====== OSI-Modell (Open Systems Interconnection) ======

Das OSI-Referenzmodell beschreibt die standardisierte Kommunikation in Netzwerken in 7 Schichten. Jede Schicht hat klar abgegrenzte Aufgaben und dient der Kapselung von Funktionen.

===== Kurzüberblick =====
^ Ebene ^ Name (de/en) ^ Kernaufgaben ^ Typische Protokolle/Beispiele ^
| 7 | Anwendung / Application | Netzwerkdienste für Apps, Benutzer-Schnittstelle | HTTP(S), SMTP/IMAP/POP3, FTP, DNS, DHCP-Client, SNMP-Manager, NTP |
| 6 | Darstellung / Presentation | Syntax/Format der Daten, Verschlüsselung/Kompression | TLS/SSL, ASCII/UTF-8, JPEG/PNG, MPEG |
| 5 | Sitzung / Session | Dialogsteuerung, Sitzungsauf-/abbau, Checkpoints | NetBIOS, RPC, (Sitzungs-Logik vieler Frameworks) |
| 4 | Transport / Transport | Ende-zu-Ende-Transport, Segmentierung, Fluss- & Fehlerkontrolle | TCP, UDP, SCTP, QUIC* |
| 3 | Vermittlung / Network | Logische Adressierung, Routing, Fragmentierung | IP (v4/v6), ICMP/ICMPv6, OSPF, BGP, IPsec (Tunnel/Transport) |
| 2 | Sicherung / Data Link | Frames, MAC-Adressen, Fehlererkennung, Medienzugriff | Ethernet (802.3), WLAN (802.11), ARP*, VLAN (802.1Q), PPP |
| 1 | Bitübertragung / Physical | Bits, elektrische/optische Signale, Stecker, Frequenzen | Kabel (Twisted Pair, LWL), Steckertypen, Modulation, Repeater |

Hinweise:

ARP arbeitet funktional zwischen L2/L3 (oft “Layer 2.5”) und wird in der Praxis L2 zugeordnet (MAC-Auflösung zu IP).

QUIC läuft über UDP (L4) und implementiert transportähnliche Funktionen in der Anwendungsschicht (TCP/IP-Sicht). In OSI-Zuordnungen variiert die Darstellung.

===== Eselsbrücken =====

Von oben nach unten:\\
Alle Priester Sehen Tote Nackte Dicke Pferde\\
(Anwendung – Darstellung – Sitzung – Transport – Netzwerk – Sicherung – Physik)

Von unten nach oben:\\
Please Do Not Throw Sausage Pizza Away\\

===== PDU-Namen & Kapselung =====
^ OSI-Schicht ^ PDU-Name ^
| 7–5 | Daten/Nutzdaten |
| 4 | Segment (TCP) / Datagram (UDP) |
| 3 | Paket (IP-Packet) |
| 2 | Frame |
| 1 | Bitstrom |


<a2s>
.-----------------------------. 
| Kapselungsablauf            |
+-----------------------------+ 
| App-Daten                   | (Layer 7-5) 
+-----------------------------+ 
| TCP/UDP Header + Daten      | (Layer 4 -> Segment/Datagram) 
+-----------------------------+ 
| IP Header + obiges          | (Layer 3 -> Paket) 
+-----------------------------+ 
| MAC Header/Tail + obiges    | (Layer 2 -> Frame) 
+-----------------------------+ 
| Bits auf Medium             | (Layer 1) 
'-----------------------------' 
</a2s>


===== Geräte & typische Aufgaben je Schicht =====
^ Schicht ^ Typische Geräte ^ Kernaufgaben im Betrieb ^
| 1 | Repeater, Medienkonverter | Signalverstärkung/-anpassung |
| 2 | Switch, Bridge, WLAN-AP | MAC-Lernen/Forwarding, VLAN-Tagging (802.1Q), STP |
| 3 | Router, L3-Switch | Routing, Subnetting, NAT, QoS-Markierung (DSCP) |
| 4 | L4-Load-Balancer, Firewalls | Port-basiertes Filtern, Session-Tracking |
| 5–7 | Proxy, L7-Firewall/WAF, Gateways | DPI, TLS-Term., Caching, AuthN/AuthZ, App-Protokoll-Logik |

===== OSI vs. TCP/IP-Modell =====
^ TCP/IP-Ebene ^ Entspricht OSI ^ Beispiele ^
| Anwendung | 5–7 | HTTP(S), DNS, SMTP, TLS |
| Transport | 4 | TCP, UDP, QUIC(über UDP) |
| Internet | 3 | IP, ICMP, OSPF/BGP |
| Netz-Zugang | 1–2 | Ethernet, WLAN, ARP, PPP |

===== Praxis-Mapping (häufige Protokolle) =====
^ Protokoll ^ OSI ^ Bemerkung ^
| HTTP/HTTPS | 7 (mit TLS=6) | Web, APIs; Ports 80/443 |
| DNS | 7 (Transp. via UDP/TCP-4) | Namensauflösung; 53 / UDP / TCP |
| DHCPv4/v6 | 7 (Nachrichten), 2/3 für Transport/Relay | Zuweisung IP/Optionen; Broadcast/Multicast |
| TLS/SSL | 6 | Verschlüsselung, Zertifikate |
| SSH | 7/6/4 | Remote-Shell (22/TCP), verschlüsselt |
| ICMP/ICMPv6 | 3 | Ping/Traceroute, Fehlermeldungen |
| OSPF/BGP | 3 | Routingprotokolle |
| ARP/NDP | 2.5 / 3 | Auflösung IP⇆MAC (ARP), Nachbarschaft (NDP/ICMPv6) |
| IPsec | 3 (mit Kryptofunktionen) | AH/ESP, Tunnel/Transport |

===== VLAN, Subnetze & Tagging (L2/L3) =====

VLAN (802.1Q): L2-Segmentierung per Tag (VLAN-ID). Switch weist Ports VLANs zu (Access/Trunk).

Subnetz: L3-Segmentierung per IP-Netz (Maske/Prefix). Router verbindet Subnetze.

Inter-VLAN-Routing: L3-Switch/Router routet zwischen VLAN-Interfaces (SVIs).

QoS-Markierung: L2 (PCP-Bits), L3 (DSCP) – je nach Technik.

<a2s> +--------+ Trunk (802.1Q) +--------+ Access | SW1 |==========================| SW2 | Access VLAN 10 | fa1/1 |--[VLAN10] [VLAN10]--| fa3/5 | fa1/2 |--[VLAN20] [VLAN20]--| fa3/6 (SVI L3-Routing optional auf SW/Router) </a2s>

===== Häufige Prüfungsfallen =====

ARP ist kein L3-Routingprotokoll → ARP wird praktisch L2 zugeordnet (MAC-Auflösung).

Ports ≠ Layer 3! → Ports sind L4 (TCP/UDP).

Switch ≠ Router → Switch = L2 (MAC/Frames), Router = L3 (IP/Packets).

TLS ist Schicht 6, nicht 7 (rein OSI-Lehre; in TCP/IP sitzt es “in” der Anwendung).

Ping (ICMP) ist L3 – Firewalls können ICMP separat filtern.

VLAN ≠ Subnetz – oft zusammen geplant, technisch jedoch L2 vs. L3.

===== Troubleshooting nach Schichten (Werkzeuge) =====
^ Ebene ^ Typische Checks ^ Tools/Kommandos ^
| 1 | Link/Signal, Kabel, Stecker | Link-LED, ethtool, Loopback-Plug |
| 2 | MAC-Tabellen, VLAN, Duplex | show mac address-table, ip link, iw, tcpdump -e |
| 3 | IP/Route, Gateway, MTU | ip addr/route, ping, traceroute, mtr |
| 4 | Ports/Sessions, Retransmits | ss -lntup, netstat, tcpdump port 443 |
| 5–7 | TLS-Handshake, HTTP-Status, Auth | openssl s_client, curl -v, Browser-DevTools, wireshark |

===== MTU, Fragmentierung & Path MTU Discovery (PMTUD) =====

MTU (z. B. Ethernet 1500) begrenzt L2-Frame-Nutzlast → große L3-Pakete werden fragmentiert (IPv4) oder verworfen (IPv6 + “Packet Too Big”).

PMTUD bestimmt maximal übertragbare Größe auf dem Pfad.

Symptome bei MTU-Problemen: Hänger bei TLS-Handshake, VPN-Tunnels, nur kleine Pings funktionieren.

<a2s> [Host A] --(1500)--> [Router] --(1400)--> [VPN] --(1280)--> [Host B] PMTUD meldet "Too Big" -> MSS-Reduktion/Fragmentierung </a2s>

===== OSI in der Praxis: Handshake-Beispiel (TLS über TCP) =====
<a2s>
Client Server
| ----- TCP SYN ------------> | (L4: Port 443)
| <---- TCP SYN/ACK --------- |
| ----- TCP ACK ------------> |
| ----- TLS ClientHello ----> | (L6 über L4)
| <---- TLS ServerHello ----- |
| ... (TLS Handshake) ....... | 
| ===== HTTP GET (HTTPS) ===> | (L7)
</a2s>

===== Prüfungs-Quick-Check (Fragen & Kurzantworten) =====

  * **Auf welcher Schicht arbeitet ein Switch?**
    * → L2 (MAC/Frames), L3-Switch zusätzlich L3.\\
\\

  * **Wofür ist ARP zuständig?**
    -  → Zuordnung IP → MAC im lokalen Netz (Broadcast ARP-Request).\\
\\

  * **Wo liegen Ports?**
    -  → L4 (TCP/UDP).\\
\\

  * **Was kapselt was?**
    -  → Daten → Segment/Datagram → Paket → Frame → Bits.\\
\\

  * **Unterschied VLAN/Subnetz?**
    -  → L2-Tagging vs. L3-Adressraum/Routing.\\
\\

  * **Welche Schicht prüft Routingtabellen?**
    -  → L3.\\
\\

  * **Welche Schicht verschlüsselt (OSI-Lehre)?**
    -  → L6 (z. B. TLS).

===== Protokoll-Cheat-Sheet (Ports) =====
^ Dienst ^ Port/Proto ^ OSI-Sicht ^
| HTTP/HTTPS | 80/443 TCP | 7 (TLS=6) über 4 |
| DNS | 53 UDP/TCP | 7 über 4 |
| SMTP/Submission | 25/587 TCP | 7 über 4 |
| IMAP(S) | 143/993 TCP | 7 (TLS=6) über 4 |
| SSH | 22 TCP | 7/6/4 |
| NTP | 123 UDP | 7 über 4 |
| DHCPv4 | 67/68 UDP (Server/Client) | 7 Nachrichten, Broadcast auf L2/L3 |
| SNMP | 161/162 UDP (Get/Trap) | 7 über 4 |

===== Zusammenfassung als Schichten-Stack (A2S) =====
<a2s>
.-------------------------------. 
| Application                   | 7 Anwendung (HTTP, SMTP, DNS)
+-------------------------------+
| Presentation                  | 6 Darstellung (TLS, Formate)
+-------------------------------+
| Session                       | 5 Sitzung (Dialogsteuerung)
+-------------------------------+
| Transport                     | 4 Transport (TCP/UDP)
+-------------------------------+
| Network                       | 3 Vermittlung (IP, ICMP, Routing)
+-------------------------------+
| Data Link                     | 2 Sicherung (Ethernet, MAC, VLAN)
+-------------------------------+
| Physical                      | 1 Bitübertragung (Kabel, Signal)
'-------------------------------'
</a2s>

===== Merksätze zum Mitnehmen =====

“MAC lokal, IP global, Port spricht die App”

“VLAN trennt L2, Subnetz trennt L3”

“TLS schützt Inhalte, nicht die IP-Header”