OSI-Modellschichten und -Protokolle in Computernetzwerken

Was ist das OSI-Modell?

Das OSI-Modell ist ein logisches und konzeptionelles Modell, das die Netzwerkkommunikation definiert, die von Systemen verwendet wird, die für die Verbindung und Kommunikation mit anderen Systemen offen sind. Das Open System Interconnection (OSI-Modell) definiert ebenfalls ein logisches Netzwerk und beschreibt effektiv die Übertragung von Computerpaketen durch die Verwendung verschiedener Protokollebenen.

Eigenschaften des OSI-Modells

Hier sind einige wichtige Merkmale des OSI-Modells:

• Eine Ebene sollte nur dort erstellt werden, wo bestimmte Abstraktionsebenen erforderlich sind.
• Die Funktion jeder Schicht sollte gemäß den international standardisierten Protokollen ausgewählt werden.
• Die Anzahl der Schichten sollte groß sein, damit separate Funktionen nicht in derselben Schicht untergebracht werden müssen. Gleichzeitig sollte sie klein genug sein, damit die Architektur nicht zu kompliziert wird.
• Im OSI-Modell ist jede Schicht auf die nächstniedrigere Schicht angewiesen, um primitive Funktionen auszuführen. Jede Ebene sollte in der Lage sein, Dienste für die nächsthöhere Ebene bereitzustellen
• Änderungen in einer Schicht sollten keine Änderungen in anderen Schichten erfordern.

Warum das OSI-Modell?

• Hilft Ihnen, die Kommunikation über ein Netzwerk zu verstehen
• Die Fehlerbehebung wird durch die Aufteilung der Funktionen in verschiedene Netzwerkschichten erleichtert.
• Hilft Ihnen, neue Technologien zu verstehen, während sie entwickelt werden.
• Ermöglicht den Vergleich primärer funktionaler Beziehungen auf verschiedenen Netzwerkebenen.

Geschichte des OSI-Modells

Hier sind wesentliche Meilensteine ​​aus der Geschichte des OSI-Modells:

• In den späten 1970er Jahren führte die ISO ein Programm zur Entwicklung allgemeiner Standards und Methoden für die Vernetzung durch.
• Im Jahr 1973 identifizierte ein experimentelles paketvermitteltes System im Vereinigten Königreich den Bedarf für die Definition der übergeordneten Protokolle.
• Im Jahr 1983 war das OSI-Modell ursprünglich als detaillierte Spezifikation tatsächlicher Schnittstellen gedacht.
• 1984 wurde die OSI-Architektur von der ISO offiziell als internationaler Standard übernommen.

7 Schichten des OSI-Modells

Das OSI-Modell ist ein mehrschichtiges Serverarchitektursystem, in dem jede Schicht entsprechend einer bestimmten auszuführenden Funktion definiert ist. Alle diese sieben Schichten arbeiten zusammen, um die Daten von einer Schicht zur anderen zu übertragen.

• Die oberen Schichten: Es befasst sich mit Anwendungsproblemen und wird meist nur in Software implementiert. Die höchste ist dem Endsystembenutzer am nächsten. In dieser Schicht beginnt die Kommunikation von einem Endbenutzer zum anderen mit der Interaktion zwischen der Anwendungsschicht. Die Verarbeitung erfolgt bis zum Endbenutzer.
• Die unteren Schichten: Diese Schichten wickeln Aktivitäten im Zusammenhang mit dem Datentransport ab. Die physikalische Schicht und die Datenverbindungsschicht sind ebenfalls in Software und Hardware implementiert.

Obere und untere Schichten unterteilen die Netzwerkarchitektur weiter in sieben verschiedene Schichten, wie unten dargestellt

• Anwendungs-
• Präsentation
• Session
• Transport
• Netzwerk, Datenverbindung
• Physikalische Schichten

Lassen Sie uns jede Ebene im Detail untersuchen:

Physikalische Schicht

Die physische Schicht hilft Ihnen, die elektrischen und physischen Spezifikationen der Datenverbindung zu definieren. Diese Ebene stellt die Beziehung zwischen einem Gerät und einem physischen Übertragungsmedium her. Die physische Schicht befasst sich nicht mit Protokollen oder anderen Elementen höherer Schichten. Ein Beispiel für eine Technologie, die in der Telekommunikation auf der physischen Schicht arbeitet, ist PRI (Primary Rate Interface). Weitere Informationen zu PRI und wie es funktioniert, können Sie diesen informativen Artikel besuchen.

Beispiele für Hardware auf der physikalischen Ebene sind Netzwerkadapter, Ethernet, Repeater, Netzwerk-Hubs usw.

Datenübertragungsebene

Die Datenverbindungsschicht korrigiert Fehler, die auf der physikalischen Ebene auftreten können. Mit der Schicht können Sie das Protokoll definieren, um eine Verbindung zwischen zwei verbundenen Netzwerkgeräten herzustellen und zu beenden.

Es handelt sich um eine IP-Adressen-verständliche Ebene, die Ihnen hilft, die logische Adressierung so zu definieren, dass jeder Endpunkt identifiziert werden kann.

Die Ebene hilft Ihnen auch bei der Implementierung des Routings von Paketen durch ein Netzwerk. Es hilft Ihnen, den besten Pfad zu definieren, der es Ihnen ermöglicht, Daten von der Quelle zum Ziel zu transportieren.

Die Datenverbindungsschicht ist in zwei Arten von Unterschichten unterteilt:

1. Media Access Control (MAC)-Schicht – Sie ist dafür verantwortlich, zu steuern, wie Geräte in einem Netzwerk Zugriff auf das Medium erhalten und die Übertragung von Daten erlauben.
2. Logische Link-Kontrollschicht – Diese Schicht ist für die Identität und Kapselung von Netzwerkschichtprotokollen verantwortlich und ermöglicht Ihnen die Fehlersuche.

Wichtige Funktionen der Datenverbindungsschicht

• Framing, das die Daten von der Netzwerkschicht in Frames unterteilt.
• Ermöglicht das Hinzufügen eines Headers zum Frame, um die physische Adresse der Quell- und Zielmaschine zu definieren
• Fügt logische Adressen des Senders und Empfängers hinzu
• Es ist auch für die Zustellung der gesamten Nachricht vom Sourcing-Prozess zum Zielprozess verantwortlich.
• Es bietet außerdem ein System zur Fehlerkontrolle, mit dem Schäden durch erneute Übertragungen oder verlorene Frames erkannt werden.
• Die Datenverbindungsschicht bietet auch einen Mechanismus zur Übertragung von Daten über unabhängige Netzwerke, die miteinander verbunden sind.

Transportschicht

Die Transportschicht baut auf der Netzwerkschicht auf, um den Datentransport von einem Prozess auf einem Quellcomputer zu einem Prozess auf einem Zielcomputer bereitzustellen. Es wird über ein einzelnes oder mehrere Netzwerke gehostet und sorgt außerdem für die Aufrechterhaltung der Servicequalitätsfunktionen.

Es bestimmt, wie viele Daten mit welcher Geschwindigkeit wohin gesendet werden sollen. Diese Schicht baut auf den Nachrichten auf, die von der Anwendungsschicht empfangen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass Dateneinheiten fehlerfrei und in der richtigen Reihenfolge geliefert werden.

Mit der Transportschicht können Sie die Zuverlässigkeit einer Verbindung durch Flusskontrolle, Fehlerkontrolle und Segmentierung oder Desegmentierung steuern.

Die Transportschicht quittiert außerdem die erfolgreiche Datenübertragung und sendet die nächsten Daten, wenn keine Fehler aufgetreten sind. TCP ist das bekannteste Beispiel für die Transportschicht.

Wichtige Funktionen von Transportschichten

• Es unterteilt die von der Sitzungsschicht empfangene Nachricht in Segmente und nummeriert sie, um eine Sequenz zu erstellen.
• Die Transportschicht stellt sicher, dass die Nachricht an den richtigen Prozess auf dem Zielcomputer übermittelt wird.
• Es stellt außerdem sicher, dass die gesamte Nachricht fehlerfrei ankommt, andernfalls muss sie erneut übertragen werden.

Netzwerkschicht

Die Netzwerkschicht stellt die funktionalen und prozeduralen Mittel zur Übertragung von Datensequenzen variabler Länge von einem Knoten zu einem anderen Knoten bereit, der in „verschiedenen Netzwerken“ verbunden ist.

Die Nachrichtenzustellung auf der Netzwerkebene bietet kein garantiert zuverlässiges Protokoll auf der Netzwerkebene.

Zur Netzwerkschicht gehörende Layer-Management-Protokolle sind:

1. Routing-Protokolle
2. Multicast-Gruppenverwaltung
3. Adresszuweisung auf Netzwerkebene.

Sitzungsschicht

Session Layer steuert die Dialoge zwischen Computern. Es hilft Ihnen, die Start- und Endverbindungen zwischen der lokalen und der Remote-Anwendung herzustellen.

Diese Schicht fordert eine logische Verbindung an, die je nach Anforderung des Endbenutzers hergestellt werden sollte. Diese Schicht übernimmt alle wichtigen Anmelde- oder Passwortvalidierungen.

Die Sitzungsschicht bietet Dienste wie Dialogdisziplin, die Duplex oder Halbduplex sein kann. Sie wird hauptsächlich in Anwendungsumgebungen implementiert, die Remote Procedure Calls verwenden.

Wichtige Funktion der Sitzungsschicht

• Es richtet eine Sitzung ein, verwaltet sie und beendet sie.
• Die Sitzungsschicht ermöglicht es zwei Systemen, in einen Dialog einzutreten
• Es ermöglicht einem Prozess auch, dem Datenstrom einen Prüfpunkt hinzuzufügen.

Präsentationsfolie

Mit der Präsentationsschicht können Sie die Form definieren, in der die Daten zwischen den beiden kommunizierenden Einheiten ausgetauscht werden sollen. Es hilft Ihnen auch bei der Handhabung der Datenkomprimierung und Datenverschlüsselung.

Diese Schicht wandelt Daten in die Form um, die von der Anwendung akzeptiert wird. Außerdem werden Daten formatiert und verschlüsselt, die über alle Netzwerke gesendet werden sollen. Diese Schicht wird auch als a bezeichnet Syntaxschicht.

Die Funktion von Präsentationsebenen

• Zeichencode-Übersetzung von ASCII nach EBCDIC.
• Datenkomprimierung: Ermöglicht die Reduzierung der Anzahl der Bits, die im Netzwerk übertragen werden müssen.
• Datenverschlüsselung: Hilft Ihnen, Daten aus Sicherheitsgründen zu verschlüsseln – zum Beispiel Passwortverschlüsselung.
• Es bietet eine Benutzeroberfläche und Unterstützung für Dienste wie E-Mail und Dateiübertragung.

Anwendungsschicht

Die Anwendungsschicht interagiert mit einem Anwendungsprogramm, das die höchste Ebene des OSI-Modells darstellt. Die Anwendungsschicht ist die OSI-Schicht, die dem Endbenutzer am nächsten ist. Dies bedeutet, dass die OSI-Anwendungsschicht Benutzern die Interaktion mit anderen Softwareanwendungen ermöglicht.

Die Anwendungsschicht interagiert mit Softwareanwendungen, um eine Kommunikationskomponente zu implementieren. Die Interpretation von Daten durch das Anwendungsprogramm liegt immer außerhalb des Geltungsbereichs des OSI-Modells.

Ein Beispiel für die Anwendungsschicht ist eine Anwendung wie Dateiübertragung, E-Mail, Remote-Anmeldung usw.

Die Funktion der Anwendungsschichten ist

• Die Anwendungsschicht hilft Ihnen, Kommunikationspartner zu identifizieren, die Ressourcenverfügbarkeit zu bestimmen und die Kommunikation zu synchronisieren.
• Es ermöglicht Benutzern, sich bei einem Remote-Host anzumelden
• Diese Schicht stellt verschiedene E-Mail-Dienste bereit
• Diese Anwendung bietet verteilte Datenbankquellen und Zugriff auf globale Informationen zu verschiedenen Objekten und Diensten.

Interaktion zwischen OSI-Modellschichten

Informationen, die von einer Computeranwendung an eine andere gesendet werden, müssen jede der OSI-Schichten durchlaufen.

Dies wird im folgenden Beispiel erläutert:

• Jede Schicht innerhalb eines OSI-Modells kommuniziert mit den anderen beiden darunter liegenden Schichten und ihrer Peer-Schicht in einem anderen vernetzten Computersystem.
• Im unten dargestellten Diagramm können Sie sehen, dass die Datenverbindungsschicht des ersten Systems mit zwei Schichten kommuniziert, der Netzwerkschicht und der physischen Schicht des Systems. Es hilft Ihnen auch bei der Kommunikation mit der Datenverbindungsschicht des zweiten Systems.

Auf verschiedenen Ebenen unterstützte Protokolle

Schicht	Name	Protokolle
Ebene 7	Anwendungs-	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Ebene 6	Präsentation	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Ebene 5	Session	NetBIOS, SAP
Ebene 4	Transport	TCP, UDP
Ebene 3	Network	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Ebene 2	Datenverbindung	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Glasfaserkabel usw.
Ebene 1	Physik	RS232, 100BaseTX, ISDN, 11.

Unterschiede zwischen OSI und TCP/IP

Hier sind einige wichtige Unterschiede zwischen dem OSI- und dem TCP/IP-Modell:

OSI-Modell	TCP/IP-Modell
Das OSI-Modell bietet eine klare Unterscheidung zwischen Schnittstellen, Diensten und Protokollen.	TCP/IP bietet keine klaren Unterscheidungsmerkmale zwischen Diensten, Schnittstellen und Protokollen.
OSI verwendet die Netzwerkschicht, um Routing-Standards und -Protokolle zu definieren.	TCP/IP verwendet nur die Internetschicht.
Das OSI-Modell verwendet zwei separate physische und Datenverbindungsschichten, um die Funktionalität der unteren Schichten zu definieren	TCP/IP verwendet nur eine Schicht (Link).
Im OSI-Modell ist die Transportschicht nur verbindungsorientiert.	Eine Schicht der TCP/IP-Modell ist sowohl verbindungsorientiert als auch verbindungslos.
Im OSI-Modell sind die Datenverbindungsschicht und die physikalische Schicht getrennte Schichten.	Bei TCP werden die Datenverbindungsschicht und die physikalische Schicht als eine einzige Host-zu-Netzwerk-Schicht kombiniert.
Die Mindestgröße des OSI-Headers beträgt 5 Byte.	Die minimale Headergröße beträgt 20 Byte.

Vorteile des OSI-Modells

Hier sind die wichtigsten Vorteile/Vorteile der Verwendung des OSI-Modells:

• Es hilft Ihnen, Router, Switch, Motherboard und andere Hardware zu standardisieren
• Reduziert Komplexität und standardisiert Schnittstellen
• Erleichtert modulares Engineering
• Hilft Ihnen, interoperable Technologie sicherzustellen
• Hilft Ihnen, die Entwicklung zu beschleunigen
• Protokolle können durch neue Protokolle ersetzt werden, wenn sich die Technologie ändert.
• Bieten Sie Unterstützung für verbindungsorientierte Dienste sowie verbindungslose Dienste.
• Es handelt sich um ein Standardmodell in der Computervernetzung.
• Unterstützt verbindungslose und verbindungsorientierte Dienste.
• Bietet Flexibilität zur Anpassung an verschiedene Protokolltypen

Nachteile des OSI-Modells

Hier sind einige Nachteile/Nachteile der Verwendung des OSI-Modells:

• Das Anpassen von Protokollen ist eine mühsame Aufgabe.
• Sie können es nur als Referenzmodell verwenden.
• Definiert kein spezifisches Protokoll.
• Im OSI-Netzwerkschichtmodell werden einige Dienste in vielen Schichten wie der Transport- und der Datenverbindungsschicht dupliziert
• Schichten können nicht parallel arbeiten, da jede Schicht warten muss, bis sie Daten von der vorherigen Schicht erhält.

Zusammenfassung

• Das OSI-Modell ist ein logisches und konzeptionelles Modell, das die Netzwerkkommunikation definiert, die von Systemen verwendet wird, die für die Verbindung und Kommunikation mit anderen Systemen offen sind
• Im OSI-Modell sollte eine Ebene nur dort erstellt werden, wo bestimmte Abstraktionsebenen erforderlich sind.
• Die OSI-Schicht hilft Ihnen, die Kommunikation über ein Netzwerk zu verstehen
• 1984 wurde die OSI-Architektur von der ISO offiziell als internationaler Standard übernommen.

Schicht	Name	Funktion	Protokolle
Ebene 7	Anwendungs-	Um den Zugriff auf Netzwerkressourcen zu ermöglichen.	SMTP, HTTP, FTP, POP3, SNMP
Ebene 6	Präsentation	Um Daten zu übersetzen, zu verschlüsseln und zu komprimieren.	MPEG, ASCH, SSL, TLS
Ebene 5	Session	Zum Einrichten, Verwalten und Beenden der Sitzung	NetBIOS, SAP
Ebene 4	Transport	Die Transportschicht baut auf der Netzwerkschicht auf, um den Datentransport von einem Prozess auf einem Quellcomputer zu einem Prozess auf einem Zielcomputer bereitzustellen.	TCP, UDP
Ebene 3	Network	Bereitstellung von Internetworking. Um Pakete von der Quelle zum Ziel zu verschieben	IPV5, IPV6, ICMP, IPSEC, ARP, MPLS.
Ebene 2	Datenverbindung	Um Bits in Frames zu organisieren. Bereitstellung einer Hop-to-Hop-Lieferung	RAPA, PPP, Frame Relay, ATM, Glasfaserkabel usw.
Ebene 1	Physik	Bits über ein Medium übertragen. Bereitstellung mechanischer und elektrischer Spezifikationen	RS232, 100BaseTX, ISDN, 11.