Ohje … dieses Modell, es begleitet mich seit Monaten und es fühlt sich an wie ein Dschungel von theoretischem Wissen.
Es gibt auf dem ersten Blick eigentlich nicht so viel über das Open Systems Interconnection(kurz: OSI)-Modell zu erzählen, doch ist dieses Modell für Netzwerkprotokolle als Schichtenarchitektur schon extrem wichtig und es hängt Rattenschwanzartig mit so vielen komplexen Themen zusammen die in der Ausbildung zum Fachinformatiker wichtig sind, das ich doch schon sehr tief abtauchen kann.
1. Bitübertragungsschicht
Diese Ebene wird auch Physical Layer im englischen genannt, wodurch sich zusammen mit dem deutschen Namen schon erahnen lässt, für was diese Schicht zuständig ist.
Sie ist zuständig für die physische Übertragung von der kleinsten Einheit im Modell, den Bits. Es werden hier Kabel benutzt oder auch Bits über Wireless Lan also über Antenne übertragen.
Dieser Layer kommt mit dem Ethernet Protokoll aber auch mit dem RS-232 und dem IEEE802.11 Protokoll in Berührung.
2. Sicherungsschicht
Die Sicherungsschicht ist auch als Data-Link-Layer im englischen bekannt und beide Begriffe sowohl der deutsche als auch der englische, ergänzen sich zur Erklärung ganz gut.
Auf dieser Ebene wird geklärt wie der vollständige Datenpaket, in dieser Ebene „Frame“ genannt, vollständig und fehlerfrei beim korrekten Empfänger ankommen um dies zu gewährleisten werden dem Frame physikalische Adressen mitgegeben. Die Schicht ist in zwei Unterschichten geteilt, einmal die MAC-Schicht und einmal die LLC Schicht.
Brigde und Switche arbeiten als Hardwaregeräte in dieser Schicht, sowie auch Wireless Access Points.
Protokolle wie CSMA/CD aber auch ARP arbeiten in Schicht zwei.
2a – MAC-Schicht
Diese Schicht, auch Media Access Control(MAC)-Schicht genannt, vergibt eine Hardware-Adresse(MAC-adresse), durch das Protokoll IEEE802.1 und das völlig nebensächlich von der Übertragungsform Wlan(IEEE802.11) Ethernet (IEEE802.3) oder Bluetooth (IEEE 802.15).
Jede MAC-Adresse ist vom Hersteller konfiguriert und lässt sich vom Anwender nicht ändern In jedem Frame (Datenpaket) befinden sich die MAC-Adressen von Sender (Quelle) und Empfänger (Ziel).
Wenn der Frame am (vermeintlichen) Ziel angekommen ist, vergleicht die Empfangseinheit der empfangenden Station die MAC-Zieladresse mit der eigenen MAC-Adresse.
2b – LLC-Schicht
Die Logical-Link-Control-Schicht arbeitet eng mit der MAC-Schicht zusammen, sie ist hauptsächlich für die Steuerung und Verwaltung der Datenübertragung zwischen verschiedenen Netzwerkgeräten verantwortlich.
3. Vermittlungsschicht
In der dritten Schicht hilft uns die englische Übersetzung wieder weiter, weil Sie uns mit „Network-layer“ zusätzliche Anhaltspunkte auf den Tätigkeitsbereich gibt.
Es wird auf dieser Schicht möglich gemacht das Daten über Netzwerkgrenzen zum korrekten Empfänger kommen, das heißt ab der Schicht drei können Daten dein Heimnetzwerk verlassen und mit anderen kommunizieren.
Wenn man von den übermittelten Daten spricht, spricht man in dieser Schicht von Paketen, diese enthalten neben den Daten aus der Schicht ein und zwei auch noch logische Adressen.
Waren es in der zweiten Schicht nicht noch physische Adressen? Ja genau aber zu diesen gesellen sich jetzt die logischen Adressen, diese werden durch das IP-Protokoll erzeugt und sind dir bestimmt schon bekannt unter dem Namen „IP-Adressen“.
IP-Adressen
IP-Adressen sind die Adressen die das logische Ziel ausweisen, davon gibt es eine „alte“ Version, das ist die IPv4, da diese aber mit Ihren knapp 4 Milliarden Stück nicht ausreichend sind gibt es eine neue Version die seit einigen Jahren nach und nach ausgerollt wird, die IPv6.
4. Transportschicht
Jetzt haben für ja schon eine ganz schön große Menge Daten bis hier hin angesammelt, diese vierte Schicht sorgt jetzt dafür das diese große Menge an Daten vollständig und wenn nötig in korrekter Reihenfolge beim richtigen Bereich(Dienst) des angesprochen Systems(Empfängers) ankommt und das ganze durch Ports von Ende-zu-Ende-verschlüsselt ist.
Ports
Ports sind je nach dem was du ansprechen möchtest, die Tür zum entsprechenden Dienst. Port 80 spricht Http an, auch wenn http erst in Layer 5,6 und 7 zu finden ist (SPOILER😅), ohne dem du das hier gar nicht lesen könntest, wobei ich meinen Blog auf https laufen lasse, das wäre der Port 443 und selbst wenn du versuchst meine Seite über Http zu öffnen wird es immer eine Umleitung auf das Https Protokoll geben, weil es einfach sicherer ist. Es gibt aber viele wichtige Ports die man sich merken sollte gerade einige die unter den Well-Known-Ports(die ersten 1024) befinden.
TCP vs. UDP
Diese Schicht teilt sich jetzt wie Schicht 2 in zwei Bereiche, einmal in den Bereich TCP und dann in den Bereich UDP, sofern man von den versendeten Datenmengen innerhalb von TCP spricht, spricht man von Segmenten. Wenn man von Datenmengen innerhalb der UDP-Schicht spricht, dann spricht man von Datagrammen.
Meiner Kenntnis nach benutzt man UDP wenn man schnell Daten von A nach B verschicken muss und es dabei „nicht ganz so wichtig“ ist ob mal ein paar Datagramme unvollständig oder nicht in der richtigen Reihenfolge ankommen, z.b. beim Telefonieren über VoIP oder beim Streamen von Datenpaketen(Datagrammen).
In den anderen Fällen weicht man ehr auf das TCP-Protokoll aus und leitet dadurch die Datenmengen(Segmente) vollständig und in korrekter Reihenfolge zum richtigen Dienst des Empfängers.
5. Sitzungsschicht
Die fünfte Schicht, auch Sessionlayer genannt, ist nicht die Sitzung die du kennst wenn du eine Internetseite für eine Zeit lang besuchst. Diese Sitzungsschicht regelt die dauerhafte Kommunikation von Netzwerkteilnehmern aus unterschiedlichen Anfragen und Antworten zb Wenn der Warenkorb die Daten enthält die du vorher im Shop ausgewählt hast, mit der Anzahl und der Größe. Die Schicht ist für mich persönlich die abstrakteste Schicht und am schwierigsten zu visualisieren.
Es wird, neben den Protokollen die auch die Schicht 7 betreffen, das Protokoll RPC hier auf der Schicht ausgeführt, dass das Client-Server-Modell integriert und Aufgaben von Programmen erledigt, die in Clients und Server unterteilt werden.
6. Darstellungsschicht
Der Presentationlayer sorgt dafür das die Daten eine Syntax bekommen oder ein Encoding erhalten, sofern eines benötigt wird oder eine Verschlüsselung der Daten stattfindet oder auch diese komprimiert werden, sollte dies nötig sein. Ja, seit der Schicht 5, heißen die Datenmengen im übrigen einfach nur noch Daten, das bleibt auch bei Schicht 7 der Fall.
ASN.1 ist auf dieser Schicht zusammen mit den Protokollen von Schicht 7(die auch teilweise auf Schicht 6 und 5 wirken) genauso wie die Hardware die auf diese Schicht arbeitet.
ASN.1
Angenommen, wir haben ein Netzwerkprotokoll für den Austausch von Benutzerinformationen zwischen einem Server und einem Client. Die Informationen könnten den Benutzernamen, die E-Mail-Adresse und das Geburtsdatum eines Benutzers enthalten. Diese Informationen müssen in einer standardisierten Weise übertragen werden, unabhängig von den spezifischen Datenformaten auf Server- und Clientseite.
Hier kommt ASN.1 ins Spiel. Mit ASN.1 können wir die Struktur dieser Informationen definieren:
UserInformation ::= SEQUENCE {
username UTF8String,
email IA5String,
birthdate GeneralizedTime
}
In diesem Beispiel wird festgelegt welche Benutzerinformationen zu welche Datentyp passen vom Protokoll ASN.1
7. Anwendungsschicht
Der Applikationlayer hat nun alle Daten der unteren Schichten und sorgt dafür das die Semantik der Daten hinzukommt, also ist 39104 eine Postleitzahl oder eine Telefonnummer oder der Umfang in Millimeter von meinem rechten Bein und ob diese Daten anwendungsspezifische Daten und Befehle ein und ausgegeben werden.
Die wichtigsten Protokolle die ich hier nennen kann sind HTTP, FTP, SMTP, POP3-Protokolle. Die Hardware die hier aber auch in der Schicht 5 und 6 genutzt wird sind Gateway(dein Router), Loadbalancer, Proxy und Firewall.
Über den Autor