OSI-Modell

Was ist das OSI-Modell?

Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection) ist ein Referenzmodell, das die Netzwerkkommunikation in sieben Schichten gliedert, vom physischen Signal auf der Leitung bis zur Anwendung, die ein Mensch nutzt. Jede Schicht hat eine Aufgabe und spricht nur mit der Schicht direkt darüber und darunter. Es wurde als ISO/IEC 7498-1 veröffentlicht, im gleichen Wortlaut wie ITU-T X.200. Heute dient es vor allem als gemeinsame Sprache, um zu erklären, wo ein Problem oder ein Protokoll einzuordnen ist.

Die sieben Schichten

1. Anwendung (7): die Protokolle, mit denen Anwendungen miteinander sprechen, etwa HTTP, DNS oder SMTP.
2. Darstellung (6): Datenformat, Kodierung und Verschlüsselung. TLS wird meist hier oder auf der Transportschicht eingezeichnet, passt aber zu keiner von beiden sauber.
3. Sitzung (5): Aufbau, Aufrechterhaltung und Beendigung einer Verbindung zwischen zwei Endpunkten.
4. Transport (4): Ende-zu-Ende-Zustellung zwischen Prozessen. TCP sorgt für Reihenfolge und erneutes Senden, UDP nicht. Die Dateneinheiten heißen Segmente (TCP) oder Datagramme (UDP).
5. Vermittlung (3): Adressierung und Routing zwischen Netzen. Hier arbeitet IP, die Einheit ist das Paket.
6. Sicherung (2): Zustellung zwischen zwei direkt verbundenen Geräten mit MAC-Adressen und Frames. Ethernet und WLAN gehören hierher.
7. Bitübertragung (1): Bits als elektrische, optische oder Funksignale, Kabel und Stecker.

Beim Senden verpackt jede Schicht die Daten von oben mit einem eigenen Header (Kapselung); der Empfänger packt sie in umgekehrter Reihenfolge wieder aus.

OSI im Vergleich zum TCP/IP-Modell

Das Internet basiert auf dem TCP/IP-Modell, das RFC 1122 mit vier Schichten beschreibt: Link, Internet, Transport und Anwendung. Grob deckt die TCP/IP-Anwendungsschicht die OSI-Schichten 5 bis 7 ab, Transport entspricht Schicht 4, Internet entspricht Schicht 3 und Link umfasst die Schichten 1 und 2. Die Zuordnung ist ungefähr: Echte Protokolle halten die OSI-Grenzen nicht streng ein, HTTP auf Schicht 7 oder TLS auf Schicht 6 zu setzen ist also eine Konvention und keine Regel. Die Nummern sind Bezeichnungen, keine exakte Landkarte dessen, was ein Paket tut.

Beispiel: eine langsame Seite, Schicht für Schicht

Eine Seite lädt langsam. Der Gang durch die Schichten grenzt die Ursache schnell ein:

• Schichten 1 und 2: Paketverlust im WLAN oder eine defekte Verbindung. Auch andere Seiten wirken langsam.
• Schicht 3: Eine schlechte Route oder ein weit entfernter Server erhöht die Latenz jeder Anfrage.
• Schicht 4: Verbindungen werden abgelehnt oder laufen in ein Timeout, oder TCP-Handshakes sind langsam.
• Schicht 7: Das Netzwerk ist in Ordnung, aber der Server antwortet langsam oder liefert Fehler.

Im letzten Fall spricht man von einem Layer-7-Problem, in den ersten drei von einem Netzwerkproblem.

Warum es für die Sicherheit wichtig ist

Schutzmaßnahmen werden oft nach der Schicht benannt, auf der sie arbeiten. Ein Paketfilter wirkt auf den Schichten 3 und 4, eine Web Application Firewall auf Schicht 7, und Verschlüsselung schützt Daten bei der Übertragung auf Transport- oder Anwendungsebene. Angriffe werden genauso beschrieben: Eine SYN-Flut zielt auf Schicht 4, eine HTTP-Flut auf Schicht 7, deshalb unterscheiden sich die Abwehrmaßnahmen. Die Abwehrseite beschreibt Distributed Denial of Service (DDoS), einen breiteren Überblick gibt Cybersicherheitsbedrohungen.

Häufige Fehler

• OSI als Umsetzung des Internets zu verstehen. Es ist ein Lehr- und Diagnosemodell; das Internet läuft auf TCP/IP.
• Darüber zu streiten, zu welcher Schicht ein Protokoll genau gehört. Mehrere Protokolle, darunter TLS, liegen zwischen zwei Schichten.
• Anzunehmen, dass eine Lösung auf einer Schicht eine andere verbessert. Mehr Bandbreite behebt keine langsame Datenbankabfrage.
• Nur eine Schicht zu prüfen. Ein erfolgreicher Ping belegt nur Schicht 3, nicht dass die Anwendung antwortet.

OSI, Tests und Monitoring

Das Modell hilft bei der Wahl der passenden Prüfung. Lasttests von LoadFocus senden HTTP(S)-Anfragen, belasten also Schicht 7 und zeigen, was Nutzer bei hoher Serverlast spüren. Das API-Monitoring ergänzt Prüfungen weiter unten im Stack: TCP-Monitore für die Erreichbarkeit von Ports, DNS-Monitore für die Auflösung von Einträgen und SSL-Zertifikatsprüfungen neben HTTP-Checks. Welche Protokolle Lasttester in der Praxis antreffen, steht in Netzwerkprotokolle für Performance-Tests, zur allgemeinen Praxis siehe Netzwerküberwachung.

Häufige Fragen

Wie viele Schichten hat das OSI-Modell?

Sieben: Bitübertragung, Sicherung, Vermittlung, Transport, Sitzung, Darstellung und Anwendung. Das TCP/IP-Modell, auf dem das Internet läuft, hat vier.

Wird das OSI-Modell noch verwendet?

Ja, als gemeinsame Sprache. Man spricht von Layer-2-Switch, Layer-4-Load-Balancer oder Layer-7-Angriff. Das Internet selbst basiert auf TCP/IP, nicht auf OSI-Protokollen.

Auf welcher Schicht liegen HTTP, TCP und IP?

Per Konvention ist HTTP Schicht 7, TCP Schicht 4 und IP Schicht 3. Die Grenzen sind ungefähr, und TLS ist das typische Beispiel für ein Protokoll, das nicht in eine Schicht passt.

Was ist der Unterschied zwischen OSI und TCP/IP?

OSI ist ein Referenzmodell mit sieben Schichten. TCP/IP ist ein Modell mit vier Schichten, das die tatsächlich im Internet genutzten Protokolle beschreibt. TCP/IP fasst die OSI-Schichten 5 bis 7 zu einer Anwendungsschicht und die Schichten 1 und 2 zu einer Link-Schicht zusammen.

Warum ist die Schicht für die Sicherheit relevant?

Unterschiedliche Schutzmaßnahmen wirken auf unterschiedlichen Schichten. Ein Paketfilter kann keine HTTP-Anfrage lesen, und eine Web Application Firewall stoppt keine Flut roher Pakete. Die Schicht zeigt, welche Maßnahme greift.