OSI-Referenzmodell

OSI-Referenzmodell - Referenzmodell für Netzwerkprotokolle

Beschreibung

Schicht	Name
7	Application‎
6	Presentation‎
5	Session‎
4	Transport
3	Network‎
2	Data Link‎
1	Physical‎

Open Systems Interconnection model (OSI)

• Referenzmodell für Netzwerkprotokolle als Schichtenarchitektur

Ziele

• Kommunikation über unterschiedlichste technische Systeme
• Weiterentwicklung begünstigen

Entwicklung

• seit 1977
• 1983 von der International Telecommunication Union (ITU) veröffentlicht
• 1984 auch von der International Organization for Standardization (ISO) als Standard veröffentlicht

Deutsche Bezeichnungen

7	Application‎	Anwendung
6	Presentation‎	Darstellung
5	Session‎	Sitzung
4	Transport	Transport
3	Network‎	Vermittlung
2	Data Link‎	Sicherung
1	Physical‎	Bitübertragung

Zuordnung zu DoD-Schichten

OSI	Name	DoD
7	Application‎	4
6	Presentation‎	4
5	Session‎	4
4	Transport	3
3	Network‎	2
2	Data Link‎	1
1	Physical‎	1

Schichten-Modell

Sieben aufeinanderfolgende Schichten

Layers mit festgelegten (diskreten) Aufgaben und klare Schnittstellen

• Definierte Netzwerkprotokolle
• Protokolle der gleichen Schicht sind austauschbar

Funktionen

Abstraktionsgrad nimmt von Schicht 1 bis 7 zu

Layer		Deutsch	Beschreibung
7	Application‎	Anwendung	Funktionen für Anwendungen, Dateneingabe und -ausgabe
6	Presentation‎	Darstellung	Umwandlung der systemabhängigen Daten in ein unabhängiges Format
5	Session‎	Sitzung	Steuerung der Verbindungen und des Datenaustauschs
4	Transport	Transport	Zuordnung der Datenpakete zu einer Anwendung
3	Network‎	Vermittlung	Routing der Datenpakete zum nächsten Knoten
2	Data Link‎	Sicherung	Segmentierung der Pakete in Frames und Hinzufügen von Prüfsummen
1	Physical‎	Bitübertragung	Bit zum Medium passendes Signal umwandeln, physikalische Übertragung

Dienste

In einem Computernetz werden den verschiedenen Clients Dienste unterschiedlichster Art durch andere Hosts bereitgestellt

• Dabei gestaltet sich die dafür erforderliche Kommunikation komplizierter, als sie zu Beginn erscheinen mag, da eine Vielzahl von Aufgaben bewältigt und Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Effizienz usw. erfüllt werden müssen
• Die zu lösenden Probleme reichen von Fragen der elektronischen Übertragung der Signale über eine geregelte Reihenfolge in der Kommunikation bis hin zu abstrakteren Aufgaben, die sich innerhalb der kommunizierenden Anwendungen ergeben

Vielzahl von Aufgaben

Aufgrund dieser Vielzahl von Aufgaben wurde das OSI-Modell eingeführt

• bei dem die Kommunikationsabläufe in sieben Ebenen (auch Schichten genannt) aufgeteilt werden
• Dabei werden auf jeder einzelnen Schicht die Anforderungen separat umgesetzt

Instanzen

Kommunikation im OSI-Modell am Beispiel der Schichten 3 bis 5

Instanzen müssen auf Sender- und Empfängerseite nach festgelegten Regeln arbeiten

• Verarbeitung von Daten ermöglichen
• Die Festlegung dieser Regeln wird in einem Protokoll beschrieben und bildet eine logische, horizontale Verbindung zwischen zwei Instanzen derselben Schicht

Jede Instanz stellt Dienste zur Verfügung, die eine direkt darüberliegende Instanz nutzen kann

• Zur Erbringung der Dienstleistung bedient sich eine Instanz selbst der Dienste der unmittelbar darunterliegenden Instanz
• Der reale Datenfluss erfolgt daher vertikal
• Die Instanzen einer Schicht sind genau dann austauschbar, wenn sie sowohl beim Sender als auch beim Empfänger ausgetauscht werden können

Design und Funktionen

Verständnis von Netzwerkprotokollen

		Sender		Empfänger
Anwendung		7 Application		7 Application
		6 Presentation‎		6 Presentation‎
		5 Session‎		5 Session‎
Transport		4 Transport		4 Transport
		3 Network‎		3 Network‎
		2 Data Link‎		2 Data Link‎
		1 Physical‎		1 Physical‎
	Media

Auf der Basis dieses Modells sind auch Netzwerkprotokolle entwickelt worden, die fast ausschließlich von Anbietern der öffentlichen Kommunikationstechnik verwendet wurden

• Im privaten und kommerziellen Bereich wird hauptsächlich die TCP/IP-Protokoll-Familie eingesetzt
• Das TCP/IP-Referenzmodell ist sehr speziell auf den Zusammenschluss von Netzen (internetworking) zugeschnitten

Die nach dem OSI-Referenzmodell entwickelten Netzprotokolle 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 dazwischenliegender Schichten direkt von einer höheren Schicht benutzt wird

Analogie

Versand einer Nachricht an einen Geschäftspartner

• Auf der Seite des Empfängers wird dieser Vorgang in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen, bis der Geschäftspartner die Nachricht auf ein Diktiergerät gesprochen vorfindet
• Diese Analogie zeigt nicht auf, welche Möglichkeiten der Fehlerüberprüfung und -behebung das OSI-Modell vorsieht, da diese beim Briefversand nicht bestehen

Akteur	OSI-Schicht
Firmenmitarbeiter / Geschäftspartner	Anwendung	Der Mitarbeiter ist mit dem Anwendungsprozess, der die Kommunikation anstößt, gleichzusetzen Er spricht die Nachricht auf ein Diktiergerät
Assistent	Darstellung	Sein Assistent bringt die Nachricht auf Papier Der Assistent wirkt somit als Darstellungsschicht
Sekretär	Sitzung	Danach gibt er die Nachricht an den Sekretär, der den Versand der Nachricht verwaltungstechnisch abwickelt und damit die Sitzungsschicht repräsentiert
Hauspostmitarbeiter	Transport	Der Hauspostmitarbeiter (gleich Transportschicht) bringt den Brief auf den Weg
Briefpost	Vermittlung	Dazu klärt er mit der Vermittlungsschicht (gleich Briefpost), welche Übertragungswege bestehen, und wählt den geeigneten aus
Verteilstelle	Sicherung	Der Postmitarbeiter bringt die nötigen Vermerke auf den Briefumschlag an und gibt ihn weiter an die Verteilstelle, die der Sicherungsschicht entspricht
Transportmittel	Bitübertragung	Von dort gelangt der Brief zusammen mit anderen in ein Transportmittel wie LKW oder Flugzeug und nach eventuell mehreren Zwischenschritten zur Verteilstelle, die für den Empfänger zuständig ist

Beispiel

TCP/IP ist effizienter als OSI-Protokolle

• Nachteil bei TCP/IP ist, dass es für viele kleine und kleinste Dienste jeweils ein eigenes Netzprotokoll gibt
• OSI hat dagegen für seine Protokolle jeweils einen großen Leistungsumfang festgelegt, der sehr viele Optionen hat
• Nicht jede kommerziell erhältliche OSI-Software hat den vollen Leistungsumfang implementiert
• Daher wurden OSI-Profile definiert, die jeweils nur einen bestimmten Satz von Optionen beinhalten
• OSI-Software unterschiedlicher Hersteller arbeitet zusammen, wenn dieselben Profile implementiert sind

Die Ebenen des verbreiteten Netzwerk-Systems „TCP/IP über Ethernet“ entsprechen nicht exakt dem OSI-Modell und sind daher teilweise OSI-Schichten-übergreifend

Aufbau eines Ethernet-Frames

Maximale IPv4-/TCP-Daten

DoD-Schicht	Protokoll	SFD		Ethernet				IP	TCP	Payload	Ethernet	IFG
4	TCP							TCP-Header	Nutzlast
3	IP									IP-Header	Nutzlast
2	Ethernet			MAC-Empfänger	MAC-Absender	(Tag)	EtherType	Nutzlast (1500 bytes)			FCS
1	Ethernet +IPG	Präambel	SoF	Nutzlast (1518/1522 bytes)								IFS
Oktette	Byte	7	1	6	6	(4)	2	20	20	6–1460	4	12

Standardisierung

Das Referenzmodell wird bei der ISO weiterentwickelt

• Der aktuelle Stand ist in der Norm ISO/IEC 7498-1:1994 nachzulesen
• Das technische Komitee „Information Processing Systems“ hatte sich das Ziel gesetzt, informationsverarbeitende Systeme verschiedener Hersteller zur Zusammenarbeit zu befähigen
• Daher kommt die Bezeichnung „Open Systems Interconnection“

An der Arbeit im Rahmen der ISO nahm auch der Ausschuss Offene Kommunikationssysteme des DIN teil, der dann den ISO-Standard auch als deutsche Industrienorm in der englischen Originalfassung des Textes übernahm

• Auch ITU-T übernahm ihn: In einer Serie von Standards X.200, X.207, … sind nicht nur das Referenzmodell, sondern auch die Services und Protokolle der einzelnen Schichten spezifiziert

Weitere Bezeichnungen für das Modell sind ISO/OSI-Modell, OSI-Referenzmodell, OSI-Schichtenmodell oder 7-Schichten-Modell

Standardisierungsdokumente

• ISO 7498-1 (DIN ISO 7498)
• ITU-T X.200
• X.207
• …

Übersicht

OSI	Name	DoD	Einordnung	Protokolle	Einheiten	Komponente	Einordnung
7	Application‎	Application	Anwendung	DHCP, DNS, FTP, HTTP LDAP, SMTP	Daten	Gateway, Proxy, Content-Switch	Ende zu Ende (Multihop)
6	Presentation‎
5	Session‎
4	Transport	Transport	Transport	TCP, UDP, SCTP, SPX	Segment, Datagramm
3	Network‎	Internet		ICMP, IGMP, IP, IPsec, IPX	Datagramm	Router, Layer-3-Switch
2	Data Link‎	Network		Ethernet, WLAN, MAC, Token_Ring, ARCNET	Frame	Bridge, Switch, WLAN Access Point	Direktverbindung Punkt zu Punkt
1	Physical‎			1000BASE-T, Token Ring	Bit, Symbole	Netzwerkkabel, Repeater, Hub

Anhang

Siehe auch

• OSI
• OSI-Modell
• OSI-Referenzmodell
• OSI-Referenzmodell/Design
• OSI-Referenzmodell/Schichten
• OSI/1 Physical
• OSI/2 Data Link
• OSI/3 Network
• OSI/4 Transport
• OSI/5 Session
• OSI/6 Presentation
• OSI/7 Application

Links

Weblinks

1. https://de.wikipedia.org/wiki/OSI-Modell