Das OSI-Referenzmodell

Das Open Systems Interconnection (OSI)-Referenzmodell ist ein Modell, daß auf einem Vorschlag der International Standards Organisation (ISO) basiert. Der Aufbau des OSI-Modells ist in der folgenden Abbildung dargestellt. (Eine ausführliche Abbildung des OSI-Modells ist hier: [OSI-Referenzmodell].)

Das OSI-Referenzmodell.

1. Eine neue Schicht sollte dort entstehen, wo ein neuer Abstraktionsgrad benötigt wird.
2. Jede Schicht sollte eine genau definiert Funktion erfüllen.
3. Bei der Funktionswahl sollte die Definition international genormter Protokolle berücksichtigt werden.
4. Die Grenzen zwischen den einzelnen Schichten sollten so gewählt werden, daß der Informationsfluß über die Schnittstellen möglichst gering ist.
5. Die Anzahl der Schichten sollte so groß sein, daß keine Notwendigkeit besteht, verschiedene Funktionen auf eine Schicht zu packen, aber so klein, daß die gesamte Architektur nicht unhandlich wird.

Den Schichten im OSI-Modell sind die folgenden Aufgaben zugeordnet:

Anwendungsschicht (application layer): Die Anwendungsschicht enthält eine große Zahl häufig benötigter Protokolle, die einzelne Programme zur Erbringung ihrer Dienste definiert haben. Auf der Anwendungsschicht finden sich z.B. die Protokolle für die Dienste ftp, telnet, mail etc.

Darstellungsschicht (presentation layer): Die Darstellungsschicht regelt die Darstellung der Übertragungsdaten in einer von der darüber liegenden Ebene unabhängigen Form. Computersysteme verwenden z.B. oft verschiedene Codierungen für Zeichenketten (z.B. ASCII, Unicode), Zahlen usw. Damit diese Daten zwischen den Systemen ausgetauscht werden können, kodiert die Darstellungsschicht die Daten auf eine standardisierte und vereinbarte Weise.

Sitzungsschicht (session layer): Die Sitzungsschicht (oft auch Verbindungsschicht oder Kommunikationssteuerschicht genannt) ermöglicht den Verbindungsauf- und abbau. Von der Sitzungsschicht wird der Austausch von Nachrichten auf der Transportverbindung geregelt. Sitzungen können z.B. ermöglichen, ob der Transfer gleichzeitig in zwei oder nur eine Richtung erfolgen kann. Kann der Transfer jeweils in nur eine Richtung stattfinden, regelt die Sitzungsschicht, welcher der Kommunikationspartner jeweils an die Reihe kommt.

Transportschicht (transport layer): Die Transportschicht übernimmt den Transport von Nachrichten zwischen den Kommunikationspartnern. Die Transportschicht hat die grundlegende Aufgaben, den Datenfluß zu steuern und die Unverfälschtheit der Daten sicherzustellen. Beispiele für Transportprotokolle sind TCP und UDP.

Netzwerkschicht (network layer): Die Netzwerkschicht (Vermittlungsschicht) hat die Hauptaufgabe eine Verbindung zwischen Knoten im Netzwerk herzustellen. Die Netzwerkschicht soll dabei die übergeordneten Schichten von den Details der Datenübertragung über das Netzwerk befreien. Eine der wichtigsten Aufgaben der Netzwerkschicht ist z.B. die Auswahl von Paketrouten bzw. das Routing vom Absender zum Empfänger. Das Internet Protokoll (IP) ist in der Netzwerkschicht einzuordnen.

Sicherungsschicht (data link layer): Die Aufgabe der Sicherungsschicht (Verbindungsschicht) ist die gesicherte Übertragung von Daten. Vom Sender werden hierzu die Daten in Rahmen (frames) aufgeteilt und sequentiell an den Empfänger gesendet. Vom Empfänger werden die empfangenen Daten durch Bestätigungsrahmen quittiert. Protokollbeispiele für die Sicherungsschicht sind HDLC (high-level data link control), SLIP (serial line IP) und PPP (point-to-point Protokoll).

Bitübertragungsschicht (physical layer): Die Bitübertragungsschicht regelt die Übertragung von Bits über das Übertragungsmedium. Dies betrifft die Übertragungsgeschwindigkeit, die Bit-Codierung, den Anschluß (wieviele Pins hat der Netzanschluß?) etc. Die Festlegungen auf der Bitübertragungsschicht betreffen im wesentlichen die Eigenschaften des Übertragungsmedium.

Im vorhergehenden Abschnitt wurde das OSI-Referenzmodell vorgestellt. In diesem Abschnitt soll nun das Referenzmodell für die TCP/IP-Architektur vorgestellt werden. Das TCP/IP-Referenzmodell - benannt nach den beiden primären Protokollen TCP und IP der Netzarchitektur beruht auf den Vorschlägen, die bei der Fortentwicklung des ARPANETs gemacht wurden. Das TCP/IP-Modell ist zeitlich vor dem OSI-Referenzmodell entstanden, deshalb sind auch die Erfahrungen des TCP/IP-Modells mit in die OSI-Standardisierung eingeflossen. Das TCP/IP-Referenzmodell besteht im Gegensatz zum OSI-Modell aus nur vier Schichten: Application Layer, Transport Layer, Internet Layer, Network Layer. Als Ziele der Architektur wurden bei der Entwicklung definiert:

• Unabhängigkeit von der verwendeten Netzwerk-Technologie.
• Unabhängigkeit von der Architektur der Hostrechner.
• Universelle Verbindungsmöglichkeiten im gesamten Netzwerk.
• Ende-zu-Ende-Quittungen.
• Standardisierte Anwendungsprotokolle.

Vergleich des OSI-Referenzmodells mit dem TCP/IP-Referenzmodell.

Applikationsschicht (application layer): Die Applikationsschicht (auch Verarbeitungsschicht genannt) umfaßt alle höherschichtigen Protokolle des TCP/IP-Modells. Zu den ersten Protokollen der Verarbeitungsschicht zählen TELNET (für virtuelle Terminals), FTP (Dateitransfer) und SMTP (zur Übertragung von E-Mail). Im Laufe der Zeit kamen zu den etablierten Protokollen viele weitere Protokolle wie z.B. DNS (Domain Name Service) und HTTP (Hypertext Transfer Protocol) hinzu.

Transportschicht (transport layer): Wie im OSI-Modell ermöglicht die Transportschicht die Kommunikation zwischen den Quell- und Zielhosts. Im TCP/IP-Referenzmodell wurden auf dieser Schicht zwei Ende-zu-Ende-Protokolle definiert: das Transmission Control Protocol (TCP) und das User Datagram Protocol (UDP). TCP ist ein zuverlässiges verbindungsorientiertes Protokoll, durch das ein Bytestrom fehlerfrei einen anderen Rechner im Internet übermittelt werden kann. UDP ist ein unzuverlässiges verbindungsloses Protokoll, das vorwiegend für Abfragen und Anwendungen in Client/Server-Umgebungen verwendet wird, in denen es in erster Linie nicht um eine sehr genaue, sondern schnelle Datenübermittlung geht (z.B. Übertragung von Sprache und Bildsignalen).

Internetschicht (internet layer): Die Internetschicht im TCP/IP-Modell definiert nur ein Protokoll namens IP (Internet Protocol), das alle am Netzwerk beteiligten Rechner verstehen können. Die Internetschicht hat die Aufgabe IP-Pakete richtig zuzustellen. Dabei spielt das Routing der Pakete eine wichtige Rolle. Das Internet Control Message Protocol (ICMP) ist fester Bestandteil jeder IP-Implementierung und dient zur Übertragung von Diagnose- und Fehlerinformationen für das Internet Protocol.

Netzwerkschicht (network layer): Unterhalb der Internetschicht befindet sich im TCP/IP-Modell eine große Definitionslücke. Das Referenzmodell sagt auf dieser Ebene nicht viel darüber aus, was hier passieren soll. Festgelegt ist lediglich, daß zur Übermittlung von IP-Paketen ein Host über ein bestimmtes Protokoll an ein Netz angeschlossen werden muß. Dieses Protokoll ist im TCP/IP-Modell nicht weiter definiert und weicht von Netz zu Netz und Host zu Host ab. Das TCP/IP-Modell macht an dieser Stelle vielmehr Gebrauch von bereits vorhandenen Protokollen, wie z.B. Ethernet (IEEE 802.3), Serial Line IP (SLIP), etc.