Tag 2: Netzwerke & Protokolle

IHK-Vorbereitung · Fachinformatiker Systemintegration

Tag 2: Netzwerke & Protokolle

Schichten

Aufgeteilt in anwendungs- und transportorientierte Schichten

Entwickelt von

ISO

International Organization for Standardization, 1984 veröffentlicht

Referenzmodell

Was ist das OSI-Modell?

Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection) ist ein Referenzmodell zur Beschreibung von Netzwerkkommunikation. Es teilt die Kommunikation in 7 Schichten auf, sodass Protokolle und Geräte herstellerunabhängig interoperabel sind. In der Praxis nutzt man TCP/IP – das OSI-Modell bleibt aber das Standard-Beschreibungsmodell in der IHK-Prüfung.

⚠️ Merksatz von oben nach unten: „Alle deutschen Studenten trinken verschiedene Sorten Bier" (Anwendung, Darstellung, Sitzung, Transport, Vermittlung, Sicherung, Bitübertragung)

⚠️ Merksatz von unten nach oben: „Bitte sende täglich viele schöne Dankeskarten aus"

Die 7 Schichten – interaktiv (anklicken für Details)

💡 Klicke auf eine Schicht, um Protokolle, Geräte und Aufgaben zu sehen.

7
🌐
Anwendungsschicht
Application Layer
DatenAufgabe: Stellt Dienste direkt für Anwendungen bereit. Schnittstelle zwischen Netzwerk und Anwendungssoftware.

Protokolle:
              HTTP / HTTPS
              FTP / SFTP
              SMTP
              POP3
              IMAP
              DNS
              DHCP
              SNMP
              Telnet / SSH
            
6
🔄
Darstellungsschicht
Presentation Layer
DatenAufgabe: Übersetzt Daten in ein einheitliches Format, kümmert sich um Kodierung, Komprimierung und Verschlüsselung.

Beispiele / Protokolle:
              TLS / SSL
              JPEG, PNG, GIF
              ASCII / Unicode
              MPEG
            
💡 In der Praxis wird diese Schicht oft mit Schicht 7 zusammengefasst.
5
🔗
Sitzungsschicht
Session Layer
DatenAufgabe: Aufbau, Verwaltung und geordneter Abbau von Kommunikationssitzungen zwischen zwei Systemen. Synchronisation und Wiederherstellung nach Verbindungsabbruch.

Protokolle / Konzepte:
              NetBIOS
              RPC
              PPTP
              SIP (VoIP)
            
4
🚚
Transportschicht
Transport Layer
Segment / DatagrammAufgabe: Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen Prozessen (via Ports). Fehlerkorrektur, Flusskontrolle, Segmentierung.

Protokolle:
              TCP
              UDP
            
TCP: verbindungsorientiert, zuverlässig, Bestätigung (ACK), 3-Way-Handshake  |  UDP: verbindungslos, schnell, kein Fehlerhandling
3
🗺️
Vermittlungsschicht
Network Layer
PaketAufgabe: Logische Adressierung (IP-Adressen) und Wegewahl (Routing) über Netzwerkgrenzen hinweg.

Protokolle:
              IP (IPv4 / IPv6)
              ICMP
              OSPF
              BGP
              ARP*
            
Geräte:
              Router
              Layer-3-Switch
            
*ARP arbeitet zwischen Schicht 2 und 3 (Grenzbereich)
2
🔌
Sicherungsschicht
Data Link Layer
Frame (Rahmen)Aufgabe: Gesicherte Übertragung zwischen direkt verbundenen Knoten. Physische Adressierung (MAC-Adressen), Fehlererkennung (CRC), Zugriffskontrolle (MAC).

Protokolle / Standards:
              Ethernet (IEEE 802.3)
              WLAN (IEEE 802.11)
              PPP
              VLAN (802.1Q)
            
Geräte:
              Switch
              Bridge
              Access Point
            
1
⚡
Bitübertragungsschicht
Physical Layer
BitAufgabe: Physikalische Übertragung von Bits (0/1) über ein Medium. Legt Stecker, Kabel, Signalpegel, Frequenzen und Leitungscodierung fest.

Medien / Standards:
              Ethernet (Kabel)
              Glasfaser
              DSL
              Bluetooth
              USB
            
Geräte:
              Hub
              Repeater
              Kabel / Stecker / NIC
            

Typische IHK-Prüfungsfragen zum OSI-Modell

„Welchem OSI-Layer ist ein Router/Switch/Hub zuzuordnen?" → Router: 3, Switch: 2, Hub: 1
„In welcher Schicht arbeitet das IP-Protokoll?" → Schicht 3
„Wie heißt die PDU auf Schicht 4?" → Segment (TCP) / Datagramm (UDP)
„Was ist die Aufgabe der Transportschicht?" → Ende-zu-Ende-Kommunikation, Ports, Fehlerkontrolle
„Welche Adresse wird auf Schicht 2 verwendet?" → MAC-Adresse

Schichten

Praxisnahes Modell, Grundlage des Internets

Standardisierung

IETF

Internet Engineering Task Force (RFC-Dokumente)

Praxismodell

TCP/IP-Modell vs. OSI-Modell

Das TCP/IP-Modell ist das in der Praxis verwendete Modell für das Internet. Es hat 4 Schichten und fasst mehrere OSI-Schichten zusammen. In der IHK-Prüfung wird häufig die Zuordnung von OSI zu TCP/IP abgefragt.

ℹ️ Das OSI-Modell = Lehrmodell zur Beschreibung. Das TCP/IP-Modell = Implementierungsmodell der Praxis.

Schichtenvergleich: OSI ↔ TCP/IP

OSI-Modell

7 – Anwendung

6 – Darstellung

5 – Sitzung

4 – Transport

3 – Vermittlung

2 – Sicherung

1 – Bitübertragung

→

TCP/IP-Modell

Anwendungsschicht
(Application Layer)

Transportschicht
(Transport Layer)

Internetschicht
(Internet Layer)

Netzzugangsschicht
(Network Access Layer)

Die 4 TCP/IP-Schichten im Detail

Anwendungsschicht (Application Layer)

Entspricht OSI-Schicht 5, 6, 7. Enthält alle Protokolle, die direkt mit Anwendungen interagieren: HTTP, HTTPS, FTP, SMTP, DNS, DHCP, SSH, Telnet, SNMP, POP3, IMAP.

Transportschicht (Transport Layer)

Entspricht OSI-Schicht 4. Protokolle: TCP (verbindungsorientiert, zuverlässig) und UDP (verbindungslos, schnell). Identifikation von Diensten über Portnummern.

Internetschicht (Internet Layer)

Entspricht OSI-Schicht 3. Protokolle: IP (IPv4/IPv6), ICMP (Ping), ARP, OSPF, BGP. Zuständig für logische Adressierung und Routing.

Netzzugangsschicht (Network Access Layer)

Entspricht OSI-Schicht 1 und 2. Physikalische Übertragung + Rahmenbildung (Frames). Standards: Ethernet (802.3), WLAN (802.11), PPP. Geräte: Switch, Hub, NIC.

TCP: Der 3-Wege-Handshake

Vor jeder TCP-Verbindung wird der 3-Way-Handshake durchgeführt. Prüfungsrelevant!

SYN – Client sendet Verbindungsanfrage (synchronize sequence number)

SYN-ACK – Server bestätigt die Anfrage und sendet eigene SYN

ACK – Client bestätigt die Annahme → Verbindung ist aufgebaut

ℹ️ TCP garantiert: Reihenfolge, Vollständigkeit, Fehlerkorrektur. UDP ist schneller, aber ohne diese Garantien (z.B. für Streaming, DNS, VoIP sinnvoll).

Identifikation

5-Tupel

Eindeutige Kennzeichnung einer TCP-Verbindung

Socket-Definition

IP + Port

Die Endstelle einer Kommunikationsverbindung

Prüfungswissen

Was ist ein Socket?

Ein Socket ist die logische Endstelle einer Netzwerkverbindung. In der Praxis der Systemintegration begegnet dir das ständig bei der Konfiguration von Firewalls oder Diensten.

Formel: Socket = IP-Adresse : Portnummer
Beispiel: 192.168.178.10:443 (Ein HTTPS-Socket auf einem Webserver)

Das TCP 5-Tupel (Eindeutigkeit)

Damit ein Betriebssystem mehrere gleichzeitige Verbindungen zum selben Server (z.B. mehrere Browser-Tabs zu Google) unterscheiden kann, braucht es mehr als nur die Ziel-IP. Eine Verbindung wird durch fünf Werte eindeutig definiert:

Komponente	Bedeutung / Beispiel
1. Quell-IP	Die IP deines Clients (z.B. 10.0.0.5)
2. Quell-Port	Ein dynamischer Port (Ephemeral Port), z.B. 54321
3. Ziel-IP	Die IP des Servers (z.B. 8.8.8.8)
4. Ziel-Port	Der Dienst-Port (z.B. 443 für HTTPS)
5. Protokoll	In diesem Fall immer TCP (oder UDP)

Wichtig für die Praxis (FiSi)

Ephemeral Ports: Clients nutzen für ausgehende Verbindungen Ports im Bereich von meist 49152 bis 65535.
Netstat / SS: Mit den Befehlen netstat -an oder ss -tulpen kannst du aktive Sockets auf einem Server prüfen.
Port-Exhaustion: Wenn ein Server zu viele Verbindungen öffnet und keine Quell-Ports mehr frei sind, schlagen neue Verbindungen fehl.

Überblick

Wichtige Protokolle mit Schicht & Port

Für die IHK-Prüfung musst du Protokolle der richtigen OSI- bzw. TCP/IP-Schicht zuordnen und die wichtigsten Portnummern kennen.

ℹ️ Eselsbrücke Ports: HTTP 80, HTTPS 443, FTP 21, SSH 22, SMTP 25, DNS 53, DHCP 67/68

Protokoll	OSI-Schicht	TCP/IP-Schicht	Port	Funktion
HTTP	7 – Anwendung	Anwendung	80TCP	Webseiten übertragen (unverschlüsselt)
HTTPS	7 – Anwendung	Anwendung	443TCP	Webseiten verschlüsselt (via TLS)
FTP	7 – Anwendung	Anwendung	21TCP	Dateiübertragung (Steuerkanal 21, Daten 20)
SSH	7 – Anwendung	Anwendung	22TCP	Verschlüsselter Fernzugriff (Shell)
SMTP	7 – Anwendung	Anwendung	25TCP	E-Mail versenden (Server zu Server)
POP3	7 – Anwendung	Anwendung	110TCP	E-Mail abrufen (Download auf Client)
IMAP	7 – Anwendung	Anwendung	143TCP	E-Mail abrufen (bleibt auf Server)
DNS	7 – Anwendung	Anwendung	53UDP	Namensauflösung (Domain → IP-Adresse)
DHCP	7 – Anwendung	Anwendung	67/68UDP	Automatische IP-Adressvergabe
SNMP	7 – Anwendung	Anwendung	161UDP	Netzwerk-Monitoring und -Management
Telnet	7 – Anwendung	Anwendung	23TCP	Fernzugriff (unverschlüsselt – veraltet!)
TCP	4 – Transport	Transport	–	Verbindungsorientierte, zuverlässige Übertragung
UDP	4 – Transport	Transport	–	Verbindungslos, schnell, kein Fehlerhandling
IP (v4/v6)	3 – Vermittlung	Internet	–	Logische Adressierung, Routing
ICMP	3 – Vermittlung	Internet	–	Fehlermeldungen, Diagnosefunktionen (ping)
ARP	2/3 – Grenze	Internet / Netzzugang	–	IP-Adresse → MAC-Adresse auflösen
Ethernet	2 – Sicherung	Netzzugang	–	LAN-Übertragung, MAC-Adressierung (IEEE 802.3)
WLAN	1+2 – Physisch/Sicherung	Netzzugang	–	Drahtlose Übertragung (IEEE 802.11 a/b/g/n/ac/ax)
TLS / SSL	6 – Darstellung	Anwendung	–	Verschlüsselung von Verbindungen (z.B. für HTTPS)

TCP vs. UDP – Vergleich

Merkmal	TCP	UDP
Verbindungsaufbau	Ja (3-Way-Handshake)	Nein
Zuverlässigkeit	Hoch (ACK, Neuübertragung)	Keine Garantie
Reihenfolge	Garantiert	Nicht garantiert
Geschwindigkeit	Langsamer (Overhead)	Schneller
Anwendung	HTTP, SMTP, FTP, SSH	DNS, DHCP, VoIP, Streaming
PDU-Name	Segment	Datagramm

Merkhilfe: E-Mail-Protokolle

SMTP (25): Versenden von E-Mails (Client → Server und Server → Server). „Send Mail To People"
POP3 (110): Abrufen und Herunterladen von E-Mails auf lokalen Client. Danach werden sie vom Server gelöscht.
IMAP (143): E-Mails verbleiben auf dem Server. Mehrere Geräte synchronisiert. Modern und bevorzugt.

Teste dein Wissen zu OSI-Modell, TCP/IP und Protokollen.

0 von 8 beantwortet

1. Auf welchem OSI-Layer arbeitet ein Router?

✅ Richtig! Router arbeiten auf Schicht 3 und nutzen IP-Adressen für das Routing zwischen Netzwerken.

❌ Falsch. Ein Router arbeitet auf Schicht 3 (Vermittlungsschicht) und trifft Routing-Entscheidungen anhand von IP-Adressen.

2. Welches Protokoll wird für die automatische IP-Adressvergabe verwendet?

✅ Richtig! DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) vergibt automatisch IP-Adressen, Subnetzmaske, Gateway und DNS-Server (Port 67/68, UDP).

❌ Falsch. DHCP ist zuständig für die automatische IP-Adressvergabe. DNS löst Domainnamen auf, ARP löst IP zu MAC auf.

3. Welche Aussage zu TCP ist KORREKT?

✅ Richtig! TCP nutzt SYN → SYN-ACK → ACK für den Verbindungsaufbau und garantiert zuverlässige Übertragung.

❌ Falsch. TCP ist verbindungsorientiert (3-Way-Handshake), arbeitet auf Schicht 4 und ist eher für HTTP, SMTP etc. geeignet – nicht für Echtzeit-Streaming (dafür UDP).

4. Welchen Port nutzt HTTPS?

✅ Richtig! HTTPS (HTTP über TLS) läuft über Port 443. Port 80 ist für unverschlüsseltes HTTP.

❌ Falsch. HTTPS nutzt Port 443. Port 80 = HTTP, Port 22 = SSH, Port 8080 = alternativer HTTP-Port.

5. Welches OSI-Layer entspricht dem „Internet Layer" im TCP/IP-Modell?

✅ Richtig! Der Internet Layer (TCP/IP) entspricht der Vermittlungsschicht (OSI 3). Hier arbeiten IP, ICMP und Routing-Protokolle.

❌ Falsch. Der Internet Layer entspricht OSI-Schicht 3 (Vermittlung), in der IP-Adressen und Routing-Protokolle arbeiten.

6. Was ist die Aufgabe von ARP?

✅ Richtig! ARP (Address Resolution Protocol) ermittelt zur bekannten IP-Adresse die zugehörige MAC-Adresse im lokalen Netz.

❌ Falsch. ARP löst IP-Adressen in MAC-Adressen auf. DHCP = IP-Vergabe, DNS = Domainnamen → IP, TLS = Verschlüsselung.

7. Welche PDU gehört zur OSI-Schicht 2 (Sicherungsschicht)?

✅ Richtig! Schicht 1 = Bit, Schicht 2 = Frame, Schicht 3 = Paket, Schicht 4 = Segment (TCP) / Datagramm (UDP).

❌ Falsch. Die PDU der Sicherungsschicht (Layer 2) ist der Frame (Rahmen). Bit = L1, Paket = L3, Segment = L4 (TCP).

8. Welches E-Mail-Protokoll lässt E-Mails auf dem Server und ermöglicht den Zugriff von mehreren Geräten?

✅ Richtig! IMAP (Port 143) synchronisiert E-Mails serverbasiert. POP3 lädt E-Mails herunter und löscht sie vom Server. SMTP ist zum Versenden.

❌ Falsch. IMAP lässt Mails auf dem Server und synchronisiert sie über alle Geräte. POP3 lädt und löscht, SMTP versendet, FTP ist für Dateiübertragung.