4.6 Merksätze und Prüfungswissen zu OSI-Schicht 1
Diese Seite fasst die wichtigsten Inhalte zur OSI-Schicht 1 zusammen.
OSI-Schicht 1 heißt:
Bitübertragungsschicht
Sie ist die unterste offizielle Schicht des OSI-Modells.
Ihre Hauptaufgabe ist:
Bits als physische Signale übertragen.
Wichtig:
Schicht 1 kennt keine IP-Adressen,
keine MAC-Adressen,
keine Ports
und keine Anwendungen.
Grundidee von Schicht 1
Schicht 1 beschäftigt sich mit der physischen Übertragung.
Dabei geht es um:
- Bits
- Signale
- elektrische Übertragung
- optische Übertragung
- Funkübertragung
- Signalpegel
- Taktung
- Synchronisation
- Geschwindigkeit
- Duplex
- physische Schnittstellen
- Link-Status
Merksatz:
Schicht 1 = Bits und Signale.
Offizielle Einordnung im OSI-Modell
| OSI-Schicht | Name | Kurzaufgabe |
|---|---|---|
| 7 | Anwendungsschicht | Netzwerkdienste für Anwendungen |
| 6 | Darstellungsschicht | Daten darstellen, codieren, verschlüsseln |
| 5 | Sitzungsschicht | Sitzungen verwalten |
| 4 | Transportschicht | Ende-zu-Ende-Transport |
| 3 | Vermittlungsschicht | IP-Adressierung und Routing |
| 2 | Sicherungsschicht | Frames und MAC-Adressen |
| 1 | Bitübertragungsschicht | Bits als Signale übertragen |
Wichtig:
Schicht 1 ist die unterste offizielle OSI-Schicht.
Schicht 0 und Schicht 1 unterscheiden
In unserem Lernsystem wurde vorher Schicht 0 als Lernhilfe verwendet.
Schicht 0 ist nicht offiziell im OSI-Modell.
| Bereich | Bedeutung |
|---|---|
| Schicht 0 | Übertragungsmedien und Verkabelung |
| Schicht 1 | Bitübertragung über Signale |
Beispiel:
Twisted-Pair-Kabel = Schicht 0 / Medium
elektrische Signalübertragung = Schicht 1
Glasfaser = Schicht 0 / Medium
Lichtsignal = Schicht 1
Merksatz:
Schicht 0 = worüber übertragen wird.
Schicht 1 = wie Bits übertragen werden.
Bit und Signal
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| Bit | kleinste Informationseinheit, 0 oder 1 |
| Signal | physische Darstellung eines Bits oder einer Bitfolge |
Ein Bit ist logisch.
Ein Signal ist physisch.
Beispiel:
Bitfolge:
1 0 1 1
Diese Bitfolge muss auf dem Medium als Signal dargestellt werden.
Merksatz:
Bits sind logisch.
Signale sind physisch.
Signalarten
Je nach Medium gibt es unterschiedliche Signalarten.
| Medium | Signalart |
|---|---|
| Kupferkabel | elektrische Signale |
| Lichtwellenleiter | optische Signale |
| WLAN | elektromagnetische Funksignale |
Merksätze:
Kupfer = elektrisch.
Glasfaser = optisch.
WLAN = Funk.
Elektrische Übertragung
Elektrische Übertragung findet über Kupfer statt.
Typische Medien:
- Twisted-Pair-Kabel
- Koaxialkabel
Typische Einflussfaktoren:
- Kabellänge
- Kabelqualität
- Schirmung
- Steckverbindungen
- elektromagnetische Störungen
- Dämpfung
Merksatz:
Kupfer überträgt Bits als elektrische Signale.
Optische Übertragung
Optische Übertragung findet über Lichtwellenleiter statt.
Andere Bezeichnungen:
- LWL
- Glasfaser
- Fiber
Typische Einflussfaktoren:
- Faserart
- Wellenlänge
- SFP-Modul
- Steckverbindungen
- Verschmutzung
- Dämpfung
- Biegeradius
- TX/RX
Wichtig:
Niemals direkt in Glasfaser oder optische Ports schauen.
Merksatz:
Glasfaser überträgt Bits als Lichtsignale.
Funkübertragung
Funkübertragung findet bei WLAN statt.
Typische Frequenzbereiche:
- 2,4 GHz
- 5 GHz
- 6 GHz
Typische Einflussfaktoren:
- Entfernung
- Wände
- Decken
- Störungen
- Kanalbelegung
- Signalstärke
- Access-Point-Position
- Anzahl der Clients
Merksatz:
WLAN überträgt Bits per Funk.
Codierung
Codierung bedeutet:
Bits werden nach einer festgelegten Regel als Signale dargestellt.
Vereinfacht:
Bit 0 = bestimmter Signalzustand
Bit 1 = anderer Signalzustand
In echten Netzwerken sind die Verfahren komplexer.
Für die Prüfung reicht:
Schicht 1 legt fest,
wie Bits physisch übertragen werden.
Merksatz:
Codierung macht Bits auf dem Medium übertragbar.
Modulation
Modulation bedeutet:
Information wird auf ein Signal aufgeprägt.
Besonders wichtig ist Modulation bei Funktechnik.
Eigenschaften eines Signals können verändert werden, zum Beispiel:
- Amplitude
- Frequenz
- Phase
Merksatz:
Modulation = Information auf ein Signal aufprägen.
Taktung und Synchronisation
Sender und Empfänger müssen zeitlich zusammenpassen.
Der Empfänger muss erkennen:
Wann beginnt ein Bit?
Wann endet ein Bit?
Wann soll das Signal ausgewertet werden?
Dazu dienen:
- Taktung
- Synchronisation
Merksatz:
Synchronisation sorgt dafür,
dass Sender und Empfänger die Bitfolge gleich verstehen.
Bitrate und Baudrate
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| Bitrate | übertragene Bits pro Sekunde |
| Baudrate | übertragene Symbole pro Sekunde |
Wichtig:
Bitrate und Baudrate sind nicht immer dasselbe.
Ein Symbol kann je nach Verfahren ein oder mehrere Bits darstellen.
Merksatz:
Bitrate = Bits pro Sekunde.
Baudrate = Symbole pro Sekunde.
Bandbreite, Durchsatz und Latenz
Diese Begriffe werden oft verwechselt.
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| Bandbreite | theoretische oder mögliche Übertragungskapazität |
| Durchsatz | tatsächlich erreichte Datenrate |
| Latenz | Verzögerungszeit |
| Jitter | Schwankung der Verzögerung |
Prüfungsfalle:
Bandbreite ist nicht automatisch Durchsatz.
Merksätze:
Bandbreite = möglich.
Durchsatz = tatsächlich erreicht.
Latenz = Verzögerung.
Jitter = schwankende Verzögerung.
Dämpfung und Signalqualität
Dämpfung bedeutet:
Ein Signal wird schwächer.
Signalqualität beschreibt:
wie gut ein Signal beim Empfänger ankommt.
Typische Ursachen schlechter Signalqualität:
- zu lange Strecke
- defektes Kabel
- schlechte Steckverbindung
- Störungen
- Rauschen
- Verschmutzung bei LWL
- falsches SFP-Modul
- schwaches WLAN-Signal
Merksatz:
Dämpfung = Signalverlust.
SNR
SNR steht für:
Signal-to-Noise Ratio
Auf Deutsch:
Signal-Rausch-Abstand
Ein hoher SNR-Wert bedeutet:
Das Nutzsignal ist deutlich stärker als das Störsignal.
Ein niedriger SNR-Wert bedeutet:
Das Nutzsignal ist schwerer vom Rauschen zu unterscheiden.
Merksatz:
Hoher SNR = bessere Signalqualität.
Bitfehler und Bitfehlerrate
Ein Bitfehler entsteht, wenn ein Bit falsch erkannt wird.
Beispiel:
gesendet: 1
empfangen: 0
Die Bitfehlerrate beschreibt, wie viele Bits fehlerhaft übertragen werden.
Abkürzung:
BER
BER steht für:
Bit Error Rate
Merksatz:
BER = Anteil fehlerhafter Bits.
Simplex, Halbduplex und Vollduplex
| Modus | Bedeutung | Beispiel |
|---|---|---|
| Simplex | nur eine Richtung | Radio |
| Halbduplex | beide Richtungen, aber abwechselnd | Walkie-Talkie |
| Vollduplex | beide Richtungen gleichzeitig | Telefonat |
Prüfungstauglich:
Simplex = eine Richtung.
Halbduplex = abwechselnd.
Vollduplex = gleichzeitig.
Merksatz:
Vollduplex ist bei modernen Switch-Verbindungen üblich.
Auto-Negotiation
Auto-Negotiation bedeutet:
Zwei Netzwerkgeräte handeln automatisch Verbindungseigenschaften aus.
Dazu gehören zum Beispiel:
- Geschwindigkeit
- Duplexmodus
- unterstützte Betriebsarten
Beispiel:
PC und Switch einigen sich auf 1 Gbit/s Vollduplex.
Wichtig:
Beide Seiten müssen die Betriebsart unterstützen.
Merksatz:
Auto-Negotiation = automatische Aushandlung der Verbindung.
Link und Link-LED
Ein Link ist eine aktive physische Verbindung.
Die Link-LED zeigt häufig an, ob eine Verbindung erkannt wurde.
Typische Bedeutung:
| Anzeige | Bedeutung |
|---|---|
| LED aus | kein Link |
| LED an | Link vorhanden |
| LED blinkt | Aktivität |
| andere Farbe | oft andere Geschwindigkeit |
Wichtig:
Link vorhanden bedeutet nicht automatisch,
dass IP oder DNS funktionieren.
Merksatz:
Link = physische Verbindung,
nicht vollständige Netzwerkfunktion.
Hub
Ein Hub ist ein altes Schicht-1-Gerät.
Ein Hub arbeitet so:
Signal kommt an einem Port an.
Hub verteilt das Signal an alle anderen Ports.
Ein Hub prüft nicht:
- MAC-Adresse
- IP-Adresse
- VLAN
- TCP-Port
- Anwendung
Merksatz:
Hub = Schicht 1,
verteilt Signale an alle Ports.
Repeater
Ein Repeater arbeitet auf Schicht 1.
Aufgabe:
Signal aufnehmen,
neu aufbereiten,
weitergeben.
Ein Repeater hilft gegen Signalabschwächung.
Er trifft aber keine logischen Weiterleitungsentscheidungen.
Merksatz:
Repeater = Signal regenerieren.
Medienkonverter
Ein Medienkonverter verbindet unterschiedliche Übertragungsmedien.
Typisches Beispiel:
Kupfer Ethernet
↔
Glasfaser Ethernet
Er wandelt zum Beispiel:
elektrisches Signal
↔
optisches Signal
Wichtig:
Ein Medienkonverter ändert normalerweise keine IP-Adresse.
Merksatz:
Medienkonverter = Medium wandeln,
nicht IP-Adresse ändern.
SFP-Modul
SFP steht für:
Small Form-factor Pluggable
Ein SFP-Modul ist ein steckbares Netzwerkmodul.
Es stellt eine physische Schnittstelle bereit.
Beispiele:
- Multimode-LWL
- Singlemode-LWL
- RJ45-Kupfer
- DAC
- AOC
Merksatz:
SFP = steckbare physische Netzwerkschnittstelle.
SFP-Port und SFP-Modul
Nicht verwechseln:
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| SFP-Port | Steckplatz am Gerät |
| SFP-Modul | eingesteckte physische Schnittstelle |
Prüfungsfalle:
Ein SFP-Port allein ist noch keine Glasfaserverbindung.
Merksatz:
SFP-Port = Steckplatz.
SFP-Modul = Schnittstelle.
Kollisionen
Eine Kollision entsteht, wenn mehrere Geräte gleichzeitig auf einem gemeinsamen Medium senden.
Das war besonders relevant bei:
- Koaxial-Ethernet
- Hubs
- Halbduplex-Ethernet
Bei modernen Switch-Verbindungen mit Vollduplex spielen klassische Kollisionen praktisch keine Rolle mehr.
Merksatz:
Kollision = gleichzeitiges Senden auf gemeinsamem Medium.
Kollisionsdomäne
Eine Kollisionsdomäne ist ein Bereich, in dem Kollisionen auftreten können.
Bei einem Hub:
alle Ports in einer gemeinsamen Kollisionsdomäne
Bei einem Switch:
normalerweise jeder Port eigene Kollisionsdomäne
Merksatz:
Hub = eine Kollisionsdomäne.
Switch = getrennte Kollisionsbereiche pro Port.
CSMA/CD und CSMA/CA
| Verfahren | Bedeutung | Einsatz |
|---|---|---|
| CSMA/CD | Collision Detection | älteres kabelgebundenes Ethernet |
| CSMA/CA | Collision Avoidance | WLAN |
CSMA/CD bedeutet:
Kollisionserkennung
CSMA/CA bedeutet:
Kollisionsvermeidung
Merksatz:
CD = Detection.
CA = Avoidance.
Typische Schicht-1-Geräte und Komponenten
| Gerät / Komponente | Schicht-1-Bezug |
|---|---|
| Netzwerkkarte | sendet und empfängt Signale |
| Hub | verteilt Signale |
| Repeater | regeneriert Signale |
| Medienkonverter | wandelt Übertragungsmedium |
| SFP-Modul | stellt physische Schnittstelle bereit |
| Kabel | physisches Medium |
| Stecker | physische Verbindung |
| Antenne | Funkübertragung |
| Access Point | Funk auf Schicht 1, WLAN-Zugriff auf Schicht 2 |
| Switch-Port | physischer Anschluss auf Schicht 1 |
Wichtig:
Ein Gerät kann mehrere Schichten betreffen.
Die betrachtete Funktion entscheidet über die Schicht.
Gerätezuordnung für die Prüfung
| Gerät | typische Hauptschicht |
|---|---|
| Hub | Schicht 1 |
| Repeater | Schicht 1 |
| Medienkonverter | Schicht 1 |
| Switch | Schicht 2 |
| Bridge | Schicht 2 |
| Router | Schicht 3 |
| Layer-3-Switch | Schicht 2 und 3 |
| Firewall | je nach Funktion Schicht 3, 4 oder 7 |
| Access Point | Schicht 1 und 2 |
Merksatz:
Hub = Schicht 1.
Switch = Schicht 2.
Router = Schicht 3.
Was Schicht 1 nicht macht
Schicht 1 macht nicht:
- MAC-Adressen auswerten
- Ethernet-Frames gezielt weiterleiten
- VLANs trennen
- IP-Adressen verwalten
- Routing durchführen
- TCP- oder UDP-Ports auswerten
- DNS-Namen auflösen
- Webseiten bereitstellen
- Benutzer authentifizieren
Merksatz:
Schicht 1 kennt keine logischen Adressen und keine Dienste.
Typische Schicht-1-Fehler
Typische Fehler:
- kein Link
- Link flapping
- Kabel defekt
- Stecker beschädigt
- falsches SFP-Modul
- TX/RX bei LWL vertauscht
- WLAN-Signal zu schwach
- falsche Geschwindigkeit
- Duplex-Mismatch
- zu hohe Dämpfung
- schlechte Signalqualität
- Stromversorgung fehlt
Merksatz:
Schicht-1-Fehler sind physische Verbindungsfehler.
Fehlerbild: Kein Link
Kein Link bedeutet:
keine aktive physische Verbindung.
Mögliche Ursachen:
- Kabel nicht gesteckt
- falscher Port
- defektes Kabel
- defekter Switch-Port
- Netzwerkkarte deaktiviert
- falsches SFP-Modul
- TX/RX vertauscht
- kein Strom
Merksatz:
Kein Link = zuerst Schicht 1 prüfen.
Fehlerbild: Nur 100 Mbit/s statt 1 Gbit/s
Mögliche Ursachen:
- nur 4 Adern verbunden
- Kabel defekt
- Dose falsch aufgelegt
- Patchfeldproblem
- altes Gerät
- schlechter Port
- schlechte Signalqualität
Wichtig:
1000BASE-T benötigt alle 8 Adern.
Merksatz:
Gigabit über Twisted Pair braucht alle 8 Adern.
Fehlerbild: CRC- oder FCS-Fehler
CRC- und FCS-Fehler werden auf Schicht 2 erkannt.
Die Ursache liegt aber oft auf Schicht 1.
Mögliche Ursachen:
- schlechtes Kabel
- Störungen
- schlechte Steckverbindung
- zu lange Strecke
- Duplex-Probleme
- schlechte Glasfaserstrecke
Merksatz:
Schicht 2 erkennt den Fehler,
Schicht 1 verursacht ihn oft.
Schicht-1-Fehlersuche
Sinnvolle Reihenfolge:
1. Strom prüfen
2. Kabel prüfen
3. Stecker prüfen
4. Link-LED prüfen
5. Port prüfen
6. Geschwindigkeit prüfen
7. Duplex prüfen
8. Fehlerzähler prüfen
9. SFP / LWL prüfen
10. WLAN-Signal prüfen
Danach:
MAC,
VLAN,
IP,
DNS,
Anwendung
Merksatz:
Erst physisch,
dann logisch.
Typische Werkzeuge
| Werkzeug | Einsatz |
|---|---|
| Sichtprüfung | Kabel, Stecker, LEDs prüfen |
| Kabeltester | Adern und Durchgang prüfen |
| Switch-Port-Status | Link, Speed, Duplex, Fehler prüfen |
| Betriebssystemanzeige | Adapterstatus und Link-Speed prüfen |
| WLAN-Analyzer | Signal, Kanal und Störungen prüfen |
| optischer Leistungsmesser | LWL-Signal prüfen |
| LWL-Reinigungswerkzeug | Glasfaserstecker reinigen |
Merksatz:
Gute Fehlersuche kombiniert Prüfen, Messen und Eingrenzen.
Schicht-1-Fehler und höhere Symptome
Schicht-1-Fehler können sich wie höhere Netzwerkprobleme anfühlen.
| Symptom | mögliche Schicht-1-Ursache |
|---|---|
| Webseite langsam | Paketverluste durch schlechte Verbindung |
| VPN bricht ab | Link flapping |
| VoIP klingt schlecht | Jitter durch instabile Verbindung |
| Dateiübertragung langsam | schlechte Signalqualität |
| Server nicht erreichbar | kein Link |
| WLAN langsam | schwaches Signal oder Störungen |
Merksatz:
Probleme oben können unten verursacht werden.
Prüfungswissen: wichtigste Zuordnungen
| Begriff | richtige Einordnung |
|---|---|
| Bit | Schicht 1 |
| Signal | Schicht 1 |
| Link | Schicht 1 |
| Hub | Schicht 1 |
| Repeater | Schicht 1 |
| Medienkonverter | Schicht 1 |
| SFP-Modul | Schicht 1 |
| MAC-Adresse | Schicht 2 |
| Ethernet-Frame | Schicht 2 |
| VLAN | Schicht 2 |
| IP-Adresse | Schicht 3 |
| Routing | Schicht 3 |
| TCP-Port | Schicht 4 |
| DNS | Schicht 7 |
Merksatz:
Signal = Schicht 1.
MAC = Schicht 2.
IP = Schicht 3.
Port = Schicht 4.
Typische IHK-Fragen
In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:
- Welche Aufgabe hat die Bitübertragungsschicht?
- Was wird auf Schicht 1 übertragen?
- Was ist der Unterschied zwischen Bit und Signal?
- Welche Signalarten gibt es?
- Was macht ein Hub?
- Was macht ein Repeater?
- Was macht ein Medienkonverter?
- Was ist ein SFP-Modul?
- Was bedeutet Auto-Negotiation?
- Was bedeutet Simplex, Halbduplex und Vollduplex?
- Was ist eine Kollision?
- Was ist eine Kollisionsdomäne?
- Was bedeutet CSMA/CD?
- Was bedeutet CSMA/CA?
- Welche Fehler gehören zu Schicht 1?
- Warum prüft man bei Netzwerkfehlern zuerst Schicht 1?
Typische Prüfungsfallen
Schicht 1 ist die unterste offizielle OSI-Schicht.
Schicht 1 überträgt Bits,
keine IP-Pakete im fachlichen Sinne.
Bits und Signale sind nicht dasselbe.
Schicht 1 kennt keine MAC-Adressen.
Schicht 1 kennt keine IP-Adressen.
Schicht 1 kennt keine TCP- oder UDP-Ports.
Hub ist Schicht 1.
Switch ist typischerweise Schicht 2.
Router ist typischerweise Schicht 3.
Link vorhanden bedeutet nicht automatisch,
dass IP korrekt ist.
Kein Link ist zuerst ein Schicht-1-Problem.
CRC/FCS-Fehler werden auf Schicht 2 erkannt,
können aber durch Schicht 1 verursacht werden.
Gigabit über Twisted Pair braucht alle 8 Adern.
WLAN ist ein geteiltes Funkmedium.
Auto-Negotiation kann durch Kabelprobleme beeinflusst werden.
Wichtige Begriffe kurz erklärt
| Begriff | Kurze Erklärung |
|---|---|
| Bitübertragungsschicht | OSI-Schicht 1 |
| Bit | kleinste Informationseinheit |
| Signal | physische Darstellung von Information |
| elektrische Signale | Übertragung über Kupfer |
| optische Signale | Übertragung über Licht |
| Funksignale | drahtlose Übertragung |
| Codierung | Darstellung von Bits als Signale |
| Modulation | Information auf ein Signal aufprägen |
| Taktung | zeitliche Einteilung der Übertragung |
| Synchronisation | zeitliche Abstimmung |
| Bitrate | Bits pro Sekunde |
| Baudrate | Symbole pro Sekunde |
| Dämpfung | Signalverlust |
| SNR | Signal-Rausch-Abstand |
| BER | Bitfehlerrate |
| Link | aktive physische Verbindung |
| Auto-Negotiation | automatische Aushandlung |
| Simplex | eine Richtung |
| Halbduplex | abwechselnd |
| Vollduplex | gleichzeitig |
| Hub | Schicht-1-Gerät |
| Repeater | Signalregenerator |
| Medienkonverter | wandelt Übertragungsmedien |
| SFP | steckbares Netzwerkmodul |
IHK-sichere Gesamtformulierung
Die Bitübertragungsschicht ist Schicht 1 des OSI-Modells. Sie ist für die physische Übertragung einzelner Bits über ein Übertragungsmedium zuständig. Bits werden je nach Medium als elektrische, optische oder elektromagnetische Signale übertragen. Zur Schicht 1 gehören Themen wie Signalpegel, Codierung, Modulation, Taktung, Synchronisation, Link, Übertragungsgeschwindigkeit, Duplexmodus, Auto-Negotiation, Hub, Repeater, Medienkonverter und SFP-Module. Schicht 1 kennt keine MAC-Adressen, IP-Adressen oder TCP-/UDP-Ports. Fehler auf Schicht 1 können alle höheren Schichten beeinflussen und sollten bei der Fehlersuche zuerst geprüft werden.
Wichtigste Merksätze
Schicht 1 = Bitübertragungsschicht.
Schicht 1 ist die unterste offizielle OSI-Schicht.
Schicht 1 überträgt Bits als Signale.
Bits sind logisch.
Signale sind physisch.
Kupfer = elektrische Signale.
Glasfaser = optische Signale.
WLAN = Funksignale.
Codierung = Bits als Signale darstellen.
Modulation = Information auf ein Signal aufprägen.
Dämpfung = Signalverlust.
SNR = Signal-Rausch-Abstand.
Bitrate = Bits pro Sekunde.
Baudrate = Symbole pro Sekunde.
Bandbreite ist nicht Durchsatz.
Simplex = eine Richtung.
Halbduplex = abwechselnd.
Vollduplex = gleichzeitig.
Auto-Negotiation = automatische Aushandlung.
Link = aktive physische Verbindung.
Link vorhanden bedeutet nicht automatisch IP korrekt.
Hub = Schicht 1.
Switch = Schicht 2.
Router = Schicht 3.
Medienkonverter = hauptsächlich Schicht 1.
SFP-Modul = physische Schnittstelle.
Schicht 1 kennt keine MAC-Adressen.
Schicht 1 kennt keine IP-Adressen.
Schicht 1 kennt keine Ports.
Kein Link = zuerst Schicht 1 prüfen.
Erst physisch,
dann logisch.
Ohne funktionierende Schicht 1
funktionieren höhere Schichten nicht zuverlässig.