OSI Layers 1, 2 & 3
⚠️ Hinweis: Diesen Part noch mal im Hedgedoc LF3 nachprüfen.
Layer 1 – Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
Die unterste Schicht des OSI-Modells. Sie definiert, wie Bits physisch über ein Übertragungsmedium übertragen werden.
Übertragungseinheit: Bit
Aufgaben:
- Definition von Kabeln und Steckern (z. B. RJ45)
- Definition der Signalübertragung (elektrisch, optisch, Funk)
- Festlegung von Übertragungsraten (z. B. 1 Gbit/s)
Übertragungsmedien: Kupferkabel (Twisted Pair), Glasfaser, Funk (WLAN)
Geräte auf Layer 1:
| Gerät | Funktion |
|---|---|
| Kabel / Stecker | passive Signalleitung |
| Hub | verteilt Signal an alle Ports |
| Repeater | Signalverstärkung über längere Strecken |
Fehlersuche Layer 1
Typische Probleme: Kabel nicht eingesteckt, Stecker locker, Kabel defekt.
ip link # Physische Verbindung unter Linux prüfen
Auf NO-CARRIER achten → keine physische Verbindung vorhanden.
Prüfungsfragen: Welche Übertragungseinheit hat Layer 1? | Nennen Sie zwei Geräte auf Layer 1. | Was bedeutet NO-CARRIER?
Layer 2 – Sicherungsschicht (Data Link Layer)
Organisiert die Kommunikation innerhalb eines lokalen Netzwerks (LAN). Sorgt dafür, dass Frames gezielt an das richtige Gerät im selben Netzwerk gesendet werden.
Übertragungseinheit: Frame
Adressierung: MAC-Adresse (48 Bit, hardwareseitig vergeben)
Aufgaben:
- Aufbau und Auswertung von Ethernet-Frames
- MAC-Adressierung innerhalb eines LANs
- Fehlererkennung via Prüfsumme (FCS)
- Zugriffskontrolle auf das Übertragungsmedium (CSMA/CD, CSMA/CA)
Geräte auf Layer 2:
| Gerät | Funktion |
|---|---|
| Netzwerkkarte (NIC) | besitzt MAC-Adresse, sendet/empfängt Frames |
| Switch | leitet Frames gezielt zum Zielport, trennt Kollisionsdomänen |
Hub vs. Switch
| Hub (Layer 1) | Switch (Layer 2) | |
|---|---|---|
| Weiterleitung | an alle Ports | nur an Zielport |
| Adressierung | keine | MAC-Adresse |
| Kollisionen | häufig | keine (pro Port eigene Domäne) |
| Effizienz | gering | hoch |
Fehlersuche Layer 2
ipconfig /all # MAC-Adresse anzeigen (Windows)
ifconfig -a # MAC-Adresse anzeigen (Linux)
Prüfungsfragen: Welche Übertragungseinheit hat Layer 2? | Welche Adressierung wird verwendet? | Unterschied Hub vs. Switch? | Was ist eine Kollisionsdomäne?
Layer 3 – Vermittlungsschicht (Network Layer)
Verantwortlich für den Zusammenschluss mehrerer Netze (LAN → MAN → WAN → GAN) und die Wegfindung von Paketen zum Zielhost.
Übertragungseinheit: Paket (Größe durch MTU begrenzt)
Adressierung: IP-Adresse (IPv4: 32 Bit, IPv6: 128 Bit)
Gerät auf Layer 3: Router (auch: Gateway) – verbindet unterschiedliche Netze und leitet Pakete anhand der IP-Adresse weiter.
Wichtige Protokolle:
| Protokoll | Funktion |
|---|---|
| IP | Adressierung und Weiterleitung von Paketen |
| ICMP | Fehlermeldungen und Diagnose (z. B. ping) |
| ARP | Auflösung IP ↔ MAC-Adresse |
| IPSec | Verschlüsselung auf IP-Ebene |
IPv4-Adressierung
- IPv4-Adresse (32 Bit) wird durch die Subnetzmaske in Netz- und Hostanteil geteilt
- Netz-ID: IP
&Subnetzmaske (alle Host-Bits = 0) - Broadcast-ID: alle Host-Bits = 1
- CIDR: flexible Präfix-Notation (z. B.
192.168.1.0/24) ersetzt die alten Klassen A/B/C - Mehr 1-Bits in der Maske → mehr Netze, weniger Hosts pro Netz (und umgekehrt)
- Pro Subnetz sind mind. 2 Adressen reserviert (Netz-ID + Broadcast)
Adressbereiche
| Bereich | Adressraum | Bemerkung |
|---|---|---|
| Öffentlich | — | von IANA vergeben, global routbar |
| Privat A | 10.0.0.0/8 | nicht im Internet routbar (NAT nötig) |
| Privat B | 172.16.0.0/12 | nicht im Internet routbar (NAT nötig) |
| Privat C | 192.168.0.0/16 | nicht im Internet routbar (NAT nötig) |
| Loopback | 127.0.0.1 | interne Kommunikation (localhost) |
Diagnose-Tools & Fehlersuche
ipconfig / ifconfig # Lokale IP-Konfiguration anzeigen
ping <IP> # Erreichbarkeit prüfen
tracert / traceroute # Wegverfolgung der Pakete (max. 30 Hops)
arp -a # ARP-Cache anzeigen (IP ↔ MAC)
Empfohlene Reihenfolge bei der Fehlersuche: IP-Konfiguration prüfen → Erreichbarkeit testen → Wegverfolgung → ARP-Einträge kontrollieren.