- 1 Abschnitt
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- ISO/OSI-Schichtenmodell14
- 1.1Einführung in das ISO/OSI-Modell
- 1.2Physikalische Schicht (Physical Layer)
- 1.3Sicherungsschicht (Data Link Layer)
- 1.4Vermittlungsschicht (Network Layer)
- 1.5Transportschicht (Transport Layer)
- 1.6Sitzungsschicht (Session Layer)
- 1.7Darstellungsschicht (Presentation Layer)
- 1.8Anwendungsschicht (Application Layer)
- 1.9Zusammenarbeit der Schichten
- 1.10Vergleich mit dem TCP/IP-Modell
- 1.11Anwendungsbeispiele
- 1.12ISO/OSI9 Fragen
- 1.13Aufgaben
- 1.14Lösungen
Vermittlungsschicht (Network Layer)
Definition und Funktion
Die Netzwerkschicht, auch als Schicht 3 des ISO/OSI-Modells bekannt, ist für die Weiterleitung von Datenpaketen zwischen verschiedenen Netzwerken verantwortlich. Sie sorgt für die logische Adressierung und Routing der Daten, um sicherzustellen, dass sie ihren Zielort erreichen. Diese Schicht ermöglicht die Kommunikation zwischen Geräten über unterschiedliche Netzwerke hinweg.
Hauptaufgaben der Netzwerkschicht
- Routing: Bestimmt den optimalen Pfad für die Datenpakete von der Quelle zum Ziel über mehrere Netzwerke hinweg.
- Logische Adressierung: Verwendet IP-Adressen, um Geräte im Netzwerk eindeutig zu identifizieren.
- Fragmentierung und Reassemblierung: Teilt große Datenpakete in kleinere Fragmente auf, die über das Netzwerk transportiert und am Zielort wieder zusammengesetzt werden.
- Paketweiterleitung: Sendet Datenpakete basierend auf der Ziel-IP-Adresse an den nächsten Netzwerkpunkt.
Komponenten der Netzwerkschicht
- Router: Netzwerkgeräte, die Datenpakete basierend auf IP-Adressen weiterleiten und die beste Route für den Datenverkehr bestimmen.
- Layer-3-Switches: Geräte, die sowohl die Funktionen eines Switches (Schicht 2) als auch die eines Routers (Schicht 3) kombinieren und effizient Datenpakete innerhalb eines Netzwerks routen.
Protokolle der Netzwerkschicht
| Protokoll | Beschreibung |
|---|---|
| IPv4 (Internet Protocol Version 4) | Weit verbreitetes Protokoll für die logische Adressierung und das Routing von Datenpaketen. Es verwendet 32-Bit-Adressen, die in vier Oktetten dargestellt werden (z.B. 192.168.0.1). |
| IPv6 (Internet Protocol Version 6) | Nachfolger von IPv4 mit 128-Bit-Adressen, die eine größere Anzahl eindeutiger Adressen ermöglichen. IPv6 bietet Verbesserungen in Bezug auf Sicherheit und Effizienz (z.B. 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334). |
| ICMP (Internet Control Message Protocol) | Wird zur Übertragung von Fehlermeldungen und Diagnoseinformationen im Netzwerk verwendet (z.B. Ping-Befehl zur Überprüfung der Erreichbarkeit eines Hosts). |
| ARP (Address Resolution Protocol) | Verwendet zur Zuordnung von IP-Adressen zu den entsprechenden MAC-Adressen, um die Datenübertragung auf der Sicherungsschicht zu ermöglichen. |
| RARP (Reverse Address Resolution Protocol) | Verwendet zur Zuordnung von MAC-Adressen zu den entsprechenden IP-Adressen, häufig bei Geräten ohne statische IP-Konfiguration. |
Routing-Techniken
- Statisches Routing: Manuelle Konfiguration der Routing-Tabellen durch einen Netzwerkadministrator. Diese Methode eignet sich für kleinere Netzwerke oder Netzwerke mit wenig Veränderung.
- Dynamisches Routing: Automatische Aktualisierung der Routing-Tabellen durch Routing-Protokolle. Diese Methode ist für größere Netzwerke geeignet, die häufige Änderungen erfahren. Zu den dynamischen Routing-Protokollen gehören:
- RIP (Routing Information Protocol): Verwendet die Anzahl der Hops als Metrik zur Bestimmung des besten Pfads.
- OSPF (Open Shortest Path First): Verwendet den Dijkstra-Algorithmus zur Berechnung des kürzesten Pfads basierend auf verschiedenen Metriken.
- EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol): Ein hybrides Routing-Protokoll, das sowohl Merkmale von Link-State- als auch von Distance-Vector-Protokollen verwendet.
- BGP (Border Gateway Protocol): Verwendet für das Routing zwischen autonomen Systemen im Internet und basiert auf Pfadattributen zur Bestimmung des besten Pfads.
Fehlerbehandlung und Überwachung
- TTL (Time to Live): Ein Feld im IP-Header, das die maximale Anzahl an Hops angibt, die ein Paket durchlaufen darf. Reduziert die Wahrscheinlichkeit, dass Pakete endlos im Netzwerk zirkulieren.
- Traceroute: Ein Diagnosetool, das die Route von Datenpaketen zu einem Zielhost anzeigt und die Zeit misst, die jedes Hop benötigt. Hilft bei der Fehlerbehebung und Analyse von Netzwerkpfaden.
Praxisbeispiele
- Routing in einem Unternehmensnetzwerk: Verwendung von Routern und Layer-3-Switches, um die Datenpakete effizient zwischen verschiedenen Abteilungen und Standorten zu leiten.
- Implementierung von IPv6: Umstellung eines Netzwerks von IPv4 auf IPv6, um eine größere Anzahl von Adressen und verbesserte Sicherheitsmerkmale zu nutzen.
- Netzwerkdiagnose mit ICMP: Verwendung des Ping- und Traceroute-Befehls zur Überprüfung der Netzwerkverbindungen und zur Fehlerbehebung bei Netzwerkproblemen.
Die Netzwerkschicht des OSI-Modells ist entscheidend für das Routing und die logische Adressierung von Datenpaketen über verschiedene Netzwerke hinweg. Sie ermöglicht die Kommunikation zwischen Geräten, die sich in unterschiedlichen Netzwerken befinden, und sorgt dafür, dass Daten effizient und sicher ihren Zielort erreichen. Ein tiefes Verständnis der Netzwerkschicht, ihrer Protokolle und Komponenten ist unerlässlich für die Planung, Implementierung und Verwaltung moderner Netzwerke.