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OSI-Modell

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Das OSI-Modell (engl. Open Systems Interconnection Reference Model) ist ein offenes Schichtenmodell, das seit 1979 entwickelt und standardisiert wurde. Das OSI-Modell ist die Grundlage für eine Reihe von herstellerunabhängigen Netzwerkprotokollen, die in der öffentlichen Kommunikationstechnik im Transportnetz fast ausschließlich eingesetzt werden.

Es untergliedert die verschiedenen Anwendungsbereiche der Netzwerkkommunikation in sieben Schichten. Jede der Schichten ist so konzipiert, dass sie die Aufgaben, die ihr zugeordnet sind, unabhängig von den anderen Schichten ausführen kann.

Ein Netzwerk stellt seinen Benutzern Dienste bereit. Im einfachsten Fall überträgt es Daten von A nach B. Hierzu müssen jedoch tatsächlich eine Vielzahl von Aufgaben bewältigt werden. Die Probleme, die dabei gelöst werden müssen, reichen von Fragen der elektronischen Übertragung der Signale über eine geregelte Reihenfolge in der Kommunikation bis hin zu abstrakteren Aufgaben, die sich innerhalb der kommunizierenden Anwendungen ergeben. Die Vielzahl dieser Probleme und Aufgaben lässt es sinnvoll erscheinen, das Netz nicht als einen einzigen Dienstleister zu betrachten, sondern seine Dienste ganz bestimmten Kategorien zuzuordnen. Als besonders geeignet hat sich die Aufteilung in Schichten erwiesen.

Die 7 Ebenen

Im OSI-Modell nimmt der Abstraktionsgrad der Funktionen von Schicht zu Schicht zu. Die Daten werden physisch von einer Schicht zur nächsten weitergereicht, das heißt die Kommunikation erfolgt in vertikaler Richtung. Auf der Senderseite läuft die Kommunikation von oben nach unten und auf der Empfängerseite von unten nach oben. Logisch gesehen erfolgt die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger jedoch horizontal in jeder Schicht. Nur bei gleichen Protokollen in einer Schicht ist eine Kommunikation möglich.

Die 7 Schichten kann man sich gut mit dem Merkspruch "All people seem to need data processing" einprägen (alternativ, von unten nach oben: "Please do not throw salami pizza away" / Deutsche Alternative: "Alle Priester saufen Tequila nach der Predigt"), wobei die Anfangsbuchstaben jeweils für die englische Bezeichnung stehen:

Oder aber für die deutschen Bezeichnungen: Alle durstigen Sizilianer trinken viel schäumendes Bier.


Das OSI-Modell im Überblick (im Vergleich dazu das TCP/IP-Referenzmodell):

OSI-Schicht Englisch Einordnung Protokollbeispiel TCP/IP-Schicht Einordnung Protokollbeispiel
7 Anwendung Application Anwendungs-
orientiert 		FTAM Anwendung Ende zu
Ende
(Multihop) 		HTTP
6 Darstellung Presentation
5 Sitzung Session ISO 8326
4 Transport Transport Transport-
orientiert 		ISO 8072 Transport TCP
3 Netzwerk/Vermittlung Network CLNP Internet Punkt zu
Punkt 		IP
2 Sicherung Data Link HDLC Host to
Host 		Ethernet
1 Bitübertragung Physical X.21



Schicht 7 Anwendungsschicht

(engl. application layer, auch: Verarbeitungsschicht, Anwenderebene) Die Anwendungsschicht ist die oberste der sieben hierarchischen Schichten. Sie stellt den Anwendungen eine Vielzahl an Funktionalitäten zur Verfügung (zum Beispiel Datenübertragung, E-Mail, Virtual Terminal beziehungsweise Remote login etc.).

Schicht 6 Darstellungsschicht

(engl. presentation layer, auch: Datendarstellungsschicht, Datenbereitstellungsebene) Die Darstellungsschicht setzt die systemabhängige Darstellung der Daten (zum Beispiel ASCII, EBCDIC) in eine unabhängige Form um und ermöglicht somit den syntaktisch korrekten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen. Auch Aufgaben wie die Datenkompression und die Verschlüsselung gehören zur Schicht 6.

Schicht 5 Sitzungsschicht

(engl. session layer, auch: Kommunikationssteuerungsschicht, Steuerung logischer Verbindungen, Sitzungsebene) Um Zusammenbrüche der Sitzung und ähnliche Probleme zu beheben, stellt die Sitzungsschicht Dienste für einen organisierten und synchronisierten Datenaustausch zur Verfügung. Zu diesem Zweck werden Wiederaufsetzpunkte, so genannte Token eingeführt, an denen die Sitzung nach einem Ausfall einer Transportverbindung wieder synchronisiert werden kann, ohne dass die Übertragung wieder von vorne beginnen muss.

Schicht 4 Transportschicht

(engl. transport layer, auch: Ende-zu-Ende-Kontrolle, Transport-Kontrolle) Zu den Aufgaben der Transportschicht zählt die Segmentierung von Datenpaketen und die Stauvermeidung (engl. congestion control). Die Transportschicht ist die unterste Schicht, die eine vollständige Ende-zu-Ende Kommunikation zwischen Sender und Empfänger zur Verfügung stellt. Sie bietet den anwendungsorientierten Schichten 5-7 einen einheitlichen Zugriff, so dass diese die Eigenschaften des Kommunikationsnetzes nicht zu berücksichtigen brauchen. Fünf verschiedene Dienstklassen unterschiedlicher Güte sind in Schicht 4 definiert und können von den oberen Schichten benutzt werden, vom einfachsten bis zum komfortabelsten Dienst mit Multiplexmechanismen, Fehlersicherungs- und Fehlerbehebungsverfahren.

Schicht 3 Netzwerkschicht

(engl. network layer, auch: Vermittlungsschicht, Paketebene) Die Netzwerkschicht sorgt bei verbindungsorientierten Diensten für das Schalten von Verbindung und bei paketorientierten Diensten für die Weitervermittlung von Datenpaketen. Die Datenübertragung geht in beiden Fällen jeweils über das gesamte Kommunikationsnetz hinweg und schließt die Wegesuche (Routing) zwischen den Netzknoten mit ein. Da nicht immer eine direkte Kommunikation zwischen Absender und Ziel möglich ist, müssen Pakete von Knoten, die auf dem Weg liegen, weitergeleitet werden. Weitervermittelte Pakete gelangen nicht in die höheren Schichten, sondern werden mit einem neuen Zwischenziel versehen und an den nächsten Knoten gesendet. Zu den Aufgaben der Netzwerkschicht zählt der Aufbau und die Aktualisierung von Routingtabellen, sowie die Flusskontrolle. Auch die Netzwerkadressen gehören zu dieser Schicht. Da ein Kommunikationsnetz aus mehreren Teilnetzen unterschiedlicher Technologien bestehen kann, sind in dieser Schicht auch die Umsetzungsfunktionen angesiedelt, die für eine Weiterleitung zwischen den Teilnetzen notwendig sind.

Schicht 2 Sicherungsschicht

(engl. data link layer, auch: Verbindungssicherungsschicht, Verbindungsebene, Prozedurebene) Aufgabe der Sicherungsschicht ist es, eine sichere, das heißt weitgehend fehlerfreie Übertragung zu gewährleisten und den Zugriff auf das Übertragungsmedium zu regeln. Dazu dient das Aufteilen des Bitdatenstromes in Blöcke und das Hinzufügen von Folgenummern und Prüfsummen. Durch Fehler verfälschte oder verlorengegangene Blöcke können vom Empfänger durch Quittungs- und Wiederholungsmechanismen erneut angefordert werden. Die Blöcke werden auch als Frames oder Rahmen bezeichnet. Eine so genannte Flusskontrolle macht es möglich, dass ein Empfänger dynamisch steuert, mit welcher Geschwindigkeit die Gegenseite Blöcke senden darf. Die amerikanische Ingenieursorganisation IEEE sah die Notwendigkeit, auch den konkurrierenden Zugriff auf ein Übertragungsmedium zu regeln, was im OSI-Modell nicht vorgesehen ist. Sie teilte die Sicherungsschicht in zwei Subschichten auf: die LLC-Schicht (logical link control) und die Mediumzugriffsschicht (medium access control layer, MAC-Layer). Die Mediumzugriffsschicht bietet einen einfachen verbindungslosen Dienst und regelt konkurrierende Zugriffe mehrerer Stationen auf ein gemeinsames Übertragungsmedium wie zum Beispiel auf einen Bus und behandelt ggf. aufgetretene Kollisionen. Die LLC-Schicht bietet verbindungslose und auch verbindungsorientierte Dienste mit und ohne Quittungsverfahren.

Schicht 1 Physische Schicht

(engl. physical layer, auch: Bitübertragungsschicht, physische Ebene) Die Physische Schicht ist die niedrigste Schicht. Die Festlegungen für Schicht 1 umfassen vor allem die mechanischen (Steckverbinder, etc.), elektrischen (Pegel, Pulsform, etc.) beziehungsweise optischen (Wellenlänge) Eigenschaften des Übertragungsmediums (Kabel, Glasfaser, Funktechnik, etc.)

Allgemeines

Scherzhaft wird des weiteren manchmal eine "Schicht 8" ("OSI Layer 8") erwähnt, mit der der Benutzer gemeint ist.

Das OSI-Referenzmodell wird oft herangezogen, wenn es um das Design von Netzwerkprotokollen und das Verständnis ihrer Funktionen geht. Auf der Basis dieses Modells sind auch Netzwerkprotokolle entwickelt worden, die jedoch fast nur in der öffentlichen Kommunikationstechnik verwendet werden, also von großen Netzbetreibern wie der Deutschen Telekom. Im privaten Geschäftsbereich wird hauptsächlich die Familie der TCP/IP-Protokolle eingesetzt. Das TCP/IP-Referenzmodell ist sehr speziell auf den Zusammenschluss von Netzen (Internetworking) zugeschnitten.

Die nach dem OSI-Referenzmodell entwickelten Netzwerkprotokolle haben mit der TCP/IP-Protokollfamilie gemeinsam, dass es sich um hierarchische Modelle handelt. Es gibt aber wesentliche konzeptionelle Unterschiede: OSI legt die Dienste genau fest, die jede Schicht für die nächsthöhere zu erbringen hat. TCP/IP hat kein derartig strenges Schichtenkonzept wie OSI. Weder sind die Funktionen der Schichten genau festgelegt, noch die Dienste. Es ist erlaubt, dass eine untere Schicht unter Umgehung zwischenliegender Schichten direkt von einer höheren Schicht benutzt wird. TCP/IP ist damit erheblich effizienter als die OSI-Protokolle. Nachteil bei TCP/IP ist, dass es für viele Dienste jeweils ein eigenes Netzwerkprotokoll gibt, während bei OSI ein Protokoll jeweils einen großen Leistungsumfang hat.

Zur Einordnung von Kommunikationsprotokollen in das OSI-Modell siehe auch:

Standardisierung

Das standardisierte Referenzmodell wurde in der ISO entwickelt, wo sich das technische Komitee mit der Bezeichnung "Information Processing Systems" das Ziel gesetzt hatte, informationsverarbeitende Systeme verschiedener Hersteller zu befähigen, zusammenzuarbeiten. Daher kommt die Bezeichnung "Open Systems Interconnection". An der Arbeit nahm auch der Ausschuss "Offene Kommunikationssysteme" des DIN teil, der dann den ISO-Standard auch als deutsche Industrienorm übernahm, wenn auch in der englischen Originalfassung des Textes. Auch ITU-T übernahm ihn, in einer Serie von Standards X.200, X.207, ... sind nicht nur das Referenzmodell, sondern auch die Services und Protokolle der einzelnen Schichten spezifiziert.

Weitere Bezeichnungen für das Modell sind ISO/OSI-Modell, OSI-Referenzmodell, OSI-Schichtenmodell oder 7-Schichten-Modell

Standardisierungsdokumente:

  • ISO 7498-1, textgleich mit DIN ISO 7498, hat den Titel: Information technology - Open Systems Interconnection - Basic Reference Model: The basic model
  • ITU-T X.200, X.207, ...

Siehe auch

Literatur

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