OSI-Modell
Das OSI-Modell (engl. Open Systems Interconnection Reference Model) ist ein offenes Schichtenmodell, das seit den 70er Jahren entwickelt und standardisiert wurde. Das OSI-Modell ist die Grundlage für eine Reihe von herstellerunabhängigen Netzwerkprotokollen, die in der öffentlichen Kommunikationstechnik im Transportnetz fast ausschließlich eingesetzt werden. Es untergliedert die verschiedenen Anwendungsbereiche der Netzwerkkommunikationkommunikation in sieben Schichten. Jede der Schichten ist so konzipiert, dass sie die Aufgaben, die ihr zugeordnet sind, unabhängig von den anderen Schichten ausführen kann.Weitere Bezeichnungen für das Modell sind ISO/OSI-Modell, OSI-Referenzmodell, OSI-Schichtenmodell oder 7-Schichten-Modell.
Ein Netzwerk stellt seinen Benutzern Dienste bereit. Im einfachsten Fall überträgt es Daten von A nach B. Hierzu müssen jedoch tatsächlich eine Vielzahl von Aufgaben bewältigt werden. Die Probleme, die dabei gelöst werden müssen, reichen von Fragen der elektronischen Übertragung der Signale über eine geregelte Reihenfolge in der Kommunikation (wer darf wann senden?) bis hin zu abstrakteren Aufgaben, die sich innerhalb der kommunizierenden Anwendungen ergeben. Die Vielzahl dieser Probleme und Aufgaben lässt es sinnvoll erscheinen, das Netz nicht als einen einzigen Dienstleister zu betrachten, sondern seine Dienste ganz bestimmten Kategorien zuzuordnen. Als besonders geeignet hat sich die Aufteilung in Schichten erwiesen.
Im OSI-Modell nimmt der Abstraktionsgrad der Funktionen von Schicht zu Schicht zu. Die Daten werden von einer Schicht zur nächsten weitergereicht, d.h. die Kommunikation erfolgt in vertikaler Richtung. Auf der Senderseite läuft die Kommunikation von oben nach unten und auf der Empfängerseite von unten nach oben.
Die 7 Schichten kann man sich gut mit dem Merksatz "All people seem to need data processing" einprägen (alternativ: "Please do not throw salami pizza away"), wobei die Anfangsbuchstaben jeweils für die englische Bezeichnung stehen:
;Anwendungsschicht, Schicht 7, die oberste der sieben hierarchischen Schichten. : (engl. application layer, auch: Verarbeitungsschicht, Anwenderebene) Die Anwendungsschicht stellt den Anwendungen eine Vielzahl an Funktionalitäten zur Verfügung (z.B. Datenübertragung, E-Mail, Virtual Terminal bzw. Remote login etc.).
;Darstellungsschicht, Schicht 6. : (engl. presentation layer, auch: Datendarstellungsschicht, Datenbereitstellungsebene) Die Darstellungsschicht setzt die systemabhängige Darstellung der Daten (z.B. ASCII, EBCDIC) in eine unabhängige Form um und ermöglicht somit den semantisch korrekten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen. Auch Aufgaben wie die Datenkompression und die Verschlüsselung gehören zur Schicht 6.
;Sitzungsschicht, Schicht 5. : (engl. session layer, auch: Kommunikationssteuerungsschicht, Steuerung logischer Verbindungen, Sitzungsebene) Um Zusammenbrüche der Sitzung und ähnliche Probleme zu beheben, stellt die Sitzungsschicht Dienste für einen organisierten und synchronisierten Datenaustausch zur Verfügung. Zu diesem Zweck werden Wiederaufsetzpunkte, so genannte Token eingeführt,an denen die Sitzung nach einem Ausfall einer Transportverbindung wieder synchronisiert werden kann, ohne dass die Übertragung wieder von vorne beginnen muß.
;Transportschicht, Schicht 4. : (engl. transport layer, auch: Ende-zu-Ende-Kontrolle, Transport-Kontrolle) Zu den Aufgaben der Transportschicht zählt die Segmentierung von Datenpaketen und die Stauvermeidung (engl. congestion control). Die Transportschicht ist die unterste Schicht, die eine vollständige Ende-zu-Ende Kommunikation zwischen Sender und Empfänger zur Verfügung stellt. Sie bietet den anwendungsorientierten Schichten 4-7 einen einheitlichen Zugriff, sodass diese die Eigenschaften des Kommunikationsnetzes nicht zu berücksichtigen brauchen. Fünf verschiedene Dienstklassen unterschiedlicher Güte sind in Schicht 4 definiert und können von den oberen Schichten benutzt werden, vom einfachsten bis zum komfortabelsten Dienst mit Multiplexmechanismen, Fehlersicherungs- und Fehlerbehebungsverfahren.
;Netzwerkschicht, Schicht 3. : (engl. network layer, auch: Vermittlungsschicht, Paketebene) Die Netzwerkschicht sorgt für die Weitervermittlung von Datenpaketen über das gesamte Kommunikationsnetz hinweg einschließlich der Wegesuche (Routing) zwischen den Knoten des Netzes. Da nicht immer eine direkte Kommunikation zwischen Absender und Ziel möglich ist, müssen Pakete von Knoten, die auf dem Weg liegen, weitergeleitet werden. Weitervermittelte Pakete gelangen nicht in die höheren Schichten, sondern werden mit einem neuen Zwischenziel versehen und an den nächsten Knoten gesendet. Zu den Aufgaben der Netzwerkschicht zählt der Aufbau und die Aktualisierung von Routingtabellen, sowie die Flusskontrolle. Da ein Kommunikationsnetz aus mehreren Teilnetzen unterschiedlicher Technologien bestehen kann, sind in dieser Schicht auch die Umsetzungsfunktionen angesiedelt, die für eine Weiterleitung notwendig sind.
;Sicherungsschicht, Schicht 2. : (engl. data link layer, auch: Verbindungssicherungsschicht, Verbindungsebene, Prozedurebene) Aufgabe der Sicherungsschicht ist es, eine sichere, d.h. weitgehend fehlerfreie Übertragung zu gewährleisten und den Zugriff auf das Übertragungsmedium zu regeln. Dazu dient das Aufteilen des Bitdatenstromes in Blöcke und das Hinzufügen von Folgenummern und Prüfsummen. Durch Fehler verfälschte oder verlorengegangene Blöcke können vom Empfänger durch Quittungs- und Wiederholungsmechanismen erneut angefordert werden. Die Blöcke werden auch als Frames oder Rahmen bezeichnet. Eine so genannte Flusskontrolle macht es möglich, dass ein Empfänger dynamisch steuert, mit welcher Geschwindigkeit die Gegenseite Blöcke senden darf. Die amerikanische Ingenieursorganisation IEEE sah die Notwendigkeit, auch den konkurrierenden Zugriff auf ein Übertragungsmedium zu regeln, was im OSI-Modell nicht vorgesehen ist. Sie teilte die Sicherungsschicht in zwei Subschichten auf: die LLC-Schicht (logical link control) und die Mediumzugriffsschicht (medium access control layer, MAC-Layer). Die Mediumzugriffsschicht bietet einen einfachen verbindungslosen Dienst und regelt konkurrierende Zugriffe mehrerer Stationen auf ein gemeinsames Übertragungsmedium wie z.B. auf einen Bus und behandelt ggf. aufgetretene Kollisionen. Die LLC-Schicht bietet verbindungslose und auch verbindungsorientierte Dienste mit und ohne Quittungsverfahren.
;Physikalische Schicht, Schicht 1, die niedrigste Schicht. : (engl. physical layer, auch: Bitübertragungsschicht, physikalische Ebene). Die Festlegungen für Schicht 1 umfassen vor allem die mechanischen (Steckverbinder,...), elektrischen (Pegel, Pulsform,...) bzw. optischen (Wellenlänge) Eigenschaften des Übertragungsmediums (Kabel, Glasfaser, Funk...).
Scherzhaft wird des weiteren manchmal eine "Schicht 8" bezeichnet, mit der der Benutzer gemeint ist.
Das OSI-Referenzmodell wird oft herangezogen, wenn es um das Design von Netzwerkprotokollen und das Verständnis ihrer Funktionen geht. Auf der Basis dieses Modells sind auch Netzwerkprotokolle entwickelt worden, die jedoch fast nur in der öffentlichen Kommunikationstechnik verwendet werden, also von großen Netzbetreibern wie der Deutschen Telekom. Im privaten Geschäftsbereich wird hauptsächlich die Familie der TCP/IP-Protokolle eingesetzt. Das TCP/IP-Referenzmodell ist sehr speziell auf den Zusammenschluss von Netzen (Internetworking) zugeschnitten.
Die nach dem OSI-Referenzmodell entwickelten Netzwerkprotokolle haben mit der TCP/IP-Protokollfamilie gemeinsam, dass es sich um hierarchische Modelle handelt. Es gibt aber wesentliche konzeptionelle Unterschiede: OSI legt die Dienste genau fest, die jede Schicht für die nächsthöhere zu erbringen hat. TCP/IP hat kein derartig strenges Schichtenkonzept wie OSI. Weder sind die Funktionen der Schichten genau festgelegt, noch die Dienste. Es ist erlaubt, dass eine untere Schicht unter Umgehung zwischenliegender Schichten direkt von einer höheren Schicht benutzt wird. TCP/IP ist damit erheblich effizienter als die OSI-Protokolle. Nachteil bei TCP/IP ist, dass es für viele Dienste jeweils ein eigenes Netzwerkprotokoll gibt, während bei OSI ein Protokoll jeweils einen großen Leistungsumfang hat.
Das OSI-Modell im Überblick (im Vergleich dazu das TCP/IP-Referenzmodell):
OSI-Schicht | Englisch | TCP/IP-Schicht | Kommunikation | Protokollbeispiele | |
---|---|---|---|---|---|
7 | Anwendung | Application | Anwendung | Ende zu Ende (Multihop) | FTP, NTP SMTP HTTP |
6 | Darstellung | Presentation | -- | ||
5 | Sitzung | Session | |||
4 | Transport | Transport | Transport | TCP, UDP | |
3 | Netzwerk | Network | Internet | Punkt zu Punkt | IP |
2 | Sicherung | Data Link | Host an Netz | Ethernet, Token Ring, FDDI | |
1 | Bitübertragung | Physical |
Zur Einordnung von Netzwerkprotokollen in das OSI-Modell siehe auch:
Das OSI-Modell betreffende Standards:Literatur
- Stahlknecht, P./Hasenkamp, U.; Einführung in die Wirtschaftsinformatik; Springer; Berlin; 2002
- Andrew S. Tanenbaum; Computernetzwerke; Pearson Studium; München; 2003
Weblinks