Die Bitübertragungs- und Sicherungsschicht

Das OSI-Modell beginnt unten mit den Teilen, die der Hardware am nächsten sind. Schicht 1 ist die Bitübertragungsschicht und Schicht 2 die Sicherungsschicht. Zusammen übertragen sie rohe Bits über ein Medium und liefern sie zuverlässig an das nächste Gerät im selben lokalen Netzwerk. Diese beiden Schichten bilden das Fundament für alles Weitere: Sie wandeln elektrische oder optische Signale in nutzbare Frames um.

Die Bitübertragungsschicht befasst sich mit der tatsächlichen Übertragung von Bits als Signale. Dazu gehören Kabel, Stecker, Spannungspegel, Lichtimpulse und Funkwellen. Ihre einzige Aufgabe besteht darin, rohe Einsen und Nullen über ein Medium zu übertragen. Adressen oder Bedeutungen versteht sie nicht. Alles, was Sie physisch berühren können, etwa ein Kabel oder ein Anschluss, gehört zur Bitübertragungsschicht.

Auf Schicht 1 bestehen Daten lediglich aus einem Strom von Bits, die als physische Signale codiert sind. Bei Kupferkabeln werden Bits durch Spannungsänderungen dargestellt, bei Glasfaser durch Lichtimpulse und bei WLAN durch Funkwellen. Die Bitübertragungsschicht legt fest, wie eine 1 und eine 0 dargestellt werden, damit beide Seiten dasselbe verstehen. Wenn das nicht korrekt funktioniert, kann keine höhere Schicht arbeiten, weil die Bits nicht richtig ankommen.

Die Sicherungsschicht nimmt rohe Bits und organisiert sie in strukturierte Einheiten, den sogenannten Frames. Dabei fügt sie lokale Adressierung und Fehlerprüfungen hinzu. Ihre Aufgabe ist die zuverlässige Übertragung zwischen zwei Geräten im selben lokalen Netzwerksegment. Während Schicht 1 lediglich Signale sendet, gibt Schicht 2 diesen Signalen Struktur und ein Ziel und macht die lokale Kommunikation dadurch zuverlässig.

Ein Frame ist die Dateneinheit der Sicherungsschicht. Er kapselt die Daten mit einem Header und einem Trailer, die die Hardwareadressen von Quelle und Ziel sowie einen Wert zur Fehlerprüfung enthalten. Der Header teilt dem nächsten Gerät mit, wer den Frame empfangen soll. Mithilfe des Trailers kann der Empfänger prüfen, ob der Frame unbeschädigt angekommen ist. Framing bezeichnet die Art und Weise, wie Schicht 2 Bits für die lokale Übertragung verpackt.

Schicht 2 verwendet MAC-Adressen (Media Access Control), um Geräte in einem lokalen Netzwerk zu identifizieren. Eine MAC-Adresse ist eine eindeutige Hardwareadresse, die fest in einem Netzwerkadapter hinterlegt ist und als sechs Paare hexadezimaler Ziffern geschrieben wird. Im Gegensatz zu IP-Adressen sind MAC-Adressen lokal gültig und an das physische Gerät gebunden. Switches verwenden sie, um Frames an den richtigen Port eines LANs weiterzuleiten.

Die Sicherungsschicht prüft jeden Frame mithilfe eines Werts im Trailer, der als Frame Check Sequence bezeichnet wird. Der Empfänger berechnet diesen Wert erneut und vergleicht ihn mit dem empfangenen Wert. Wenn die Werte voneinander abweichen, wurde der Frame beschädigt und wird verworfen. So lassen sich Schäden durch elektrisches Rauschen oder Störungen erkennen. Die Fehlererkennung auf Schicht 2 verhindert, dass beschädigte Daten unbemerkt höhere Schichten beeinträchtigen.

Die Sicherungsschicht ist in zwei Teile gegliedert: die MAC-Teilschicht, die den Zugriff auf das Medium steuert und die Hardwareadressierung übernimmt, und die LLC-Teilschicht (Logical Link Control), die die Kommunikation mit der darüberliegenden Schicht verwaltet. Durch diese Aufteilung kann eine einheitliche Schnittstelle der höheren Schicht mit vielen verschiedenen Übertragungstechnologien arbeiten. Die Hardwareadressierung und der Medienzugriff sind in der MAC-Teilschicht angesiedelt.

Bestimmte Geräte arbeiten hauptsächlich auf diesen Schichten. Hubs und einfache Kabel arbeiten auf Schicht 1 und übertragen lediglich Signale. Switches arbeiten auf Schicht 2: Sie lesen MAC-Adressen und leiten Frames an den richtigen Port weiter. Wenn Sie wissen, auf welcher Schicht ein Gerät arbeitet, wissen Sie auch, was es leisten kann und was nicht. Das ist beim Entwerfen oder Beheben von Fehlern in einem Netzwerk unverzichtbar.

Schicht 1 und 2 übernehmen die Kommunikation nur innerhalb eines einzelnen lokalen Netzwerks. Sie können Daten nicht zwischen getrennten Netzwerken übertragen, weil MAC-Adressen nicht für das globale Routing ausgelegt sind. Um von einem Netzwerk in ein anderes zu gelangen, benötigen Sie Schicht 3 und IP-Adressen. Diese Grenze erklärt genau, warum höhere Schichten existieren und warum ein Router und kein Switch verschiedene Netzwerke miteinander verbindet.

Die Bitübertragungsschicht sendet rohe Bits als Signale über ein Medium, während die Sicherungsschicht diese Bits mit MAC-Adressen und Fehlerprüfungen in Frames verpackt, um eine zuverlässige lokale Übertragung zu ermöglichen. Hubs arbeiten auf Schicht 1, Switches auf Schicht 2. Zusammen wandeln diese untersten Schichten elektrische oder optische Signale in zuverlässige Kommunikation zwischen benachbarten Geräten im selben Netzwerk um.

Was fügt die Sicherungsschicht den rohen Bits aus der Bitübertragungsschicht hinzu?

Die Bitübertragungsschicht (Schicht 1) überträgt rohe Bits als Signale über Kabel, Glasfaser oder Funk. Die Sicherungsschicht (Schicht 2) verpackt Bits in Frames mit MAC-Adressen und einer Frame Check Sequence zur Fehlererkennung und ermöglicht dadurch eine zuverlässige lokale Übertragung. Schicht 2 besteht aus den Teilschichten MAC und LLC. Hubs arbeiten auf Schicht 1, Switches auf Schicht 2. Diese Schichten übernehmen nur die lokale Kommunikation; für die Verbindung verschiedener Netzwerke ist Schicht 3 erforderlich.