1.3 OSI-Modell

Warum ein Schichtenmodell?

Kommunikation funktioniert nur, wenn sich Systeme auf Schnittstellen, Formate und Abläufe verständigen. Ein Schichtenmodell zerlegt diese Gesamtaufgabe in überschaubare Bereiche. Dadurch lassen sich einzelne Techniken weiterentwickeln oder austauschen, solange ihre Schnittstellen und bereitgestellten Dienste kompatibel bleiben.

OSI steht für Open Systems Interconnection. Das Basic Reference Model ist in ISO/IEC 7498-1 beschrieben. Es dient als gemeinsamer Bezugsrahmen zur Einordnung von Standards und ausdrücklich nicht als detaillierte Implementierungsvorschrift. Offen bedeutet in diesem Zusammenhang, dass Systeme anhand vereinbarter Standards Informationen austauschen können - nicht, dass Software zwingend quelloffen sein muss.

Die sieben OSI-Schichten im Überblick

Transportorientierte und anwendungsorientierte Sicht

Die Schichten 1 bis 4 werden häufig als transportorientiert zusammengefasst: Sie bringen Informationen über Links und Netze bis zum richtigen Prozess im Zielsystem. Die Schichten 5 bis 7 gelten als anwendungsorientiert und beschreiben Sitzungs-, Darstellungs- und Anwendungsfunktionen.

Diese Zweiteilung ist didaktisch nützlich, aber keine harte technische Grenze. Verschlüsselung, Tunnel, Proxys oder moderne Protokolle wie QUIC kombinieren Funktionen, die im OSI-Lernmodell verschiedenen Ebenen zugeordnet werden können.

Kapselung und Entkapselung

Beim Senden reicht eine Anwendung Daten nach unten weiter. Die beteiligten Protokolle ergänzen Steuerinformationen: Ein Transportprotokoll bildet beispielsweise ein TCP-Segment oder UDP-Datagramm, IP kapselt dieses in ein IP-Paket, und die Sicherungsschicht überträgt das Paket innerhalb eines Frames. Die Bitübertragungsschicht setzt den Frame als Signale auf dem Medium um.

Am Ziel läuft der Vorgang in umgekehrter Richtung. Header werden ausgewertet und die Nutzdaten an die nächsthöhere Instanz übergeben. Die Bezeichnungen Daten, Segment beziehungsweise Datagramm, Paket, Frame und Bits helfen dabei, die jeweils betrachtete Protokolldateneinheit auseinanderzuhalten.

Endsysteme und Vermittlungskomponenten

Ein Endsystem verarbeitet für eine normale Anwendung alle benötigten Ebenen. Ein klassischer Layer-2-Switch wertet vor allem Informationen der Sicherungsschicht aus und überträgt Signale über Schicht 1. Ein Router entfernt den eingehenden Link-Layer-Rahmen, verarbeitet das IP-Paket auf Schicht 3 und kapselt es für den nächsten Link in einen neuen Frame.

Gerätebezeichnungen geben nur die Hauptfunktion an. Multilayer-Switches, Firewalls, Load Balancer, VPN-Gateways und Proxys können Informationen aus mehreren Schichten auswerten. Ein teureres Gerät ist deshalb nicht einfach ein Switch, der pauschal „Schicht 3 bis 7 beherrscht“, sondern übernimmt konkret definierte Zusatzfunktionen.

Welche Informationen bleiben Ende-zu-Ende?

Transport- und Anwendungsinformationen sind grundsätzlich für die Endpunkte bestimmt. Router leiten IP-Pakete hop-by-hop weiter und verändern dabei notwendige Felder, beispielsweise den IPv4-TTL- beziehungsweise IPv6-Hop-Limit-Wert. Ethernet-MAC-Adressen und Frame-Prüfsummen gelten nur auf dem jeweiligen Link und werden beim Wechsel auf einen neuen Link ersetzt.

Middleboxes können diese einfache Sicht erweitern: NAT verändert Adress- und oft Portinformationen, Firewalls prüfen Header oder Sitzungszustände, Proxys beenden Anwendungsverbindungen und bauen neue auf. Das OSI-Modell bleibt trotzdem hilfreich, solange klar benannt wird, welche Funktion tatsächlich betrachtet wird.

OSI und TCP/IP sind nicht identisch

Die praktisch eingesetzte Internetarchitektur verwendet üblicherweise die Ebenen Netzzugang beziehungsweise Link, Internet, Transport und Anwendung. RFC 1122 beschreibt Link-, Internet- und Transportschicht; die Anwendungsebene wird zusammen mit RFC 1123 behandelt. Darstellungs- und Sitzungsfunktionen sind in dieser Architektur meist in Anwendungen oder Bibliotheken integriert.

Ethernet umfasst beispielsweise Funktionen aus OSI-Schicht 1 und 2. IEEE 802 unterteilt die Sicherungsschicht zusätzlich in MAC und LLC. ARP liegt funktional an der Grenze zwischen Link- und Internetebene und sollte nicht als unumstrittenes Musterbeispiel genau einer OSI-Schicht auswendig gelernt werden.

Protokolle lassen sich nicht immer exakt einsortieren

Das OSI-Modell bei der Fehlersuche

In der Praxis ist das Modell besonders als strukturierte Prüfreihenfolge nützlich. Die Fehlersuche muss nicht starr unten beginnen, doch jede Beobachtung sollte einer überprüfbaren Funktion zugeordnet werden.

Merksätze richtig verwenden

Der englische Merksatz „Please Do Not Throw Salami Pizza Away“ führt von Schicht 1 bis 7: Physical, Data Link, Network, Transport, Session, Presentation, Application. Von oben nach unten wird häufig „All People Seem To Need Data Processing“ verwendet.

Merksätze helfen bei der Reihenfolge, ersetzen aber nicht das Verständnis der Aufgaben. Für Prüfungen ist wichtiger, anhand einer konkreten Funktion zu begründen, warum sie einer Ebene zugeordnet oder als schichtübergreifend eingeordnet wird.