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.