OSI-Referenzmodell

Das OSI-Modell ist ein Referenzmodell für Netzwerkprotokolle als Schichtenarchitektur

Beschreibung

Das ISO/OSI-Referenzmodell (Open Systems Interconnection model) ist ein Referenzmodell für Netzwerkprotokolle als Schichtenarchitektur.

Entwicklung begann im Jahr 1977.

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

Zweck des OSI-Modells

Kommunikation über unterschiedlichste technische Systeme hinweg zu beschreiben und die Weiterentwicklung zu begünstigen.

• Dazu definiert dieses Modell sieben aufeinanderfolgende Schichten (engl. Vorlage:Lang) mit jeweils eng begrenzten Aufgaben.
• In der gleichen Schicht mit klaren Schnittstellen definierte Netzwerkprotokolle sind einfach untereinander austauschbar, selbst wenn sie wie das Internet Protocol eine zentrale Funktion haben.

Abstraktion

• Der Abstraktionsgrad der Funktionalität nimmt von Schicht 1 bis zur Schicht 7 zu.

Das OSI-Modell im Überblick

Siehe auch

• TCP/IP-Referenzmodell

Kurzzusammenfassung

Schicht	Bezeichnung	Beschreibung
7	Anwendung	Funktionen für Anwendungen sowie die Dateneingabe und -ausgabe
6	Darstellung	Umwandlung der systemabhängigen Daten in ein unabhängiges Format
5	Sitzung	Steuerung der Verbindungen und des Datenaustauschs
4	Transport	Zuordnung der Datenpakete zu einer Anwendung
3	Vermittlung	Routing der Datenpakete zum nächsten Knoten
2	Sicherung	Segmentierung der Pakete in Frames und Hinzufügen von Prüfsummen
1	Bitübertragung	Umwandlung der Bits in ein zum Medium passendes Signal und physikalische Übertragung

Motivation

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

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.

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.

Die verwendeten Instanzen müssen sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite nach festgelegten Regeln arbeiten, um die Verarbeitung von Daten zu 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.

Analogie

Ein Firmenmitarbeiter möchte seinem Geschäftspartner eine Nachricht senden.

• Der Mitarbeiter ist mit dem Anwendungsprozess, der die Kommunikation anstößt, gleichzusetzen.
• Er spricht die Nachricht auf ein Diktiergerät.
• Sein Assistent bringt die Nachricht auf Papier.
• Der Assistent wirkt somit als Darstellungsschicht.
• Danach gibt er die Nachricht an den Sekretär, der den Versand der Nachricht verwaltungstechnisch abwickelt und damit die Sitzungsschicht repräsentiert.
• Der Hauspostmitarbeiter (gleich Transportschicht) bringt den Brief auf den Weg.
• Dazu klärt er mit der Vermittlungsschicht (gleich Briefpost), welche Übertragungswege bestehen, und wählt den geeigneten aus.
• Der Postmitarbeiter bringt die nötigen Vermerke auf den Briefumschlag an und gibt ihn weiter an die Verteilstelle, die der Sicherungsschicht entspricht.
• 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.

Akteur	Entsprechende OSI-Schicht
Firmenmitarbeiter / Geschäftspartner	Anwendung
Assistent	Darstellung
Sekretär	Sitzung
Hauspostmitarbeiter	Transport
Briefpost	Vermittlung
Verteilstelle	Sicherung
Transportmittel	Bitübertragung

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.

Standardisierung

Das genormte Referenzmodell wird in 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, textgleich mit DIN ISO 7498, hat den Titel Information technology – Open Systems Interconnection – Basic Reference Model: The basic model.
• ITU-T X.200, X.207, …

Allgemeines

ISO-OSI-7-Schichten-Modell

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 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.

TCP/IP ist damit erheblich effizienter als die 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.

Beispiel

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-Pakets mit maximalen IPv4- / TCP-Daten

Schicht 4: TCP-Segment								TCP-Header	Nutzlast (1460 bytes)
Schicht 3: IP-Paket							IP-Header	Nutzlast (1480 bytes)
Schicht 2: Ethernet-Frame			MAC-Empfänger	MAC-Absender	802.1Q-Tag (opt.)	EtherType (0x0800)	Nutzlast (1500 bytes)			Frame Check Sequence
Schicht 1: Ethernet-Paket+IPG	Präambel	Start of Frame	Nutzlast (1518/1522 bytes)								Interpacket Gap
Oktette (Bytes)	7	1	6	6	(4)	2	20	20	6–1460	4	12

Siehe auch

• Datenkapselung (Netzwerktechnik)
• Interface Control Information
• IP-Adresse
• IP-Paket
• Layer 8
• Mobile IP
• Protokollstapel
• Service Access Point
• Protocol Data Unit

Zur Einordnung von Kommunikationsprotokollen in das OSI-Modell siehe auch:

• AppleTalk
• IPX Internetwork Packet Exchange

Links

Weblinks

1. https://de.wikipedia.org/wiki/OSI-Modell
2. Wiktionary
3. Wikibooks|Netzwerktechnik: OSI
4. Das OSI-Referenzmodell
5. ISO/IEC standard 7498-1:1994 (ZIP-Format) mit PDF, 7,3 MB (englisch, dazugehörige Lizenzvereinbarung)
6. ITU-T X.200 (the same contents as from ISO) (englisch)
7. Grundlagen Computernetze: ISO-Referenzmodell für die Datenkommunikation – Skriptum auf Netzmafia.de
8. OSI Reference Model—The ISO Model of Architecture for Open Systems Interconnection, Hubert Zimmermann, IEEE Transactions on Communications, vol. 28, no. 4, April 1980, pp. 425–432. (PDF; 776 kB)

Testfragen

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