Was ist das OSI-Modell?

Das Open Systems Interconnection (OSI)-Modell ist ein konzeptionelles Framework, das festlegt, wie Netzwerke miteinander kommunizieren und Daten von einem Sender zu einem Empfänger senden. Das Modell wird dazu genutzt, jede Komponente in der Datenkommunikation genau zu beschreiben, sodass Regeln und Standards definiert werden können, wie Anwendungen und Netzwerkinfrastruktur aussehen sollten. Das OSI-Modell enthält sieben Schichten, die konzeptionell von unten nach oben aufeinander „gestapelt“ sind. Die OSI-Modell-Schichten bestehen aus: Bitübertragung, Sicherung, Vermittlung, Transport, Sitzung, Darstellung und Anwendung.

Wenn die Kommunikation in einem Netzwerk standardisiert ist (und das gilt auch die Kommunikation mit externen Netzwerken wie die Cloud Internet), erleichtert das die Kommunikation unabhängig davon, wohin Daten gesendet werden oder wer sie empfängt. Mithilfe des OSI-Modells können Hersteller ihre eigenen Protokolle und Geräte produzieren, ohne dass sie die Interkonnektivität mit anderen Herstellern verlieren.

Ein weiterer Vorteil des OSI-Modells ist eine erleichterte Fehlerbehebung. Wenn eine Netzwerkkomponente ausfällt oder eine Anwendung nicht mit dem Netzwerk kommuniziert, hilft das OSI-Modell den Administratoren, den Fehler auf eine der Schichten zurückzuführen und damit letztendlich zu identifizieren, welche Komponente genau ausgefallen ist. Die Standardisierung moderner Technologie erleichtert das Bauen, Herstellen, Reparieren und Designen neuer Technologie in der Zukunft.

OSI besteht aus mehreren Schichten. Jede Schicht übt eine spezielle Funktion aus und kommuniziert/arbeitet mit der jeweils darüber- und darunterliegenden Schicht. Das OSI-Modell ist konzeptionell, aber sein Design ermöglicht sowohl physische als auch virtuelle Kommunikation in einem Netzwerk. Wir beginnen mit der siebten Schicht, der obersten Schicht auf dem Stapel.

7. Schicht – Anwendungsschicht

Die siebte Schicht kennen die meisten Menschen, weil sie direkt mit dem Nutzer kommuniziert. Eine Anwendung, die auf einem Gerät läuft, mag vielleicht mit anderen OSI-Schichten kommunizieren; die Benutzeroberfläche jedoch läuft auf der siebten Schicht. Ein E-Mail-Client, der Nachrichten zwischen einem Anwender und einem Server überträgt, befindet sich beispielsweise auf der siebten Schicht. Wenn eine Nachricht in der Client-Software ankommt, ist es die Anwendungsschicht, die sie dem Nutzer anzeigt. Anwendungsprotokolle für diese Schicht sind etwa SMTP (Simple Mail Transfer Protokoll) und HTTP, das Protokoll für die Kommunikation zwischen Browsern und Webservern.

6. Schicht – Darstellungsschicht

Wir haben bereits erwähnt, dass die Anwendungsschicht dem Nutzer Informationen anzeigt, aber die Darstellungsschicht des OSI-Modells bereitet die Daten so auf, dass sie dem Nutzer überhaupt erst angezeigt werden können. Es ist üblich, dass zwei verschiedene Anwendungen die gleiche Kodierung verwenden. Die Kommunikation mit einem Webserver über HTTPS nutzt zum Beispiel verschlüsselte Informationen. Die Darstellungsschicht ist dabei für das Ver- und Entschlüsseln der Informationen verantwortlich, sodass sie dem Nutzer in einfacher Textform angezeigt werden können. Die Darstellungsschicht übernimmt außerdem die Komprimierung und Dekomprimierung von Daten, während sie von einem Gerät zum nächsten wandern.

5. Schicht – Sitzungsschicht

Um zwischen zwei Geräten zu kommunizieren, muss eine Anwendung zuerst eine Sitzung (Session) herstellen. Eine Sitzung ist für jeden Nutzer einzigartig und identifiziert ihn eindeutig auf dem Remote-Server. Die Session muss so lange offen bleiben, wie Daten übertragen werden, aber danach muss sie sich schließen. Wenn große Volumen an Daten übertragen werden, ist es die Aufgabe der Sitzung, den erfolgreichen Tranfer der Daten sicherzustellen und eine erneute Übertragung einzuleiten, sollten die Daten unvollständig sein. Wenn zum Beispiel 10MB Daten übertragen werden und nur 5 MB ankommen, sorgt die Sitzungsschicht dafür, dass nur die fehlenden 5 MB erneut übertragen werden. Diese Art des Transfers macht die Kommunikation in einem Netzwerk effizienter, statt Ressourcen auf das erneute Übertragen der gesamten Datei zu verschwenden.

4. Schicht – Transportschicht

Die Transportschicht ist dafür zuständig, Daten in kleinere Einheiten zu zerlegen. Wenn Daten innerhalb eines Netzwerks übertragen werden, werden sie nicht als ein Gesamtpaket versendet. Um die Übertragung effizienter und schneller zu machen, bricht die Transportschicht die Daten stattdessen in kleinere Bestandteile auf. Diese kleineren Teile enthalten Header-Informationen, sodass sie am Zielgerät wieder zusammengesetzt werden können. Segmentierte Daten besitzen außerdem eine Fehlerkontrolle, um der Sitzungsschicht mitzuteilen, ob sie eine erneute Verbindung herstellen muss, falls einzelne Packets fallen gelassen wurden oder unvollständig am Zielempfänger angekommen sind.

3. Schicht – Vermittlungsschicht

Die Vermittlungsschicht zerlegt Daten auf dem Sendergerät in kleinere Einheiten und setzt sie auf dem Empfängergerät wieder zusammen, wenn die Übertragung zwischen zwei verschiedenen Netzwerken stattfindet. Bei der Kommunikation innerhalb eines Netzwerks ist die Vermittlungsschicht überflüssig, aber die meisten Nutzer verbinden sich mit mehreren Netzwerken, etwa mit einer Cloud. In dem Fall bewegen sich Daten zwischen verschiedenen Netzwerken, und dann übernimmt die Vermittlungsschicht die Aufgabe, kleine Daten-Packets zu erstellen, die zu ihrem Ziel geroutet und auf dem Empfängergerät dann erneut zusammengesetzt werden können.

2. Schicht – Sicherungsschicht

Während die Vermittlungsschicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerken ermöglicht, überträgt die Sicherungsschicht Daten innerhalb des gleichen Netzwerks. Die Sicherungsschicht wandelt Packets, die sie von der Vermittlungsschicht erhält, in Blöcke (Frames) um. Genauso wie die Vermittlungsschicht führt die Sicherungsschicht eine Fehlerkontrolle und weitere Arbeitsprozesse durch, um eine erfolgreiche Übertragung zu gewährleisten.

1. Schicht – Bitübertragungsschicht

Wie der Name schon andeutet, ist die Bitübertragungsschicht für das physische Gerät und die Komponenten zuständig, auf denen der Datentransfer abläuft, wie etwa Kabel und Router, die im Netzwerk installiert sind. Bei dieser Schicht sind Standards unerlässlich. Ohne Standards wäre eine Übetragung zwischen Geräten verschiedener Hersteller unmöglich.

Daten fließen von der siebten bis hinunter zur ersten Schicht auf der Seite des Senders und dann wiederum von der ersten bis zur siebten Schicht auf dem Empfängergerät. Das einfachste Beispiel, anhand sich der Kommunikationsfluss durch das OSI-Modell erklären lässt, ist eine E-Mail-Anwendung.

Wenn ein Sender in einer E-Mail-Anwendung auf „Senden“ klickt, wird die Nachricht mithilfe eines festgelegten Protokolls (STMP für ausgehende Nachrichten) an die Darstellungsschicht gesendet. Die Darstellungsschicht komprimiert die Daten und schickt sie an die Sitzungsschicht, die eine Sitzung zwischen dem Sendergerät und dem Server für ausgehende Nachrichten herstellt.

Die Nachricht geht dann an die Transportschicht, wo sie in kleinere Segmente zerlegt wird, woraufhin die Vermittlungsschicht die Segmente wiederum in kleinere Packets aufteilt. Die Packets werden dann von der Vermittlungsschicht zur Sicherungsschicht geschickt, die sie weiter in Blöcke aufteilt. Diese Blocke landen dann bei der Bitübertragungsschicht, wo sie in Bitübertragungsströme aus Einsen und Nullen umgewandelt und über ein Übertragungsmedium wie ein WLAN oder ein Kabel übertragen werden.

Wenn die Nachricht den Empfänger erreicht, läuft der Prozess in umgekehrter Reihenfolge nochmals ab. Daten werden von der Bitübertragungsschicht zur Anwendungsschicht geschickt, im Zuge dessen die Daten von den Einsen und Nullen der Bitübertragungsströme zu einer Nachricht umgewandelt werden, die im Postfach des Empfängers zum Abruf bereit steht. Wenn dieser nun eine Antwort an den Sender verfasst und abschickt, wiederholt sich der gesamte Prozesse, und die Kommunikation fließt von der siebten hinab zur ersten Schicht und wieder zurück durch das OSI-Modell, wenn sie beim Empfängergerät ankommt.