen und die paketierten Daten auf dem Stack nach oben zur Transportschicht weiterleiten.

Schicht 2, der Data-Link Layer (Sicherungsschicht): Die Protokollschicht in einem Programm, das das Verschieben von Daten in und aus einer physischen Verbindung in einem Netzwerk handhabt. Diese Schicht behandelt Probleme, die als Folge von Bitübertragungsfehlern auftreten. Sie stellt sicher, dass das Tempo des Datenflusses die sendenden und empfangenden Geräte nicht überfordert. Dieser Layer erlaubt auch die Übertragung von Daten zur Schicht 3, der Vermittlungsschicht, wo sie adressiert und weitergeleitet werden.

Schicht 1, der Physical Layer (Bitübertragungsschicht): Transportiert Daten über elektrische, mechanische oder prozedurale Schnittstellen. Diese Schicht ist für das Senden von Bits von einem Gerät zu einem anderen Gerät entlang des Netzwerks verantwortlich. Sie bestimmt, wie physische Verbindungen zum Netzwerk aufgebaut werden und wie die Bits in vorhersehbare Signale dargestellt werden, wenn sie entweder elektrisch, optisch oder über Funkwellen übertragen werden.

Schichtenübergreifende Funktionen

Zu den schichtübergreifenden Funktionen (Cross Layer Functions), also Diensten, die mehr als eine Schicht betreffen können, gehören:

• Sicherheitsdienste (Telekommunikation) gemäß der ITU-T X.800-Empfehlung.
• Verwaltungsfunktionen, die das Konfigurieren, Instanziieren, Überwachen und Beenden der Kommunikation von zwei oder mehr Einheiten ermöglichen.
• Multiprotocol Label Switching (MPLS) arbeitet auf einer OSI-Modellschicht, die zwischen Schicht 2 (Datenverbindungsschicht) und Schicht 3 (Vermittlungsschicht) liegt. MPLS kann zur Übertragung einer Vielzahl an Datenverkehr verwendet werden, einschließlich Ethernet-Frames und IP-Paketen.
• ARP übersetzt IPv4-Adressen (OSI-Schicht 3) in Ethernet-MAC-Adressen (OSI-Schicht 2).
• Domain Name Service: ein Dienst der Anwendungsschicht, der zum Nachschlagen der IP-Adresse eines Domänennamens verwendet wird.

Geschichte des OSI-Modells

OSI wurde ab 1983 von Vertretern großer Computer- und Telekommunikationsunternehmen entwickelt und sollte ursprünglich eine detaillierte Spezifikation der tatsächlichen Schnittstellen sein. Stattdessen beschloss das Komitee, ein gemeinsames Referenzmodell zu erstellen, das dann von anderen zur Entwicklung detaillierter Schnittstellen genutzt werden konnte, die wiederum zu Standards für die Übertragung von Datenpaketen werden könnten. Die OSI-Architektur wurde 1984 von der International Organization for Standardization (ISO) offiziell als internationaler Standard angenommen. Der Standard von 1984 wurde von ISO/IEC 7498-1:1994 abgelöst. Weitere das OSI-Modell betreffende Standards sind DIN ISO 7498 und ITU-T X.200.

OSI-Modell versus TCP/IP-Modell

OSI ist ein Referenzmodell, das die Funktionen eines Telekommunikations- oder Netzwerksystems beschreibt, während TCP/IP eine Reihe von Kommunikationsprotokollen für die Verbindung von Netzwerkgeräten im Internet ist. TCP/IP und OSI sind die am weitesten verbreiteten Netzwerkmodelle für die Kommunikation.

Das OSI- und das TCP/IP-Modell weisen Ähnlichkeiten und Unterschiede auf. Die größte Ähnlichkeit besteht in ihrem Aufbau, da beide Schichten verwenden. Allerdings besteht das OSI-Modell aus sieben Schichten, während TCP/IP nur vier Schichten nutzt.

Eine weitere Ähnlichkeit besteht darin, dass die obere Schicht für jedes Modell die Anwendungsschicht ist, die in jedem Modell die gleichen Aufgaben erfüllt, aber je nach den erhaltenen Informationen unterschiedlich sein kann.

Die Funktionen, die in jedem Modell ausgeführt werden, sind auch deshalb ähnlich, weil jedes Modell eine Netzwerkschicht und einen Transport zum Betrieb verwendet. Das OSI- und das TCP/IP-Modell werden jeweils hauptsächlich zur Übertragung von Datenpaketen verwendet. Obwohl sie dies auf unterschiedlichen Wegen und über unterschiedliche Pfade tun, erreichen sie dennoch ihre Ziele.

Das OSI- und das TCP/IP-Modell sind sich insofern ähnlich, weil sie:

• logische Modelle sind.
• Standards für die Vernetzung definieren.
• den Netzwerkkommunikationsprozess in Schichten gliedern
• einen Rahmen für die Erstellung und Implementierung von Netzwerkstandards und -geräten bieten.
• es einem Anbieter ermöglichen, Geräte und Netzwerkkomponenten herzustellen, die mit den Geräten und Komponenten anderer Hersteller koexistieren und zusammenarbeiten können.
• komplexe Funktionen in einfachere Komponenten zu unterteilen.

Die Unterschiede zwischen dem OSI-Modell und dem TCP/IP-Modell sind:

• OSI hat sieben Schichten, während das TCP/IP nur vier Schichten hat.
• OSI verwendet drei Schichten (Anwendungs-, Darstellungs- und Sitzungsschicht), um die Funktionalität der oberen Schichten zu definieren, während TCP/IP nur eine Schicht (Anwendungsschicht) verwendet.
• OSI nutzt zwei getrennte Schichten (Bitübertragungs- und Sicherungsschicht), um die Funktionalität der unteren Schichten zu definieren, während TCP/IP eine Schicht (Sicherungsschicht) verwendet.
• OSI nutzt die Vermittlungsschicht, um die Routing-Standards und -Protokolle zu definieren, während TCP/IP die Internetschicht einsetzt.

Vor- und Nachteile des OSI-Modells

Das OSI-Modell hat eine Reihe von Vorteilen, unter anderem:

• es gilt als ein Standardmodell in der Computervernetzung.
• es unterstützt sowohl verbindungslose als auch verbindungsorientierte Dienste. Benutzer können verbindungslose Dienste nutzen, wenn sie schnellere Datenübertragungen über das Internet benötigen, und das verbindungsorientierte Modell, wenn sie nach Zuverlässigkeit suchen.
• es verfügt über die Flexibilität, sich an viele Protokolle anzupassen.
• es ist anpassungsfähiger und sicherer als die Bündelung aller Dienste in einer Schicht.

Zu den Nachteilen des OSI-Referenzmodells gehören:

• es definiert kein bestimmtes Protokoll.
• die Sitzungsschicht, die für das Sitzungsmanagement verwendet wird, und die Darstellungsschicht, die sich mit der Benutzerinteraktion befasst, sind nicht so nützlich wie andere Schichten im OSI-Modell.
• einige Dienste sind auf verschiedenen Schichten dupliziert, wie die Transport- und Sicherungsschicht, die jeweils einen Fehlerkontrollmechanismus besitzen.
• die Schichten können nicht parallel arbeiten; jede Schicht muss warten, um Daten von der vorherigen Schicht zu empfangen.