OSI-Referenzmodell

OSI-Referenzmodell - Referenzmodell für Netzwerkprotokolle

Beschreibung

Open Systems Interconnection model (OSI)

• Referenzmodell für Netzwerkprotokolle als Schichtenarchitektur

Entwicklung seit 1977

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

Ziele

• Kommunikation über unterschiedlichste technische Systeme
• Weiterentwicklung begünstigen

Schichten-Modell

Sieben aufeinanderfolgende Schichten

Layers mit festgelegten (diskreten) Aufgaben und klare Schnittstellen

• Definierte Netzwerkprotokolle
• Protokolle der gleichen Schicht sind austauschbar

Funktionen

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

Der Abstraktionsgrad der Funktionalität nimmt von Schicht 1 bis 7 zu

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

Übersicht

Nr.	Name	Einordnung	DoD-Modell	Einordnung	Protokolle	Einheiten	Komponente
7	Anwendung (Application)	Anwendungs-orientiert	Anwendung	Ende zu Ende (Multihop)	DHCP, DNS, FTP HTTP HTTPS, LDAP, MQTT, NCP, RTP SMTP, XMPP	Daten	Gateway, Content-Switch, Proxy, Layer-4-7-Switch
6	Darstellung (Presentation)
5	Sitzung (Session)
4	Transport (Transport)	Transport-orientiert	Transport		TCPUDP, SCTPSPX	TCP:Segment, UDP: Datagramm
3	Vermittlung-/Paket (Network)		Internet		ICMPIGMP IP IPsec IPX	Pakete	Router, Layer-3-Switch
2	Sicherung (Data Link)		Netzzugriff	Punkt zu Punkt	IEEE 802.3 Ethernet, IEEE 802.11, WLAN, TLAP, FDDIMAC, Token Ring, ARCNET	Rahmen (Frames)	Bridge, Layer-2-Switch, Wireless Access Point
1	Bitübertragung (Physical)				1000BASE-T, Token Ring, ARCNET	Bits, Symbole	Netzwerkkabel, Repeater, Hub

U2

Nr.	Name	Einordnung	Internetprotokolle#TCP/IP-Referenzmodell DoD-Modell	Einordnung	Protokolle	Einheiten	Komponente
7	Anwendung (Application)	Anwendungs-orientiert	Anwendung	Ende zu Ende (Multihop)	DHCP, DNS, FTP HTTP HTTPS, LDAP, MQTT, NCP, RTP SMTP, XMPP	Daten	Gateway_(Informatik) Gateway, Content-Switch Content-Switch, Proxy_(Rechnernetz) Proxy, Layer-4-7-Switch
6	Darstellung (Presentation)
5	Sitzung (Session)
4	Transport (Transport)	Transport-orientiert	Transport		TCP, UDP, SCTPSPX	OSI-Modell#Schicht_4_–_Transportschicht TCP:Segment, Datagramm UDP: Datagramm
3	Vermittlung-/Paket (Network)		Internet		ICMPIGMP Internet_Protocol IP Internet_Protocol_Security IPsec Internetwork_Packet_Exchange IPX	Datenpaket Pakete	Router Router, Layer-3-Switch Layer-3-Switch
2	Sicherung (Data Link)		Netzzugriff	Direktverbindung Punkt zu Punkt	IEEE 802.3 Ethernet Ethernet, IEEE_802.11 IEEE 802.11, [[WLAN]], TLAP, FDDI, MAC, Token_Ring, ARCNET ARCNET	Rahmen (Datenframe Frames)	Bridge_(Netzwerk) Bridge, Switch_(Computertechnik) Layer-2-Switch, Wireless_Access_Point Wireless Access Point
1	Bitübertragung (Physical)				1000BASE-T 1000BASE-T, Token_Ring Token Ring, ARCNET ARCNET	Bit Bits, Symbol_(Nachrichtentechnik) Symbole	Netzwerkkabel Netzwerkkabel, Repeater Repeater, Hub_(Netzwerk) Hub

Übersicht

Nr.	Name	Einordnung	[Internetprotokolle#TCP/IP-Referenzmodell DoD-Modell]	Einordnung	Protokolle	Einheiten	Komponente
7	Anwendung (Application)	Anwendungs-orientiert	Anwendung	Ende zu Ende ([Direktverbindung Multihop])	[Dynamic_Host_Configuration_Protocol DHCP], [Domain_Name_System DNS], [File_Transfer_Protocol FTP] [Hypertext_Transfer_Protocol HTTP] [Hypertext_Transfer_Protocol_Secure HTTPS], [Lightweight_Directory_Access_Protocol LDAP], [Message_Queuing_Telemetry_Transport MQTT], [NetWare_Core_Protocol NCP], [Real-Time_Transport_Protocol RTP] [Simple_Mail_Transfer_Protocol SMTP], [Extensible_Messaging_and_Presence_Protocol XMPP]	Daten	[Gateway_(Informatik) Gateway], [Content-Switch Content-Switch], [Proxy_(Rechnernetz) Proxy], Layer-4-7-Switch
6	Darstellung (Presentation)
5	Sitzung (Session)
4	Transport (Transport)	Transport-orientiert	Transport		[Transmission_Control_Protocol TCP][User_Datagram_Protocol UDP], [Stream_Control_Transmission_Protocol SCTP][Sequenced_Packet_Exchange SPX]	[OSI-Modell#Schicht_4_–_Transportschicht TCP:Segment], [Datagramm UDP: Datagramm]
3	Vermittlung-/Paket (Network)		Internet		[Internet_Control_Message_Protocol ICMP][Internet_Group_Management_Protocol IGMP] [Internet_Protocol IP] [Internet_Protocol_Security IPsec] [Internetwork_Packet_Exchange IPX]	[Datenpaket Pakete]	[Router Router], [Layer-3-Switch Layer-3-Switch]
2	Sicherung (Data Link)		Netzzugriff	[Direktverbindung Punkt zu Punkt]	IEEE 802.3 [Ethernet Ethernet], [IEEE_802.11 IEEE 802.11], WLAN, [TokenTalk_Link_Access_Protocol TLAP], [Fiber_Distributed_Data_Interface FDDI][Media_Access_Control MAC], [Token_Ring Token Ring], [ARCNET ARCNET]	Rahmen ([Datenframe Frames])	[Bridge_(Netzwerk) Bridge], [Switch_(Computertechnik) Layer-2-Switch], [Wireless_Access_Point Wireless Access Point]
1	Bitübertragung (Physical)				[1000BASE-T 1000BASE-T], [Token_Ring Token Ring], [ARCNET ARCNET]	[Bit Bits], [Symbol_(Nachrichtentechnik) Symbole]	[Netzwerkkabel Netzwerkkabel], [Repeater Repeater], [Hub_(Netzwerk) Hub]

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-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

Standardisierung

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

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