Das ISO/OSI-Modell ist ein konzeptionelles Referenzmodell zur Beschreibung von Netzwerkkommunikation. Die Abkürzung OSI steht für Open Systems Interconnection. Entwickelt wurde das Modell von der International Organization for Standardization (ISO), um die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Systemen, Geräten und Protokollen in standardisierter Form zu strukturieren.

Das Modell unterteilt die Netzwerkkommunikation in sieben aufeinander aufbauende Schichten. Jede Schicht erfüllt klar definierte Aufgaben und stellt der jeweils darüberliegenden Schicht Dienste zur Verfügung. Dadurch wird komplexe Datenkommunikation in überschaubare Funktionsbereiche gegliedert.

Das OSI-Modell wird bis heute vor allem als Lern-, Analyse- und Referenzmodell verwendet. In realen Netzwerken kommt zwar meist das TCP/IP-Modell als praktische Grundlage zum Einsatz, dennoch ist das OSI-Modell für das Verständnis von Netzwerken, Protokollen, Fehleranalyse und Systemarchitekturen von zentraler Bedeutung.

1. Ziel und Zweck des OSI-Modells #

Das OSI-Modell wurde entwickelt, um Netzwerkkommunikation einheitlich zu beschreiben und die Interoperabilität unterschiedlicher Systeme zu verbessern. Vor seiner Einführung nutzten viele Hersteller eigene, nicht kompatible Kommunikationsstandards. Das führte dazu, dass Geräte verschiedener Hersteller häufig nicht problemlos miteinander kommunizieren konnten.

Hauptziele des Modells #

• Standardisierung der Netzwerkkommunikation
• Trennung komplexer Kommunikationsprozesse in einzelne Funktionsschichten
• Förderung der Herstellerunabhängigkeit
• Erleichterung von Entwicklung, Wartung und Fehlerdiagnose
• Verbesserung des Verständnisses von Netzwerkprotokollen und Datenübertragung

Das OSI-Modell beschreibt nicht ein konkretes Protokoll, sondern eine Struktur, in die verschiedene Protokolle und Technologien eingeordnet werden können.

2. Grundprinzip des Schichtenmodells #

Das OSI-Modell basiert auf dem Prinzip, dass jede Schicht eine bestimmte Teilaufgabe innerhalb der Kommunikation übernimmt. Eine Schicht kommuniziert logisch mit der entsprechenden Schicht des Kommunikationspartners, nutzt technisch jedoch die Dienste der darunterliegenden Schicht.

Wesentliche Merkmale #

• Jede Schicht hat klar definierte Aufgaben
• Änderungen in einer Schicht sollen andere Schichten möglichst wenig beeinflussen
• Höhere Schichten arbeiten abstrakter und näher an der Anwendung
• Niedrigere Schichten sind näher an Hardware und physischer Übertragung

Dieses Prinzip wird oft als Kapselung beschrieben: Daten werden auf dem Weg durch die Schichten mit zusätzlichen Steuerinformationen versehen. Auf der Empfängerseite werden diese Informationen wieder schrittweise entfernt.

3. Die sieben Schichten des ISO/OSI-Modells im Überblick #

Von oben nach unten besteht das Modell aus folgenden Schichten:

1. Anwendungsschicht
2. Darstellungsschicht
3. Sitzungsschicht
4. Transportschicht
5. Vermittlungsschicht
6. Sicherungsschicht
7. Bitübertragungsschicht

In englischer Bezeichnung:

1. Application Layer
2. Presentation Layer
3. Session Layer
4. Transport Layer
5. Network Layer
6. Data Link Layer
7. Physical Layer

4. Schicht 7: Anwendungsschicht #

Allgemeine Beschreibung #

Die Anwendungsschicht ist die oberste Schicht des OSI-Modells. Sie stellt Netzwerkdienste für Anwendungen bereit und bildet die Schnittstelle zwischen Benutzerprogrammen und dem Netzwerk.

Wichtig ist, dass diese Schicht nicht die Anwendung selbst ist, sondern die Netzwerkfunktionen bereitstellt, die eine Anwendung benötigt.

Aufgaben #

• Bereitstellung von Netzwerkdiensten für Programme
• Zugriff auf Kommunikationsdienste
• Unterstützung von Dateiübertragung, E-Mail, Webzugriff und Namensauflösung
• Schnittstelle zwischen Software und Netzwerkprotokollen

Typische Protokolle #

• HTTP / HTTPS für Webkommunikation
• FTP für Dateiübertragung
• SMTP für E-Mail-Versand
• POP3 / IMAP für E-Mail-Abruf
• DNS für Namensauflösung
• DHCP zur automatischen IP-Adressvergabe
• SNMP zur Netzwerkverwaltung

Beispiel #

Wenn ein Benutzer eine Webseite aufruft, arbeitet der Browser mit Protokollen wie HTTP oder HTTPS. Diese Dienste werden der Anwendung über die Anwendungsschicht bereitgestellt.

5. Schicht 6: Darstellungsschicht #

Allgemeine Beschreibung #

Die Darstellungsschicht ist für die Aufbereitung und Darstellung von Daten zuständig. Sie sorgt dafür, dass Informationen in einem Format übertragen werden, das Sender und Empfänger gleichermaßen verstehen können.

Aufgaben #

• Datenumwandlung zwischen verschiedenen Formaten
• Zeichencodierung, zum Beispiel ASCII oder Unicode
• Kompression von Daten
• Verschlüsselung und Entschlüsselung
• Syntaxanpassung zwischen unterschiedlichen Systemen

Bedeutung #

Unterschiedliche Computersysteme können Daten intern verschieden speichern oder darstellen. Die Darstellungsschicht stellt sicher, dass diese Unterschiede keine Kommunikationsprobleme verursachen.

Beispiele #

• Umwandlung von Zeichensätzen
• Verschlüsselung bei sicheren Verbindungen
• Komprimierung von Mediendaten oder Dateien

In der Praxis werden diese Funktionen heute oft direkt von Anwendungen oder Protokollen wie TLS übernommen, dennoch bleibt die Darstellungsschicht als konzeptionelle Ebene wichtig.

6. Schicht 5: Sitzungsschicht #

Allgemeine Beschreibung #

Die Sitzungsschicht organisiert und steuert Sitzungen zwischen Kommunikationspartnern. Eine Sitzung ist eine logisch zusammenhängende Kommunikationsbeziehung zwischen zwei Systemen.

Aufgaben #

• Aufbau, Steuerung und Beendigung von Sitzungen
• Synchronisation des Datenaustauschs
• Festlegung von Dialogregeln
• Wiederaufnahme oder Kontrolle unterbrochener Verbindungen

Bedeutung #

Die Sitzungsschicht sorgt dafür, dass Kommunikationsprozesse geordnet ablaufen und bei Bedarf Synchronisationspunkte gesetzt werden können. Das ist vor allem bei längeren oder komplexeren Verbindungen hilfreich.

Beispiele #

• Verwaltung einer Anmeldesitzung
• Steuerung eines Dialogs zwischen Client und Server
• Synchronisation bei längeren Datenübertragungen

Auch diese Funktionen werden in modernen Netzwerken oft durch andere Protokolle oder Anwendungen abgedeckt, bleiben aber im OSI-Modell als eigenständiger Funktionsbereich erhalten.

7. Schicht 4: Transportschicht #

Allgemeine Beschreibung #

Die Transportschicht sorgt für den zuverlässigen oder kontrollierten Ende-zu-Ende-Transport von Daten zwischen zwei Kommunikationspartnern. Sie teilt Daten in Segmente auf und setzt sie am Ziel wieder korrekt zusammen.

Aufgaben #

• Segmentierung von Daten
• Ende-zu-Ende-Kommunikation
• Flusskontrolle
• Fehlerkontrolle
• Sicherstellung der korrekten Reihenfolge
• Multiplexing mehrerer Anwendungen über Ports

Typische Protokolle #

• TCP (Transmission Control Protocol)
• UDP (User Datagram Protocol)

TCP #

TCP ist verbindungsorientiert und zuverlässig. Es stellt sicher, dass Daten vollständig, in korrekter Reihenfolge und fehlerfrei übertragen werden.

Eigenschaften von TCP #

• Verbindungsaufbau vor der Übertragung
• Empfangsbestätigungen
• Neuübertragung verlorener Pakete
• Reihenfolgekontrolle
• Flusskontrolle

UDP #

UDP ist verbindungslos und bietet keine garantierte Zustellung. Es ist einfacher und schneller, wird aber dort eingesetzt, wo geringe Verzögerung wichtiger ist als absolute Zuverlässigkeit.

Typische Anwendungsfälle für UDP #

• Streaming
• VoIP
• DNS-Anfragen
• Online-Gaming

Ports #

Die Transportschicht verwendet Portnummern, um Datenströme bestimmten Anwendungen zuzuordnen.

Beispiele:

• Port 80: HTTP
• Port 443: HTTPS
• Port 25: SMTP
• Port 53: DNS

8. Schicht 3: Vermittlungsschicht #

Allgemeine Beschreibung #

Die Vermittlungsschicht ist für die logische Adressierung und Wegwahl von Datenpaketen zuständig. Sie entscheidet, welchen Weg Daten durch ein Netzwerk oder über mehrere Netzwerke nehmen.

Aufgaben #

• Logische Adressierung
• Routing
• Weiterleitung von Paketen
• Pfadwahl zwischen Netzwerken
• Fragmentierung von Paketen

Typische Protokolle #

• IP (Internet Protocol)
• ICMP
• IPsec
• Routing-Protokolle wie OSPF, RIP, EIGRP oder BGP zur Wegfindung

Adressierung #

Auf dieser Schicht wird mit IP-Adressen gearbeitet. Diese Adressen identifizieren Geräte logisch in einem Netzwerk.

Beispiele:

• IPv4: 192.168.1.10
• IPv6: 2001:db8::1

Geräte auf Schicht 3 #

• Router
• Layer-3-Switches

Beispiel #

Wenn ein Datenpaket von einem lokalen Netzwerk ins Internet gesendet wird, entscheidet die Vermittlungsschicht anhand der Ziel-IP-Adresse, über welchen Router und welchen Pfad die Daten übertragen werden.

9. Schicht 2: Sicherungsschicht #

Allgemeine Beschreibung #

Die Sicherungsschicht sorgt für die zuverlässige Übertragung von Daten zwischen direkt verbundenen Geräten. Sie organisiert den Zugriff auf das Übertragungsmedium und erkennt Übertragungsfehler auf lokaler Ebene.

Aufgaben #

• Bildung von Frames
• Physische Adressierung über MAC-Adressen
• Fehlererkennung
• Medienzugriffskontrolle
• Steuerung des Datenaustauschs innerhalb eines lokalen Netzwerks

Unterteilung #

Die Sicherungsschicht wird häufig in zwei Teilbereiche gegliedert:

LLC (Logical Link Control) #

• Steuerung der logischen Verbindung
• Fehlerkontrolle und Flusssteuerung in bestimmten Standards

MAC (Media Access Control) #

• Regelung des Zugriffs auf das Medium
• Verwendung von MAC-Adressen

Typische Technologien und Protokolle #

• Ethernet
• WLAN nach IEEE 802.11
• PPP
• VLAN-Technologien nach IEEE 802.1Q

Adressierung #

Hier werden MAC-Adressen verwendet, zum Beispiel:

00:1A:2B:3C:4D:5E

Geräte auf Schicht 2 #

• Switches
• Bridges
• Netzwerkkarten

Beispiel #

Innerhalb eines lokalen Netzwerks verwendet ein Switch MAC-Adressen, um Datenframes an den richtigen Port weiterzuleiten.

10. Schicht 1: Bitübertragungsschicht #

Allgemeine Beschreibung #

Die Bitübertragungsschicht ist die unterste Schicht des OSI-Modells. Sie ist für die physische Übertragung einzelner Bits über ein Medium verantwortlich.

Aufgaben #

• Übertragung von Bits als elektrische, optische oder Funk-Signale
• Definition von Steckern, Kabeln und Signalcodierung
• Festlegung physischer Schnittstellen
• Beschreibung von Übertragungsraten und Signalformen

Typische Komponenten #

• Kupferkabel
• Glasfaserkabel
• Funkverbindungen
• Repeater
• Hubs
• Steckverbinder und Buchsen

Beispiele #

• RJ45-Stecker
• Ethernet-Kabel
• Lichtsignale in Glasfaser
• Funksignale im WLAN

Diese Schicht kennt keine Frames, Pakete oder Ports. Sie überträgt ausschließlich rohe Bits.

11. Datenkapselung im OSI-Modell #

Ein wichtiges Konzept des OSI-Modells ist die Kapselung. Dabei werden die Daten einer Anwendung beim Durchlaufen der Schichten mit zusätzlichen Informationen versehen.

Ablauf beim Sender #

• Schicht 7 bis 5: Daten
• Schicht 4: Segment oder Datagramm
• Schicht 3: Paket
• Schicht 2: Frame
• Schicht 1: Bits

Ablauf beim Empfänger #

Der Empfänger entfernt diese Informationen wieder schrittweise. Dieser Vorgang wird als Entkapselung bezeichnet.

Beispiel #

Beim Aufruf einer Webseite:

• Die Anwendung erzeugt eine HTTP-Anfrage
• TCP fügt Transportinformationen hinzu
• IP ergänzt Quell- und Zieladresse
• Ethernet erstellt einen Frame mit MAC-Adressen
• Die Bitübertragungsschicht sendet elektrische oder optische Signale

12. Adressierung in den verschiedenen Schichten #

Ein besonders wichtiger Aspekt ist, dass auf unterschiedlichen Schichten verschiedene Adressierungsarten verwendet werden.

Schicht 2 #

• MAC-Adresse
• Zuständig für lokale Kommunikation im selben Netzwerksegment

Schicht 3 #

• IP-Adresse
• Zuständig für logische Adressierung und Kommunikation über Netzgrenzen hinweg

Schicht 4 #

• Portnummer
• Zuständig für die Zuordnung zu Anwendungen oder Diensten

Diese Trennung ist wesentlich, um Netzwerkkommunikation korrekt zu verstehen.

13. Typische Geräte und ihre Zuordnung zu den Schichten #

Schicht 1 #

• Hub
• Repeater
• Kabel
• Stecker

Schicht 2 #

• Switch
• Bridge
• Netzwerkkarte

Schicht 3 #

• Router
• Layer-3-Switch

Schicht 4 bis 7 #

• Firewalls
• Proxy-Server
• Gateways
• Anwendungen und Dienste

Einige moderne Geräte arbeiten auf mehreren Schichten gleichzeitig. Eine Firewall kann zum Beispiel Informationen aus Schicht 3, 4 und teilweise 7 auswerten.

14. Beispiel einer Kommunikation anhand des OSI-Modells #

Ein Benutzer öffnet im Browser eine Webseite.

Schrittweise Betrachtung #

Schicht 7 #

Der Browser erstellt eine HTTP-Anfrage.

Schicht 6 #

Die Daten werden gegebenenfalls kodiert oder verschlüsselt.

Schicht 5 #

Die Sitzung zwischen Client und Server wird verwaltet.

Schicht 4 #

TCP baut eine Verbindung auf und segmentiert die Daten.

Schicht 3 #

IP versieht die Segmente mit Quell- und Ziel-IP-Adresse.

Schicht 2 #

Ethernet erstellt Frames mit MAC-Adressen für die lokale Übertragung.

Schicht 1 #

Die Daten werden als elektrische, optische oder Funk-Signale übertragen.

Am Empfänger läuft der Vorgang in umgekehrter Reihenfolge ab.

15. Bedeutung des OSI-Modells für die Praxis #

Auch wenn reale Netzwerke meist nicht streng nach dem OSI-Modell implementiert sind, hat es in der Praxis eine sehr hohe Bedeutung.

Einsatzbereiche #

• Ausbildung und Unterricht
• Fehlersuche in Netzwerken
• Dokumentation und Planung
• Strukturierung von Protokollen und Technologien
• Kommunikation zwischen Fachleuten

Nutzen bei der Fehlersuche #

Das Modell hilft, Probleme systematisch einzugrenzen.

Beispiele #

• Kein Link am Switch: eher Schicht 1
• MAC-Adressproblem im LAN: eher Schicht 2
• Routingfehler: eher Schicht 3
• Port blockiert: eher Schicht 4
• Webserver antwortet nicht korrekt: eher Schicht 7

16. Vorteile des OSI-Modells #

• Klare Strukturierung komplexer Netzwerke
• Herstellerunabhängiges Referenzmodell
• Erleichtert Lernen und Verständnis
• Unterstützt systematische Fehlersuche
• Fördert modulare Entwicklung von Protokollen und Geräten

17. Grenzen und Kritik #

Das OSI-Modell ist ein theoretisches Referenzmodell und bildet reale Netzwerke nicht immer exakt ab.

Einschränkungen #

• In der Praxis sind manche Schichten nicht klar getrennt
• Einige Funktionen werden in modernen Systemen kombiniert
• Das TCP/IP-Modell ist praxisnäher
• Schicht 5 und 6 sind in realen Implementierungen oft nicht separat erkennbar

Trotzdem bleibt das OSI-Modell ein unverzichtbares Denk- und Analysewerkzeug.

18. Vergleich zum TCP/IP-Modell #

Das TCP/IP-Modell ist das praktisch genutzte Modell des Internets und umfasst weniger Schichten.

TCP/IP-Schichten #

• Anwendung
• Transport
• Internet
• Netzzugang

Zuordnung zum OSI-Modell #

• TCP/IP Anwendung = OSI Schicht 5 bis 7
• TCP/IP Transport = OSI Schicht 4
• TCP/IP Internet = OSI Schicht 3
• TCP/IP Netzzugang = OSI Schicht 1 und 2

Das OSI-Modell ist detaillierter, während das TCP/IP-Modell stärker an realen Internetprotokollen orientiert ist.

19. Typische Prüfungs- und Lerninhalte #

Beim Lernen des OSI-Modells sind folgende Punkte besonders wichtig:

• Reihenfolge der sieben Schichten
• Aufgaben jeder Schicht
• Zuordnung typischer Protokolle
• Unterschied zwischen MAC-Adresse, IP-Adresse und Port
• Unterschied zwischen OSI- und TCP/IP-Modell
• Bedeutung der Kapselung
• Zuordnung von Netzwerkgeräten zu Schichten

20. Merkhilfe für die sieben Schichten #

Von oben nach unten:

Anwendung – Darstellung – Sitzung – Transport – Vermittlung – Sicherung – Bitübertragung

Eine bekannte Lernstrategie ist, sich die Reihenfolge der Schichten mit Eselsbrücken einzuprägen. Für ein professionelles Wiki reicht jedoch meist die klare tabellarische oder gegliederte Darstellung.

21. Zusammenfassung #

Das ISO/OSI-Modell ist ein grundlegendes Referenzmodell zur Beschreibung von Netzwerkkommunikation. Es gliedert die Kommunikation in sieben Schichten, von der physischen Signalübertragung bis hin zu anwendungsnahen Netzwerkdiensten. Jede Schicht übernimmt klar definierte Aufgaben und trägt dazu bei, komplexe Kommunikationsprozesse verständlich, standardisiert und analysierbar zu machen.

Obwohl reale Netzwerke meist auf dem TCP/IP-Modell basieren, bleibt das OSI-Modell eines der wichtigsten Werkzeuge zum Erlernen, Verstehen und Analysieren von Netzwerken. Es schafft Ordnung, fördert systematisches Denken und bildet die Grundlage für viele Bereiche der Netzwerktechnik, IT-Sicherheit und Fehlerdiagnose.