Das OSI-Referenzmodell (Open Systems Interconnection)(auch Schichtenmodell) ist ein Modell, daß auf einem Vorschlag der ISO (International Standards Organisation) basiert. Es dient als Grundlage zur Beschreibung von technischen Protokollen. Das OSI-Schichtenmodell besteht aus sieben Schichten, die jeweil der übergeordneten Schicht eine bestimmte Dienstleistung anbieten. Das OSI-Schichtenmodell selbst ist kein Protokoll, da es nicht die technischen Details einer Schicht definiert, sondern nur dessen Funktion.
Es beruht auf folgenden sechs Prinzipien:
Es existieren folgende sieben Schichten:
Die Anwendungsschicht als Spitze des Modells entspricht einer großen Zahl häufig benötigter Protokolle, die für einzelne Anwendungen definiert wurden. Als Beispiele sind hier z.B. die Protokolle das WWW (http) und den E-Mail-Service (POP/SMTP) zu nennen
Die Darstellungsschicht stellt die Übertragungsdaten in einer von der darüber liegenden Ebene unabhängigen Form dar. Computersysteme verwenden z.B. oft verschiedene Codierungen für Zeichenketten (z.B. verschiedene ASCII-Tabellen, Unicode). Damit diese Daten zwischen den Systemen ausgetauscht werden können, kodiert die Darstellungsschicht die Daten auf eine standardisierte Art und Weise.
Die Sitzungsschicht (auch Verbindungsschicht oder Kommunikationssteuerschicht genannt) ermöglicht den Verbindungsauf- und abbau. Von der Sitzungsschicht wird der Austausch von Nachrichten auf der Transportschicht geregelt. Sitzungsprotkolle können z.B. entscheiden, ob der Datenaustausch gleichzeitig in zwei oder nur in eine Richtung erfolgt. Kann der Transfer jeweils in nur eine Richtung stattfinden, regelt das Sitzungsprotokoll, welcher der Kommunikationspartner jeweils an der Reihe ist.
Die Transportschicht übernimmt den Transport von Nachrichten zwischen den Kommunikationspartnern. Die Transportschicht hat die grundlegende Aufgaben, den Datenfluß zu steuern und die Unverfälschtheit der Daten sicherzustellen. Beispiele für Transportprotokolle sind TCP und UDP.
Die Netzwerkschicht (Vermittlungsschicht) stellt eine Verbindung zwischen den Knoten im Netzwerk her. Dabei befreit sie die übergeordneten Schichten von den Details der Datenübertragung über das Netzwerk. Eine der wichtigsten Aufgaben der Netzwerkschicht ist z.B. die Auswahl von Paketrouten bzw. das Routing vom Absender zum Empfänger. Ein Beispiel ist das IP (Internet Protocol)
Die Sicherungsschicht (Verbindungsschicht) sorgt dafür, dass die Daten sicher übertragen werden. Vom Sender werden hierzu die Daten in "Häppchen" (frames) aufgeteilt und Stück für Stück an den Empfänger gesendet. Vom Empfänger werden die erhaltenen Daten durch Rückmeldungen bestätigt. Beispiele für die Sicherungsschicht sind z.B. SLIP (serial line IP) und das PPP (point-to-point Protokoll).
Die Bitübertragungsschicht regelt die Übertragung von Bits über das Übertragungsmedium. Dies betrifft die Übertragungsgeschwindigkeit, die Bit-Codierung, den Anschluß (wieviele Pins hat der Netzanschluß?) etc. Die Festlegungen der Bitübertragungsschicht betreffen im wesentlichen nur die Eigenschaften der Hardware.
Das Referenzmodell für die TCP/IP-Architektur entstand zeitlich vor dem OSI-Referenzmodell und besteht nur aus 4 Schichten. Es entspricht folgenden Zielstellungen:
Es gibt folgende vier Schichten:
Die Applikationsschicht (auch Verarbeitungsschicht) besteht aus allen höherschichtigen Protokollen des TCP/IP-Modells. Dazu zählen z.B. das TELNET-Protokoll, FTP, SMTP, DNS und das HTTP. Auf dieser Ebene werden Daten als stream (Applikationen, die TCP nuten) bzw. messages (Applikationen, die UDP nutzen) bezeichnet.
Wie im OSI-Modell ermöglicht die Transportschicht die Kommunikation zwischen den Sende- und Zielhosts. Im TCP/IP-Referenzmodell wurden auf dieser Schicht zwei Ende-zu-Ende-Protokolle definiert: das TCP (Transmission Control Protocol) und das UDP (User Datagram Protocol). TCP ist ein zuverlässiges verbindungsorientiertes Protokoll, das einen Bitstrom zuverlässig zu einen anderen Rechner im Internet vermitteln kann. UDP ist ein unzuverlässiges verbindungsloses Protokoll, das vorwiegend für Abfragen und Anwendungen in Client/Server-Umgebungen verwendet wird, in denen es in erster Linie nicht um eine sehr genaue, sondern schnelle Datenübermittlung geht (z.B. Übertragung von Streaming-Audio oder Streaming-Video). In dieser Schicht werden Daten als Segmente (TCP) bzw. Pakete (UDP) bezeichnet.
Die Internetschicht im TCP/IP-Modell definiert nur ein Protokoll namens IP (Internet Protocol), das alle am Netzwerk beteiligten Rechner verstehen müssen. Die Internetschicht hat die Aufgabe IP-Pakete richtig zuzustellen. Dabei spielt das Routing der Pakete eine wichtige Rolle. Das ICMP (Internet Control Message Protocol) ist fester Bestandteil jedes IP-Netzes und dient zur Übertragung von Diagnose- und Fehlerinformationen für das IP. Auf dieser Ebene werden die Daten als "Datagrams" oder "Datengramme" bezeichnet.
Unterhalb der Internetschicht befindet sich im TCP/IP-Modell eine große Definitionslücke. Das Referenzmodell sagt auf dieser Ebene nicht viel darüber aus, was hier passieren soll. Festgelegt ist lediglich, daß zur Übermittlung von IP-Paketen ein Host über ein bestimmtes Protokoll an ein Netz angeschlossen werden muß. Dieses Protokoll ist im TCP/IP-Modell nicht genau definiert und weicht von Netz zu Netz und von Host zu Host ab. Das TCP/IP-Modell macht an dieser Stelle Gebrauch von bereits vorhandenen Protokollen, wie z.B. Ethernet (IEEE 802.3), SLIP (Serial Line IP), TokenRing oder ATM (Asyncrous Transfer Mode). Auf dieser Ebene werden die Daten als Pakete oder Frames bezeichnet.
Obwohl man eigentlich das OSI-Referenzmodell auf das TCP/IP-Referenzmodell abbilden müsste, da es später entstanden ist, bildet man das TCP/IP-Referenzmodell auf das OSI-Referenzmodell ab, da das TCP/IP-Referenzmodell weniger komplex ist und nur eine "speziellere" Ausführung des OSI-Modells ist.
Die Bitübertragungsschicht des OSI-Modells sind auch Teil des TCP/IP-Modells, obwohl sie eine reine Hardware-Schicht ist (TCP/IP besteht nur aus Software, die unabhängig von der zugrundeliegenden Hardware ist). Man sollte jedoch nicht vergessen, daß die Hardware immer einen Teil der Gesamtlösung darstellt.
Die Aufgabe von TCP/IP besteht darin, verschiedene Netzwerk-(Hardware)-Architekturen zu vereinheitlichen. Es ist also egal, ob Daten per Ethernet, TokenRing oder per Modem übermittelt werden. Für die jeweilige Hardwareschnittstelle (Netzwerkkarte, Modem, ISDN-Karte, etc.) stellen die ankommenden Daten einfach nur Daten dar, die meist aus einem Header und den Nutzdaten bestehen. Es ist nur der Header interessant, der bestimmte Informationen speziell für die Hardwareschnittstelle enthält (Quell- und Zieladresse, etc.). Die Nutzdaten sind dabei uninteressant.
Diese werden dann von Geräten der nächsten Ebene interpretiert, z.B. von Socket-Software (= grundlegende Software-Schnittstelle, die für versch. Applikationen Internet-Dienste bereitstellt und vereinheitlicht, unter Windows entspricht das der winsock.dll). Auch hier bestehen die Nutzdaten der ersten Schicht wieder aus einem Header für die nächste Schicht und dessen Nutzdaten. So wird wieder der Header ausgewertet und die Nutzdaten an die nächste, mitlerweile dritte Schicht weitergereicht. Dieses Verfahren wird so lange fortgesetzt, bis nur noch die eigentlichen Nutzdaten übrig sind. Dieses Verfahren wird als Kapselung bezeichnet, da die Daten für die nächste Schicht immer in den Nutzdaten der vorhergehenden Schicht eingekapselt sind.
Sowohl das OSI-Modell, als auch das TCP/IP-Modell sind ziemlich abstrakte und theoretische Modelle, die eigentlich nur beschreiben, wie ein "ideales" Netzwerk aussehen sollte. Sie bestehen jeweils aus verschiedenen Schichten, die alle aufeinander aufbauen. Je höher die Schicht ist, destso besser entwickelt und anwenderfreundlich ist sie. Jeder Schicht lässt sich eine Anwendung aus der Praxis zuordnen, so ordnet man z.B. der Netzwerkschicht des OSI-Referenzmodells das Internet Protocol (IP) zu, auf dem wiederum höhere Protokolle, z.B. das Transport Control Protocol (TCP) aufbauen können.
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