Die Schichtenmodelle TCP/IP und ISO/OSI im Vergleich

Packzettel für Internetworking

23.03.2007 | Autor / Redakteur: Andreas Beuthner / Ulrike Ostler

Zurordnung der TCP/IP-Schichten zu den Oso-Ebenen. Quelle: Wikipedia
Zurordnung der TCP/IP-Schichten zu den Oso-Ebenen. Quelle: Wikipedia

Das TCP/IP-Referenzmodell definiert für die Datenkommunikation vier Schichten und weicht damit von dem Standardmodell der Internationalen Organisation für Normung (ISO) ab. Der Bauplan des Internet deckt sich trotzdem mit dem Grundgedanken des Open Systems Interconnection (OSI) – es geht um maschinenunabhängige Übertragungsprotokolle für die netzbasierte Datenkommunikation.

Wenn Rechner im Internet Daten austauschen, bewegen sie sich auf einer gemeinsamen Grundlage. Die heißt TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Während IP die Daten in Päckchen aufteilt und mit einer Empfängeradresse versieht, wacht TCP über die korrekte Zustellung und protokolliert die Reihenfolge, in der die einzelnen Pakete beim Empfänger wieder zusammengesetzt werden müssen. Welche Inhalte in den Containern stecken, ist den Logistikern der Datenkommunikation gleichgültig.

Darüber hinaus aber hat die Protokollfamilie des Internet im Laufe der Jahre eine Vervielfältigung erfahren, die sich mittlerweile in mehr als 500 Protokollen niederschlägt. Ein Referenzmodell für den Netzaufbau analog zum ISO/OSI-Standard ist deshalb sinnvoll und nützlich. Puristische OSI-Verfechter beharren zwar immer noch auf den sieben Schichten, aber ein sicherer Netzaufbau lässt sich auch mit den vier Ebenen des TCP/IP-Modells bewerkstelligen.

Dennoch sollten Netzwerker die wesentlichen Abweichungen des TCP/IP-Modells vom OSI-Modell kennen: Während OSI die Dienste und Funktionen je Schicht genau festlegt, kennt TCP/IP kein derartig strenges Reglement. Weder sind die Funktionen der Schichten genau festgelegt, noch die Dienste. Der TCP/IP-Stack ist nicht an das hierarchische Prozedere des OSI-Modells gebunden, sondern führt auch auf unterer Ebene Funktionen einer höheren Schicht aus.

Hierarchie ja, aber nicht so streng

Wie sieht das im Einzelnen aus? Für den Datenzugriff heißt die zuständige TCP/IP-Referenz Media Access Layer (MAL) oder auch Network Access Layer (NAL). Diese Schicht des TCP/IP-Modells fasst alle Aufgaben bezüglich der Zugriffsprotokolle zusammen.

Während das OSI-Modell an dieser Stelle weiter differenziert und die Aufgabenfelder in den beiden Schichten Data Link Layer 2 (vor allem die Teilschicht Media Access Control) und Physical Layer 1 beschreibt, behandelt der TCP/IP-Standard alle Zugriffsverfahren und die Paketadressierung in einer logischen Beschreibungsschicht. Das vereinfacht den Protokollaufbau und legt den Fokus von Internet-Verbindungen auf paketvermittelnde lokale Netztypen wie Ethernet, Token Ring oder FDDI (Fiber Distributed Data Interface).

Im Fall von Ethernet-Frames gibt es mit CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) bereits auf OSI-Layer 1 und 2 ein normiertes Zugriffsverfahren auf das Übertragungsmedium. Damit lässt sich ein aktives IP-basiertes Mehrfachzugriffsnetz (Multiple Access) entwerfen, das direkte Verbindungen zwischen den angeschlossenen Geräten (Netzwerkkarte, Hubs, Repeater) in einem Netzwerksegment (Teilnetz) herstellt. Die dafür eingesetzten Shared Ethernet-Teilnetze arbeiten auf der Schicht 1 des OSI-Modells.

Aus der Sicht eines IP-Netzes kann auch ein so genanntes Switched Ethernet zugrunde liegen, bei dem der Datenverkehr über einzelne Switch-Ports läuft. Ein großer Vorteil, denn die Netzwerkkomponenten können gleichzeitig senden ohne dass es unterwegs zu Kollisionen kommt. Der Switch baut eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen Sender- und adressiertem Empfänger-Port auf, während ein Hub den ankommenden Datenstrom von einem Port auf alle anderen Ports verteilt.

Kommunikation verbindet

Am nächsten kommen sich OSI-Modell und TCP/IP-Modell bei den Layern 3 und 4. Was im OSI-Standard als Network Layer 3 beschrieben ist, bezeichnet die TCP/IP-Welt als Internet Layer. Dort dominiert das IP zusammen mit dem Internet Control Message Protocol (ICMP). Das Internet-Protokoll greift auf Layer-2-Dienste (beispielsweise Ethernet) zu, um den Datentransport vorzubereiten. Eine der Aufgaben dieser Schicht ist es, das Transportprotokoll festzulegen. Davon gibt es in der IP-Welt drei: das verbindungsorientierte TCP, das verbindungslose UDP (User Datagram Protocol) und das von der Internet Engineering Task Force neu vorgeschlagene Stream Control Transmission Protocol (SCTP).

Die Vermittlungsschicht 3 des TCP/IP-Referenzmodells ist für die Weitervermittlung von Paketen und die Wegewahl (Routing) zuständig. Außerdem können auf dieser Ebene einzelne Netzwerke zu einem logischen Netzwerk gekoppelt oder in weitere Teilnetze untergliedert werden. Bei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen geht es darum, zu einem empfangenen Paket das nächste Zwischenziel zu ermitteln und das Paket dorthin weiterzuleiten.

Die heikelste Aufgabe in diesem Paketauslieferungslager ist die IP-Adressierung. Die Internet-Adresse ist eine von Diensten wie Adress Resolution Protocol (ARS) erzeugte Kennung, die in den Routing-Tabellen der Router auftaucht.

Außerdem gibt es weiteres alphanumerisches Adressformat, welches auf dem so genannten Domain Name System (DNS) basiert. Hardware-abhängige Adressen, Netzwerksegmente oder Host-IDs erfahren darin eine Namensübersetzung in eine IP-Adresse und sind damit über Kommunikationskanäle ansprechbar. Router arbeiten auf der OSI-Schicht 3 und verbinden eigenständige Teilnetze miteinander oder stellen die Verbindung zum öffentlichen Backbone her.

Aus drei mach eins

In den OSI-Anwendungsschichten 5, 6 und 7 sind alle Protokolle definiert, auf die Programme und Anwendungen direkt zugreifen. Das TCP/IP-Modell hat daraus eine Applikationsschicht gemacht. Die Verbindung zwischen Anwendungs- und Übertragungsschicht wird über Ports von TCP hergestellt.

Hier sind die bekannten Protokolle HTTP (Hypertext Transfer Protocol) oder FTP (File Transfer Protocol) angesiedelt. Dazu kommen die Protokolle für den E-Mail-Austausch oder die Geräteverwaltung. Auch der wichtige Domain Name Service zur Übersetzung von Host-Adressen in IP-Adressen gehört zu den Aufgaben dieser Schicht.

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