Die transportorientierten Schichten des OSI

Hinter dem OSI-Modell steckt ein Referenzmodell, welches als Grundlage der Schichtenarchitektur von Netzwerkprotokollen dient. Seit 1983 wird es durch die „International Telecommuniacation Union“ als Standard veröffentlicht. Seit 1984 geschieht dies auch seitens der „International Organization for Standardization“. Die Entwicklung begann bereits im Jahre 1977 unter dem Fokus einer Kommunikation, die auch zwischen verschiedenen Systemen und somit unterschiedlichen Netzwerken möglich sein sollte. Das ISO/OSI-Referenzmodell setzt sich aus sieben aufeinander aufbauenden Schichten zusammen, die in der Fachsprache auch als Layers bezeichnet werden und bei denen jede Schicht klar definierte Aufgaben übernimmt. Zudem lassen sich auf der gleichen Ebene festgelegte Netzwerkprotokolle über eine direkte Schnittstelle miteinander austauschen, was auch möglich ist, wenn ein Internet Protocol verwendet wird, welches ja eine zentrale Funktion einnimmt. Die Schichten 1-4 stellen im OSI-Modell die transportorientierten Schichten dar.

 

Die ersten vier Schichten des Referenzmodells

 

Im Bereich der Kommunikationstechnik hat sich das von ISO standardisierte Referenzmodell weitestgehend etabliert, wobei es auf einer Architektur mit sieben Schichten basiert, von denen die ersten vier sich in ihrer Umsetzung am eigentlichen Transport der Daten orientieren:

 

  • Schicht 4 – hierbei handelt es sich um die Transportschicht im OSI-Modell. In der Fachsprache finden sich auch die Begrifflichkeiten der Ende-zu-Ende-Kontrolle oder Transport-Kontrolle. Zu den Aufgaben dieser Schicht zählen zum einen die Segmentierung des Datenstroms und zum anderen die Vermeidung von Staus auf den Datenleitungen. Seitens der Transportschicht wird den anwendungsorientierten Schichten ein einheitlicher Zugriff erlaubt, wodurch die Eigenschaften des Kommunikationsnetzes nicht mehr berücksichtigt werden müssen. Innerhalb Schicht 4 finden sich fünf Dienstklassen mit unterschiedlicher Güte, die ebenfalls durch die oberen Schichten 5-7 genutzt werden können. Diese Dienstklassen befassen sich allumfassend mit den Multiplex-Mechanismen und den Verfahren zur Fehlersicherung sowie Fehlerbehebung. Typische Protokolle der Transportschicht sind TCP, UDP oder SCTP.
  • Schicht 3 – dies ist die Vermittlungsschicht im OSI-Referenzmodell und kann auch als die Paketebene oder Netzwerkschicht angesehen werden. Diese Schicht sorgt bei den leitungsorientierten Diensten für das richtige Schalten der Verbindungen. Bei paketorientierten Diensten dient diese Schicht hingegen der Weitervermittlung von empfangenen Datenpaketen. Dabei verläuft die Übertragung in beiden Fällen über das gesamte Kommunikationsnetz, was auch das Routing zwischen den einzelnen Knoten des Netzwerkes mit einschließt. Da es nicht immer zwischen dem Sender und Empfänger zu einer direkten Verbindung kommen kann, müssen die Pakete gegebenenfalls durch die Knoten weitergeleitet werden. Diese Pakete gelangen dann nicht in die nächsthöheren Schichten, sodass sie mit einem neuen Zwischenziel versehen und an den einen neuen Knoten gesandt werden. Der Hauptfokus der Aufgaben der Vermittlungsschicht liegt jedoch auf der Bereitstellung netzwerkübergreifender Adressen, sowie dem Routing und der Aktualisierung aufgebauter Routingtabellen. Zudem müssen Datenpakete auf dieser Schicht fragmentiert werden. Da sich ein Kommunikationsnetz in einigen Fällen aus mehreren Teilnetzen zusammensetzen kann und sich somit verschiedene Übertragungsmedien und Protokolle finden, müssen auf der dritten Schicht ebenfalls Umsetzungsfunktionen definiert sein, die die Weiterleitung von Daten zwischen den Teilnetzen ermöglicht. Typische Protokolle sind IP, IPsec oder ICMP.
  • Schicht 2 – die Sicherungsschicht gewährleistet eine zuverlässige und weitestgehend fehlerfreie Datenübertragung. Auch der Zugriff auf das jeweilige Übertragungsmedium wird auf dieser Schicht im OSI-Modell geregelt. Um dies umzusetzen, kommt es zur Aufteilung des Bitdatenstromes in einzelne Blöcke, die entweder als Frames oder Rahmen angesehen werden können, und zum Hinzufügen von Prüfsummen bei der Kanalkodierung. Hierdurch lassen sich fehlerhafte Blöcke durch den Empfänger erkennen und können von diesem verworfen oder bestenfalls korrigiert werden. Wird ein Block verworfen, kann dieser nicht erneut angefragt werden. Auf der Sicherungsschicht ist zudem eine Datenflusskontrolle realisiert, durch welche der Empfänger steuern kann, mit welcher Geschwindigkeit ein Sender Blöcke übertragen darf.
  • Schicht 1 – die Bitübertragungsschicht ist die unterste Ebene im ISO/OSI Referenzmodell. Ihre Hauptfunktion liegt in der Bereitstellung mechanischer, elektrischer und sonstiger funktionaler Hilfsmittel, sodass eine physische Verbindung aktiviert oder deaktiviert werden kann. Auch das Aufrechterhalten einer Verbindung und die Übertragung von Bits zählen zu den Aufgaben der ersten Schicht. Die hierfür verwendeten Verfahren werden in der Fachsprache auch als übertragungstechnische Verfahren bezeichnet. Um ein Übertragungsmedium gemeinsam zu nutzen, können auf der Bitübertragungsschicht statische Multiplexe oder dynamische Multiplexe verwendet werden, was jedoch neben den Spezifikation einiger Übertragungsmedien und der Definition der Steckverbindungen noch weitaus mehr Elemente bedarf. Letztlich muss auf dieser Schicht noch geklärt werden, wie ein Bit genau übertragen werden soll

 

Der Bezug des OSI-Modells zur Telekommunikationsbranche

 

Das Konzept für das Referenzmodell der Organisation ISO entstammt jener Datenwelt, bei welcher ein fortlaufender Transport von Nutzdaten erfolgen muss. Damit dieses Modell jedoch im Bereich der Telekommunikation abgebildet werden konnten, waren diverse Zusätze erforderlich. Hierbei wird berücksichtigt, dass die Telekommunikation nur Zeichengaben zum Auf-und Abbau einer Verbindung nutzt, die von den Datenströmen getrennt sind. Zudem werden hier Geräte und weitere Einrichtungen durch ein Management-Protokoll über weitere Entfernungen hinweg konfiguriert, überwacht oder entstört. Deshalb erfolgte eine Erweiterung um zwei Protokoll-Stacks, sodass sich heute die Nutzdaten, die Zeichengabe und das Management als Stacks im ISO/OSI-Referenzmodell befinden.