11 - ISO/OSI Schichtenmodell

1. Warum gibt es das ISO/OSI-Schichtenmodell überhaupt?

Das ISO/OSI-Schichtenmodell ist ein theoretisches Referenzmodell, das beschreibt, wie Daten in einem Netzwerk Schritt für Schritt von einer Anwendung bis zum Übertragungsmedium und wieder zurück gelangen. Es wurde entwickelt, um komplexe Netzwerkkommunikation verständlich, standardisiert und herstellerunabhängig zu machen.

Die Grundidee ist einfach:
Statt alles auf einmal zu betrachten, wird die Kommunikation in 7 logisch getrennte Schichten aufgeteilt. Jede Schicht hat eine klar definierte Aufgabe und kommuniziert nur mit der direkt darüber- und darunterliegenden Schicht.

Ein großer Vorteil:
Wenn ein Problem auftritt, kann man es systematisch eingrenzen (z. B. "physikalisch ok, aber kein IP-Routing").

2. Überblick: Die 7 OSI-Schichten

Von unten nach oben:

1. Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
2. Sicherungsschicht (Data Link Layer)
3. Vermittlungsschicht (Network Layer)
4. Transportschicht (Transport Layer)
5. Sitzungsschicht (Session Layer)
6. Darstellungsschicht (Presentation Layer)
7. Anwendungsschicht (Application Layer)

Ein Merksatz (von unten nach oben):
"Alle Deutschen Studenten Trinken Verschiedene Sorten Bier"

3. Die Schichten im Detail - mit Praxisbezug

3.1. Bitübertragungsschicht (Physical Layer)

Diese Schicht kümmert sich um die reine physikalische Übertragung von Bits (0 und 1). Hier geht es nicht um Daten oder Pakete, sondern ausschließlich um elektrische, optische oder Funk-Signale.

Typische Beispiele:

• Netzwerkkabel (Kupfer, LWL)
• Stecker (RJ45, LC, SC)
• Spannung, Lichtimpulse, Funkwellen
• Bitrate, Taktung

Fehler auf dieser Schicht:

• Kabel defekt
• Stecker locker
• Falsches Kabel (z. B. Patchkabel kaputt)

3.2. Sicherungsschicht (Data Link Layer)

Diese Schicht sorgt für eine zuverlässige Übertragung zwischen zwei direkt verbundenen Geräten. Sie arbeitet mit MAC-Adressen und organisiert den Zugriff auf das Medium.

Typische Aufgaben:

• MAC-Adressen
• Frame-Bildung
• Fehlererkennung (CRC)
• Zugriffskontrolle (z. B. Ethernet)

Beispiele

• Switches arbeiten hauptsächlich auf Layer 2
• ARP (IP ⟶ MAC, arbeitet zwischen Layer 2 und 3)
• VLANs (802.1Q)

Typischer Fehler:

• Falsches VLAN
• MAC-Adresse wird nicht gelernt

3.3. Vermittlungsschicht (Network Layer)

Die Vermittlungsschicht ist für die logische Adressierung und Weiterleitung über Netzgrenzen hinweg zuständig. Hier kommen IP-Adressen ins Spiel.

Typische Aufgaben

• Routing
• IP-Adressierung
• Weiterleitung zwischen Netzwerken

Beispiele:

• IPv4 / IPv6
• Router
• ICMP (z. B. Ping)

Typischer Fehler:

• Falsche IP-Adresse
• Falsches Gateway
• Routing-Problem

3.4. Transportschicht (Transport Layer)

Diese Schicht sorgt für den Ende-zu-Ende-Transport zwischen zwei Anwendungen. Sie entscheidet, wie zuverlässig die Übertragung sein soll.

Wichtige Protokolle:

• TCP: verbindungsorientiert, zuverlässig, mit Bestätigungen
• UDP: verbindungslos, schnell, keine Garantie

Typische Aufgaben:

• Portnummern
• Segmentierung
• Flusskontrolle
• Fehlerbehandlung

Beispiele:

• TCP Port 443 (HTTPS)
• UDP Port 5060 (SIP)

3.5. Sitzungsschicht (Session Layer)

Die Sitzungsschicht verwaltet Sitzungen zwischen zwei Kommunikationspartnern (In modernen TCP/IP-Netzen oft in Anwendungen integriert). Sie sorgt dafür, dass Verbindungen aufgebaut, gehalten und sauber beendet werden.

Typische Aufgaben:

• Sitzungsaufbau
• Sitzungssteuerung
• Wiederaufnahme nach Unterbrechung

Beispiele:

• Login-Sessions
• Remote-Desktop-Sitzungen
• SIP-Session-Steuerung

In der Praxis wird diese Schicht oft von höheren Protokollen "mit erledigt".

3.6. Darstellungsschicht (Presentation Layer)

Diese Schicht kümmert sich um die Darstellung und Aufbereitung der Daten, sodass beide Seiten sie verstehen können.

Typische Aufgaben:

• Verschlüsselung / Entschlüsselung
• Komprimierung
• Zeichensatzkonvertierung

Beispiele:

• TLS/SSL
• UTF-8
• Datenformate

Wichtig:
Hier wird nicht gesendet, sondern vorbereitet.

3.7. Anwendungsschicht (Application Layer)

Die Anwendungsschicht ist die Schnittstelle zum Benutzer bzw. zur Anwendung. Alles, womit der Anwender direkt arbeitet, befindet sich hier.

Typische Protokolle:

• HTTP / HTTPS
• FTP
• SMTP, IMAP
• DNS
• SIP

Beispiele

• Webbrowser
• E-Mail-Client
• VoIP-Telefon

4. Zuordnung der Schichten zu Netzwerkbestandteilen

• Kabel, Stecker ⟶ Layer 1
• Switch, MAC, VLAN ⟶ Layer 2
• IP, Routing, Router ⟶ Layer 3
• TCP/UDP, Ports ⟶ Layer 4
• Sitzungen, Verbindungssteuerung ⟶ Layer 5
• Verschlüsselung, Kodierung ⟶ Layer 6
• Anwendungen & Protokolle ⟶ Layer 7

5. TCP/IPv4-Kommunikation - Kapsekung entlang der OSI-Schichten

Wenn eine Anwendung (z. B. ein Browser) Daten sendet, werden diese schrittweise gekapselt:

1. Anwendungsschicht
   HTTP-Daten werden erzeugt


2. Transportschicht
   TCP fügt:
   • Quellport
   • Zielport
   • Sequenznummern hinzu


3. Vermittlungsschicht
   IP fügt:
   • Quell-IP
   • Ziel-IP
   • TTL hinzu


4. Sicherungsschicht
   Ethernet-Frame:
   • Quell-MAC
   • Ziel-MAC
   • Prüfsumme


5. Bitübertragungsschicht
   Übertragung als elektrische Signale oder Licht

Auf der Gegenseite passiert das Ganze in umgekehrter Reihenfolge (Entkapselung).

Merksätze & Zusammenfassung

• OSI ist ein Denkmodell, kein echtes Protokoll
• Jede Schicht hat eine klar definierte Aufgabe
• Fehler lassen sich systematisch eingrenzen
• TCP/IPv4 nutzt mehrere OSI-Schichten gleichzeitig
• Je höher die Schicht, desto näher am Anwender