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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.