Was ist das OSI-Modell?

Das Open Systems Interconnection-Modell unterteilt die Netzwerkkommunikation in sieben Schichten. Mithilfe dieser Schichten können Netzwerkprobleme erkannt werden.

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Das OSI-Modell

Lernziele

Nach der Lektüre dieses Artikels können Sie Folgendes:

  • Definition des OSI-Modells
  • Identifizierung der 7 Schichten des OSI-Modells
  • Erfahren, wie Daten durch das OSI-Modell fließen

Was ist das OSI-Modell?

Das Open Systems Interconnection (OSI)-Modell ist ein von der International Organization for Standardization entwickeltes konzeptionelles Modell, das es verschiedenen Kommunikationssystemen ermöglicht, über Standardprotokolle zu kommunizieren. Im Klartext bietet die OSI einen Standard für verschiedene Computersysteme, um miteinander kommunizieren zu können.


Das OSI-Modell kann als universelle Sprache für die Computervernetzung angesehen werden. Es basiert auf dem Konzept der Aufteilung eines Kommunikationssystems in sieben abstrakte Schichten, die jeweils auf die letzte gestapelt sind.

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Jede Schicht des OSI-Modells verarbeitet einen bestimmten Auftrag und kommuniziert mit den Schichten über und unter sich. DDoS-Angriffe zielen auf spezifische Schichten einer Netzwerkverbindung ab. Die Angriffe auf die Anwendungsschicht greift die Schicht 7 und die Angriffe auf Protokollebene greift die Schichten 3 und 4 an.

Warum ist das OSI-Modell wichtig?

Obwohl das moderne Internet nicht strikt dem OSI-Modell folgt (es folgt stärker der einfacheren Internet-Protokoll-Suite), erweist sich das OSI-Modell bei der Fehlerbehebung von Netzwerkproblemen immer noch als sehr nützlich. Ob es sich nun um eine Person handelt, die mit ihrem Laptop keine Internetverbindung herstellen kann, oder um eine Website, die für Tausende von Nutzern zusammengebrochen ist: das OSI-Modell kann helfen, das Problem zu lösen und die Ursache des Problems einzugrenzen. Wenn das Problem auf eine bestimmte Ebene des Modells eingegrenzt werden kann, so kann viel unnötiger Aufwand vermieden werden.

Was sind die sieben Schichten des OSI-Modells?

Die sieben Abstraktionsschichten des OSI-Modells lassen sich wie folgt definieren, von oben nach unten:

The Application Layer

7. Die Anwendungsschicht

Dies ist die einzige Schicht, die direkt mit den Daten des Benutzers interagiert. Softwareanwendungen wie Webbrowser und E-Mail-Clients verlassen sich bei der Einleitung der Kommunikation auf die Anwendungsschicht. Es sollte jedoch deutlich gemacht werden, dass Client-Softwareanwendungen kein Teil der Anwendungsschicht sind, sondern dass die Anwendungsschicht für die Protokolle und Datenmanipulationen verantwortlich ist, auf die sich die Software stützt, um dem Benutzer aussagekräftige Daten zu präsentieren. Zu den Protokollen der Anwendungsschicht gehören HTTP sowie SMTP (Simple Mail Transfer Protocol ist eines der Protokolle, das die E-Mail-Kommunikation ermöglicht).

The Presentation Layer

6. Die Präsentationsschicht

Diese Schicht ist in erster Linie dafür verantwortlich, Daten so aufzubereiten, dass sie von der Anwendungsschicht verwendet werden können, d. h. Schicht 6 macht die Daten für Anwendungen zur Nutzung vorzeigbar. Die Präsentationsschicht ist für die Übersetzung, Verschlüsselung und Komprimierung von Daten verantwortlich.


Zwei miteinander kommunizierende Geräte können unterschiedliche Kodierungsmethoden verwenden, so dass Schicht 6 für die Übersetzung eingehender Daten in eine Syntax verantwortlich ist, die die Anwendungsschicht des empfangenden Geräts verstehen kann.


Wenn die Geräte über eine verschlüsselte Verbindung kommunizieren, ist die Schicht 6 dafür verantwortlich, die Verschlüsselung auf der Senderseite hinzuzufügen und die Verschlüsselung auf der Empfängerseite zu dekodieren, so dass sie die Anwendungsschicht mit unverschlüsselten, lesbaren Daten versorgen kann.


Schließlich ist die Präsentationsschicht auch für die Komprimierung der Daten verantwortlich, die sie von der Anwendungsschicht erhält, bevor sie sie an die Schicht 5 weiterleitet. Dies trägt dazu bei, die Geschwindigkeit und Effizienz der Kommunikation zu verbessern, indem die Menge der zu übertragenden Daten minimiert wird.

The Session Layer

5. Die Sitzungsschicht

Dies ist die Schicht, die für das Öffnen und Schließen der Kommunikation zwischen den beiden Geräten verantwortlich ist. Die Zeit zwischen dem Öffnen und Schließen der Kommunikation wird als Sitzung bezeichnet. Die Sitzungsschicht stellt sicher, dass die Sitzung lange genug geöffnet bleibt, um alle auszutauschenden Daten zu übertragen, und schließt die Sitzung dann umgehend, um Ressourcenverschwendung zu vermeiden.


Die Sitzungsschicht synchronisiert auch den Datentransfer mit Checkpoints. Wenn beispielsweise eine 100-Megabyte-Datei übertragen wird, kann die Sitzungsschicht alle 5 Megabyte einen Checkpoint setzen. Im Falle einer Trennung oder eines Absturzes nach der Übertragung von 52 Megabyte kann die Sitzung vom letzten Checkpoint aus fortgesetzt werden, so dass nur noch 50 weitere Megabyte an Daten übertragen werden müssen. Ohne die Checkpoints müsste der gesamte Transfer von vorne beginnen.

The Transport Layer

4. Die Transportschicht

Schicht 4 ist für die End-to-End-Kommunikation zwischen den beiden Geräten verantwortlich. Dazu gehört auch, Daten von der Sitzungsschicht zu nehmen und sie in Abschnitte zu zerlegen, die Segmente genannt werden, bevor sie an die Schicht 3 gesendet werden. Die Transportschicht des Empfangsgeräts ist für die Wiederzusammenstellung der Segmente zu Daten verantwortlich, die die Sitzungsschicht verbrauchen kann.


Die Transportschicht ist zudem für die Fluss- und Fehlersteuerung zuständig. Die Flusssteuerung bestimmt eine optimale Übertragungsgeschwindigkeit, um sicherzustellen, dass ein Sender mit einer schnellen Verbindung einen Empfänger mit einer langsamen Verbindung nicht überfordert. Die Transportschicht führt eine Fehlerkontrolle auf der Empfängerseite durch, indem sie sicherstellt, dass die empfangenen Daten vollständig sind, und eine erneute Übertragung anfordert, falls dies nicht der Fall ist.

The Network Layer

3. Die Netzwerkschicht

Die Netzwerkschicht ist dafür verantwortlich, den Datentransfer zwischen zwei verschiedenen Netzwerken zu erleichtern. Wenn sich die beiden Geräte, die miteinander kommunizieren, im selben Netzwerk befinden, dann ist die Netzwerkschicht unnötig. Die Netzwerkschicht teilt auf dem Sendergerät die Segmente von der Transportschicht in kleinere Einheiten, sogenannte Pakete, auf und fügt diese Pakete auf dem Empfängergerät wieder zusammen. Die Netzwerkschicht nutzt dabei den besten physikalischen Pfad, damit die Daten ihr Ziel erreichen; dies wird als Routing bezeichnet.

The Data Link Layer

2. Die Datenverbindungsschicht

Die Datenverbindungsschicht ist der Netzwerkschicht sehr ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Datenverbindungsschicht den Datentransfer zwischen zwei Geräten im selben Netzwerk erleichtert. Die Datenverbindungsschicht nimmt Pakete von der Netzwerkschicht und zerlegt sie in kleinere Teile, sogenannte Frames. Wie die Netzwerkschicht ist auch die Datenverbindungsschicht für die Fluss- und Fehlerkontrolle in der netzinternen Kommunikation zuständig. (Die Transportschicht übernimmt nur die Fluss- und Fehlerkontrolle für die netzübergreifende Kommunikation).

The Physical Layer

1. Die physikalische Schicht

Diese Schicht beinhaltet die an der Datenübertragung beteiligten physikalischen Geräte wie Kabel und Schalter. Dies ist auch die Schicht, in der die Daten in einen Bitstrom umgewandelt werden, einer Zeichenkette von 1s und 0s. Die physikalische Schicht beider Geräte muss sich zudem auf eine Signalkonvention einigen, damit die 1s von den 0s auf beiden Geräten unterschieden werden können.

Erfahren, wie Daten durch das OSI-Modell fließen

Damit von Menschen lesbare Informationen über ein Netzwerk von einem Gerät zum anderen übertragen werden können, müssen die Daten über die sieben Schichten des OSI-Modells auf dem Sendegerät und dann über die sieben Schichten auf der Empfängerseite übertragen werden.


Beispiel: Herr Cooper möchte Frau Palmer eine E-Mail senden. Herr Cooper verfasst seine Nachricht in einer E-Mail-Anwendung auf seinem Laptop und drückt dann auf „Senden“. Seine E-Mail-Anwendung leitet seine E-Mail-Nachricht an die Anwendungsschicht weiter, die ein Protokoll (SMTP) wählt und die Daten an die Präsentationsschicht weiterleitet. Die Präsentationsschicht komprimiert die Daten und trifft auf die Sitzungsschicht, die die Kommunikationssitzung initialisiert.


Danach treffen die Daten auf die Transportschicht des Absenders, wo sie segmentiert werden. Anschließend werden diese Segmente in Pakete auf der Netzwerkschicht aufgeteilt, die weiter in Frames auf der Datenverbindungsschicht aufgeteilt werden. Anschließend liefert die Datenverbindungsschicht diese Frames an die physikalische Schicht, die die Daten in einen Bitstrom von 1s und 0s konvertiert und über ein physikalisches Medium, wie beispielsweise ein Kabel, sendet.


Sobald der Computer von Frau Palmer den Bitstrom über ein physikalisches Medium (z. B. ihr WLAN) empfängt, fließen die Daten durch die gleiche Reihe von Schichten auf ihrem Gerät, jedoch in umgekehrter Reihenfolge. Zuerst konvertiert die physikalische Schicht den Bitstrom von 1s und 0s in Frames, die an die Datenverbindungsschicht übergeben werden. Die Datenverbindungsschicht setzt dann die Frames zu Paketen für die Netzwerkschicht zusammen. Die Netzwerkschicht macht dann aus den Paketen für die Transportschicht Segmente, die die Segmente zu einem Datenstück zusammensetzen.


Die Daten fließen dann in die Sitzungsschicht des Empfängers, die die Daten an die Präsentationsschicht weiterleitet und dann die Kommunikationssitzung beendet. Die Präsentationsschicht entfernt dann die Kompression und übergibt die Rohdaten an die Anwendungsschicht. Die Anwendungsschicht leitet dann die von Menschen lesbaren Daten an die E-Mail-Software von Frau Palmer weiter, so dass sie die E-Mail von Herrn Cooper auf ihrem Laptop-Bildschirm lesen kann.