# 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.