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.