OSI-Modell: 7 Schichten einfach erklärt

Das OSI-Modell teilt die Kommunikation in sieben übereinanderliegende Schichten ein. Jede Schicht hat eng begrenzte Aufgaben. Schicht 1 ist die unterste Schicht, Schicht 7 liegt am anderen Ende. Der Abstraktionsgrad der Funktionalität nimmt von Schicht 1 bis zur Schicht 7 zu.

Jede Schicht nutzt für ihre Aufgabe die Dienste der Schicht direkt darunter. Der Datenfluss läuft daher senkrecht durch die Schichten. Zwei Rechner, die miteinander kommunizieren, halten sich auf derselben Schicht an festgelegte Regeln. Diese Regeln heißen Protokoll.

Schicht 1, die Bitübertragungsschicht, überträgt Bits über physische Verbindungen, zum Beispiel als elektrische Signale, optische Signale oder elektromagnetische Wellen. Schicht 2, die Sicherungsschicht, soll eine weitgehend fehlerfreie Übertragung gewährleisten und den Zugriff auf das Übertragungsmedium regeln. Dazu teilt sie den Bitdatenstrom in Blöcke auf (Frames, auf Deutsch Rahmen) und fügt Prüfsummen hinzu. Mit den Prüfsummen kann der Empfänger fehlerhafte Blöcke erkennen und verwerfen oder korrigieren.

Schicht 3, die Vermittlungsschicht, sorgt bei paketorientierten Diensten für die Weitervermittlung von Datenpaketen. Dazu gehört die Wegsuche (Routing) zwischen den Netzwerkknoten. Zu den wichtigsten Aufgaben zählen auch netzwerkübergreifende Adressen. Schicht 4, die Transportschicht, hat unter anderem die Aufgaben Segmentierung des Datenstroms, Stauvermeidung und Sicherstellung einer fehlerfreien Übertragung.

Schicht 5, die Sitzungsschicht, führt Wiederaufsetzpunkte ein. An ihnen kann die Sitzung nach einem Ausfall einer Transportverbindung wieder synchronisiert werden. Schicht 6, die Darstellungsschicht, setzt die systemabhängige Darstellung der Daten (zum Beispiel ASCII) in eine unabhängige Form um. Auch Datenkompression und Verschlüsselung gehören zur Schicht 6. Schicht 7, die Anwendungsschicht, stellt Funktionen für die Anwendungen zur Verfügung. Die Anwendungen selbst, etwa Webbrowser oder E-Mail-Programm, gehören nicht zu dieser Schicht.

Du rufst eine Webseite auf. Der Browser fordert sie beim Webserver an, und der Webserver sendet sie auf Anforderung an den Browser zurück. Anforderung und Senden laufen über das gemeinsame Protokoll HTTP.

Beim Senden fügt jedes Protokoll den Daten Steuerinformationen hinzu, bevor es sie dem nächsttieferen Protokoll übergibt. Das nennt man Kapselung (Verpacken). Sie läuft abwärts. Die Steuerinformationen stehen im Header. Deshalb trägt eine Nachricht auf der Leitung sämtliche Header der darüberliegenden Schichten.

Auf Schicht 4 wird der Datenstrom in Datensegmente zerlegt. Das heißt Segmentierung. Jedes Segment wird mit einer Quell- und Zielportnummer adressiert. Ein Port ist die Ansprechstelle für eine Anwendung auf einem Rechner. Auf Schicht 3 wird das Segment in ein Datenpaket gekapselt, das mit einer IP-Adresse adressiert wird. Die IP-Adresse identifiziert den Rechner. Auf Schicht 2 wird das Paket in einen Datenframe gekapselt, der mit einer MAC-Adresse versehen wird. Schicht 1 wandelt die Frames in das physische und binäre Zahlensystem um, also in Nullen und Einsen.

Beim Empfang läuft es umgekehrt, also aufwärts. Das ist die Entkapselung (Dekapselung). Schicht 1 erhält Nullen und Einsen und formt daraus wieder einen Frame. Jedes Protokoll entfernt die Steuerinformationen, die nur für dieses Protokoll bestimmt sind, und übergibt die verbliebenen Daten dem nächsthöheren Protokoll. Schicht 4 erkennt an der Portnummer, an welchen Dienst der Inhalt des Segments adressiert ist.

Pakete, die unterwegs von einem Knoten weitervermittelt werden, gelangen nicht in die höheren Schichten. Sie bekommen ein neues Zwischenziel und werden an den nächsten Knoten gesendet. Das Beispiel unten zeigt nur die Verschachtelung, keine echten Bytes. Die Ebenen von „TCP/IP über Ethernet“ entsprechen außerdem nicht exakt dem OSI-Modell.

Ethernet und WLAN ordnet man der Schicht 2 (Sicherung) zu. WLAN heißt in der Norm IEEE 802.11 und steht in der Übersichtstabelle bei Schicht 2. Das Ethernet-Protokoll beschreibt sowohl Schicht 1 als auch Schicht 2. WLAN setzt direkt auf Schicht 1 auf, ist aber nicht selbst Schicht 1. Beide arbeiten mit Frames.

Das Internet Protocol (IP) ist die Implementierung der Vermittlungsschicht, also Schicht 3. IP ist verbindungslos: Jedes einzelne Datenpaket wird unabhängig behandelt. Für ein Paket gibt es keine Garantie, dass es überhaupt ankommt. Ein Router ist ein Knoten, der IP-Pakete weiterleitet.

TCP (Transmission Control Protocol) und UDP (User Datagram Protocol) gehören zur Transportschicht, Schicht 4. Beide verwenden Ports. Bei TCP gilt: Geht bei einer TCP-Verbindung ein Paket verloren, wird es automatisch neu angefordert. UDP gibt dagegen keine Garantie, dass ein gesendetes Paket ankommt oder dass Pakete in der gesendeten Reihenfolge ankommen. Wird bei UDP eine Prüfsumme mitgesendet, können fehlerhaft übertragene Datagramme erkannt und verworfen werden.

HTTP und DNS gehören zur Anwendungsschicht, Schicht 7. Die Anwendungsschicht stellt unter anderem Namensauflösung (DNS) und Internet-Kommunikations-Dienste (HTTP/HTTPS) zur Verfügung. Über DNS wird die IP-Adresse des Empfängerrechners automatisch ermittelt.

Beachte: Die Protokolle von TCP/IP entsprechen nicht exakt dem OSI-Modell. Funktionen sind teilweise über Schichten hinweg vermengt.