2. Grundlagen der Schichtenmodelle: OSI und TCP/IP
- 2.1 Warum gibt es Schichtenmodelle?
- 2.2 OSI-Modell Überblick
- 2.3 TCP/IP-Modell Überblick
- 2.4 OSI-Modell versus TCP/IP-Modell
- 2.5 Kapselung einfach erklärt
- 2.6 Datenweg durch die Schichten
- 2.7 Schichtenmodelle: Merksätze und Prüfungswissen
2.1 Warum gibt es Schichtenmodelle?
Ein Schichtenmodell hilft dabei, Netzwerktechnik verständlich und übersichtlich zu erklären.
Netzwerkkommunikation besteht aus vielen einzelnen Aufgaben. Zum Beispiel müssen Daten erzeugt, adressiert, verpackt, weitergeleitet, übertragen und beim Empfänger wieder zusammengesetzt werden.
Damit diese vielen Aufgaben nicht durcheinander geraten, werden sie in einzelne Schichten aufgeteilt.
Jede Schicht hat eine bestimmte Aufgabe.
Grundidee
Ein Schichtenmodell zerlegt die Netzwerkkommunikation in mehrere Ebenen.
Jede Ebene kümmert sich um einen bestimmten Teil der Kommunikation.
Beispiel:
Die Anwendung erzeugt Daten.
TCP oder UDP sorgt für den Transport zwischen Anwendungen.
IP sorgt für die Adressierung zwischen Netzwerken.
Ethernet sorgt für die Übertragung im lokalen Netzwerk.
Das Kabel oder WLAN überträgt die Signale.
Dadurch kann man besser verstehen, welche Technik an welcher Stelle gebraucht wird.
Warum ist das sinnvoll?
Schichtenmodelle sind sinnvoll, weil sie komplexe Netzwerktechnik in kleinere und verständlichere Bereiche aufteilen.
Wichtige Vorteile:
- Netzwerkkommunikation wird übersichtlicher.
- Fehler lassen sich besser einer Schicht zuordnen.
- Protokolle und Geräte können fachlich eingeordnet werden.
- Einzelne Schichten können verändert werden, ohne alles neu zu bauen.
- Hersteller können Geräte und Protokolle nach gemeinsamen Regeln entwickeln.
Ein wichtiger Gedanke ist:
Eine Schicht kann ausgetauscht werden,
ohne dass alle anderen Schichten komplett verändert werden müssen.
Beispiel:
IPv4 kann durch IPv6 ersetzt werden.
Die Anwendung darüber muss deshalb nicht komplett neu erfunden werden.
Begriff: Schicht
Eine Schicht ist eine Ebene innerhalb eines Kommunikationsmodells.
Jede Schicht übernimmt bestimmte Aufgaben.
Beispiele:
| Schicht | Aufgabe |
|---|---|
| Schicht 1 | Bits über ein Medium übertragen |
| Schicht 2 | Daten im lokalen Netzwerk als Frames übertragen |
| Schicht 3 | Pakete zwischen Netzwerken weiterleiten |
| Schicht 4 | Kommunikation zwischen Anwendungen transportieren |
| Schicht 7 | Dienste für Anwendungen bereitstellen |
Merksatz:
Eine Schicht hat eine bestimmte Aufgabe
und arbeitet mit der Schicht darüber und darunter zusammen.
Begriff: Protokoll
Ein Protokoll ist eine Sammlung von Regeln für die Kommunikation.
Ein Netzwerkprotokoll legt fest:
- wie Daten aufgebaut sind
- wie Daten gesendet werden
- wie Daten empfangen werden
- wie Fehler erkannt werden
- wie Geräte miteinander kommunizieren
Beispiele für Protokolle:
| Protokoll | Aufgabe |
|---|---|
| Ethernet | Übertragung im lokalen Netzwerk |
| IP | Adressierung und Weiterleitung zwischen Netzwerken |
| TCP | zuverlässige Datenübertragung |
| UDP | verbindungslose Datenübertragung |
| HTTP | Übertragung von Webseiten |
| DNS | Namensauflösung |
Kurz gesagt:
Ein Protokoll ist eine gemeinsame Sprache zwischen Netzwerkgeräten oder Anwendungen.
Begriff: Modell
Ein Modell ist eine vereinfachte Darstellung der Wirklichkeit.
Das OSI-Modell beschreibt nicht jedes technische Detail eines echten Netzwerks. Es hilft aber dabei, Netzwerktechnik zu strukturieren und besser zu verstehen.
Das TCP/IP-Modell ist praxisnäher, weil es sich stärker an der realen Internetkommunikation orientiert.
Wichtig:
OSI-Modell = gutes Lern- und Einordnungsmodell
TCP/IP-Modell = praxisnahes Modell für reale Netzwerke und das Internet
Warum braucht man das in der Praxis?
In der Praxis hilft das Schichtenmodell besonders bei der Fehlersuche.
Wenn ein Netzwerkproblem auftritt, kann man schrittweise prüfen, auf welcher Ebene der Fehler liegt.
Beispiel:
Kein Link-Licht am Switch
→ Problem wahrscheinlich bei Kabel, Netzwerkkarte oder Port
→ Schicht 1
MAC-Adresse wird nicht gelernt
→ Problem wahrscheinlich im lokalen Ethernet-Bereich
→ Schicht 2
IP-Adresse oder Gateway falsch
→ Problem wahrscheinlich bei IP-Konfiguration oder Routing
→ Schicht 3
Dienst auf Port 443 nicht erreichbar
→ Problem wahrscheinlich bei TCP, Port, Firewall oder Dienst
→ Schicht 4 oder höher
Das Schichtenmodell hilft also, Fehler systematisch einzugrenzen.
Einfaches Beispiel: Webseite aufrufen
Wenn ein Client eine Webseite aufruft, arbeiten mehrere Schichten zusammen.
Vereinfacht:
Der Browser möchte eine Webseite laden.
HTTP oder HTTPS beschreibt die Anfrage.
TCP sorgt für eine zuverlässige Verbindung.
IP sorgt für die Adressierung zum Zielsystem.
Ethernet oder WLAN überträgt die Daten im lokalen Netzwerk.
Kabel, Glasfaser oder Funk übertragen die Signale.
Jede Schicht erfüllt dabei ihre eigene Aufgabe.
Austauschbarkeit der Schichten
Ein wichtiger Vorteil von Schichtenmodellen ist die Austauschbarkeit.
Das bedeutet:
Eine Technik auf einer Schicht kann ersetzt werden,
ohne dass alle anderen Schichten komplett geändert werden müssen.
Beispiele:
| Änderung | Betroffene Schicht |
|---|---|
| Kupferkabel wird durch Glasfaser ersetzt | Schicht 0 / Schicht 1 |
| Hub wird durch Switch ersetzt | Schicht 1 / Schicht 2 |
| IPv4 wird durch IPv6 ersetzt | Schicht 3 |
| TCP wird durch UDP ersetzt | Schicht 4 |
| HTTP wird durch HTTPS ergänzt | Schicht 7 / Sicherheit |
Das ist einer der wichtigsten Gründe, warum Schichtenmodelle in der Netzwerktechnik so nützlich sind.
OSI-Modell und TCP/IP-Modell
In der Netzwerktechnik begegnen dir besonders zwei Modelle:
| Modell | Bedeutung |
|---|---|
| OSI-Modell | theoretisches Referenzmodell mit 7 Schichten |
| TCP/IP-Modell | praxisnahes Modell für Internet und reale Netzwerke |
Das OSI-Modell wird häufig zum Lernen und zur Prüfungsvorbereitung verwendet.
Das TCP/IP-Modell beschreibt eher, wie Netzwerke in der Praxis aufgebaut sind.
Wichtig für die IHK:
Du solltest beide Modelle grundsätzlich kennen.
Du solltest typische Protokolle und Geräte den passenden Schichten zuordnen können.
Du solltest erklären können, warum Schichtenmodelle bei Fehlersuche und Strukturierung helfen.
Typische IHK-Fragen zu diesem Thema
In Prüfungen kann zum Beispiel gefragt werden:
- Warum verwendet man Schichtenmodelle?
- Welche Vorteile hat die Aufteilung in Schichten?
- Welche Aufgabe hat eine bestimmte Schicht?
- Welches Protokoll gehört zu welcher Schicht?
- Auf welcher Schicht arbeitet ein bestimmtes Gerät?
- Auf welcher Schicht liegt ein bestimmter Fehler?
- Was ist der Unterschied zwischen OSI-Modell und TCP/IP-Modell?
Du musst dabei meistens nicht alles extrem tief erklären, aber du solltest die Grundidee sicher beherrschen.
Wichtige Begriffe kurz erklärt
| Begriff | Kurze Erklärung |
|---|---|
| Schicht | Ebene mit einer bestimmten Aufgabe im Netzwerkmodell |
| Protokoll | Regelwerk für Kommunikation |
| OSI-Modell | 7-Schichten-Modell zur Einordnung von Netzwerktechnik |
| TCP/IP-Modell | praxisnahes Modell für Internetkommunikation |
| Kapselung | Daten werden von Schicht zu Schicht mit zusätzlichen Informationen verpackt |
| Schnittstelle | Übergang zwischen zwei Schichten oder Systemen |
| Austauschbarkeit | Technik einer Schicht kann ersetzt werden, ohne alles neu zu bauen |
| Fehlersuche | systematisches Eingrenzen eines Problems nach Schichten |
Prüfungswissen
Für AP1 und AP2 solltest du besonders können:
- den Zweck von Schichtenmodellen erklären
- die OSI-Schichten grob benennen
- TCP/IP und OSI grob vergleichen
- typische Protokolle den Schichten zuordnen
- typische Geräte den Schichten zuordnen
- Fehler anhand der Schichten eingrenzen
- den Begriff Kapselung verstehen
Besonders wichtig ist nicht nur das Auswendiglernen der Schichten, sondern das Verstehen der Aufgaben.
Merksätze
Schichtenmodelle machen Netzwerktechnik übersichtlicher.
Jede Schicht hat eine bestimmte Aufgabe.
Eine Schicht nutzt die Dienste der darunterliegenden Schicht.
Eine Schicht stellt der darüberliegenden Schicht eigene Dienste bereit.
Das OSI-Modell hilft beim Lernen und bei der Fehlersuche.
Das TCP/IP-Modell ist näher an der Praxis und am Internet.
Fehler lassen sich leichter finden,
wenn man weiß,
auf welcher Schicht man suchen muss.
Die wichtigste Idee ist:
Komplexe Kommunikation wird in kleinere Aufgaben zerlegt.
2.2 OSI-Modell Überblick
Das OSI-Modell ist ein Referenzmodell für Netzwerkkommunikation.
OSI steht für:
Open Systems Interconnection
Auf Deutsch bedeutet das sinngemäß:
Kommunikation zwischen offenen Systemen
Das OSI-Modell teilt Netzwerkkommunikation in 7 Schichten ein. Jede Schicht hat eine eigene Aufgabe.
Das Modell hilft dabei, Netzwerktechnik besser zu verstehen, Protokolle einzuordnen und Fehler systematisch zu suchen.
Warum ist das OSI-Modell wichtig?
Das OSI-Modell ist besonders wichtig, weil es Netzwerkkommunikation in einzelne Aufgabenbereiche zerlegt.
Dadurch kann man besser erkennen:
- welche Aufgabe eine bestimmte Technik hat
- auf welcher Schicht ein Gerät arbeitet
- zu welcher Schicht ein Protokoll gehört
- wo ein Netzwerkfehler liegen könnte
- wie Daten Schritt für Schritt übertragen werden
Für die IHK ist das OSI-Modell wichtig, weil viele Netzwerkthemen darüber eingeordnet werden können.
Beispiele:
MAC-Adresse → Schicht 2
IP-Adresse → Schicht 3
TCP und UDP → Schicht 4
HTTP, DNS, SMTP → Schicht 7
Die 7 OSI-Schichten
| Schicht | Deutscher Name | Englischer Name | Hauptaufgabe |
|---|---|---|---|
| 7 | Anwendungsschicht | Application Layer | Dienste für Anwendungen bereitstellen |
| 6 | Darstellungsschicht | Presentation Layer | Daten darstellen, codieren, komprimieren oder verschlüsseln |
| 5 | Sitzungsschicht | Session Layer | Sitzungen zwischen Kommunikationspartnern verwalten |
| 4 | Transportschicht | Transport Layer | Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen Anwendungen |
| 3 | Vermittlungsschicht / Netzwerkschicht | Network Layer | logische Adressierung und Routing |
| 2 | Sicherungsschicht | Data Link Layer | lokale Übertragung mit MAC-Adressen und Frames |
| 1 | Bitübertragungsschicht | Physical Layer | Bits als elektrische, optische oder Funk-Signale übertragen |
OSI-Schicht 1 – Bitübertragungsschicht
Die Bitübertragungsschicht ist die unterste offizielle OSI-Schicht.
Sie beschreibt, wie Bits physisch übertragen werden.
Typische Themen:
- elektrische Signale
- Lichtsignale
- Funksignale
- Netzwerkkarte
- Kabelanschluss
- Hub
- Übertragungsgeschwindigkeit
- Steckertypen und physische Verbindung
Wichtig:
Schicht 1 interessiert sich nicht dafür,
welche Bedeutung die Daten haben.
Sie überträgt nur Bits.
Merksatz:
Schicht 1 = Bits und Signale
OSI-Schicht 2 – Sicherungsschicht
Die Sicherungsschicht kümmert sich um die Übertragung im lokalen Netzwerk.
Hier spielen MAC-Adressen und Ethernet-Frames eine wichtige Rolle.
Typische Themen:
- MAC-Adresse
- Ethernet-Frame
- Switch
- VLAN
- ARP im LAN-Bezug
- CRC/FCS
- Port Mirroring
- Spanning Tree
- Link Aggregation
Ein Switch arbeitet typischerweise auf Schicht 2, weil er anhand von MAC-Adressen entscheidet, an welchen Port ein Frame weitergeleitet wird.
Merksatz:
Schicht 2 = MAC-Adresse, Frame und Switch
OSI-Schicht 3 – Vermittlungsschicht / Netzwerkschicht
Die Vermittlungsschicht kümmert sich um die logische Adressierung und Weiterleitung zwischen Netzwerken.
Hier geht es vor allem um IP-Adressen und Routing.
Typische Themen:
- IPv4
- IPv6
- IP-Adresse
- Subnetzmaske
- CIDR
- Routing
- Router
- Layer-3-Switch
- ICMP
- Ping
- Traceroute
Ein Router arbeitet typischerweise auf Schicht 3, weil er Pakete zwischen verschiedenen Netzwerken weiterleitet.
Merksatz:
Schicht 3 = IP-Adresse und Routing
OSI-Schicht 4 – Transportschicht
Die Transportschicht kümmert sich um die Kommunikation zwischen Anwendungen auf verschiedenen Geräten.
Hier spielen Ports, TCP und UDP eine wichtige Rolle.
Typische Themen:
- TCP
- UDP
- Ports
- Sockets
- TCP-Handshake
- Sequenznummern
- ACKs
- Portbereiche
- QUIC mit UDP-Bezug
TCP sorgt für eine zuverlässige Verbindung.
UDP sendet verbindungslos und mit weniger Verwaltungsaufwand.
Merksatz:
Schicht 4 = Ports, TCP und UDP
OSI-Schicht 5 – Sitzungsschicht
Die Sitzungsschicht kümmert sich um Sitzungen zwischen Kommunikationspartnern.
Eine Sitzung ist eine logisch zusammengehörende Kommunikation zwischen zwei Systemen oder Anwendungen.
Typische Aufgaben:
- Sitzung aufbauen
- Sitzung verwalten
- Sitzung beenden
- Dialogsteuerung
- Wiederaufnahme einer Verbindung auf Anwendungsebene
In modernen Netzwerken sind die Aufgaben von Schicht 5 oft in Anwendungsprotokollen oder Bibliotheken integriert.
Wichtig für die Prüfung:
Schicht 5 muss man kennen,
auch wenn sie in der Praxis nicht immer klar getrennt sichtbar ist.
Merksatz:
Schicht 5 = Sitzung verwalten
OSI-Schicht 6 – Darstellungsschicht
Die Darstellungsschicht kümmert sich darum, wie Daten dargestellt oder umgewandelt werden.
Typische Aufgaben:
- Zeichencodierung
- Datenformatierung
- Kompression
- Verschlüsselung
- Umwandlung von Datenformaten
Beispiele für Schicht-6-Bezug:
- UTF-8
- ASCII
- JPEG
- PNG
- MP3
- Kompression
- TLS/SSL im Darstellungs- und Sicherheitsbezug
Wichtig:
Schicht 6 sorgt dafür,
dass Daten in einer verständlichen Form verarbeitet werden können.
Merksatz:
Schicht 6 = Darstellung, Codierung und Umwandlung
OSI-Schicht 7 – Anwendungsschicht
Die Anwendungsschicht ist die oberste OSI-Schicht.
Sie stellt Netzwerkdienste für Anwendungen bereit.
Typische Protokolle und Dienste:
- HTTP
- HTTPS
- DNS
- DHCP
- SMTP
- POP3
- IMAP
- FTP
- SSH im Anwendungsbezug
Wichtig:
Schicht 7 ist nicht das Programm selbst,
sondern die Netzwerkschnittstelle bzw. der Netzwerkdienst,
den eine Anwendung nutzt.
Beispiel:
Der Browser ist eine Anwendung.
HTTP oder HTTPS ist das Protokoll auf Schicht 7.
Merksatz:
Schicht 7 = Dienste für Anwendungen
OSI-Modell von unten nach oben
Wenn Daten gesendet werden, kann man die Schichten von oben nach unten betrachten.
Beispiel beim Senden:
Schicht 7: Anwendung erzeugt Daten
Schicht 6: Daten werden dargestellt oder verschlüsselt
Schicht 5: Sitzung wird verwaltet
Schicht 4: TCP oder UDP transportiert die Daten
Schicht 3: IP adressiert und routet die Daten
Schicht 2: Ethernet verpackt die Daten in Frames
Schicht 1: Bits werden als Signale übertragen
Beim Empfangen läuft der Vorgang wieder umgekehrt.
OSI-Modell von oben nach unten merken
Ein bekannter Merksatz von oben nach unten lautet:
Alle Deutschen Schüler Trinken Verschiedene Sorten Brause
Das steht für:
| Wort | Schicht |
|---|---|
| Alle | Anwendung |
| Deutschen | Darstellung |
| Schüler | Sitzung |
| Trinken | Transport |
| Verschiedene | Vermittlung |
| Sorten | Sicherung |
| Brause | Bitübertragung |
Also:
Anwendung
Darstellung
Sitzung
Transport
Vermittlung
Sicherung
Bitübertragung
OSI-Modell von unten nach oben merken
Von unten nach oben kann man sich merken:
Bits
Frames
Pakete
Segmente
Sitzungen
Darstellung
Anwendung
Etwas fachlicher:
| Schicht | typische Dateneinheit |
|---|---|
| 7 | Daten |
| 6 | Daten |
| 5 | Daten |
| 4 | Segment oder Datagramm |
| 3 | Paket |
| 2 | Frame |
| 1 | Bits |
Wichtig:
Bei TCP spricht man auf Schicht 4 oft von Segmenten.
Bei UDP spricht man auf Schicht 4 oft von Datagrammen.
Bei IP spricht man auf Schicht 3 von Paketen.
Bei Ethernet spricht man auf Schicht 2 von Frames.
Auf Schicht 1 werden Bits übertragen.
Typische Geräte und ihre Schichten
| Gerät | Typische Schicht | Begründung |
|---|---|---|
| Hub | Schicht 1 | verteilt Signale ohne MAC- oder IP-Auswertung |
| Switch | Schicht 2 | leitet anhand von MAC-Adressen weiter |
| Router | Schicht 3 | leitet anhand von IP-Adressen zwischen Netzen weiter |
| Layer-3-Switch | Schicht 3 | kombiniert Switching mit Routing |
| Firewall | mehrere Schichten | kann je nach Typ IPs, Ports, Zustände oder Anwendungen prüfen |
| Access Point | Schicht 1/2 | Funkübertragung und WLAN-Zugriff |
Wichtig:
Manche Geräte arbeiten nicht nur auf genau einer Schicht.
Eine Firewall kann zum Beispiel auf mehreren Schichten prüfen.
Typische Protokolle und ihre Schichten
| Protokoll / Technik | Typische Einordnung |
|---|---|
| Ethernet | Schicht 2 |
| MAC | Schicht 2 |
| VLAN | Schicht 2 |
| IP | Schicht 3 |
| ICMP | Schicht 3 |
| TCP | Schicht 4 |
| UDP | Schicht 4 |
| HTTP | Schicht 7 |
| DNS | Schicht 7 mit starkem Schicht-3-Bezug |
| DHCP | Schicht 7 mit starkem Schicht-3-Bezug |
| SMTP | Schicht 7 |
| IMAP | Schicht 7 |
| POP3 | Schicht 7 |
Prüfungshinweis:
DNS und DHCP werden oft im Zusammenhang mit IP-Konfiguration und Namensauflösung gelernt.
Fachlich sind es aber Anwendungsprotokolle,
die TCP oder UDP verwenden.
Beispiel: Fehler nach OSI-Schichten einordnen
Das OSI-Modell hilft bei der Fehlersuche.
Beispiele:
| Fehlerbild | mögliche Schicht |
|---|---|
| Kein Link-Licht am Switch | Schicht 1 |
| falsches oder defektes Kabel | Schicht 1 |
| MAC-Adresse wird nicht gelernt | Schicht 2 |
| VLAN falsch zugeordnet | Schicht 2 |
| falsche IP-Adresse | Schicht 3 |
| falsches Gateway | Schicht 3 |
| Routing fehlt | Schicht 3 |
| Port 443 ist blockiert | Schicht 4 / Firewall |
| DNS-Name wird nicht aufgelöst | Schicht 7 mit Schicht-3-Bezug |
| Webseite lädt nicht | Schicht 4 bis 7 möglich |
Wichtig:
Ein Fehler auf einer unteren Schicht kann alle oberen Schichten beeinflussen.
Beispiel:
Wenn das Netzwerkkabel defekt ist,
funktionieren IP, TCP, DNS und HTTP auch nicht.
IHK-Prüfungswissen
Für AP1 und AP2 solltest du können:
- die 7 OSI-Schichten benennen
- die Reihenfolge der Schichten kennen
- typische Geräte den Schichten zuordnen
- typische Protokolle den Schichten zuordnen
- einfache Fehlerbilder einer Schicht zuordnen
- den Unterschied zwischen MAC-Adresse, IP-Adresse und Port erklären
- verstehen, dass Firewalls mehrere Schichten prüfen können
- wissen, dass ICMP nicht zu TCP oder UDP gehört
- wissen, dass TCP und UDP Schicht-4-Protokolle sind
Wichtige Begriffe kurz erklärt
| Begriff | Kurze Erklärung |
|---|---|
| OSI | Open Systems Interconnection |
| Schicht | Ebene mit bestimmter Aufgabe im Netzwerkmodell |
| Bit | kleinste Informationseinheit, 0 oder 1 |
| Frame | Dateneinheit auf Schicht 2 |
| Paket | Dateneinheit auf Schicht 3 |
| Segment | TCP-Dateneinheit auf Schicht 4 |
| Datagramm | UDP-Dateneinheit auf Schicht 4 |
| MAC-Adresse | Hardwareadresse im lokalen Netzwerk |
| IP-Adresse | logische Adresse für Netzwerke |
| Port | Dienstadresse auf einem Host |
| Protokoll | Regelwerk für Kommunikation |
| Routing | Weiterleitung zwischen Netzwerken |
| Kapselung | Verpacken von Daten durch mehrere Schichten |
Typische Prüfungsfallen
ICMP ist kein Transportprotokoll wie TCP oder UDP.
ICMP gehört in den IP-/Netzwerkbereich.
Ein Switch arbeitet normalerweise auf Schicht 2.
Ein Router arbeitet normalerweise auf Schicht 3.
Ein Port ist keine IP-Adresse.
Ein Port zeigt auf einen Dienst oder eine Anwendung.
Eine MAC-Adresse ist nicht dasselbe wie eine IP-Adresse.
MAC-Adresse = lokale Zustellung im LAN.
IP-Adresse = logische Adressierung zwischen Netzen.
Schicht 7 ist nicht einfach "der Benutzer",
sondern die Anwendungsschicht mit Netzwerkdiensten.
Firewalls können je nach Art auf mehreren Schichten arbeiten.
Merksätze
Schicht 1 = Bits und Signale
Schicht 2 = MAC-Adresse und Frame
Schicht 3 = IP-Adresse und Routing
Schicht 4 = Ports, TCP und UDP
Schicht 5 = Sitzung verwalten
Schicht 6 = Daten darstellen, codieren oder verschlüsseln
Schicht 7 = Dienste für Anwendungen
MAC-Adresse = lokales Netzwerk
IP-Adresse = Netzwerkübergreifende Adressierung
Port = Dienst auf einem Host
TCP = zuverlässig und verbindungsorientiert
UDP = verbindungslos und schlank
ICMP = Kontroll- und Fehlermeldungen im IP-Netz
Das OSI-Modell ist eine Landkarte für Netzwerktechnik.
2.3 TCP/IP-Modell Überblick
Das TCP/IP-Modell ist ein praxisnahes Schichtenmodell für Netzwerke und das Internet.
TCP/IP steht für:
Transmission Control Protocol / Internet Protocol
Der Name kommt von zwei besonders wichtigen Protokollen:
TCP = Transmission Control Protocol
IP = Internet Protocol
Wichtig:
TCP/IP bezeichnet nicht nur TCP und IP allein,
sondern eine ganze Protokollfamilie.
Deshalb spricht man auch von der:
Internetprotokollfamilie
Warum ist das TCP/IP-Modell wichtig?
Das TCP/IP-Modell ist besonders wichtig, weil es die Grundlage moderner Netzwerke und des Internets bildet.
Während das OSI-Modell vor allem als theoretisches Referenzmodell zum Lernen und Einordnen verwendet wird, ist das TCP/IP-Modell näher an der praktischen Umsetzung.
Vereinfacht gesagt:
OSI-Modell = Lern- und Referenzmodell
TCP/IP-Modell = praxisnahes Modell für reale Netzwerke und das Internet
Für die IHK ist wichtig:
Du solltest das OSI-Modell kennen,
aber auch verstehen,
wie TCP/IP praktisch dazu passt.
Begriff: TCP/IP-Modell
Das TCP/IP-Modell beschreibt, wie Daten in IP-basierten Netzwerken übertragen werden.
Es ordnet Netzwerkaufgaben in mehrere Schichten ein.
Typische Aufgaben sind:
- Daten von Anwendungen bereitstellen
- Transport zwischen Anwendungen ermöglichen
- IP-Adressierung und Routing durchführen
- Daten im lokalen Netzwerk übertragen
- Bits über ein Medium senden
Die Schichten des TCP/IP-Modells
Das TCP/IP-Modell wird häufig mit vier Schichten dargestellt.
| TCP/IP-Schicht | Aufgabe | Beispiele |
|---|---|---|
| Anwendungsschicht | Dienste für Anwendungen bereitstellen | HTTP, DNS, DHCP, SMTP, IMAP |
| Transportschicht | Kommunikation zwischen Anwendungen transportieren | TCP, UDP |
| Internetschicht | logische Adressierung und Routing | IP, ICMP |
| Netzzugangsschicht | Zugriff auf das lokale Netzwerk und Übertragung | Ethernet, WLAN, MAC |
Wichtig:
Das TCP/IP-Modell hat weniger Schichten als das OSI-Modell.
Das bedeutet aber nicht, dass Aufgaben fehlen. Mehrere OSI-Schichten werden im TCP/IP-Modell zusammengefasst.
TCP/IP-Schicht 1: Netzzugangsschicht
Die Netzzugangsschicht beschreibt, wie Daten im lokalen Netzwerk übertragen werden.
Sie umfasst im TCP/IP-Modell Aufgaben, die im OSI-Modell hauptsächlich zu Schicht 1 und Schicht 2 gehören.
Typische Themen:
- Netzwerkkarte
- Ethernet
- WLAN
- MAC-Adresse
- Switch
- Ethernet-Frame
- Übertragungsmedium
- Zugriff auf das Netzwerk
Fachlich genauer:
Die Netzzugangsschicht fasst Aufgaben der Bitübertragungsschicht
und der Sicherungsschicht zusammen.
Bezug zum OSI-Modell:
| TCP/IP | OSI-Bezug |
|---|---|
| Netzzugangsschicht | OSI-Schicht 1 und OSI-Schicht 2 |
Merksatz:
Netzzugangsschicht = lokales Netzwerk, MAC-Adresse, Ethernet, WLAN
TCP/IP-Schicht 2: Internetschicht
Die Internetschicht kümmert sich um die logische Adressierung und die Weiterleitung zwischen Netzwerken.
Das wichtigste Protokoll dieser Schicht ist IP.
Typische Themen:
- IPv4
- IPv6
- IP-Adresse
- Subnetzmaske
- Routing
- Router
- ICMP
- Ping
- Traceroute
Die Internetschicht sorgt dafür, dass Datenpakete über Netzwerkgrenzen hinweg zum Ziel gelangen können.
Bezug zum OSI-Modell:
| TCP/IP | OSI-Bezug |
|---|---|
| Internetschicht | OSI-Schicht 3 |
Merksatz:
Internetschicht = IP-Adresse und Routing
Begriff: IP
IP steht für:
Internet Protocol
IP ist für die logische Adressierung und Weiterleitung von Paketen zuständig.
Das bedeutet:
IP legt fest,
von welcher IP-Adresse ein Paket kommt
und zu welcher IP-Adresse es gesendet werden soll.
Wichtig:
IP stellt keine zuverlässige Zustellung sicher.
IP kümmert sich hauptsächlich um Adressierung und Weiterleitung.
Die zuverlässige Übertragung übernimmt bei Bedarf eine höhere Schicht, zum Beispiel TCP.
TCP/IP-Schicht 3: Transportschicht
Die Transportschicht sorgt für die Kommunikation zwischen Anwendungen auf verschiedenen Geräten.
Die wichtigsten Protokolle dieser Schicht sind:
TCP
UDP
TCP ist verbindungsorientiert und zuverlässig.
UDP ist verbindungslos und hat weniger Verwaltungsaufwand.
Typische Themen:
- Ports
- Sockets
- TCP
- UDP
- TCP-Handshake
- Sequenznummern
- ACK-Bestätigungen
- Datagramme
- Verbindungsaufbau
- Verbindungsabbau
Bezug zum OSI-Modell:
| TCP/IP | OSI-Bezug |
|---|---|
| Transportschicht | OSI-Schicht 4 |
Merksatz:
Transportschicht = TCP, UDP und Ports
Begriff: TCP
TCP steht für:
Transmission Control Protocol
TCP ist ein verbindungsorientiertes und zuverlässiges Transportprotokoll.
TCP sorgt unter anderem für:
- Verbindungsaufbau
- geordnete Datenübertragung
- Bestätigungen
- erneute Übertragung verlorener Daten
- Verbindungsabbau
Typisches Beispiel:
HTTPS über TCP-Port 443
Merksatz:
TCP = zuverlässig und verbindungsorientiert
Begriff: UDP
UDP steht für:
User Datagram Protocol
UDP ist ein verbindungsloses Transportprotokoll.
UDP sendet Daten ohne vorherigen Verbindungsaufbau.
UDP bietet keine eingebaute Garantie für:
- Zustellung
- Reihenfolge
- erneute Übertragung verlorener Daten
Typische Beispiele:
DNS
DHCP
VoIP
Streaming
Online-Gaming
Merksatz:
UDP = verbindungslos und mit wenig Verwaltungsaufwand
TCP/IP-Schicht 4: Anwendungsschicht
Die Anwendungsschicht stellt Netzwerkdienste für Programme bereit.
Sie fasst im TCP/IP-Modell Aufgaben zusammen, die im OSI-Modell den Schichten 5, 6 und 7 zugeordnet werden.
Typische Protokolle und Dienste:
- HTTP
- HTTPS
- DNS
- DHCP
- SMTP
- POP3
- IMAP
- FTP
- SSH
Bezug zum OSI-Modell:
| TCP/IP | OSI-Bezug |
|---|---|
| Anwendungsschicht | OSI-Schicht 5, 6 und 7 |
Wichtig:
Im TCP/IP-Modell werden Sitzungsschicht,
Darstellungsschicht und Anwendungsschicht
meistens zur Anwendungsschicht zusammengefasst.
Merksatz:
Anwendungsschicht = Netzwerkdienste für Anwendungen
TCP/IP-Modell und OSI-Modell grob zugeordnet
| TCP/IP-Modell | OSI-Modell | Beispiele |
|---|---|---|
| Anwendungsschicht | Schicht 5 bis 7 | HTTP, DNS, DHCP, SMTP |
| Transportschicht | Schicht 4 | TCP, UDP, Ports |
| Internetschicht | Schicht 3 | IP, ICMP, Routing |
| Netzzugangsschicht | Schicht 1 bis 2 | Ethernet, WLAN, MAC, Switch |
Wichtig:
Die Zuordnung ist eine fachliche Orientierung.
In der Praxis sind die Grenzen nicht immer so sauber sichtbar wie im Modell.
Begriff: Protokollfamilie
Eine Protokollfamilie ist eine Gruppe von Protokollen, die zusammenarbeiten.
TCP/IP ist eine Protokollfamilie.
Beispiele aus der TCP/IP-Protokollfamilie:
| Protokoll | Aufgabe |
|---|---|
| IP | Adressierung und Routing |
| ICMP | Kontroll- und Fehlermeldungen |
| TCP | zuverlässiger Transport |
| UDP | verbindungsloser Transport |
| HTTP | Webseitenübertragung |
| DNS | Namensauflösung |
| DHCP | automatische IP-Konfiguration |
| SMTP | E-Mail-Versand |
| IMAP | E-Mail-Abruf |
Merksatz:
TCP/IP ist nicht nur TCP und IP,
sondern eine ganze Familie zusammenarbeitender Netzwerkprotokolle.
Begriff: Host
Ein Host ist ein Gerät in einem Netzwerk, das eine eigene Netzwerkadresse besitzt und kommunizieren kann.
Beispiele:
- PC
- Notebook
- Server
- Smartphone
- Drucker
- NAS
- virtuelle Maschine
Im TCP/IP-Kontext bedeutet das:
Ein Host hat normalerweise eine IP-Adresse
und kann Daten senden oder empfangen.
Begriff: Router
Ein Router verbindet verschiedene Netzwerke miteinander.
Er entscheidet anhand der Ziel-IP-Adresse, wohin ein Paket weitergeleitet werden soll.
Typischer Bezug:
TCP/IP-Internetschicht
OSI-Schicht 3
Merksatz:
Router verbinden Netze.
Switches verbinden Geräte im lokalen Netz.
Begriff: Paket
Ein Paket ist eine Dateneinheit auf der IP-Ebene.
Bei IPv4 oder IPv6 spricht man von IP-Paketen.
Ein IP-Paket enthält unter anderem:
- Quell-IP-Adresse
- Ziel-IP-Adresse
- Steuerinformationen
- Nutzdaten
Merksatz:
Paket = Dateneinheit der IP-Schicht
Begriff: Frame
Ein Frame ist eine Dateneinheit im lokalen Netzwerk, zum Beispiel bei Ethernet.
Ein Ethernet-Frame enthält unter anderem:
- Ziel-MAC-Adresse
- Quell-MAC-Adresse
- Typfeld
- Nutzdaten
- Prüfsumme
Merksatz:
Frame = Dateneinheit im lokalen Netzwerk
Begriff: Segment und Datagramm
Auf der Transportschicht unterscheidet man häufig:
TCP-Segment
UDP-Datagramm
Ein TCP-Segment gehört zu TCP.
Ein UDP-Datagramm gehört zu UDP.
Merksatz:
TCP arbeitet mit Segmenten.
UDP arbeitet mit Datagrammen.
Warum hat TCP/IP weniger Schichten als OSI?
Das OSI-Modell beschreibt die Kommunikation sehr genau in sieben Schichten.
Das TCP/IP-Modell ist stärker an der praktischen Umsetzung orientiert und fasst bestimmte Aufgaben zusammen.
Beispiel:
OSI-Schicht 5 = Sitzungsschicht
OSI-Schicht 6 = Darstellungsschicht
OSI-Schicht 7 = Anwendungsschicht
Im TCP/IP-Modell werden diese Aufgaben meistens zusammengefasst zur:
Anwendungsschicht
Auch OSI-Schicht 1 und OSI-Schicht 2 werden im TCP/IP-Modell häufig zusammengefasst zur:
Netzzugangsschicht
Beispiel: Webseite aufrufen im TCP/IP-Modell
Wenn ein Client eine Webseite aufruft, arbeiten mehrere TCP/IP-Schichten zusammen.
Beispiel:
Anwendungsschicht:
Der Browser verwendet HTTP oder HTTPS.
Transportschicht:
TCP stellt eine Verbindung zum Server her.
Internetschicht:
IP adressiert das Paket zum Zielserver.
Netzzugangsschicht:
Ethernet oder WLAN überträgt die Daten im lokalen Netzwerk.
Vereinfacht:
HTTP/HTTPS → TCP → IP → Ethernet/WLAN
Oder als Ablauf:
Browser erzeugt HTTP-Anfrage.
TCP transportiert die Anfrage zuverlässig.
IP sorgt für die Adressierung zum Webserver.
Ethernet oder WLAN überträgt die Daten im lokalen Netz.
Beispiel: DNS-Anfrage im TCP/IP-Modell
DNS wird häufig verwendet, um einen Namen in eine IP-Adresse aufzulösen.
Beispiel:
www.example.org → passende IP-Adresse
Ablauf vereinfacht:
Anwendungsschicht:
DNS-Anfrage wird erzeugt.
Transportschicht:
UDP wird häufig für DNS-Anfragen verwendet.
Internetschicht:
IP adressiert die Anfrage zum DNS-Server.
Netzzugangsschicht:
Ethernet oder WLAN überträgt die Daten im lokalen Netzwerk.
Vereinfacht:
DNS → UDP → IP → Ethernet/WLAN
Wichtig:
DNS ist ein Anwendungsprotokoll,
nutzt aber häufig UDP auf der Transportschicht
und IP auf der Internetschicht.
IHK-Prüfungswissen
Für AP1 und AP2 solltest du zum TCP/IP-Modell besonders können:
- erklären, dass TCP/IP ein praxisnahes Schichtenmodell ist
- TCP/IP als Protokollfamilie verstehen
- die wichtigsten TCP/IP-Schichten benennen
- TCP/IP grob dem OSI-Modell zuordnen
- TCP und UDP der Transportschicht zuordnen
- IP und ICMP der Internetschicht zuordnen
- Ethernet und WLAN der Netzzugangsschicht zuordnen
- HTTP, DNS, DHCP und E-Mail-Protokolle der Anwendungsschicht zuordnen
- erklären, warum TCP/IP weniger Schichten als OSI hat
Typische Prüfungsfallen
TCP/IP ist nicht nur TCP und IP.
TCP/IP bezeichnet eine Protokollfamilie.
IP ist nicht zuverlässig im Sinne von TCP.
IP adressiert und routet Pakete.
TCP und UDP gehören zur Transportschicht.
ICMP gehört nicht zu TCP oder UDP.
ICMP gehört in den IP-/Internetschicht-Bereich.
DNS ist kein Schicht-3-Protokoll,
auch wenn es für IP-Adressen wichtig ist.
DHCP ist kein reines Schicht-3-Protokoll,
auch wenn es IP-Konfiguration bereitstellt.
Das TCP/IP-Modell ist praxisnäher als das OSI-Modell.
Das OSI-Modell hat sieben Schichten.
Das TCP/IP-Modell wird häufig mit vier Schichten dargestellt.
Wichtige Begriffe kurz erklärt
| Begriff | Kurze Erklärung |
|---|---|
| TCP/IP | Protokollfamilie für IP-basierte Netzwerke |
| TCP | zuverlässiges, verbindungsorientiertes Transportprotokoll |
| UDP | verbindungsloses Transportprotokoll mit wenig Verwaltungsaufwand |
| IP | Protokoll für logische Adressierung und Routing |
| ICMP | Kontroll- und Fehlermeldeprotokoll im IP-Netz |
| HTTP | Protokoll zur Übertragung von Webseiten |
| DNS | Namensauflösung von Namen zu IP-Adressen |
| DHCP | automatische Vergabe von IP-Konfiguration |
| Ethernet | Technik für lokale Netzwerke |
| WLAN | drahtloses lokales Netzwerk |
| Host | Gerät mit Netzwerkadresse |
| Router | Gerät zur Verbindung verschiedener Netzwerke |
| Frame | Dateneinheit im lokalen Netzwerk |
| Paket | Dateneinheit auf IP-Ebene |
| Segment | TCP-Dateneinheit |
| Datagramm | UDP-Dateneinheit |
Merksätze
TCP/IP ist die Grundlage moderner IP-Netzwerke.
TCP/IP ist eine Protokollfamilie,
nicht nur TCP und IP.
Das TCP/IP-Modell ist praxisnäher als das OSI-Modell.
OSI hat 7 Schichten.
TCP/IP wird häufig mit 4 Schichten dargestellt.
Anwendungsschicht = HTTP, DNS, DHCP, SMTP
Transportschicht = TCP, UDP, Ports
Internetschicht = IP, ICMP, Routing
Netzzugangsschicht = Ethernet, WLAN, MAC
TCP = zuverlässiger Transport
UDP = verbindungsloser Transport
IP = Adressierung und Routing
ICMP = Kontroll- und Fehlermeldungen
Ethernet = lokale Übertragung im LAN
DNS → UDP/TCP → IP → Ethernet
HTTP/HTTPS → TCP → IP → Ethernet
2.4 OSI-Modell versus TCP/IP-Modell
Das OSI-Modell und das TCP/IP-Modell sind Schichtenmodelle für Netzwerkkommunikation.
Beide Modelle helfen dabei, Netzwerktechnik in einzelne Aufgabenbereiche aufzuteilen.
Der wichtigste Unterschied ist:
Das OSI-Modell ist ein theoretisches Referenzmodell mit 7 Schichten.
Das TCP/IP-Modell ist ein praxisnahes Modell für reale IP-Netzwerke und das Internet.
Grundidee
Netzwerkkommunikation besteht aus mehreren Aufgaben.
Zum Beispiel:
- Daten werden von einer Anwendung erzeugt.
- Daten werden für den Transport vorbereitet.
- Daten werden adressiert.
- Daten werden über ein Netzwerk weitergeleitet.
- Daten werden über ein Medium übertragen.
- Daten werden beim Empfänger wieder zusammengesetzt.
Schichtenmodelle helfen dabei, diese Aufgaben fachlich einzuordnen.
OSI-Modell kurz erklärt
OSI steht für:
Open Systems Interconnection
Das OSI-Modell besteht aus 7 Schichten.
| OSI-Schicht | Deutscher Name | Englischer Name | Hauptaufgabe |
|---|---|---|---|
| 7 | Anwendungsschicht | Application Layer | Netzwerkdienste für Anwendungen |
| 6 | Darstellungsschicht | Presentation Layer | Darstellung, Codierung, Kompression, Verschlüsselung |
| 5 | Sitzungsschicht | Session Layer | Sitzungen aufbauen, verwalten und beenden |
| 4 | Transportschicht | Transport Layer | Transport zwischen Anwendungen |
| 3 | Vermittlungsschicht / Netzwerkschicht | Network Layer | logische Adressierung und Routing |
| 2 | Sicherungsschicht | Data Link Layer | lokale Übertragung mit Frames und MAC-Adressen |
| 1 | Bitübertragungsschicht | Physical Layer | Übertragung von Bits als Signale |
Merksatz:
OSI = 7 Schichten zur fachlichen Einordnung von Netzwerkkommunikation
TCP/IP-Modell kurz erklärt
TCP/IP steht für:
Transmission Control Protocol / Internet Protocol
Der Begriff TCP/IP bezeichnet nicht nur TCP und IP, sondern eine ganze Protokollfamilie.
Das TCP/IP-Modell wird häufig mit 4 Schichten dargestellt.
| TCP/IP-Schicht | Hauptaufgabe | Beispiele |
|---|---|---|
| Anwendungsschicht | Dienste für Anwendungen bereitstellen | HTTP, DNS, DHCP, SMTP, IMAP |
| Transportschicht | Kommunikation zwischen Anwendungen transportieren | TCP, UDP |
| Internetschicht | logische Adressierung und Routing | IP, ICMP |
| Netzzugangsschicht | Zugriff auf das lokale Netzwerk und Übertragung | Ethernet, WLAN, MAC |
Merksatz:
TCP/IP = praxisnahes Modell für IP-Netzwerke und das Internet
Direkter Vergleich
| Merkmal | OSI-Modell | TCP/IP-Modell |
|---|---|---|
| Art des Modells | Referenzmodell | praxisnahes Protokollmodell |
| Anzahl der Schichten | 7 Schichten | häufig 4 Schichten |
| Zweck | Lernen, Einordnen, Fehlersuche | Beschreibung realer IP-Kommunikation |
| Praxisbezug | eher theoretisch | sehr praxisnah |
| Anwendung | Prüfung, Dokumentation, Analyse | reale Netzwerke und Internet |
| Beispiele | Schicht 1 bis 7 | Anwendung, Transport, Internet, Netzzugang |
Wichtig:
Das OSI-Modell ist genauer unterteilt.
Das TCP/IP-Modell fasst mehrere OSI-Schichten zusammen.
Zuordnung OSI-Modell zu TCP/IP-Modell
| TCP/IP-Modell | Entsprechende OSI-Schichten | Beispiele |
|---|---|---|
| Anwendungsschicht | OSI-Schicht 5, 6 und 7 | HTTP, DNS, DHCP, SMTP, IMAP |
| Transportschicht | OSI-Schicht 4 | TCP, UDP, Ports |
| Internetschicht | OSI-Schicht 3 | IP, ICMP, Routing |
| Netzzugangsschicht | OSI-Schicht 1 und 2 | Ethernet, WLAN, MAC, Switch |
Diese Zuordnung ist besonders wichtig für die IHK.
Man muss nicht jedes Detail auswendig lernen, aber man sollte verstehen, welche Aufgaben zusammengehören.
Warum hat das TCP/IP-Modell weniger Schichten?
Das TCP/IP-Modell fasst mehrere Aufgabenbereiche zusammen.
Beispiel 1:
OSI-Schicht 5 = Sitzungsschicht
OSI-Schicht 6 = Darstellungsschicht
OSI-Schicht 7 = Anwendungsschicht
Diese drei Schichten werden im TCP/IP-Modell meist zusammengefasst zur:
Anwendungsschicht
Beispiel 2:
OSI-Schicht 1 = Bitübertragungsschicht
OSI-Schicht 2 = Sicherungsschicht
Diese beiden Schichten werden im TCP/IP-Modell häufig zusammengefasst zur:
Netzzugangsschicht
Merksatz:
TCP/IP fasst mehrere OSI-Schichten zusammen,
weil es stärker an der praktischen Internetkommunikation orientiert ist.
Anwendungsschicht im Vergleich
Im OSI-Modell gibt es oben drei getrennte Schichten:
Schicht 7 = Anwendungsschicht
Schicht 6 = Darstellungsschicht
Schicht 5 = Sitzungsschicht
Im TCP/IP-Modell werden diese Aufgaben meistens zusammengefasst.
| OSI-Schicht | Aufgabe | TCP/IP-Zuordnung |
|---|---|---|
| 7 | Netzwerkdienste für Anwendungen | Anwendungsschicht |
| 6 | Daten darstellen, codieren, komprimieren oder verschlüsseln | Anwendungsschicht |
| 5 | Sitzungen verwalten | Anwendungsschicht |
Beispiele:
HTTP
HTTPS
DNS
DHCP
SMTP
IMAP
POP3
Wichtig:
Im TCP/IP-Modell sind Sitzung, Darstellung und Anwendung meist nicht getrennt sichtbar.
Transportschicht im Vergleich
Die Transportschicht ist in beiden Modellen gut vergleichbar.
| Modell | Schicht | Beispiele |
|---|---|---|
| OSI-Modell | Schicht 4 – Transportschicht | TCP, UDP |
| TCP/IP-Modell | Transportschicht | TCP, UDP |
Typische Begriffe:
Port
Socket
TCP
UDP
Segment
Datagramm
Verbindungsaufbau
Zuverlässigkeit
Reihenfolgekontrolle
Merksatz:
Schicht 4 = TCP, UDP und Ports
Internetschicht und Vermittlungsschicht im Vergleich
Die Internetschicht des TCP/IP-Modells entspricht grob der OSI-Schicht 3.
| Modell | Schicht | Beispiele |
|---|---|---|
| OSI-Modell | Schicht 3 – Vermittlungsschicht / Netzwerkschicht | IP, ICMP, Routing |
| TCP/IP-Modell | Internetschicht | IP, ICMP, Routing |
Typische Begriffe:
IP-Adresse
IPv4
IPv6
Subnetzmaske
CIDR
Routing
Router
ICMP
Ping
Traceroute
Merksatz:
Schicht 3 = IP-Adresse und Routing
Netzzugangsschicht im Vergleich
Die Netzzugangsschicht des TCP/IP-Modells fasst OSI-Schicht 1 und OSI-Schicht 2 zusammen.
| OSI-Schicht | Aufgabe | TCP/IP-Zuordnung |
|---|---|---|
| 2 | lokale Übertragung mit MAC-Adressen und Frames | Netzzugangsschicht |
| 1 | Übertragung von Bits als Signale | Netzzugangsschicht |
Typische Begriffe:
Ethernet
WLAN
MAC-Adresse
Ethernet-Frame
Switch
Netzwerkkarte
Kabel
Glasfaser
Funk
Bits
Signale
Merksatz:
Netzzugangsschicht = lokale Übertragung im Netzwerk
Beispiel: Webseitenaufruf im OSI-Modell
Wenn ein Client eine Webseite aufruft, kann man den Vorgang im OSI-Modell einordnen.
Vereinfacht:
Schicht 7:
HTTP oder HTTPS stellt den Webdienst bereit.
Schicht 6:
Daten können dargestellt, codiert oder verschlüsselt werden.
Schicht 5:
Eine Sitzung oder Kommunikationsbeziehung kann verwaltet werden.
Schicht 4:
TCP transportiert die Daten zuverlässig über Ports.
Schicht 3:
IP adressiert die Pakete zum Zielserver.
Schicht 2:
Ethernet oder WLAN überträgt Frames im lokalen Netzwerk.
Schicht 1:
Bits werden als elektrische, optische oder Funk-Signale übertragen.
Beispiel: Webseitenaufruf im TCP/IP-Modell
Der gleiche Vorgang im TCP/IP-Modell ist kompakter.
Anwendungsschicht:
HTTP oder HTTPS
Transportschicht:
TCP
Internetschicht:
IP
Netzzugangsschicht:
Ethernet oder WLAN
Vereinfacht:
HTTP/HTTPS → TCP → IP → Ethernet/WLAN
Das zeigt:
Das TCP/IP-Modell beschreibt den gleichen Vorgang,
aber mit weniger Schichten.
Begriff: Referenzmodell
Ein Referenzmodell ist ein Modell, das als Orientierung und Vergleichsgrundlage dient.
Das OSI-Modell ist ein Referenzmodell.
Es hilft dabei:
- Netzwerkaufgaben zu ordnen
- Protokolle einzuordnen
- Geräte einzuordnen
- Fehler systematisch zu suchen
- Fachbegriffe eindeutig zu verwenden
Merksatz:
Das OSI-Modell ist eine fachliche Landkarte für Netzwerktechnik.
Begriff: Protokollmodell
Ein Protokollmodell beschreibt, wie Protokolle in der Praxis zusammenarbeiten.
Das TCP/IP-Modell ist praxisnäher, weil es direkt aus der realen Internetkommunikation stammt.
Es zeigt zum Beispiel:
Anwendung nutzt TCP oder UDP.
TCP oder UDP nutzt IP.
IP nutzt Ethernet oder WLAN.
Beispiel:
DNS → UDP → IP → Ethernet
Oder:
HTTPS → TCP → IP → Ethernet
Merksatz:
Das TCP/IP-Modell zeigt besonders gut,
wie reale Internetprotokolle zusammenarbeiten.
Typische Protokolle im Vergleich
| Protokoll / Technik | OSI-Einordnung | TCP/IP-Einordnung |
|---|---|---|
| HTTP | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| HTTPS | Schicht 7 mit Sicherheitsbezug | Anwendungsschicht |
| DNS | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| DHCP | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| SMTP | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| IMAP | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| TCP | Schicht 4 | Transportschicht |
| UDP | Schicht 4 | Transportschicht |
| IP | Schicht 3 | Internetschicht |
| ICMP | Schicht 3 | Internetschicht |
| Ethernet | Schicht 2 | Netzzugangsschicht |
| WLAN | Schicht 1/2 | Netzzugangsschicht |
| MAC-Adresse | Schicht 2 | Netzzugangsschicht |
Wichtig:
Manche Techniken haben Bezüge zu mehreren Schichten.
Für die Prüfung ist meistens die typische Hauptzuordnung entscheidend.
Typische Geräte im Vergleich
| Gerät | Typische OSI-Schicht | Begründung |
|---|---|---|
| Hub | Schicht 1 | verteilt Signale ohne Auswertung von MAC- oder IP-Adressen |
| Switch | Schicht 2 | leitet Frames anhand von MAC-Adressen weiter |
| Router | Schicht 3 | leitet Pakete anhand von IP-Adressen zwischen Netzen weiter |
| Layer-3-Switch | Schicht 3 | verbindet Switching mit Routing |
| Firewall | mehrere Schichten | kann IP-Adressen, Ports, Zustände oder Anwendungen prüfen |
| Access Point | Schicht 1/2 | Funkübertragung und Zugriff auf WLAN |
Prüfungshinweis:
Bei Geräten wird meist nach der typischen Hauptfunktion gefragt.
Warum braucht man beide Modelle?
Das OSI-Modell ist wichtig, weil es sehr genau zwischen den Aufgaben unterscheidet.
Das TCP/IP-Modell ist wichtig, weil es näher an realen Netzwerken und dem Internet liegt.
Man braucht beide Modelle, weil sie unterschiedliche Stärken haben.
| Modell | Stärke |
|---|---|
| OSI-Modell | genaue fachliche Einordnung |
| TCP/IP-Modell | praktische Internetkommunikation |
Ein guter Netzwerktechniker sollte beide Modelle grob verstehen und miteinander verbinden können.
Typische IHK-Aufgaben
In AP1 und AP2 können Aufgaben zum Beispiel so aussehen:
- Ordnen Sie Protokolle den OSI-Schichten zu.
- Ordnen Sie Geräte den OSI-Schichten zu.
- Nennen Sie die Aufgabe der Transportschicht.
- Erklären Sie den Unterschied zwischen TCP und IP.
- Vergleichen Sie OSI-Modell und TCP/IP-Modell.
- Erklären Sie, warum das TCP/IP-Modell weniger Schichten hat.
- Ordnen Sie HTTP, TCP, IP und Ethernet den passenden Schichten zu.
- Bestimmen Sie, auf welcher Schicht ein Fehler liegt.
Typische Prüfungsfallen
TCP/IP ist nicht nur TCP und IP.
TCP/IP bezeichnet eine ganze Protokollfamilie.
OSI-Schicht 7 ist nicht das Benutzerprogramm selbst,
sondern die Anwendungsschicht mit Netzwerkdiensten.
DNS und DHCP sind Anwendungsprotokolle,
auch wenn sie eng mit IP-Konfiguration und IP-Adressen zusammenhängen.
ICMP ist kein Transportprotokoll.
ICMP gehört in den IP-/Internetschicht-Bereich.
TCP und UDP gehören zur Transportschicht.
IP gehört zur Vermittlungsschicht bzw. Internetschicht.
Ethernet gehört zur Sicherungsschicht bzw. Netzzugangsschicht.
Ein Switch ist normalerweise Schicht 2.
Ein Router ist normalerweise Schicht 3.
Eine Firewall kann je nach Funktion mehrere Schichten betreffen.
Wichtige Begriffe kurz erklärt
| Begriff | Kurze Erklärung |
|---|---|
| OSI-Modell | Referenzmodell mit 7 Schichten zur Einordnung von Netzwerkkommunikation |
| TCP/IP-Modell | praxisnahes Modell für IP-basierte Netzwerke |
| Referenzmodell | Modell zur fachlichen Orientierung und Einordnung |
| Protokollfamilie | Gruppe zusammenarbeitender Protokolle |
| Anwendungsschicht | stellt Netzwerkdienste für Anwendungen bereit |
| Transportschicht | transportiert Daten zwischen Anwendungen |
| Internetschicht | sorgt für IP-Adressierung und Routing |
| Netzzugangsschicht | beschreibt Zugriff und Übertragung im lokalen Netzwerk |
| Kapselung | Daten werden beim Durchlaufen der Schichten mit Steuerinformationen ergänzt |
| Protokoll | Regelwerk für Kommunikation |
| Host | Gerät mit Netzwerkadresse |
| Router | Gerät zur Verbindung verschiedener Netzwerke |
| Switch | Gerät zur Weiterleitung im lokalen Netzwerk anhand von MAC-Adressen |
IHK-sichere Kurzformulierung
Das OSI-Modell ist ein theoretisches Referenzmodell mit sieben Schichten. Es dient der fachlichen Einordnung von Netzwerkkommunikation, Protokollen, Geräten und Fehlern.
Das TCP/IP-Modell ist ein praxisnahes Modell für IP-basierte Netzwerke und das Internet. Es wird häufig mit vier Schichten dargestellt: Anwendungsschicht, Transportschicht, Internetschicht und Netzzugangsschicht.
Die TCP/IP-Anwendungsschicht umfasst grob die OSI-Schichten 5 bis 7. Die TCP/IP-Transportschicht entspricht grob der OSI-Schicht 4. Die TCP/IP-Internetschicht entspricht grob der OSI-Schicht 3. Die TCP/IP-Netzzugangsschicht umfasst grob die OSI-Schichten 1 und 2.
Merksätze
OSI = 7 Schichten zur fachlichen Einordnung
TCP/IP = praxisnahes Modell für Internetkommunikation
OSI ist genauer unterteilt.
TCP/IP fasst mehrere OSI-Schichten zusammen.
OSI-Schicht 1 und 2 entsprechen grob der TCP/IP-Netzzugangsschicht.
OSI-Schicht 3 entspricht grob der TCP/IP-Internetschicht.
OSI-Schicht 4 entspricht grob der TCP/IP-Transportschicht.
OSI-Schicht 5 bis 7 entsprechen grob der TCP/IP-Anwendungsschicht.
TCP und UDP gehören zur Transportschicht.
IP und ICMP gehören zur Internetschicht.
Ethernet, WLAN und MAC gehören zur Netzzugangsschicht.
HTTP, DNS, DHCP und E-Mail-Protokolle gehören zur Anwendungsschicht.
Das OSI-Modell hilft beim Lernen und bei der Fehlersuche.
Das TCP/IP-Modell beschreibt die Praxis moderner IP-Netzwerke.
2.5 Kapselung einfach erklärt
Kapselung ist ein Grundprinzip der Netzwerkkommunikation.
Wenn Daten über ein Netzwerk gesendet werden, laufen sie durch mehrere Schichten. Jede Schicht fügt eigene Steuerinformationen hinzu, damit die Daten auf dieser Schicht verarbeitet werden können.
Fachlich gesagt:
Kapselung bedeutet,
dass Nutzdaten beim Durchlaufen der Schichten
jeweils um Protokollinformationen der jeweiligen Schicht ergänzt werden.
Vereinfacht gesagt:
Jede Schicht verpackt die Daten weiter,
damit sie ihre Aufgabe erfüllen kann.
Warum ist Kapselung wichtig?
Netzwerkkommunikation besteht nicht nur aus den eigentlichen Nutzdaten.
Damit Daten ihr Ziel erreichen, werden zusätzliche Informationen benötigt.
Beispiele:
- Welche Anwendung ist gemeint?
- Welcher Dienst oder Port ist gemeint?
- Welche IP-Adresse ist das Ziel?
- Welche MAC-Adresse ist im lokalen Netzwerk das nächste Ziel?
- Über welches Medium werden die Bits übertragen?
Diese Informationen werden nicht alle auf einmal hinzugefügt, sondern schrittweise durch die einzelnen Schichten.
Begriff: Nutzdaten
Nutzdaten sind die eigentlichen Inhalte, die übertragen werden sollen.
Beispiele:
- Inhalt einer Webseite
- E-Mail-Text
- Dateiinhalt
- DNS-Anfrage
- Bilddaten
- Audio- oder Videodaten
Wichtig:
Nutzdaten sind das,
was die Anwendung eigentlich senden oder empfangen möchte.
Die Protokollinformationen außen herum dienen dazu, diese Nutzdaten korrekt zu übertragen.
Begriff: Header
Ein Header ist ein Kopfbereich mit Steuerinformationen.
Ein Header steht vor den eigentlichen Nutzdaten einer bestimmten Schicht.
Beispiele für Informationen in Headern:
- Quelladresse
- Zieladresse
- Portnummern
- Protokollinformationen
- Längenangaben
- Prüfinformationen
- Steuerbits
Merksatz:
Header = Steuerinformationen vor den Daten
Begriff: Trailer
Ein Trailer ist ein Abschlussbereich hinter den Nutzdaten.
Nicht jede Schicht nutzt einen Trailer.
Ein bekanntes Beispiel ist der Ethernet-Frame auf Schicht 2. Dort gibt es am Ende eine Prüfsumme.
Diese Prüfsumme heißt:
FCS = Frame Check Sequence
Sie dient der Fehlererkennung bei der Übertragung im lokalen Netzwerk.
Merksatz:
Trailer = Zusatzinformationen hinter den Daten
Kapselung beim Senden
Beim Senden laufen die Daten im OSI-Modell von oben nach unten.
Vereinfacht:
Schicht 7: Anwendung erzeugt Nutzdaten
Schicht 4: TCP oder UDP fügt Transportinformationen hinzu
Schicht 3: IP fügt IP-Adressen hinzu
Schicht 2: Ethernet fügt MAC-Adressen hinzu
Schicht 1: Bits werden als Signale übertragen
Jede Schicht nimmt die Daten der höheren Schicht und fügt eigene Informationen hinzu.
Beispiel: Webseite aufrufen
Ein Browser möchte eine Webseite aufrufen.
Die ursprünglichen Nutzdaten sind zum Beispiel eine HTTP-Anfrage.
Vereinfacht:
HTTP-Anfrage
Dann fügt die Transportschicht Informationen hinzu:
TCP-Header + HTTP-Anfrage
Dann fügt die Vermittlungsschicht Informationen hinzu:
IP-Header + TCP-Header + HTTP-Anfrage
Dann fügt die Sicherungsschicht Informationen hinzu:
Ethernet-Header + IP-Header + TCP-Header + HTTP-Anfrage + Ethernet-Trailer
Dann wird alles auf Schicht 1 als Bits übertragen.
Kapselung im TCP/IP-Beispiel
Typische Reihenfolge bei einer HTTPS-Verbindung:
HTTPS
TCP
IP
Ethernet
Bits / Signale
Als Verpackung kann man sich das so vorstellen:
Nutzdaten
TCP-Segment
IP-Paket
Ethernet-Frame
Bits auf dem Medium
Fachlich genauer:
| Schritt | Schicht | Ergebnis |
|---|---|---|
| 1 | Anwendungsschicht | Daten |
| 2 | Transportschicht | TCP-Segment oder UDP-Datagramm |
| 3 | Vermittlungsschicht / Internetschicht | IP-Paket |
| 4 | Sicherungsschicht / Netzzugang | Ethernet-Frame |
| 5 | Bitübertragungsschicht | Bits / Signale |
Dateneinheiten der Schichten
In der Netzwerktechnik haben die Daten je nach Schicht unterschiedliche Bezeichnungen.
| Schicht | typische Dateneinheit |
|---|---|
| OSI-Schicht 7 | Daten |
| OSI-Schicht 6 | Daten |
| OSI-Schicht 5 | Daten |
| OSI-Schicht 4 | Segment oder Datagramm |
| OSI-Schicht 3 | Paket |
| OSI-Schicht 2 | Frame |
| OSI-Schicht 1 | Bits |
Wichtig:
Bei TCP spricht man häufig von Segmenten.
Bei UDP spricht man häufig von Datagrammen.
Bei IP spricht man von Paketen.
Bei Ethernet spricht man von Frames.
Auf Schicht 1 werden Bits übertragen.
TCP-Segment
Ein TCP-Segment ist die Dateneinheit von TCP auf der Transportschicht.
Ein TCP-Segment enthält unter anderem:
- Quellport
- Zielport
- Sequenznummer
- ACK-Informationen
- Steuerbits
- Nutzdaten
TCP nutzt diese Informationen, um Daten zuverlässig und in richtiger Reihenfolge zu übertragen.
Merksatz:
TCP-Segment = TCP-Header + Daten
UDP-Datagramm
Ein UDP-Datagramm ist die Dateneinheit von UDP auf der Transportschicht.
Ein UDP-Datagramm enthält unter anderem:
- Quellport
- Zielport
- Länge
- Prüfsumme
- Nutzdaten
UDP hat weniger Verwaltungsaufwand als TCP.
Merksatz:
UDP-Datagramm = UDP-Header + Daten
IP-Paket
Ein IP-Paket ist die Dateneinheit der Vermittlungsschicht bzw. Internetschicht.
Ein IP-Paket enthält unter anderem:
- Quell-IP-Adresse
- Ziel-IP-Adresse
- Protokollangabe
- TTL
- Nutzdaten
Die Nutzdaten des IP-Pakets sind meist ein TCP-Segment oder ein UDP-Datagramm.
Merksatz:
IP-Paket = IP-Header + TCP-Segment oder UDP-Datagramm
Ethernet-Frame
Ein Ethernet-Frame ist die Dateneinheit der Sicherungsschicht im lokalen Netzwerk.
Ein Ethernet-Frame enthält unter anderem:
- Ziel-MAC-Adresse
- Quell-MAC-Adresse
- Typfeld
- Nutzdaten
- FCS-Prüfsumme
Die Nutzdaten des Ethernet-Frames sind meistens ein IP-Paket.
Merksatz:
Ethernet-Frame = Ethernet-Header + IP-Paket + Ethernet-Trailer
Bits und Signale
Auf der Bitübertragungsschicht werden die Daten als Bits übertragen.
Bits sind die kleinste Informationseinheit.
Ein Bit kann zwei Zustände haben:
0
1
Diese Bits werden je nach Medium übertragen als:
- elektrische Signale über Kupferkabel
- Lichtsignale über Glasfaser
- Funksignale über WLAN
Merksatz:
Schicht 1 überträgt Bits als Signale.
Kapselung als Verpackung
Man kann Kapselung wie mehrere Verpackungen verstehen.
Beispiel:
Inhalt:
HTTP-Daten
erste Verpackung:
TCP-Header
zweite Verpackung:
IP-Header
dritte Verpackung:
Ethernet-Header und Ethernet-Trailer
Transport:
Bits über Kabel, Glasfaser oder Funk
Vereinfacht:
Ethernet verpackt IP.
IP verpackt TCP oder UDP.
TCP oder UDP verpackt Anwendungsdaten.
Kapselung mit Schokoladen-Metapher
Man kann sich das TCP/IP-Modell auch wie eine verpackte Schokolade vorstellen.
Ganz innen:
Die Schokolade = die eigentlichen Daten
Darum herum:
Silberpapier = TCP oder UDP
Darum herum:
buntes Papier = IP
Darum herum:
Tüte = Ethernet / MAC-Adresse
Transport:
Einkaufswagen / Weg = Übertragungsmedium
Diese Metapher zeigt:
Die eigentlichen Daten werden nicht alleine übertragen.
Sie werden auf mehreren Ebenen verpackt.
Entkapselung beim Empfangen
Beim Empfänger passiert der Vorgang umgekehrt.
Das nennt man Entkapselung.
Fachlich gesagt:
Entkapselung bedeutet,
dass die hinzugefügten Protokollinformationen
beim Empfänger schrittweise wieder ausgewertet und entfernt werden.
Vereinfacht:
Der Empfänger packt die Daten Schicht für Schicht wieder aus.
Ablauf:
Schicht 1:
Signale werden als Bits empfangen.
Schicht 2:
Ethernet prüft den Frame und entfernt Ethernet-Informationen.
Schicht 3:
IP prüft die Ziel-IP-Adresse und entfernt IP-Informationen.
Schicht 4:
TCP oder UDP prüft Ports und Transportinformationen.
Schicht 7:
Die Anwendung erhält die eigentlichen Nutzdaten.
Kapselung und Entkapselung im Vergleich
| Richtung | Vorgang | Bedeutung |
|---|---|---|
| Senden | Kapselung | Daten werden Schicht für Schicht verpackt |
| Empfangen | Entkapselung | Daten werden Schicht für Schicht ausgepackt |
Merksatz:
Sender kapselt ein.
Empfänger kapselt aus.
Warum braucht jede Schicht eigene Informationen?
Jede Schicht hat eine andere Aufgabe.
Darum braucht jede Schicht eigene Steuerinformationen.
Beispiele:
| Schicht | Steuerinformation | Zweck |
|---|---|---|
| 4 | Portnummern | richtige Anwendung finden |
| 3 | IP-Adressen | Zielhost bzw. Zielnetz finden |
| 2 | MAC-Adressen | nächstes Gerät im lokalen Netzwerk erreichen |
| 1 | Signale | Bits physisch übertragen |
Wichtig:
Portnummer, IP-Adresse und MAC-Adresse haben unterschiedliche Aufgaben.
Portnummer, IP-Adresse und MAC-Adresse
Diese drei Begriffe werden in Prüfungen häufig verwechselt.
| Begriff | Schicht | Aufgabe |
|---|---|---|
| Portnummer | Schicht 4 | Dienst oder Anwendung auf einem Host |
| IP-Adresse | Schicht 3 | logische Adresse eines Hosts oder Netzes |
| MAC-Adresse | Schicht 2 | lokale Hardwareadresse im LAN |
Merksatz:
Port = welcher Dienst?
IP-Adresse = welcher Host oder welches Netz?
MAC-Adresse = welches Gerät im lokalen Netzwerk?
Wichtig: MAC-Adresse ändert sich auf dem Weg
Die IP-Adresse bleibt auf dem Weg zum Ziel grundsätzlich erhalten.
Die MAC-Adresse kann sich aber bei jedem Netzwerkabschnitt ändern.
Warum?
MAC-Adressen gelten nur im lokalen Netzwerkabschnitt.
Wenn ein Router ein Paket weiterleitet,
wird ein neuer Ethernet-Frame für das nächste Netz erstellt.
Beispiel:
PC → Router:
Ziel-MAC = MAC-Adresse des Routers
Router → nächster Router:
Ziel-MAC = MAC-Adresse des nächsten Geräts
letzter Router → Server:
Ziel-MAC = MAC-Adresse des Servers
Wichtig:
Die IP-Adressen bleiben für die Ende-zu-Ende-Kommunikation wichtig.
Die MAC-Adressen werden pro lokalem Abschnitt neu verwendet.
Wichtig: Portnummer bleibt für den Dienst wichtig
Die Portnummer gehört zur Transportschicht.
Sie zeigt, welcher Dienst oder welche Anwendung auf einem Host gemeint ist.
Beispiel:
Ziel-IP-Adresse:
93.184.216.34
Ziel-Port:
443
Bedeutung:
Sende die Daten an den Host mit dieser IP-Adresse.
Dort ist der Dienst auf Port 443 gemeint.
Typischer Dienst:
TCP 443 = HTTPS
Beispiel: DNS-Anfrage
Eine DNS-Anfrage zeigt gut, wie Kapselung funktioniert.
Vereinfacht:
DNS-Anfrage
UDP-Header + DNS-Anfrage
IP-Header + UDP-Header + DNS-Anfrage
Ethernet-Header + IP-Header + UDP-Header + DNS-Anfrage + FCS
Bits auf dem Medium
Schichtbezug:
| Bestandteil | Schicht |
|---|---|
| DNS | Schicht 7 |
| UDP | Schicht 4 |
| IP | Schicht 3 |
| Ethernet | Schicht 2 |
| Bits | Schicht 1 |
Merksatz:
DNS nutzt häufig UDP.
UDP nutzt IP.
IP nutzt Ethernet oder WLAN.
Beispiel: HTTPS-Webseite
Eine HTTPS-Verbindung zeigt ebenfalls die Kapselung.
Vereinfacht:
HTTPS-Daten
TCP-Header + HTTPS-Daten
IP-Header + TCP-Header + HTTPS-Daten
Ethernet-Header + IP-Header + TCP-Header + HTTPS-Daten + FCS
Bits auf dem Medium
Schichtbezug:
| Bestandteil | Schicht |
|---|---|
| HTTPS | Schicht 7 mit Sicherheitsbezug |
| TCP | Schicht 4 |
| IP | Schicht 3 |
| Ethernet | Schicht 2 |
| Bits | Schicht 1 |
Merksatz:
HTTPS nutzt meistens TCP.
TCP nutzt IP.
IP nutzt Ethernet oder WLAN.
Kapselung und MTU
MTU steht für:
Maximum Transmission Unit
Die MTU beschreibt, wie groß die Nutzdaten eines Frames auf einem Netzwerkabschnitt maximal sein dürfen.
Bei Ethernet beträgt die häufige Standard-MTU:
1500 Byte
Wichtig:
In diesen 1500 Byte steckt nicht nur die Anwendung,
sondern auch IP- und TCP- oder UDP-Informationen.
Dadurch bleibt für die eigentlichen Anwendungsdaten weniger Platz.
Merksatz:
Header brauchen Platz.
Deshalb ist nicht jedes Byte im Frame reine Nutzlast.
Kapselung und Fehlersuche
Kapselung hilft auch bei der Fehlersuche.
Wenn man weiß, welche Schicht welche Informationen hinzufügt, kann man Fehler besser eingrenzen.
Beispiele:
| Fehlerbild | mögliche Schicht |
|---|---|
| kein Link am Switch | Schicht 1 |
| falsche MAC-Adresse oder VLAN-Problem | Schicht 2 |
| falsche IP-Adresse oder Subnetzmaske | Schicht 3 |
| Port nicht erreichbar | Schicht 4 |
| DNS-Name wird nicht aufgelöst | Schicht 7 mit Schicht-3-Bezug |
| Webseite lädt nicht | mehrere Schichten möglich |
Wichtig:
Ein Fehler auf einer unteren Schicht kann alle oberen Schichten beeinflussen.
Typische Prüfungsfragen
In AP1 oder AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:
- Was bedeutet Kapselung?
- Was passiert beim Senden von Daten durch die Schichten?
- Was passiert beim Empfangen?
- Welche Dateneinheit gehört zu welcher Schicht?
- Was ist der Unterschied zwischen Frame, Paket und Segment?
- Welche Aufgabe hat ein Header?
- Welche Aufgabe hat ein Trailer?
- Warum braucht TCP einen Header?
- Warum braucht IP einen Header?
- Warum braucht Ethernet MAC-Adressen?
- Welche Adresse gehört zu welcher Schicht?
Typische Prüfungsfallen
Ein Frame ist nicht dasselbe wie ein Paket.
Ein Paket ist nicht dasselbe wie ein Segment.
Eine MAC-Adresse ist nicht dasselbe wie eine IP-Adresse.
Eine Portnummer ist keine IP-Adresse.
TCP und UDP gehören zur Transportschicht.
IP gehört zur Vermittlungsschicht bzw. Internetschicht.
Ethernet gehört zur Sicherungsschicht bzw. Netzzugangsschicht.
Die MAC-Adresse gilt nur für den lokalen Netzwerkabschnitt.
Die IP-Adresse ist für die logische Ende-zu-Ende-Adressierung wichtig.
Die Portnummer zeigt auf den Dienst oder die Anwendung.
Wichtige Begriffe kurz erklärt
| Begriff | Kurze Erklärung |
|---|---|
| Kapselung | Daten werden beim Senden von Schicht zu Schicht mit Protokollinformationen ergänzt |
| Entkapselung | Protokollinformationen werden beim Empfangen schrittweise ausgewertet und entfernt |
| Nutzdaten | eigentliche Daten der Anwendung |
| Header | Steuerinformationen vor den Nutzdaten |
| Trailer | Steuerinformationen nach den Nutzdaten |
| Segment | typische TCP-Dateneinheit auf Schicht 4 |
| Datagramm | typische UDP-Dateneinheit auf Schicht 4 |
| Paket | Dateneinheit auf IP-Ebene |
| Frame | Dateneinheit im lokalen Netzwerk |
| Bit | kleinste Informationseinheit |
| MAC-Adresse | lokale Hardwareadresse im LAN |
| IP-Adresse | logische Adresse für Netzwerkkommunikation |
| Port | Dienstadresse auf einem Host |
| MTU | maximale Größe der Nutzdaten auf einem Netzwerkabschnitt |
IHK-sichere Kurzformulierung
Kapselung bedeutet, dass Daten beim Senden durch die Schichten eines Netzwerkmodells laufen und dabei von jeder Schicht um eigene Protokollinformationen ergänzt werden. Auf der Transportschicht entstehen zum Beispiel TCP-Segmente oder UDP-Datagramme, auf der Vermittlungsschicht IP-Pakete und auf der Sicherungsschicht Ethernet-Frames. Beim Empfänger werden diese Informationen in umgekehrter Reihenfolge wieder ausgewertet und entfernt. Dieser Vorgang heißt Entkapselung.
Merksätze
Kapselung = Daten werden verpackt.
Entkapselung = Daten werden ausgepackt.
Jede Schicht fügt eigene Steuerinformationen hinzu.
Header stehen vor den Daten.
Trailer stehen hinter den Daten.
TCP-Segment oder UDP-Datagramm gehört zu Schicht 4.
IP-Paket gehört zu Schicht 3.
Ethernet-Frame gehört zu Schicht 2.
Bits gehören zu Schicht 1.
Portnummer = Dienst oder Anwendung.
IP-Adresse = logische Adresse.
MAC-Adresse = lokale Adresse im LAN.
Sender kapselt ein.
Empfänger kapselt aus.
HTTP → TCP → IP → Ethernet → Bits
DNS → UDP → IP → Ethernet → Bits
2.6 Datenweg durch die Schichten
Beim Senden und Empfangen von Daten arbeiten mehrere Netzwerkschichten zusammen.
Ein einzelner Webseitenaufruf besteht nicht nur aus „Browser fragt Server“. Technisch laufen viele Schritte ab:
- Anwendung erzeugt Daten
- Transportprotokoll bereitet die Übertragung vor
- IP sorgt für Adressierung und Weiterleitung
- Ethernet oder WLAN überträgt im lokalen Netzwerk
- Bits werden über Kabel, Glasfaser oder Funk gesendet
- beim Empfänger wird alles wieder entpackt
Das nennt man auch:
Kapselung beim Sender
Entkapselung beim Empfänger
Grundidee
Beim Sender laufen die Daten im OSI-Modell von oben nach unten.
Beim Empfänger laufen die Daten wieder von unten nach oben.
Vereinfacht:
Sender:
Anwendung → Transport → Vermittlung → Sicherung → Bitübertragung
Empfänger:
Bitübertragung → Sicherung → Vermittlung → Transport → Anwendung
Das bedeutet:
Beim Senden werden Daten verpackt.
Beim Empfangen werden Daten wieder ausgepackt.
Begriff: Datenweg
Der Datenweg beschreibt, welchen Weg Daten durch die einzelnen Schichten nehmen.
Dabei kann man zwei Arten von Wegen unterscheiden:
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| logischer Datenweg | Kommunikation zwischen den passenden Schichten von Sender und Empfänger |
| physischer Datenweg | tatsächliche Übertragung über Kabel, Glasfaser oder Funk |
Vereinfacht:
Logisch spricht Schicht 4 mit Schicht 4.
Physisch laufen die Daten aber durch alle unteren Schichten und über das Medium.
Beispiel: Webseite aufrufen
Ein Client ruft eine Webseite auf.
Beispiel:
Der Benutzer öffnet im Browser eine Webseite.
Dafür arbeiten mehrere Protokolle und Schichten zusammen.
Vereinfacht:
Browser
HTTPS
TCP
IP
Ethernet oder WLAN
Bits / Signale
Als Schichtenfolge:
| Schritt | Schicht | Aufgabe |
|---|---|---|
| 1 | Anwendungsschicht | Browser erzeugt eine Anfrage |
| 2 | Transportschicht | TCP transportiert die Daten zuverlässig |
| 3 | Vermittlungsschicht | IP adressiert das Ziel |
| 4 | Sicherungsschicht | Ethernet oder WLAN überträgt lokal |
| 5 | Bitübertragungsschicht | Bits werden als Signale übertragen |
Schritt 1: Anwendung erzeugt Daten
Der Browser erzeugt eine Anfrage an den Webserver.
Beispiel:
Der Browser möchte eine Webseite laden.
Auf Anwendungsebene wird dafür ein Anwendungsprotokoll genutzt.
Typische Beispiele:
HTTP
HTTPS
DNS
SMTP
IMAP
Bei einer Webseite ist es meistens:
HTTP oder HTTPS
Wichtig:
Der Browser ist das Programm.
HTTP oder HTTPS ist das Anwendungsprotokoll.
Merksatz:
Anwendungsschicht = Netzwerkdienste für Anwendungen
Schritt 2: Namensauflösung durch DNS
Bevor der Client eine Webseite aufrufen kann, muss oft zuerst der Name in eine IP-Adresse aufgelöst werden.
Beispiel:
www.example.org
Der Computer braucht aber eine IP-Adresse, um das Ziel im Netzwerk zu erreichen.
Dafür wird DNS verwendet.
DNS steht für:
Domain Name System
DNS löst Namen in IP-Adressen auf.
Beispiel:
www.example.org → 93.184.216.34
Wichtig:
DNS ist ein Anwendungsprotokoll,
hat aber einen starken Bezug zur IP-Kommunikation,
weil am Ende eine IP-Adresse benötigt wird.
DNS-Anfrage als eigener Datenweg
Auch die DNS-Anfrage läuft durch die Schichten.
Vereinfacht:
DNS → UDP → IP → Ethernet/WLAN → Bits
Typischer Ablauf:
1. Client fragt den DNS-Server nach der IP-Adresse.
2. DNS-Anfrage wird häufig über UDP gesendet.
3. IP adressiert die Anfrage zum DNS-Server.
4. Ethernet oder WLAN überträgt die Daten im lokalen Netzwerk.
5. DNS-Server antwortet mit der passenden IP-Adresse.
Merksatz:
Vor vielen Verbindungen kommt zuerst die Namensauflösung.
Schritt 3: Transportschicht bereitet die Verbindung vor
Wenn die Ziel-IP-Adresse bekannt ist, kann die eigentliche Verbindung zum Webserver vorbereitet werden.
Bei HTTPS wird meistens TCP verwendet.
TCP steht für:
Transmission Control Protocol
TCP ist verbindungsorientiert und zuverlässig.
Bei TCP wird vor der eigentlichen Nutzdatenübertragung eine Verbindung aufgebaut.
Das nennt man:
3-Wege-Handshake
Ablauf:
Client Server
1. SYN ---------------------> Verbindungswunsch
2. SYN-ACK <------------------ Bestätigung + eigene Start-Sequenznummer
3. ACK ---------------------> Bestätigung
Danach ist die TCP-Verbindung aufgebaut.
Wichtig:
Erst nach dem TCP-Verbindungsaufbau werden die eigentlichen Nutzdaten übertragen.
Merksatz:
TCP = erst Verbindung aufbauen, dann Nutzdaten senden
Schritt 4: Ports bestimmen den Dienst
Auf Schicht 4 werden Ports verwendet.
Ein Port zeigt, welcher Dienst oder welche Anwendung auf einem Host gemeint ist.
Beispiel:
Ziel-IP-Adresse: 93.184.216.34
Ziel-Port: 443
Bedeutung:
Sende die Daten an den Host 93.184.216.34
und dort an den Dienst HTTPS auf Port 443.
Typische Ports:
| Port | Protokoll / Dienst |
|---|---|
| 80 | HTTP |
| 443 | HTTPS |
| 53 | DNS |
| 22 | SSH |
| 25 | SMTP |
| 110 | POP3 |
| 143 | IMAP |
Merksatz:
IP-Adresse = welcher Host?
Port = welcher Dienst?
Schritt 5: IP adressiert das Ziel
Auf Schicht 3 wird IP verwendet.
IP steht für:
Internet Protocol
IP sorgt für die logische Adressierung und Weiterleitung von Paketen.
Ein IP-Paket enthält unter anderem:
- Quell-IP-Adresse
- Ziel-IP-Adresse
- Steuerinformationen
- Nutzdaten
Beispiel:
Quell-IP-Adresse: 192.168.1.20
Ziel-IP-Adresse: 93.184.216.34
Die IP-Adresse sagt:
Von welchem Host kommt das Paket?
Zu welchem Host soll das Paket?
Merksatz:
IP-Adresse = logische Adresse für Netzwerkkommunikation
Schritt 6: Routing entscheidet den Weg
Wenn Ziel und Quelle nicht im selben lokalen Netzwerk liegen, muss ein Router das Paket weiterleiten.
Routing bedeutet:
Weiterleitung von Paketen zwischen Netzwerken
Ein Router betrachtet die Ziel-IP-Adresse und entscheidet, wohin das Paket als Nächstes gesendet wird.
Beispiel:
Client → Standard-Gateway → Internet → Zielserver
Das Standard-Gateway ist meistens der Router im lokalen Netzwerk.
Merksatz:
Router verbinden Netzwerke.
Switches verbinden Geräte im lokalen Netzwerk.
Schritt 7: Ethernet oder WLAN überträgt lokal
Auf Schicht 2 wird das IP-Paket in einen Frame verpackt.
Bei kabelgebundenem LAN ist das häufig ein Ethernet-Frame.
Ein Ethernet-Frame enthält unter anderem:
- Ziel-MAC-Adresse
- Quell-MAC-Adresse
- Typfeld
- Nutzdaten
- FCS-Prüfsumme
Die MAC-Adresse wird für die lokale Zustellung im aktuellen Netzwerkabschnitt verwendet.
Wichtig:
MAC-Adressen gelten nur im lokalen Netzwerkabschnitt.
IP-Adressen sind für die logische Kommunikation über Netzwerke hinweg wichtig.
Merksatz:
MAC-Adresse = lokale Zustellung im LAN
Schritt 8: ARP findet die passende MAC-Adresse
Wenn ein Gerät eine IP-Adresse im lokalen Netzwerk erreichen möchte, braucht es die passende MAC-Adresse.
Dafür wird bei IPv4 ARP verwendet.
ARP steht für:
Address Resolution Protocol
ARP fragt sinngemäß:
Wer hat diese IP-Adresse?
Ich brauche die passende MAC-Adresse.
Beispiel:
Wer hat 192.168.1.1?
Antwort: 192.168.1.1 hat die MAC-Adresse aa:bb:cc:dd:ee:ff
Wichtig:
ARP löst IPv4-Adressen zu MAC-Adressen auf.
ARP ist für die lokale Kommunikation im LAN wichtig.
Merksatz:
ARP verbindet IP-Adresse und MAC-Adresse im lokalen Netzwerk.
Schritt 9: Schicht 1 überträgt Bits
Auf Schicht 1 werden die Daten als Bits übertragen.
Ein Bit kann zwei Zustände haben:
0
1
Je nach Übertragungsmedium werden diese Bits übertragen als:
- elektrische Signale über Kupferkabel
- Lichtsignale über Glasfaser
- Funksignale über WLAN
Wichtig:
Schicht 1 interessiert sich nicht für IP-Adressen, Ports oder Anwendungen.
Schicht 1 überträgt nur Bits als Signale.
Merksatz:
Schicht 1 = Bits und Signale
Der Datenweg beim Sender
Beim Sender werden die Daten schrittweise verpackt.
Vereinfacht:
Anwendung:
HTTPS-Daten
Transportschicht:
TCP-Header + HTTPS-Daten
Vermittlungsschicht:
IP-Header + TCP-Header + HTTPS-Daten
Sicherungsschicht:
Ethernet-Header + IP-Header + TCP-Header + HTTPS-Daten + Ethernet-Trailer
Bitübertragungsschicht:
Bits werden als Signale übertragen
Fachbegriffe:
| Schicht | Ergebnis |
|---|---|
| Anwendungsschicht | Daten |
| Transportschicht | TCP-Segment |
| Vermittlungsschicht | IP-Paket |
| Sicherungsschicht | Ethernet-Frame |
| Bitübertragungsschicht | Bits |
Der Datenweg beim Empfänger
Beim Empfänger passiert der Vorgang umgekehrt.
Die Daten werden Schicht für Schicht entpackt.
Vereinfacht:
Schicht 1:
Signale werden als Bits empfangen.
Schicht 2:
Ethernet-Frame wird geprüft.
Ethernet-Header und Trailer werden ausgewertet.
Schicht 3:
IP-Paket wird ausgewertet.
Ziel-IP-Adresse wird geprüft.
Schicht 4:
TCP-Segment wird ausgewertet.
Port und Sequenzinformationen werden geprüft.
Schicht 7:
Die Anwendung erhält die Nutzdaten.
Das nennt man:
Entkapselung
Merksatz:
Sender kapselt ein.
Empfänger kapselt aus.
Beispiel mit TCP/IP-Modell
Im TCP/IP-Modell sieht der gleiche Ablauf kompakter aus.
Beispiel HTTPS:
| TCP/IP-Schicht | Beispiel |
|---|---|
| Anwendungsschicht | HTTPS |
| Transportschicht | TCP |
| Internetschicht | IP |
| Netzzugangsschicht | Ethernet oder WLAN |
Vereinfacht:
HTTPS → TCP → IP → Ethernet/WLAN
Oder allgemein:
Anwendung → Transport → Internet → Netzzugang
Beispiel mit DNS
Eine DNS-Anfrage hat einen ähnlichen Weg, nutzt aber häufig UDP statt TCP.
Vereinfacht:
DNS → UDP → IP → Ethernet/WLAN
Schichtbezug:
| Bestandteil | Schicht |
|---|---|
| DNS | OSI-Schicht 7 |
| UDP | OSI-Schicht 4 |
| IP | OSI-Schicht 3 |
| Ethernet/WLAN | OSI-Schicht 1/2 |
Wichtig:
DNS ist ein Anwendungsprotokoll.
UDP ist das Transportprotokoll.
IP sorgt für Adressierung und Routing.
Ethernet oder WLAN sorgt für lokale Übertragung.
Beispiel mit Ping
Ping nutzt klassisch ICMP.
ICMP steht für:
Internet Control Message Protocol
Ping verwendet normalerweise:
ICMP Echo Request
ICMP Echo Reply
Schichtbezug:
| Bestandteil | Schicht |
|---|---|
| ICMP | OSI-Schicht 3 |
| IP | OSI-Schicht 3 |
| Ethernet/WLAN | OSI-Schicht 1/2 |
Wichtig:
ICMP nutzt keine Ports.
ICMP gehört nicht zu TCP oder UDP.
ICMP verwendet Typen und Codes.
Merksatz:
Ping prüft Erreichbarkeit.
ICMP meldet, prüft und diagnostiziert.
Was passiert beim Weg über einen Router?
Wenn ein Paket über einen Router weitergeleitet wird, ändert sich der Ethernet-Frame.
Wichtig:
Das IP-Paket bleibt grundsätzlich erhalten.
Der Ethernet-Frame wird pro Netzwerkabschnitt neu erstellt.
Beispiel:
PC → Router:
Ethernet-Frame mit Ziel-MAC des Routers
Router → nächster Router:
neuer Ethernet-Frame mit neuer Ziel-MAC
letzter Router → Server:
Ethernet-Frame mit Ziel-MAC des Servers
Das bedeutet:
MAC-Adressen ändern sich pro Netzwerkabschnitt.
IP-Adressen bleiben für die Ende-zu-Ende-Kommunikation wichtig.
Merksatz:
MAC-Adresse = nächster lokaler Schritt
IP-Adresse = logisches Ziel über Netzwerke hinweg
Was bleibt gleich und was ändert sich?
| Information | Bleibt auf dem Weg grundsätzlich gleich? | Erklärung |
|---|---|---|
| Ziel-IP-Adresse | ja | Zielhost bleibt derselbe |
| Quell-IP-Adresse | meistens ja | außer bei NAT/PAT |
| Ziel-Port | ja | Dienst bleibt derselbe |
| Quell-Port | ja | Client-Verbindung bleibt zuordenbar |
| Ziel-MAC-Adresse | nein | ändert sich je Netzwerkabschnitt |
| Quell-MAC-Adresse | nein | ändert sich je Netzwerkabschnitt |
Wichtig:
NAT/PAT kann IP-Adressen und Ports verändern.
Ohne NAT bleiben Quell- und Ziel-IP grundsätzlich erhalten.
NAT/PAT als Sonderfall
Bei NAT/PAT kann sich die Quell-IP-Adresse verändern.
NAT steht für:
Network Address Translation
PAT steht für:
Port Address Translation
Typischer Fall:
Ein interner Client nutzt eine private IP-Adresse.
Der Router ersetzt diese private Quell-IP durch seine öffentliche IP-Adresse.
Beispiel:
intern:
192.168.1.20:51544
extern:
84.10.20.30:40001
Dadurch können mehrere interne Geräte über eine gemeinsame öffentliche IP-Adresse ins Internet.
Merksatz:
NAT/PAT verändert Adressen oder Ports an der Router-/Firewall-Grenze.
Datenweg und Firewall
Eine Firewall kann den Datenweg kontrollieren.
Sie kann zum Beispiel prüfen:
- Quell-IP-Adresse
- Ziel-IP-Adresse
- Quell-Port
- Ziel-Port
- Protokoll
- Verbindungszustand
- teilweise auch Anwendungsdaten
Beispiel:
Port 443 erlaubt
Port 22 blockiert
Wichtig:
Eine Firewall kann je nach Art auf mehreren OSI-Schichten arbeiten.
Merksatz:
Firewall = kontrolliert erlaubte und verbotene Kommunikation
Warum ist der Datenweg für die Fehlersuche wichtig?
Wenn man den Datenweg versteht, kann man Netzwerkfehler systematisch eingrenzen.
Man prüft am besten von unten nach oben.
Beispiel:
1. Gibt es eine physische Verbindung?
2. Funktioniert die lokale Verbindung?
3. Stimmt die IP-Konfiguration?
4. Ist das Gateway erreichbar?
5. Funktioniert DNS?
6. Ist der Zielhost erreichbar?
7. Ist der Zielport erreichbar?
8. Antwortet die Anwendung?
Das nennt man häufig:
schichtweise Fehlersuche
Beispielhafte Fehlersuche nach Schichten
| Fehlerbild | mögliche Schicht | Beispiel |
|---|---|---|
| kein Link-Licht | Schicht 1 | Kabel, Port, Netzwerkkarte |
| falsches VLAN | Schicht 2 | Client im falschen Netz |
| falsche IP-Adresse | Schicht 3 | kein Routing möglich |
| falsches Gateway | Schicht 3 | Internet nicht erreichbar |
| DNS funktioniert nicht | Schicht 7 mit Schicht-3-Bezug | Name wird nicht aufgelöst |
| Port blockiert | Schicht 4 / Firewall | Dienst nicht erreichbar |
| Webserver antwortet nicht | Schicht 7 | Anwendung oder Dienstproblem |
Wichtig:
Ein Fehler auf einer unteren Schicht kann alle höheren Schichten beeinflussen.
Beispiel:
Wenn das Kabel defekt ist,
funktionieren IP, TCP, DNS und HTTP ebenfalls nicht.
Typischer Ablauf: Webseite funktioniert nicht
Wenn eine Webseite nicht funktioniert, kann man prüfen:
1. Link vorhanden?
2. IP-Adresse vorhanden?
3. Standard-Gateway vorhanden?
4. DNS-Auflösung möglich?
5. Ziel-IP erreichbar?
6. Zielport erreichbar?
7. Webserver antwortet?
Beispiele für Werkzeuge:
| Prüfung | Werkzeug |
|---|---|
| IP-Konfiguration | ipconfig, ip addr |
| Erreichbarkeit | ping |
| Weg zum Ziel | tracert, traceroute |
| DNS-Auflösung | nslookup, dig |
| Port erreichbar | Test-NetConnection, nc |
| Paketanalyse | Wireshark, tcpdump |
Begriff: Standard-Gateway
Das Standard-Gateway ist der Router, an den ein Host Pakete sendet, wenn das Ziel nicht im eigenen lokalen Netzwerk liegt.
Beispiel:
Client: 192.168.1.20
Gateway: 192.168.1.1
Wenn der Client eine externe IP-Adresse erreichen möchte, sendet er das Paket an das Standard-Gateway.
Merksatz:
Standard-Gateway = Ausgang aus dem eigenen Netzwerk
Begriff: Ende-zu-Ende-Kommunikation
Ende-zu-Ende-Kommunikation beschreibt die logische Kommunikation zwischen Sender und Empfänger.
Beispiel:
Client-Anwendung ↔ Server-Anwendung
Bei TCP bedeutet das:
Die TCP-Verbindung besteht logisch zwischen Client und Server.
Dazwischen können aber mehrere Router liegen.
Merksatz:
Ende-zu-Ende = vom ursprünglichen Sender bis zum endgültigen Empfänger
Begriff: Hop
Ein Hop ist ein Zwischenschritt auf dem Weg durch ein Netzwerk.
Meist ist damit ein Router gemeint.
Beispiel:
Client → Router 1 → Router 2 → Zielserver
Hier gibt es mehrere Hops.
Traceroute zeigt solche Zwischenschritte an.
Merksatz:
Hop = ein Netzwerksprung über ein Zwischengerät
Typische Prüfungsfragen
In AP1 oder AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:
- Beschreiben Sie den Weg eines Datenpakets durch die Schichten.
- Welche Schicht fügt welche Informationen hinzu?
- Was passiert beim Empfänger?
- Was ist Kapselung?
- Was ist Entkapselung?
- Welche Dateneinheit gehört zu welcher Schicht?
- Warum ändert sich die MAC-Adresse auf dem Weg?
- Warum bleibt die IP-Adresse grundsätzlich erhalten?
- Welche Rolle spielt das Standard-Gateway?
- Auf welcher Schicht liegt ein bestimmter Fehler?
Typische Prüfungsfallen
Ein Switch leitet normalerweise anhand von MAC-Adressen weiter.
Das ist Schicht 2.
Ein Router leitet anhand von IP-Adressen weiter.
Das ist Schicht 3.
TCP und UDP nutzen Ports.
Das ist Schicht 4.
ICMP nutzt keine Ports.
ICMP gehört in den IP-/Netzwerkbereich.
DNS ist ein Anwendungsprotokoll,
auch wenn es für IP-Adressen wichtig ist.
Die MAC-Adresse gilt nur im lokalen Netzwerkabschnitt.
Die IP-Adresse beschreibt das logische Ziel.
Ein Port beschreibt den Dienst auf einem Host.
NAT/PAT kann IP-Adressen und Ports verändern.
Wichtige Begriffe kurz erklärt
| Begriff | Kurze Erklärung |
|---|---|
| Datenweg | Weg der Daten durch Schichten und Netzwerkgeräte |
| Kapselung | Daten werden beim Senden Schicht für Schicht verpackt |
| Entkapselung | Daten werden beim Empfangen Schicht für Schicht ausgepackt |
| Nutzdaten | eigentlicher Inhalt der Anwendung |
| Header | Steuerinformationen vor den Nutzdaten |
| Frame | Dateneinheit auf Schicht 2 |
| Paket | Dateneinheit auf Schicht 3 |
| Segment | TCP-Dateneinheit auf Schicht 4 |
| Datagramm | UDP-Dateneinheit auf Schicht 4 |
| MAC-Adresse | lokale Hardwareadresse im LAN |
| IP-Adresse | logische Adresse für Netzwerkkommunikation |
| Port | Dienstadresse auf einem Host |
| Router | Gerät zur Verbindung verschiedener Netzwerke |
| Switch | Gerät zur Weiterleitung im lokalen Netzwerk anhand von MAC-Adressen |
| Standard-Gateway | Router für Ziele außerhalb des eigenen Netzes |
| Hop | Zwischenschritt über ein Netzwerkgerät |
| Routing | Weiterleitung von Paketen zwischen Netzwerken |
| ARP | Auflösung von IPv4-Adresse zu MAC-Adresse |
| DNS | Namensauflösung von Namen zu IP-Adressen |
IHK-sichere Kurzformulierung
Beim Senden von Daten werden die Nutzdaten durch die Schichten eines Netzwerkmodells verarbeitet und jeweils um Steuerinformationen ergänzt. Dieser Vorgang heißt Kapselung. Auf der Transportschicht entstehen zum Beispiel TCP-Segmente oder UDP-Datagramme, auf der Vermittlungsschicht IP-Pakete und auf der Sicherungsschicht Ethernet-Frames. Auf der Bitübertragungsschicht werden die Daten als Bits über ein Medium übertragen. Beim Empfänger werden die Informationen in umgekehrter Reihenfolge ausgewertet und entfernt. Dieser Vorgang heißt Entkapselung.
Merksätze
Sender kapselt ein.
Empfänger kapselt aus.
Anwendung erzeugt Daten.
TCP oder UDP transportiert zwischen Anwendungen.
IP adressiert und routet zwischen Netzwerken.
Ethernet oder WLAN überträgt im lokalen Netzwerk.
Schicht 1 überträgt Bits als Signale.
Port = welcher Dienst?
IP-Adresse = welcher Host oder welches Netz?
MAC-Adresse = welches Gerät im lokalen Netzwerkabschnitt?
Switch = Schicht 2
Router = Schicht 3
TCP und UDP = Schicht 4
ICMP = Schicht 3
DNS = Anwendungsschicht mit starkem IP-Bezug
MAC-Adressen können sich auf dem Weg ändern.
IP-Adressen bleiben grundsätzlich für die Ende-zu-Ende-Kommunikation erhalten.
NAT/PAT ist ein Sonderfall,
weil dabei IP-Adressen oder Ports verändert werden können.
Bei der Fehlersuche zuerst die unteren Schichten prüfen.
2.7 Schichtenmodelle: Merksätze und Prüfungswissen
Diese Seite fasst die wichtigsten Punkte zu OSI-Modell, TCP/IP-Modell, Kapselung und Datenweg zusammen.
Sie dient als Wiederholungsseite für AP1 und AP2.
Ziel ist nicht, jeden Sonderfall auswendig zu lernen, sondern die Grundstruktur sicher zu beherrschen.
Wichtig für die Prüfung:
Schichtenmodelle helfen,
Netzwerkkommunikation fachlich einzuordnen,
Protokolle und Geräte zuzuordnen
und Fehler systematisch zu suchen.
Grundidee von Schichtenmodellen
Ein Schichtenmodell teilt Netzwerkkommunikation in mehrere Ebenen ein.
Jede Schicht hat eine bestimmte Aufgabe.
Fachlich wichtig:
Eine Schicht nutzt die Dienste der darunterliegenden Schicht
und stellt der darüberliegenden Schicht eigene Dienste bereit.
Vereinfacht gesagt:
Jede Schicht kümmert sich um einen bestimmten Teil der Kommunikation.
Beispiele:
| Aufgabe | typische Schicht |
|---|---|
| Bits übertragen | Schicht 1 |
| Frames im LAN übertragen | Schicht 2 |
| IP-Pakete routen | Schicht 3 |
| Daten zwischen Anwendungen transportieren | Schicht 4 |
| Netzwerkdienste für Anwendungen bereitstellen | Schicht 7 |
Merksatz:
Schichtenmodelle machen Netzwerktechnik übersichtlicher.
OSI-Modell: die 7 Schichten
Das OSI-Modell ist ein Referenzmodell mit 7 Schichten.
| Schicht | Deutscher Name | Englischer Name | Kurzaufgabe |
|---|---|---|---|
| 7 | Anwendungsschicht | Application Layer | Netzwerkdienste für Anwendungen |
| 6 | Darstellungsschicht | Presentation Layer | Darstellung, Codierung, Kompression, Verschlüsselung |
| 5 | Sitzungsschicht | Session Layer | Sitzungen aufbauen, verwalten und beenden |
| 4 | Transportschicht | Transport Layer | Transport zwischen Anwendungen |
| 3 | Vermittlungsschicht / Netzwerkschicht | Network Layer | logische Adressierung und Routing |
| 2 | Sicherungsschicht | Data Link Layer | lokale Übertragung mit Frames und MAC-Adressen |
| 1 | Bitübertragungsschicht | Physical Layer | Übertragung von Bits als Signale |
IHK-sichere Kurzformulierung:
Das OSI-Modell ist ein Referenzmodell,
das Netzwerkkommunikation in sieben Schichten einteilt.
Merksatz für das OSI-Modell
Von oben nach unten:
Alle Deutschen Schüler Trinken Verschiedene Sorten Brause
Das bedeutet:
| Wort | OSI-Schicht |
|---|---|
| Alle | Anwendungsschicht |
| Deutschen | Darstellungsschicht |
| Schüler | Sitzungsschicht |
| Trinken | Transportschicht |
| Verschiedene | Vermittlungsschicht |
| Sorten | Sicherungsschicht |
| Brause | Bitübertragungsschicht |
Fachlich ausgeschrieben:
Anwendung
Darstellung
Sitzung
Transport
Vermittlung
Sicherung
Bitübertragung
OSI-Schichten von unten nach oben
Von unten nach oben merkt man sich besonders gut die technische Verarbeitung:
| Schicht | Name | typische Begriffe |
|---|---|---|
| 1 | Bitübertragungsschicht | Bits, Signale, Kabel, Glasfaser, Funk |
| 2 | Sicherungsschicht | MAC-Adresse, Frame, Switch, VLAN |
| 3 | Vermittlungsschicht | IP-Adresse, Routing, Router, ICMP |
| 4 | Transportschicht | TCP, UDP, Ports, Segment, Datagramm |
| 5 | Sitzungsschicht | Sitzung, Dialogsteuerung |
| 6 | Darstellungsschicht | Codierung, Kompression, Verschlüsselung |
| 7 | Anwendungsschicht | HTTP, DNS, DHCP, SMTP, IMAP |
Merksatz:
Unten wird übertragen.
In der Mitte wird adressiert und transportiert.
Oben arbeiten die Netzwerkdienste.
TCP/IP-Modell: die wichtigsten Schichten
Das TCP/IP-Modell ist praxisnah und wird häufig mit 4 Schichten dargestellt.
| TCP/IP-Schicht | Aufgabe | Beispiele |
|---|---|---|
| Anwendungsschicht | Netzwerkdienste für Anwendungen | HTTP, DNS, DHCP, SMTP, IMAP |
| Transportschicht | Transport zwischen Anwendungen | TCP, UDP, Ports |
| Internetschicht | IP-Adressierung und Routing | IP, ICMP |
| Netzzugangsschicht | Zugriff auf das lokale Netzwerk | Ethernet, WLAN, MAC |
Wichtig:
TCP/IP ist nicht nur TCP und IP.
TCP/IP bezeichnet eine Protokollfamilie.
Merksatz:
TCP/IP ist das praxisnahe Modell für IP-Netzwerke und das Internet.
OSI-Modell und TCP/IP-Modell vergleichen
| OSI-Modell | TCP/IP-Modell | Beispiele |
|---|---|---|
| Schicht 7, 6, 5 | Anwendungsschicht | HTTP, DNS, DHCP, SMTP |
| Schicht 4 | Transportschicht | TCP, UDP, Ports |
| Schicht 3 | Internetschicht | IP, ICMP, Routing |
| Schicht 2, 1 | Netzzugangsschicht | Ethernet, WLAN, MAC |
IHK-sichere Kurzformulierung:
Das OSI-Modell ist ein theoretisches Referenzmodell mit sieben Schichten.
Das TCP/IP-Modell ist praxisnäher und wird häufig mit vier Schichten dargestellt.
Dabei fasst TCP/IP mehrere OSI-Schichten zusammen.
Die wichtigsten Begriffe pro Schicht
| Begriff | Schicht | Erklärung |
|---|---|---|
| Bit | 1 | kleinste Informationseinheit, 0 oder 1 |
| Signal | 1 | physische Darstellung von Bits |
| Frame | 2 | Dateneinheit im lokalen Netzwerk |
| MAC-Adresse | 2 | Hardwareadresse im lokalen Netzwerk |
| Paket | 3 | Dateneinheit auf IP-Ebene |
| IP-Adresse | 3 | logische Adresse eines Hosts oder Netzes |
| Segment | 4 | TCP-Dateneinheit |
| Datagramm | 4 | UDP-Dateneinheit |
| Port | 4 | Dienstadresse auf einem Host |
| Protokoll | allgemein | Regelwerk für Kommunikation |
Merksatz:
Bit → Frame → Paket → Segment/Datagramm → Daten
Dateneinheiten der Schichten
In Prüfungen wird häufig gefragt, welche Dateneinheit zu welcher Schicht gehört.
| OSI-Schicht | typische Dateneinheit |
|---|---|
| 7 | Daten |
| 6 | Daten |
| 5 | Daten |
| 4 | Segment oder Datagramm |
| 3 | Paket |
| 2 | Frame |
| 1 | Bits |
Wichtig:
TCP arbeitet mit Segmenten.
UDP arbeitet mit Datagrammen.
IP arbeitet mit Paketen.
Ethernet arbeitet mit Frames.
Schicht 1 überträgt Bits.
Adressen und ihre Aufgaben
In der Netzwerktechnik werden MAC-Adresse, IP-Adresse und Portnummer häufig verwechselt.
| Begriff | Schicht | Aufgabe |
|---|---|---|
| MAC-Adresse | Schicht 2 | lokale Zustellung im LAN |
| IP-Adresse | Schicht 3 | logische Adressierung über Netzwerke hinweg |
| Portnummer | Schicht 4 | Zuordnung zu Dienst oder Anwendung |
Merksätze:
MAC-Adresse = welches Gerät im lokalen Netzwerkabschnitt?
IP-Adresse = welcher Host oder welches Netz?
Portnummer = welcher Dienst auf dem Host?
Geräte den Schichten zuordnen
| Gerät | typische Schicht | Begründung |
|---|---|---|
| Hub | Schicht 1 | verteilt Signale ohne Auswertung |
| Switch | Schicht 2 | leitet anhand von MAC-Adressen weiter |
| Router | Schicht 3 | leitet anhand von IP-Adressen zwischen Netzen weiter |
| Layer-3-Switch | Schicht 3 | verbindet Switching mit Routing |
| Firewall | mehrere Schichten | prüft je nach Art IP, Ports, Zustände oder Anwendungen |
| Access Point | Schicht 1/2 | Funkübertragung und WLAN-Zugriff |
Prüfungshinweis:
Bei Geräten ist meistens die Hauptfunktion entscheidend.
Beispiel:
Ein Switch arbeitet typischerweise auf Schicht 2,
auch wenn moderne Switches Zusatzfunktionen besitzen können.
Protokolle den Schichten zuordnen
| Protokoll / Technik | typische OSI-Schicht | typische TCP/IP-Schicht |
|---|---|---|
| Ethernet | Schicht 2 | Netzzugangsschicht |
| WLAN | Schicht 1/2 | Netzzugangsschicht |
| ARP | Schicht 2 / Schicht-3-Bezug | Netzzugangsschicht |
| IP | Schicht 3 | Internetschicht |
| ICMP | Schicht 3 | Internetschicht |
| TCP | Schicht 4 | Transportschicht |
| UDP | Schicht 4 | Transportschicht |
| HTTP | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| HTTPS | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| DNS | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| DHCP | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| SMTP | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| POP3 | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| IMAP | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
| SSH | Schicht 7 | Anwendungsschicht |
Wichtig:
Manche Protokolle haben Bezüge zu mehreren Schichten.
Für die IHK ist meistens die typische Hauptzuordnung entscheidend.
Kapselung kurz erklärt
Kapselung bedeutet, dass Daten beim Senden von Schicht zu Schicht mit zusätzlichen Protokollinformationen ergänzt werden.
Vereinfacht:
Jede Schicht verpackt die Daten für ihre Aufgabe weiter.
Beispiel:
Anwendungsdaten
TCP-Header + Anwendungsdaten
IP-Header + TCP-Header + Anwendungsdaten
Ethernet-Header + IP-Header + TCP-Header + Anwendungsdaten + Ethernet-Trailer
Bits auf dem Medium
Fachlich wichtig:
Beim Sender findet Kapselung statt.
Beim Empfänger findet Entkapselung statt.
Merksatz:
Sender kapselt ein.
Empfänger kapselt aus.
Entkapselung kurz erklärt
Entkapselung bedeutet, dass die hinzugefügten Protokollinformationen beim Empfänger schrittweise ausgewertet und entfernt werden.
Vereinfacht:
Der Empfänger packt die Daten Schicht für Schicht wieder aus.
Ablauf:
Bits werden empfangen.
Ethernet-Frame wird ausgewertet.
IP-Paket wird ausgewertet.
TCP-Segment oder UDP-Datagramm wird ausgewertet.
Anwendung erhält die Nutzdaten.
Merksatz:
Entkapselung ist der umgekehrte Vorgang der Kapselung.
Typischer Datenweg bei HTTPS
Ein typischer Webseitenaufruf mit HTTPS kann vereinfacht so dargestellt werden:
HTTPS → TCP → IP → Ethernet/WLAN → Bits
Schichtbezug:
| Bestandteil | OSI-Schicht |
|---|---|
| HTTPS | Schicht 7 |
| TCP | Schicht 4 |
| IP | Schicht 3 |
| Ethernet/WLAN | Schicht 1/2 |
| Bits | Schicht 1 |
Wichtig:
HTTPS nutzt typischerweise TCP.
TCP nutzt IP.
IP nutzt Ethernet oder WLAN.
Typischer Datenweg bei DNS
Eine typische DNS-Anfrage kann vereinfacht so dargestellt werden:
DNS → UDP → IP → Ethernet/WLAN → Bits
Schichtbezug:
| Bestandteil | OSI-Schicht |
|---|---|
| DNS | Schicht 7 |
| UDP | Schicht 4 |
| IP | Schicht 3 |
| Ethernet/WLAN | Schicht 1/2 |
| Bits | Schicht 1 |
Wichtig:
DNS ist ein Anwendungsprotokoll.
DNS nutzt häufig UDP.
DNS kann aber auch TCP verwenden.
Typischer Datenweg bei Ping
Ping nutzt klassisch ICMP.
ICMP steht für:
Internet Control Message Protocol
Schichtbezug:
| Bestandteil | OSI-Schicht |
|---|---|
| ICMP | Schicht 3 |
| IP | Schicht 3 |
| Ethernet/WLAN | Schicht 1/2 |
Wichtig:
ICMP nutzt keine Ports.
ICMP gehört nicht zu TCP oder UDP.
Merksatz:
ICMP = Kontroll- und Fehlermeldungen im IP-Netz
TCP kurz erklärt
TCP steht für:
Transmission Control Protocol
TCP ist ein verbindungsorientiertes und zuverlässiges Transportprotokoll.
TCP sorgt unter anderem für:
- Verbindungsaufbau
- Bestätigungen
- Reihenfolgekontrolle
- erneute Übertragung verlorener Daten
- Verbindungsabbau
Merksatz:
TCP = zuverlässig und verbindungsorientiert
UDP kurz erklärt
UDP steht für:
User Datagram Protocol
UDP ist ein verbindungsloses Transportprotokoll.
UDP sendet Daten ohne vorherigen Verbindungsaufbau.
UDP bietet keine eingebaute Garantie für:
- Zustellung
- Reihenfolge
- erneute Übertragung verlorener Daten
Merksatz:
UDP = verbindungslos und mit wenig Verwaltungsaufwand
IP kurz erklärt
IP steht für:
Internet Protocol
IP ist für logische Adressierung und Routing zuständig.
IP sorgt dafür, dass Pakete anhand von IP-Adressen zum Ziel gelangen können.
Wichtig:
IP garantiert keine zuverlässige Zustellung wie TCP.
IP kümmert sich vor allem um Adressierung und Weiterleitung.
Merksatz:
IP = Adressierung und Routing
ICMP kurz erklärt
ICMP steht für:
Internet Control Message Protocol
ICMP wird für Kontroll- und Fehlermeldungen im IP-Netz verwendet.
Typische Beispiele:
- Echo Request
- Echo Reply
- Destination Unreachable
- Time Exceeded
Wichtig:
ICMP ist kein Transportprotokoll wie TCP oder UDP.
ICMP verwendet keine Ports.
Merksatz:
ICMP = Diagnose, Kontrolle und Fehlermeldungen im IP-Netz
DNS kurz erklärt
DNS steht für:
Domain Name System
DNS löst Namen in IP-Adressen auf.
Beispiel:
www.example.org → IP-Adresse
Wichtig:
DNS ist ein Anwendungsprotokoll.
DNS hat aber einen starken Bezug zur IP-Kommunikation,
weil am Ende eine IP-Adresse benötigt wird.
Merksatz:
DNS = Namensauflösung
DHCP kurz erklärt
DHCP steht für:
Dynamic Host Configuration Protocol
DHCP weist einem Client automatisch Netzwerkkonfiguration zu.
Typische Informationen:
- IP-Adresse
- Subnetzmaske
- Standard-Gateway
- DNS-Server
Wichtig:
DHCP ist ein Anwendungsprotokoll,
auch wenn es IP-Konfiguration bereitstellt.
Merksatz:
DHCP = automatische IP-Konfiguration
ARP kurz erklärt
ARP steht für:
Address Resolution Protocol
ARP wird bei IPv4 verwendet, um zu einer IP-Adresse die passende MAC-Adresse im lokalen Netzwerk zu ermitteln.
Vereinfacht fragt ARP:
Wer hat diese IP-Adresse?
Ich brauche die passende MAC-Adresse.
Wichtig:
ARP funktioniert im lokalen Netzwerk.
ARP verbindet IP-Adresse und MAC-Adresse im LAN.
Merksatz:
ARP = IPv4-Adresse zu MAC-Adresse im lokalen Netzwerk
Wichtige Unterschiede
| Vergleich | Unterschied |
|---|---|
| MAC-Adresse vs. IP-Adresse | MAC lokal im LAN, IP logisch über Netzwerke |
| IP-Adresse vs. Port | IP = Host oder Netz, Port = Dienst |
| TCP vs. UDP | TCP zuverlässig, UDP verbindungslos |
| Frame vs. Paket | Frame Schicht 2, Paket Schicht 3 |
| Paket vs. Segment | Paket IP-Ebene, Segment TCP-Ebene |
| Switch vs. Router | Switch MAC-basiert, Router IP-basiert |
| OSI vs. TCP/IP | OSI 7 Schichten, TCP/IP häufig 4 Schichten |
Fehlersuche nach Schichten
Das OSI-Modell hilft bei der systematischen Fehlersuche.
Man prüft häufig von unten nach oben.
| Prüfung | mögliche Schicht |
|---|---|
| Kabel angeschlossen? | Schicht 1 |
| Link-Licht vorhanden? | Schicht 1 |
| MAC-Adresse sichtbar? | Schicht 2 |
| VLAN korrekt? | Schicht 2 |
| IP-Adresse korrekt? | Schicht 3 |
| Subnetzmaske korrekt? | Schicht 3 |
| Standard-Gateway korrekt? | Schicht 3 |
| Ziel-IP erreichbar? | Schicht 3 |
| Zielport erreichbar? | Schicht 4 |
| DNS-Auflösung möglich? | Schicht 7 |
| Anwendung antwortet? | Schicht 7 |
Merksatz:
Ein Fehler auf einer unteren Schicht kann alle oberen Schichten beeinflussen.
Typische Werkzeuge zur Fehlersuche
| Werkzeug | Zweck |
|---|---|
| ipconfig | IP-Konfiguration unter Windows anzeigen |
| ip addr | IP-Konfiguration unter Linux anzeigen |
| ping | Erreichbarkeit testen |
| tracert | Weg zum Ziel unter Windows anzeigen |
| traceroute | Weg zum Ziel unter Linux anzeigen |
| nslookup | DNS-Auflösung prüfen |
| dig | DNS-Auflösung detailliert prüfen |
| netstat | Netzwerkverbindungen anzeigen |
| ss | Netzwerkverbindungen unter Linux anzeigen |
| Test-NetConnection | Verbindung und Port unter Windows prüfen |
| nc | Verbindung und Port testen |
| Wireshark | Pakete grafisch analysieren |
| tcpdump | Pakete auf der Konsole analysieren |
Wichtig:
Das Werkzeug muss zur vermuteten Schicht passen.
Typische IHK-Fragen
In AP1 oder AP2 können Aufgaben zum Beispiel so aussehen:
- Nennen Sie die 7 Schichten des OSI-Modells.
- Ordnen Sie Protokolle den OSI-Schichten zu.
- Ordnen Sie Geräte den OSI-Schichten zu.
- Erklären Sie den Unterschied zwischen OSI-Modell und TCP/IP-Modell.
- Beschreiben Sie den Vorgang der Kapselung.
- Unterscheiden Sie Frame, Paket und Segment.
- Erklären Sie den Unterschied zwischen MAC-Adresse, IP-Adresse und Port.
- Erklären Sie die Aufgabe von TCP.
- Erklären Sie die Aufgabe von UDP.
- Erklären Sie die Aufgabe von IP.
- Beschreiben Sie den Weg eines Datenpakets durch die Schichten.
- Grenzen Sie einen Fehler anhand der Schichten ein.
Typische Prüfungsfallen
TCP/IP ist nicht nur TCP und IP.
TCP/IP bezeichnet eine Protokollfamilie.
DNS ist ein Anwendungsprotokoll,
auch wenn es IP-Adressen liefert.
DHCP ist ein Anwendungsprotokoll,
auch wenn es IP-Konfiguration vergibt.
ICMP gehört nicht zu TCP oder UDP.
ICMP nutzt keine Ports.
Ein Switch arbeitet typischerweise auf Schicht 2.
Ein Router arbeitet typischerweise auf Schicht 3.
Eine Firewall kann je nach Art mehrere Schichten betreffen.
Eine MAC-Adresse ist keine IP-Adresse.
Eine Portnummer ist keine IP-Adresse.
Ein Frame ist nicht dasselbe wie ein Paket.
Ein Paket ist nicht dasselbe wie ein Segment.
Schicht 7 ist nicht einfach der Benutzer,
sondern die Anwendungsschicht mit Netzwerkdiensten.
Prüfungstabelle: sehr wichtige Zuordnungen
| Thema | richtige Zuordnung |
|---|---|
| Kabel, Glasfaser, Funk | Schicht 1 |
| Bit | Schicht 1 |
| MAC-Adresse | Schicht 2 |
| Ethernet-Frame | Schicht 2 |
| Switch | Schicht 2 |
| VLAN | Schicht 2 |
| IP-Adresse | Schicht 3 |
| Router | Schicht 3 |
| Routing | Schicht 3 |
| ICMP | Schicht 3 |
| Port | Schicht 4 |
| TCP | Schicht 4 |
| UDP | Schicht 4 |
| HTTP | Schicht 7 |
| DNS | Schicht 7 |
| DHCP | Schicht 7 |
| SMTP | Schicht 7 |
| IMAP | Schicht 7 |
| SSH | Schicht 7 |
Prüfungstabelle: Kurzdefinitionen
| Begriff | IHK-taugliche Kurzdefinition |
|---|---|
| OSI-Modell | Referenzmodell zur Einordnung von Netzwerkkommunikation in sieben Schichten |
| TCP/IP-Modell | praxisnahes Schichtenmodell für IP-basierte Netzwerke |
| Protokoll | Regelwerk für die Kommunikation zwischen Systemen |
| Kapselung | Ergänzen von Daten um Protokollinformationen beim Durchlaufen der Schichten |
| Entkapselung | Auswerten und Entfernen von Protokollinformationen beim Empfänger |
| Frame | Dateneinheit der Sicherungsschicht |
| Paket | Dateneinheit der Vermittlungsschicht |
| Segment | Dateneinheit bei TCP auf der Transportschicht |
| Datagramm | Dateneinheit bei UDP |
| MAC-Adresse | Adresse zur lokalen Zustellung im LAN |
| IP-Adresse | logische Adresse zur Kommunikation über Netzwerke |
| Port | Nummer zur Zuordnung eines Dienstes oder einer Anwendung |
| Routing | Weiterleitung von Paketen zwischen Netzwerken |
Mini-Wiederholung
| Frage | Antwort |
|---|---|
| Welche Schicht überträgt Bits? | Schicht 1 |
| Welche Schicht nutzt MAC-Adressen? | Schicht 2 |
| Welche Schicht nutzt IP-Adressen? | Schicht 3 |
| Welche Schicht nutzt Ports? | Schicht 4 |
| Welche Schicht enthält HTTP? | Schicht 7 |
| Welche Schicht enthält TCP? | Schicht 4 |
| Welche Schicht enthält UDP? | Schicht 4 |
| Welche Schicht enthält ICMP? | Schicht 3 |
| Welche Schicht enthält Ethernet? | Schicht 2 |
| Welche Schicht enthält DNS? | Schicht 7 |
| Welche Schicht enthält DHCP? | Schicht 7 |
| Welche Schicht ist ein Switch? | Schicht 2 |
| Welche Schicht ist ein Router? | Schicht 3 |
IHK-sichere Gesamtformulierung
Das OSI-Modell ist ein Referenzmodell, das Netzwerkkommunikation in sieben Schichten einteilt. Jede Schicht übernimmt bestimmte Aufgaben und stellt der darüberliegenden Schicht Dienste bereit. Die unteren Schichten kümmern sich vor allem um Übertragung, lokale Zustellung und Adressierung. Die mittleren Schichten kümmern sich um Routing und Transport. Die oberen Schichten stellen Netzwerkdienste für Anwendungen bereit.
Das TCP/IP-Modell ist ein praxisnahes Modell für IP-basierte Netzwerke und das Internet. Es wird häufig mit vier Schichten dargestellt: Anwendungsschicht, Transportschicht, Internetschicht und Netzzugangsschicht. Dabei fasst das TCP/IP-Modell mehrere OSI-Schichten zusammen.
Beim Senden werden Daten durch die Schichten von oben nach unten verarbeitet und mit Protokollinformationen ergänzt. Dieser Vorgang heißt Kapselung. Beim Empfänger werden diese Informationen in umgekehrter Reihenfolge ausgewertet und entfernt. Dieser Vorgang heißt Entkapselung.
Wichtigste Merksätze
OSI = 7 Schichten.
TCP/IP = häufig 4 Schichten.
OSI ist ein Referenzmodell.
TCP/IP ist praxisnah und internetbezogen.
Schicht 1 = Bits und Signale.
Schicht 2 = MAC-Adresse und Frame.
Schicht 3 = IP-Adresse und Routing.
Schicht 4 = TCP, UDP und Ports.
Schicht 5 = Sitzung.
Schicht 6 = Darstellung, Codierung, Kompression, Verschlüsselung.
Schicht 7 = Netzwerkdienste für Anwendungen.
Switch = Schicht 2.
Router = Schicht 3.
TCP und UDP = Schicht 4.
IP und ICMP = Schicht 3.
HTTP, DNS, DHCP, SMTP, IMAP = Schicht 7.
MAC-Adresse = lokaler Netzwerkabschnitt.
IP-Adresse = logische Netzwerkadresse.
Port = Dienst oder Anwendung.
Frame = Schicht 2.
Paket = Schicht 3.
Segment oder Datagramm = Schicht 4.
Sender kapselt ein.
Empfänger kapselt aus.
Bei der Fehlersuche zuerst die unteren Schichten prüfen.