Netzwerk Grundlagen

Das OSI-Modell

Zweck des OSI-Modells ist es, Kommunikation über unterschiedlichste technische Systeme hinweg zu beschreiben und die Weiterentwicklung zu begünstigen. Dazu definiert dieses Modell sieben aufeinanderfolgende Schichten (engl. layers) mit jeweils eng begrenzten Aufgaben. In der gleichen Schicht mit klaren Schnittstellen definierte Netzwerkprotokolle sind einfach untereinander austauschbar, selbst wenn sie wie das Internet Protocol eine zentrale Funktion haben.

Nachfolgend finden Sie eine tabellarische Darstellung des OSI-Schichtmodells. Die Tabelle ist aus dem OSI-Modell Artikel auf Wikipedia entnommen und etwas angepasst (verkürzt).
OSI-Schicht Einordnung TCP/IP-Referenzmodell Einordnung Protokollbeispiele Einheiten Kopplungselemente
7 Anwendungen
(Application) 		Anwendungs-
orientiert 		Anwendung Ende zu
Ende
(Multihop) 		DHCP
DNS
FTP
HTTP
HTTPS
LDAP
SMTP		 Daten Gateway, Content-Switch, Proxy, Layer-4-7-Switch
6 Darstellung
(Presentation)
5 Sitzung
(Session)
4 Transport
(Transport) 		Transport-
orientiert 		Transport TCP
UDP		 TCP = Segmente
UDP = Datagramme
3 Vermittlung-/Paket
(Network) 		Internet ICMP
IGMP
IP
IPsec
IPX		 Pakete Router, Layer-3-Switch
2 Sicherung
(Data Link) 		Netzzugriff Punkt zu
Punkt 		IEEE 802.3 Ethernet
IEEE 802.11 WLAN
MAC 		Rahmen (Frames) Bridge, Layer-2-Switch, Wireless Access Point
1 Bitübertragung
(Physical) 		1000BASE-T Bits, Symbole Netzwerkkabel, Repeater, Hub

Ping & OSI‑Modell — Anwendungsbeispiel

Nachfolgendes Beispiel zeigt, wie Ping das OSI‑Modell in der Praxis verwendet.

OSI‑Schichten (kurz)

Übersicht der sieben Schichten mit kurzer Rolle beim Beispiel ping.

Das Ping‑Programm (z. B. ping www.beispiel.at) wird gestartet und zeigt später die Antwortzeiten an.

Beim einfachen ICMP‑Ping sind keine Darstellungsvorgänge erforderlich; diese Schicht bleibt inaktiv.

Beim Ping gibt es keine langlaufende Sitzung; die Schicht wird typischerweise nicht benötigt.

ICMP arbeitet direkt auf IP und verwendet nicht TCP/UDP – die klassische Transportschicht wird beim Ping übersprungen.

ICMP‑Nachrichten werden in IP‑Pakete eingebettet. Quelle und Ziel werden über IP‑Adressen bestimmt; Router leiten die Pakete weiter.

Das IP‑Paket wird in einen Ethernet‑Frame verpackt. Lokale Adressauflösung (ARP) liefert die MAC‑Adresse des nächsten Hops (z. B. Router).

Elektrische Signale, optische Impulse oder Funkwellen übertragen die Bits zwischen den Geräten (z. B. PC ↔ Switch).
Aufgabe 1.1 - Schichten erkennen und zuordnen
Ordnen Sie den folgenden Beschreibungen die passende OSI-Schicht zu. Schreiben Sie die richtige Schichtnummer (1–7) und den Namen der Schicht dazu.
  1. Überträgt Bits über physikalische Medien wie Kabel oder Funk
  2. Stellt sicher, dass Daten fehlerfrei von einem Punkt zum anderen übertragen werden
  3. Kümmert sich um die logische Adressierung (z. B. IP-Adressen) und die Wegfindung im Netzwerk
  4. Stellt eine Verbindung zwischen Anwendungen her (z. B. TCP, UDP)
  5. Übersetzt Datenformate, verschlüsselt oder komprimiert sie bei Bedarf
  6. Stellt den Kontakt zu Anwendungsprogrammen her (z. B. Webbrowser, E-Mail-Client)
  7. Sorgt für die zuverlässige Übertragung von Datenrahmen zwischen direkt verbundenen Geräten
  1. Layer 1 – Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
  2. Layer 2 – Sicherungsschicht (Data Link Layer)
  3. Layer 3 – Vermittlungsschicht (Network Layer)
  4. Layer 4 – Transportschicht (Transport Layer)
  5. Layer 6 – Darstellungsschicht (Presentation Layer)
  6. Layer 7 – Anwendungsschicht (Application Layer)
  7. Layer 2 – Sicherungsschicht (Data Link Layer)
Aufgabe 1.2 - Verwendung des OSI‑Modell in der Praxis bei einem DNS Request
Im Beispiel zu PING oben, wurde vernachlässigt, dass PING nicht mit Namen (Domain Names) arbeitet, sondern nur mit IP Adressen. Geben Sie entsprechend zum Beispiel oben die Layer an, die für eine DNS Abfrage verwendet werden müssen.

Ablauf: nslookup|dig www.beispiel.at

  1. Die Anwendung (Schicht 7) erstellt einen DNS Request an den konfigurierten DNS Server.
  2. UDP (Schicht 4) verpackt die Anfrage in ein UDP-Datagram, es wird der lokale Anfrage-Port (High-Port) und der Ziel-Port (53) im Datagram angegeben.
  3. IP (Schicht 3) verpackt die Anfrage in ein IP‑Paket und vergibt Ziel‑ und Quell‑IP.
  4. Falls die Ziel‑MAC nicht bekannt ist, sendet das System eine ARP‑Anfrage (Schicht 2) und erhält die MAC des nächsten Hops.
  5. Das IP‑Paket wird in einen Ethernet‑Frame (Schicht 2) gelegt und bitweise über das Medium (Schicht 1) übertragen.
  6. Router leiten das Paket auf der Vermittlungsschicht (Schicht 3) weiter, bis das Ziel erreicht ist.
  7. Das Ziel erstellt eine DNS Response und sendet diese zurück; die Anwendung erhält die Antwort verarbeitet das Ergebnis weiter (z.b. Anzeige).
Aufgabe 1.3 - Verwendung des OSI‑Modell in der Praxis bei einem ARP Request
Im Beispiel zu PING oben, wurde vernachlässigt, dass die MAC Adresse des Kommunikationspartners möglicherweise noch nicht bekannt ist.
Geben Sie entsprechend zum Beispiel oben die Layer an, die für eine ARP Abfrage verwendet werden müssen.

Ablauf: arping -c 1 10.27.100.1

  1. Die Anwendung (Schicht 7) erstellt einen ARP‑Request.
  2. Das Paket wird in einen Ethernet‑Frame (Schicht 2) gelegt und bitweise über das Medium (Schicht 1) übertragen.
  3. Das Ziel, oder ein Switch erstellt eine ARP-Response und sendet diese zurück; die Anwendung erhält die Antwort. verarbeitet diese entsprechend weiter.

Wichtiger Hinweis

  • Ist das Ziel nicht im eigenen LAN-Segment wird als Kommunikationspartner die Default Gateway verwendet.