Das OSI 7 Schichten Referenzmodell
In diesem Thema wollen wir uns speziell mit dem OSI Referenzmodell beschäftigen. Dieser Artikel ist eher Theoretischer Natur da dieses Modell eher zum Verständnis dienen soll. Sie werden anhand dieses Modells leichter erkennen wie die genaue Datenkommunikation in einem Netzwerk abläuft. Dabei sollten Sie allerdings jetzt schon beachten das, dass OSI Modell heute nicht eingesetzt wird. Als Standard für die Netzwerk und Internet Technologie dient hier das TCP/IP Modell das wir im späteren Verlauf noch vorstellen werden. Sie werden erkennen das das TCP/IP Modell sich nicht so sehr von den Prinzipien des OSI Modelles Unterscheiden.
Motivation für das OSI Modell
Wie alle großen Entwicklungen in der Menschheit ist für die Erschaffung eines Standards oder einer Erfindung eine gewisse Motivation vorausgehend. Die Motivation für das OSI Modell geht auf die 70 Jahre zurück. Zu dieser Zeit war es so dass viele Hersteller eigene und unterschiedliche Netzwerk Technologien, Protokolle und Konventionen auf den Markt brachten. Inkompatibilitäten und Probleme zu anderen Herstellern waren zu dieser Zeit vorprogrammiert. Um mit diesem Wirrwarr aufzuräumen und einheitliche Standards zu schaffen wurde Ende der 70 Jahre (1978/79) das ISO/OSI Referenzmodell geschaffen.
Durch dieses Modell hatten die Hersteller eine Art Leitfaden an der Hand um Ihre Netzwerkprodukte für den Einsatz aufeinander abzustimmen. Durch dieses Modell wurden die Hersteller gezwungen Ihre Schnittstellen offenzulegen und sich an bestimmte Vorgaben zu halten. Hielten sich Hersteller nicht daran hatten Ihre Produkte sehr schlechte Chancen sich auf dem Absatzmarkt durchzusetzen.
Was ist das OSI/ISO Referenzmodell?
Das ISO/OSI Referenzenmodell ist ein vertikales 7 Schichten Modell, wobei jede Schicht bestimmte Aufgaben während der Datenübertragung zu verrichten hat. (Grafik 1.0) Jede Schicht des Modells bietet der darüberlegenden Schicht bestimmte Dienste an und nimmt Dienste von der darunterliegenden Schicht an. Gleich Schichten sprechen hierbei dieselbe Sprache und verrichten die gleichen Aufgaben am Datenstrom.
Grafik 1.0 das Osi/ISO Referenzmodell
Wie Arbeitet das OSI/ISO Referenzmodell ?
An dieser Stelle werden wir uns die Funktionsweise des OSI Referenzmodelles etwas genauer Anschauen. Dies ist wichtig um Ihnen zum einen das Verständnis der folgenden Artikel zu vermitteln und Ihnen aufzuzeigen was in den Einzelnen Schichten während der Datenübertragung geschieht. Auch wenn Sie im folgenden nicht alles verstehen, lassen Sie sich nicht entmutigen das Verständnis kommt in den meisten Fällen wenn entsprechende Praktische Beispiel auftreten.
Aber nun zurück zur Arbeitsweise. Die Daten müssen auf Ihrem Weg vom Sender zum Empfänger alle Schichten des OSI/ISO Referenzmodelles passieren. (Grafik 1.1) Dabei gibt als erstes der Anwendungsprozess des Senders, z.B. der Web-Browser oder ein FTP Programm, die zu Übertragenden an dessen Anwendungsschicht. Die Anwendungsschicht ist hierbei die oberste Schicht des OSI Modelles. Die Anwendungsschicht verrichtet diverse Dienste an dem Datenstrom und stellt Ihm spezielle Informationen in Form eines Headers voran. Diese Header Informationen sind für die Anwendungsschicht des Empfängers interessant. Dieser wertet diese Informationen aus und hängt Sie im Anschluss wieder ab. Am Ende übergibt die Anwendungsschicht Daten und Header in Form eines Datenpaketes an die darunterliegende Darstellungsschicht. Die Darstellungsschicht versieht das Datenpaket ohne Auswertung der Daten und Headerinformationen der Anwendungsschicht, mit seinen Speziellen Diensten und setzt dem übergebenen Paket wiederum einen eigenen Header voran. Nach Vollendung übergibt die Darstellungsschicht das Datenpaket mit seinen eigenen Header Informationen an die darunterliegende Sitzungsschicht. Dieser Vorgang setzt sich fort bis schließlich die physikalische Schicht die Daten inklusive aller Headerinformationen auf das Netz als Bitstrom gibt. Einziger Unterschied ist hier noch die Schicht 2, die Sicherungsschicht. Dies Sicherungsschicht hängt neben dem Header noch einen Trailer am Ende des Datenpaketes an. Bei dem Trailer handelt es sich um eine Prüfsumme mit der die Sicherungsschicht des Empfängers die Daten auf korrekte Integrität und vollständige Übertragung prüfen kann. Betrachten Sie auch nochmal Grafik 1.1, hier wird anhand des OSI Modells die Voranstellung der Header noch einmal versucht zu verbildlichen.
Grafik 1.1 OSI Referenzmodell + Header und Trailer
Aufgaben der einzelnen Schichten.
Nachdem wir uns nun das OSI/ISO Referenzmodell angeschaut haben wollen wir uns ein wenig mit den Einzelnen Schichten auseinandersetzen. Dazu soll Ihnen die folgende Auflistung die Wesentlichen Aufgaben der Einzelnen Schichten etwas verdeutlichen.
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Anwendungsschicht |
Schnittstelle Zwischen Rechner und Anwendungspro-grammen |
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Darstellungsschicht |
Methoden zur Dateiein- und –ausgabe; Anzeige von Anweisungen und Fehlermeldungen; Festlegung von Übertragungskonventionen und Bildschirmdarstellungen. |
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Sitzungsschicht |
Verbindungsaufbau, Abfangen und Auswertung von Fehlern bei der Übertragung; Verbindungssynchronisation; Wiederaufbau von Sitzungen nach einem Ausfall in den unteren vier Ebenen. |
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Transportschicht |
Flusskontrolle; Aufteilung und Zusammenführung des Datenstroms in Datenpakete; Fehlerkontrolle; Kontrolle von Datenverlust. |
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Vermittlungsschicht |
Adressierung der Datenpakete und Routing durch das Netz |
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Sicherungsschicht |
Fehlererkennung, Synchronisation der Datenübertragung; Realisierung der verschiedenen Zugriffsverfahren. |
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Physikalische Schicht |
Definition und Spezifikation für das Übertragungsmedium. |
Vorgehen beim Empfänger
Sie haben nun gesehen wie Daten mittels des OSI/ISO
Referenzen Modelles übertragen werden, aber wie schaut die Verarbeitung der
Daten auf der Empfänger Seite aus? Nun die Verarbeitung erfolgt genauso wie
beim Sender nur das die Daten nun von unten Nach oben Verarbeitet werden. Dabei
liest jede Schicht den Header der entsprechenden Schicht des Senders und verrichtet
daraufhin Ihre Dienste an den Daten. Nach dem Entfernen des Headers werden die
Daten an die nächsthöhere Schicht weitergegeben. Dies setzt sich fort bis zur
Anwendungsschicht, die schließlich den letzten Header entfernt und die
ursprünglichen Daten an den Anwendungsprozess des Empfängers übergibt.
Wir geben zu das dieses Verfahren nicht ganz einfach nachzuvollziehen ist. Versuchen Sie es sich einfach vorzustellen als wie wenn Sie einen Brief schreiben. Nach dem Sie diesen Geschrieben haben packen Sie diesen in einen Umschlag. Danach wird er in den Briefkasten geworfen. Der Postbote nimmt den Umschlag ohne zu wissen was sich darin befindet. Lediglich an der Beschriftung des Umschlages weiß die Post wohin dieser Brief soll. Der Empfänger öffnet nun den Briefumschlag um an die Eigentlichen Daten des Briefes zu gelangen.
Ihnen ist sicherlich aufgefallen das in jedem Header sehr viele Verwaltungsdaten zusammen mit den eigentlichen Nutzdaten übertragen werden. Hierdurch entsteht ein sogenannter Overhead der wiederum zu einer erhöhte Netz last führt. Die Größe des Overheads richtet sich nach der Größe der Verwaltungsdaten und mitgelieferten Protokollen. Hier finden Sie bereits eine Erklärung dafür warum Sie als Beispiel bei einer 100 Mbit/s Verbindung niemals diese reine Netto Durchsatz rate erreichen können.