Was ist das OSI-Modell?
Das Open Systems Interconnection (OSI)-Modell ist ein konzeptionelles Framework, das Netzwerkkommunikationsfunktionen in sieben Ebenen unterteilt. Das Senden von Daten über ein Netzwerk ist komplex, da verschiedene Hardware- und Softwaretechnologien über geografische und politische Grenzen hinweg kohärent funktionieren müssen. Das OSI-Datenmodell bietet eine universelle Sprache für Computernetzwerke, sodass verschiedene Technologien mithilfe von Standardprotokollen oder Kommunikationsregeln kommunizieren können. Jede Technologie in einer bestimmten Schicht muss bestimmte Fähigkeiten bieten und bestimmte Funktionen ausführen, um im Netzwerk nützlich zu sein. Technologien in den höheren Schichten profitieren von der Abstraktion, da sie Technologien auf niedrigerer Ebene verwenden können, ohne sich um die zugrunde liegenden Implementierungsdetails kümmern zu müssen.
Warum ist das OSI-Modell wichtig?
Die Ebenen des Open Systems Interconnection (OSI)-Modells kapseln jede Art von Netzwerkkommunikation über Software- und Hardwarekomponenten hinweg. Das Modell wurde so konzipiert, dass zwei eigenständige Systeme über standardisierte Schnittstellen oder Protokolle kommunizieren können, die auf der aktuellen Betriebsebene basieren.
Die Vorteile des OSI-Modells werden im Folgenden beschrieben.
Gemeinsames Verständnis komplexer Systeme
Ingenieure können das OSI-Modell verwenden, um komplexe Netzwerksystemarchitekturen zu organisieren und zu modellieren. Sie können die Betriebsebene jeder Systemkomponente nach ihrer Hauptfunktionalität trennen. Die Fähigkeit, ein System durch Abstraktion in kleinere, überschaubare Teile zu zerlegen, erleichtert es den Menschen, es als Ganzes zu konzeptualisieren.
Schnellere Forschung und Entwicklung
Mit dem OSI-Referenzmodell können Ingenieure ihre Arbeit besser verstehen. Sie wissen, für welche technologische Ebene (oder Ebenen) sie entwickeln, wenn sie neue, vernetzte Systeme erstellen, die miteinander kommunizieren müssen. Ingenieure können vernetzte Systeme entwickeln und eine Reihe wiederholbarer Prozesse und Protokolle nutzen.
Flexible Standardisierung
Das OSI-Modell spezifiziert nicht die Protokolle, die zwischen den Ebenen verwendet werden sollen, sondern die Aufgaben, die Protokolle ausführen. Es standardisiert die Entwicklung der Netzwerkkommunikation, sodass Menschen hochkomplexe Systeme schnell verstehen, erstellen und zerlegen können – und das alles ohne Vorkenntnisse des Systems. Es abstrahiert auch Details, sodass Ingenieure nicht jeden Aspekt des Modells verstehen müssen. In modernen Anwendungen werden die unteren Netzwerkebenen und Protokolle abstrahiert, um das Systemdesign und die Systementwicklung zu vereinfachen. Die folgende Abbildung zeigt, wie das OSI-Modell in der modernen Anwendungsentwicklung verwendet wird.
Was sind die sieben Ebenen des OSI-Modells?
Das Open Systems Interconnection (OSI)-Modell wurde Ende der 1970er Jahre von der International Organization for Standardization und anderen entwickelt. Es wurde 1984 in seiner ersten Form als ISO 7498 veröffentlicht, wobei die aktuelle Version ISO/IEC 7498-1:1994 ist. Die sieben Ebenen des Modells werden als nächstes angegeben.
Physische Ebene
Die physische Ebene bezieht sich auf das physische Kommunikationsmedium und die Technologien zur Übertragung von Daten über dieses Medium. Datenkommunikation ist im Kern die Übertragung digitaler und elektronischer Signale über verschiedene physische Kanäle wie Glasfaserkabel, Kupferkabel und Luft. Die physische Ebene umfasst Standards für Technologien und Metriken, die eng mit den Kanälen verknüpft sind, wie Bluetooth, NFC und Datenübertragungsgeschwindigkeiten.
Datenverbindungsebene
Die Datenverbindungsebene bezieht sich auf die Technologien, die verwendet werden, um zwei Maschinen über ein Netzwerk zu verbinden, in dem die physische Ebene bereits vorhanden ist. Sie verwaltet Datenrahmen, bei denen es sich um digitale Signale handelt, die in Datenpakete gekapselt sind. Flusskontrolle und Fehlerkontrolle von Daten sind häufig Hauptschwerpunkte der Datenverbindungsebene. Ethernet ist ein Beispiel für einen Standard auf dieser Ebene. Die Datenverbindungsebene ist häufig in zwei Unterebenen aufgeteilt: die Media Access Control (MAC)-Ebene und die Logical Link Control (LLC)-Ebene.
Netzwerkebene
Die Netzwerkebene befasst sich mit Konzepten wie Routing, Weiterleitung und Adressierung über ein verteiltes Netzwerk oder mehrere verbundene Netzwerke von Knoten oder Maschinen. Die Netzwerkebene kann auch die Flusskontrolle verwalten. Im Internet werden das Internet Protocol v4 (IPv4) und IPv6 als Hauptprotokolle auf Netzwerkebene verwendet.
Transportebene
Das Hauptaugenmerk der Transportebene liegt darauf, sicherzustellen, dass Datenpakete in der richtigen Reihenfolge, ohne Verluste oder Fehler, ankommen oder bei Bedarf nahtlos wiederhergestellt werden können. Die Flusskontrolle ist zusammen mit der Fehlerkontrolle häufig ein Schwerpunkt auf der Transportebene. Auf dieser Ebene gehören zu den häufig verwendeten Protokollen das Transmission Control Protocol (TCP), ein nahezu verlustfreies verbindungsbasiertes Protokoll, und das User Datagram Protocol (UDP), ein verlustbehaftetes verbindungsloses Protokoll. TCP wird häufig dort verwendet, wo alle Daten intakt sein müssen (z. B. Dateifreigabe), wohingegen UDP verwendet wird, wenn die Aufbewahrung aller Pakete weniger wichtig ist (z. B. Videostreaming).
Sitzungsebene
Die Sitzungsebene ist für die Netzwerkkoordination zwischen zwei separaten Anwendungen in einer Sitzung verantwortlich. Eine Sitzung verwaltet den Beginn und das Ende einer 1:1-Anwendungsverbindung und Synchronisierungskonflikte. Network File System (NFS) und Server Message Block (SMB) sind häufig verwendete Protokolle auf der Sitzungsebene.
Darstellungsebene
Die Darstellungsebene befasst sich in erster Linie mit der Syntax der Daten selbst, die Anwendungen senden und verarbeiten können. Beispielsweise sind Hypertext Markup Language (HTML), JavaScript Object Notation (JSON) und Comma Separated Values (CSV) alles Modellierungssprachen zur Beschreibung der Datenstruktur auf der Darstellungsebene.
Anwendungsebene
Die Anwendungsebene befasst sich mit der spezifischen Art der Anwendung selbst und ihren standardisierten Kommunikationsmethoden. Browser können beispielsweise mit HyperText Transfer Protocol Secure (HTTPS) kommunizieren, und HTTP- und E-Mail-Clients können über POP3 (Post Office Protocol Version 3) und SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) kommunizieren.
Nicht alle Systeme, die das OSI-Modell verwenden, implementieren jede Ebene.
Wie erfolgt die Kommunikation im OSI-Modell?
Die Ebenen des Open Systems Interconnection (OSI)-Modells sind so konzipiert, dass eine Anwendung über ein Netzwerk mit einer anderen Anwendung auf einem anderen Gerät kommunizieren kann, unabhängig von der Komplexität der Anwendung und der zugrunde liegenden Systeme. Dazu werden verschiedene Standards und Protokolle verwendet, um mit der darüber- oder darunterliegenden Ebene zu kommunizieren. Jede der Ebenen ist unabhängig und kennt nur die Schnittstellen, um mit der darüber- und darunter liegenden Ebene zu kommunizieren.
Durch die Verkettung all dieser Ebenen und Protokolle kann komplexe Datenkommunikation von einer High-Level-Anwendung zur anderen gesendet werden. Der Prozess funktioniert wie folgt:
- Die Anwendungsebene des Absenders leitet die Datenkommunikation an die nächst niedrigere Ebene weiter.
- Jede Ebene fügt den Daten ihre eigenen Header und Adressen hinzu, bevor sie weitergegeben werden.
- Die Datenkommunikation bewegt sich in den Ebenen nach unten, bis sie schließlich über das physische Medium übertragen wird.
- Am anderen Ende des Mediums verarbeitet jede Ebene die Daten gemäß den entsprechenden Headern auf dieser Ebene.
- Auf der Empfängerseite bewegen sich die Daten in der Ebene nach oben und werden schrittweise entpackt, bis die Anwendung am anderen Ende sie empfängt.
Was sind Alternativen zum OSI-Modell?
In der Vergangenheit wurden verschiedene Netzwerkmodelle verwendet, wie Sequenced Packet Exchange/Internet Packet Exchange (SPX/IPX) und Network Basic Input Output System (NetBIOS). Heute ist das TCP/IP-Modell die Hauptalternative zum Open Systems Interconnection (OSI)-Modell.
Das TCP/IP-Modell
Das TCP/IP-Modell besteht aus fünf verschiedenen Ebenen:
- Die physische Ebene
- Die Datenverbindungsebene
- Die Netzwerkebene
- Die Transportebene
- Die Anwendungsebene
Ebenen wie die physikalische Ebenen, die Netzwerkebene und die Anwendungsebene scheinen zwar direkt dem OSI-Modell zu entsprechen, aber das ist nicht ganz der Fall. Stattdessen bildet das TCP/IP-Modell die Struktur und die Protokolle des Internets am genauesten ab.
Das OSI-Modell ist nach wie vor ein beliebtes Netzwerkmodell, um aus einer ganzheitlichen Perspektive für Bildungszwecke zu beschreiben, wie Netzwerke funktionieren. Das TCP/IP-Modell wird in der Praxis jedoch heute häufiger verwendet.
Ein Hinweis zu proprietären Protokollen und Modellen
Es ist wichtig zu beachten, dass nicht alle internetbasierten Systeme und Anwendungen dem TCP/IP-Modell oder dem OSI-Modell folgen. Ebenso verwenden nicht alle offlinebasierten Netzwerksysteme und Anwendungen das OSI-Modell oder ein anderes Modell.
Sowohl das OSI- als auch das TCP/IP-Modell sind offene Standards. Sie sind so konzipiert, dass jeder sie verwenden oder weiter ausbauen kann, um spezifische Anforderungen zu erfüllen.
Unternehmen entwerfen auch ihre eigenen internen, proprietären Standards, einschließlich Protokolle und Modelle, die Closed Source und nur für die Verwendung in ihren Systemen bestimmt sind. Manchmal werden sie anschließend für die Öffentlichkeit freigegeben, um die Interoperabilität und die weitere Entwicklung der Gemeinschaft zu fördern. Ein Beispiel ist s2n-tls, ein TLS-Protokoll, das ursprünglich ein proprietäres Amazon Web Services (AWS)-Protokoll war, jetzt aber Open Source ist.
Wie kann AWS Ihre Computernetzwerkanforderungen erfüllen?
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