OSI-Modell
Das OSI-Modell (engl. Open Systems Interconnection Reference Model) ist ein offenes Schichtenmodell für die Kommunikation informationsverarbeitender Systeme. Es handelt sich um vereinheitlichte Verfahren und Regeln für den Austausch von Daten.
Es wird seit 1979 entwickelt und ist von der ISO standardisiert worden. Das OSI-Modell dient als diee Grundlage für eine Reihe von herstellerunabhängigen Netzprotokollen, die in der öffentlichen Kommunikationstechnik im Transportnetz fast ausschließlich eingesetzt werden.
In einem Computernetz werden den verschiedenen Hosts Dienste unterschiedlichster Art bereitgestellt und zwar von den anderen Teilnehmern im Netz. Die dazu erforderliche Kommunikation ist nicht so trivial, wie es auf den ersten Blick scheint, denn es müssen eine Vielzahl von Aufgaben bewältigt und Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Effizienz, etc erfüllt werden. Die Probleme, die dabei gelöst werden müssen, 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 der Vielzahl dieser Probleme und Aufgaben hat man sich entschieden diese in verschiedene Ebenen aufzuteilen, die als Schichten bezeichnet werden. Beim OSI-Modell sind es sieben Schichten mit festgelegten Anforderungen. Auf jeder einzelnen Schicht setzt jeweils eine Instanz die Anforderungen um. Dazu stellt eine Instanz 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 austauschbar, sofern sie sowohl bei Sender als auch Empfänger ausgetauscht werden.
Die Instanzen auf Sender- und Empfängerseite
müssen nach festgelegten Regeln arbeiten, damit sie
sich einig sind, wie die Daten zu verarbeiten sind.
Die Festlegung dieser Regeln wird in einem
Protokoll beschrieben und bildet eine logische,
horizontale Verbindung zwischen zwei Instanzen
derselben Schicht.
Die 7 Ebenen
Der Abstraktionsgrad der Funktionalität von Schicht 7 bis Schicht 1 nimmt zunehmend ab.
Das OSI-Modell im Überblick (siehe im Vergleich dazu das TCP/IP-Referenzmodell):
| OSI-Schicht | Englisch | Einordnung | Standard | TCP/IP-Schicht | Einordnung | Protokollbeispiel | Einheiten | Kopplungselemente | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 | Anwendung | Application |
Anwendungs- orientiert |
FTAM | Anwendung |
Ende zu Ende (Multihop) |
HTTP FTP HTTPS NCP |
Daten | |
| 6 | Darstellung | Presentation | ASN.1 | ||||||
| 5 | Sitzung | Session | ISO 8326 | ||||||
| 4 | Transport | Transport |
Transport- orientiert |
ISO 8073 | Transport |
TCP UDP SPX |
Segmente | ||
| 3 | Vermittlung | Network | CLNP | Internet |
Punkt zu Punkt |
IP ICMP IGMP IPX |
Datagramme, Pakete | Router | |
| 2 | Sicherung | Data Link | HDLC |
Netzzugang |
Ethernet Token Ring FDDI ARCNET |
Frames (dt. Rahmen) | Switch, Bridge | ||
| 1 | Bitübertragung | Physical | Token Bus | Bits | Hub, Repeater | ||||
Es gibt ein paar
Merksprüche, die als Hilfe zum Auswendiglernen
dienen können.
Schicht 7 Anwendungsschicht
(engl. application layer, auch: Verarbeitungsschicht, Anwenderebene) Die Verarbeitungsschicht ist die oberste der sieben hierarchischen Schichten. Sie stellt den Anwendungen eine Vielzahl an Funktionalitäten zur Verfügung (zum Beispiel Datenübertragung, E-Mail, Virtual Terminal, Remote login etc.).
Schicht 6 Darstellungsschicht
(engl. presentation layer, auch: Datendarstellungsschicht, Datenbereitstellungsebene) Die Darstellungsschicht setzt die systemabhängige Darstellung der Daten (zum Beispiel ASCII, EBCDIC) in eine unabhängige Form um und ermöglicht somit den syntaktisch korrekten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen. Auch Aufgaben wie die Datenkompression und die Verschlüsselung gehören zur Schicht 6.
Schicht 5 Sitzungsschicht
(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 Fixpunkte (Check Points) eingeführt, an denen die Sitzung nach einem Ausfall einer Transportverbindung wieder synchronisiert werden kann, ohne dass die Übertragung wieder von vorne beginnen muss.
Schicht 4 Transportschicht
(engl. transport layer, auch: Ende-zu-Ende-Kontrolle, Transport-Kontrolle) Zu den Aufgaben der Transportschicht zählen 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 5-7 einen einheitlichen Zugriff, so dass 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.
Schicht 3 Vermittlungsschicht
(engl. network layer, auch: Paketebene) Die Vermittlungsschicht sorgt bei leitungsorientierten Diensten für das Schalten von Verbindungen und bei paketorientierten Diensten für die Weitervermittlung von Datenpaketen. Die Datenübertragung geht in beiden Fällen jeweils über das gesamte Kommunikationsnetz hinweg und schließt die Wegesuche (Routing) zwischen den Netzknoten mit ein. 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 Vermittlungsschicht zählt der Aufbau und die Aktualisierung von Routingtabellen, sowie die Flusskontrolle. Auch die Netzadressen gehören zu dieser Schicht. Da ein Kommunikationsnetz aus mehreren Teilnetzen unterschiedlicher Technologien bestehen kann, sind in dieser Schicht auch die Umsetzungsfunktionen angesiedelt, die für eine Weiterleitung zwischen den Teilnetzen notwendig sind.
Hardware auf dieser Schicht: Router
Schicht 2 Sicherungsschicht
(engl. data link layer, auch: Verbindungssicherungsschicht, Verbindungsebene, Prozedurebene) Aufgabe der Sicherungsschicht ist es, eine sichere, das heißt 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 verloren gegangene 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, für lokale Netze auch den konkurrierenden Zugriff auf ein Übertragungsmedium zu regeln, was im OSI-Modell nicht vorgesehen ist.
Unterteilt nach IEEE ist Layer 2 in 2 Sub-Layers: LLC (Logical Link Control) und MAC (Medium Access Control)
Hardware auf dieser Schicht: Bridge, Switch (Multiport-Bridge).
Schicht 1 Bitübertragungsschicht
(engl. physical layer) Die Bitübertragungsschicht ist die unterste Schicht. Diese Schicht stellt mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel zur Verfügung, um physikalische Verbindungen zu aktivieren bzw. deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darüber zu übertragen.
Das können zum Beispiel elektrische Signale, optische Signale (Lichtleiter, Laser), elektromagnetische Wellen (drahtlose Netze) oder Schall sein. Die für sie verwendeten Verfahren bezeichnet man als übertragungstechnische Verfahren.
Geräte und Netzkomponenten, die der Bitübertragungsschicht zugeordnet werden, sind zum Beispiel die Antenne und der Verstärker, Stecker und Buchse für das Netzkabel, der Repeater, der Hub, das T-Stück und der Endwiderstand (Terminator).
Auf der Bitübertragungsschicht wird die digitale Bitübertragung auf einer leitungsgebundenen oder leitungslosen Übertragungsstrecke bewerkstelligt.
Allgemeines
Das OSI-Referenzmodell wird oft herangezogen, wenn es um das Design von Netzprotokollen und das Verständnis ihrer Funktionen geht. Auf der Basis dieses Modells sind auch Netzprotokolle entwickelt worden, die jedoch fast nur in der öffentlichen Kommunikationstechnik verwendet werden. 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 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 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 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.
Zur Einordnung von Kommunikationsprotokollen in das OSI-Modell siehe auch:
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, ..