Schicht 1: Bitübertragung
Schicht 1 – die physikalische Schicht – ist die einzige Schicht des OSI-Modells, die mit der echten physikalischen Welt in Berührung kommt: Kupferkabel, Lichtimpulse in Glasfasern, elektromagnetische Wellen in der Luft. Sie kennt keine Adressen, keine Pakete, keine Verbindungen – nur Bits: 0 und 1, dargestellt als elektrische Spannung, Licht oder Funkwellen.
1. Aufgaben von Schicht 1
Die physikalische Schicht definiert alles, was mit der rohen Übertragung von Bits zu tun hat: welche Spannungspegel eine 0 und eine 1 darstellen, wie schnell Bits übertragen werden, welche Stecker und Kabel verwendet werden, wie Bits kodiert werden. Sie hat keine Intelligenz: Sie sendet, was Schicht 2 ihr gibt – und gibt Schicht 2 weiter, was sie empfängt – ohne zu verstehen, was es bedeutet.
- Definition von Steckverbindern und Pinbelegung (z.B. RJ-45)
- Elektrische oder optische Signalspegel
- Übertragungsrate (Bandbreite) in Bit/s
- Leitungskodierung (wie werden Bits als Signale dargestellt)
- Synchronisation (Sender und Empfänger im Takt)
- Halbduplex oder Vollduplex
2. Übertragungsmedien
Je nach Einsatzszenario kommen unterschiedliche physikalische Medien zum Einsatz. Die drei wichtigsten Kategorien:
3. Kabelkategorien: Twisted Pair
| Kategorie | Max. Bandbreite | Typische Geschwindigkeit | Einsatz |
|---|---|---|---|
| Cat5e | 100 MHz | 1 Gbit/s | LAN, ältere Installationen |
| Cat6 | 250 MHz | 1 Gbit/s (10G bis 55 m) | Standard-LAN heute |
| Cat6A | 500 MHz | 10 Gbit/s bis 100 m | Rechenzentrum, Server |
| Cat7 | 600 MHz | 10 Gbit/s | Industrie, Spezialanwendung |
| Cat8 | 2000 MHz | 25/40 Gbit/s bis 30 m | Datacenter-Verbindungen |
4. Glasfaser: Multimode vs. Singlemode
Glasfaserkabel gibt es in zwei Varianten, die sich fundamental in Reichweite und Anwendungsbereich unterscheiden:
- Multimode (OM1–OM5): Dickerer Kern (50–62,5 µm), Licht kann mehrere Pfade nehmen. Günstigere Transceiver (LED/VCSEL). Reichweite: bis ca. 550 m. Einsatz: Gebäudeverkabelung, kurze RZ-Strecken.
- Singlemode (OS1/OS2): Sehr dünner Kern (9 µm), Licht läuft in einem Pfad. Teurere Transceiver (Laser). Reichweiten: mehrere km bis 100 km. Einsatz: Campusverbindungen, WAN, Carrier-Netze.
5. Leitungskodierung und Signale
Bits müssen als physikalische Signale kodiert werden. Eine einfache Methode ist NRZ (Non-Return-to-Zero): hohe Spannung = 1, niedrige Spannung = 0. Modernere Verfahren wie Manchester-Kodierung oder 4B/5B verbessern die Taktsynchronisation und Zuverlässigkeit.
6. Netzwerkgeräte auf Schicht 1
Geräte auf Schicht 1 verstehen keine Adressen – sie verstärken, verteilen oder konvertieren einfach das Signal:
- Hub: Verbindet mehrere Geräte, sendet jedes eingehende Signal an alle Ports. Kein Adresswissen, kein Filtern. Heute kaum noch verwendet (durch Switches ersetzt).
- Repeater: Verstärkt das Signal über längere Strecken. Verlängert Kabelreichweite.
- Medienkonverter: Wandelt z.B. Kupfer-Ethernet in Glasfaser-Ethernet um.
- Transceiver (SFP/QSFP): Steckbare Module in Switches und Routern für verschiedene Medien.