ISO/OSI Referenzmodell

Das ISO (International Organization for Standardization / OSI (Open System Interconnection) Modell regelt, wie die Kommunikation und Verbindung von technischen Systemen ablaufen soll. Die International Organization for Standardization hat das OSI-Modell Ende der 70er Jahre entwickelt um Systeme offener zu gestalten.
Häufig befinden sich in Netzwerken Komponenten verschiedener Hersteller. Damit diese korrekt miteinander kommunizieren können, müssen bei der Übertragung der Daten bestimmte Vereinbarungen eingehalten werden. Diese werden auch Protokolle genannt.

Um die Reihenfolge der Abläufe einzuhalten werden 7 aufeinanderfolgende Schichten, im Englischen Layer genannt, definiert.
Diese unterscheidet man wiederum in anwendungs- und transportorientierte Schichten. Die Schichten 7-5 gehören zu den anwendungsorientierten, die Schichten 4-1 zu den transportorientierten.

Möchte ein Sender mit einem Empfänger kommunizieren, müssen die Schichten 2-mal durchlaufen werden. Die Daten werden vom Sender über die Anwendungsschicht bis hin zur Bitübertragungsschicht versendet. Hierbei wird die Nachricht für den Transport vorbereitet. Beim Empfänger kommen die Daten schließlich in der Bitübertragungsschicht an, und durchlaufen die 7 Schichten in umgekehrter Reihenfolge bis hin zur Anwendungsschicht.

Die Schichten werden nach einer bestimmten Reihenfolge durchlaufen. Um sich die Reihenfolge besser merken zu können gibt es folgende Merkregel:
Please Do Not Throw Salami Pizza Away

Was sind Protokolle / Netzwerkprotokolle?

Sender und Empfänger müssen sich im ISO/OSI Referenzmodell an bestimmte Regeln halten, die in den Protokollen der jeweiligen Schicht festgelegt sind.

Netzwerkprotokolle regeln also die Kommunikation und den Austauschder Daten zwischen physischen Systemen. Die Protokolle geben durch ihre vordefinierten Regeln an, wie Daten vom Sender zum Empfänger gelangen. Sie kümmern sich um den Verbindungsauf- und Abbau, das Routing, die Einhaltung der richtigen Reihenfolge, regeln die Fehlerüberprüfung und Fehlerbehebung usw.

Einige Netzwerkprotokolle gehören der Internetprotkollfamilie (TCP/IP-Protokollfamilie) an.
Diese bilden die Basis für die Kommunikation im Internet. Die Internetprotokollfamilie umfasst mehr als 500 Netzwerkprotokolle, dazu gehören unter Anderem:
DNS (Domain Name System), FTP (File Transfer Protocol), HTTP (Hypertext Transfer Protocol), SSH (Secure Shell), TCP, UDP, IP, Token Bus Token Ring uvm.

Was ist eine Protokollfamilie? Was ist ein Protokollstack?

Eine Protokollfamilie ist eine Sammlungvon mehreren Protokollen. Die TCP/IP Protokollfamilie hat sich im Laufe der Zeit als Grundlage für die Kommunikation und somit den Datenaustausch im Internet bewiesen. Ein Protokollstack bzw. ein Protokollstapel ist in der Datenübertragungstechnik die Implementierung einer Protokollfamilie.

Also: Eine Protokollfamilie ist die Definition der Protokolle, ein Protokollstapel ist die Softwareimplementierung davon.

Anwendungsschicht

Nachrichten bzw. Daten die versendet werden sollen, durchlaufen zunächst die Anwendungsschicht. Diese Schicht stellt eine Schnittstelle zwischen Anwendung und Benutzer bereit. Außerdem findet auf dieser Ebene die Dateneingabe bzw. -ausgabe statt. Im Application Header werden zusätzliche Informationen abgelegt, um welches Protokoll (bei E-Mail Versand z.B. SMTP) es sich beispielsweise handelt. Zudem sind diese Protokolle Schnittstellen zum Anwender.

Protokolle: HTTP und SMTP

Darstellungsschicht

Im nächsten Schritt durchlaufen die Pakete die Darstellungsschicht. Wie es der Name schon sagt, geht es darum wie die Daten dargestellt werden sollen. Wie auch die Anwendungsschicht hat auch die Darstellungsschicht einen Header. Hier werden Informationen über die Komprimierung und Verschlüsselung der Daten gesammelt. Somit ist gewährleistet, dass die Daten beim Empfänger wieder richtig dargestellt werden. Ein JPG Bild wird zum Beispiel in ein Systemunabhängiges Format übertragen.

Kommunikationsschicht/Sitzungsschicht

In der Kommunikationsschicht werden Informationen über Netzwerkverbindung gesammelt. Also wie wird eine Verbindung aufgebaut, wie wird sie aufrechterhalten und unter welchen Umständen wird sie abgebrochen.

Protokolle: HTTP, SMTP und FTP

Transportschicht

In der Transportschicht geht es um den Aufbau eines logischen Übertragungskanals.
Des Weiteren werden auf dieser Schicht Ports gebildet. Diese sind notwendig damit Server und Client kommunizieren können. Einige Ports sind für bestimmte Anwendungen reserviert, andere können frei gewählt werden.

Protokolle: UDP, TCP

Vermittlungsschicht

Hier findet die erste logische Adressierung der Endgeräte statt, also die Vergabe eindeutiger Adressen (IP-Adressen) an Sender und Empfänger. Da die Datenpakete nicht direkt ans Ziel übermittelt werden können, werden sie mit Zwischenzielen versehen. Also muss die Vermittlungsschicht auch den optimalen Weg wählen - das Routing.

Protokolle: IP, IPsec, ICMP, IPv6
Hardware: Router

Sicherungsschicht

In der Sicherungsschicht werden zunächst mehrere physikalische Bits zu Rahmen (Frames) zusammengefasst und eine MAC-Adresse zugeordnet. Zudem hat die Schicht Funktionen zur Fehlererkennung und Fehlerbehebung. Außerdem gehört es zur Aufgabe den Datenfluss des Netzwerkes zu kontrollieren.

Die Sicherungssicht ist in 2 weitere "Unterschichten" unterteilt: MAC (Media Access Control - Schicht 2a) und LLC (Logical Link Control - Schicht 2b). Aufgabe des LLC ist es, den Traffic über das physische Medium zu regeln. In der MAC-Schicht werden Zugriffsverfahern wie CSMA/CD oder Token-Passing implementiert.

Protokolle: Ethernet (IEEE 802.3), WLAN (IEEE 802.11), Token Ring, FTTP, MAC
Hardware: Bridge, Switch

Bitübertragungsschicht

In der Bitübertragungsschicht wird aus den zuvor erstellten Frames ein physikalisches Signal erstellt. Die einzelnen Signale, welche aus "0" und "1" bestehen, werden über das Kommunikationsmedium übertragen.

Protokolle: V.24, RS 423 usw.
Hardware: Stecker, Repeater, Hubs, Kabel usw.