Der Netzwerk-Layer ist Layer 3 des OSI-Modells (Open Systems Interconnection). Der Netzwerk-Layer ist dafür verantwortlich, die Kommunikation zwischen Geräten in verschiedenen Netzwerken zu ermöglichen. Ohne ihn wüssten die Daten nicht, wie sie ihren Weg von einem Gerät zum anderen über das Internet oder ein anderes miteinander verbundenes System finden sollten.
Was ist das OSI-Modell?
Bevor man sich mit dem Netzwerk-Layer und seinen Funktionen beschäftigt, ist es wichtig, das OSI-Modell (Open Systems Interconnection) zu verstehen. Das OSI-Modell ist ein konzeptionelles Modell, das die Kommunikationsfunktionen eines Telekommunikations- oder Computersystems unabhängig von dessen zugrunde liegender interner Struktur und Technologie beschreibt und standardisiert. Ziel ist die Interoperabilität verschiedener Kommunikationssysteme mit Standardprotokollen.
Im OSI-Modell wird die Netzwerkkommunikation in sieben verschiedene Layer eingeteilt, die jeweils ihre eigenen spezifischen Funktionen haben. Dies trägt dazu bei, die Art und Weise zu vereinheitlichen, wie verschiedene Computersysteme und Anwendungen miteinander interagieren und Daten austauschen. Jeder Layer ist für die Ausführung bestimmter Aufgaben im Zusammenhang mit dem Senden und Empfangen von Daten zuständig. Alle Layer werden benötigt, damit eine Nachricht ihr Ziel erreicht.
Was sind die 7 Layer des OSI-Modells?
1. Physikalischer Layer. Der physikalische Layer des OSI-Modells bezieht sich auf die physische Ausrüstung, die zur Datenübertragung benötigt wird – beispielsweise Schalter und Kabel. Rohdaten-Bits werden über diese physischen Medien übertragen.
Der physikalische Layer ist für den Aufbau einer Verbindung zwischen physischen Geräten zuständig.
2. Datenverbindungs-Layer. Der Datenverbindungs-Layer des OSI-Modells bezeichnet die Technologie, die verwendet wird, um zwei Maschinen über ein Netzwerk zu verbinden. Er ist weiter in zwei Unterlayer unterteilt: der LLC-Layer (Logical Link Control) – zuständig für die Fluss- und Fehlerkontrolle – und der MAC-Layer (Media Access Control) – zuständig für den Zugriff auf den physikalischen Layer. Diese beiden Unterlayer werden von der Network Interface Card (NIC) gesteuert, um sicherzustellen, dass die Datenübertragung von einem Computerknoten zum anderen erfolgreich erfolgt.
Einfacher ausgedrückt ist dieser Layer des OSI-Modells für die Aufrechterhaltung der Datenübertragung zwischen zwei Knoten innerhalb desselben Netzwerksegments verantwortlich.
3. Netzwerk-Layer. Der Netzwerk-Layer des OSI-Modells ist dafür verantwortlich, die Übertragung von Daten von einem Quellhost in einem Netzwerk zu einem Zielhost in einem anderen Netzwerk zu ermöglichen. Er ermöglicht die Weiterleitung und das Routing von Paketen zwischen verschiedenen Netzwerken oder von einem Host-Computer zu einem anderen.
Der Netzwerk-Layer leitet Daten über den schnellsten (kürzesten) physischen Pfad: man kann sich das wie Straßenverkehr vorstellen. Er umgeht Überlastungen, Serviceprioritäten, unterbrochene Verbindungen und viele andere „Hindernisse“. Wichtige Aktivitäten auf diesem Layer umfassen Routing, Weiterleitung und Adressierung über Netzwerke und verbundene Netzwerke von Knoten oder Maschinen.
4. Transport-Layer. Der Transport-Layer des OSI-Modells ist dafür verantwortlich, zuverlässige oder „korrekte“ Daten von einem Gerät zum anderen zu senden und auszuliefern, entweder über ein Netzwerk oder zwischen zwei Netzwerken. Damit ein Datenpaket korrekt ankommt, muss es folgende Bedingungen erfüllen: Es muss in der richtigen Reihenfolge vorliegen, darf keine Datenverluste oder Fehler aufweisen und muss leicht wiederhergestellt werden können.
Auf dieser Ebene kommen üblicherweise das Transmission Control Protocol (TCP) und das User Datagram Protocol (UDP) zum Einsatz.
5. Sitzungs-LayerDer Sitzungs-Layer des OSI-Modells ist für die Verwaltung der Verbindungen zwischen Anwendungen zuständig: Dazu gehören der Aufbau, die Koordination und der Abbau dieser Verbindungen.
Der Sitzungs-Layer hilft beim Aufbau einer Verbindung zum Starten einer Sitzung, bei Authentifizierungsmaßnahmen zur Überprüfung von Sendern und Empfängern, bei der Autorisierung der gemeinsamen Kommunikation, bei der Aufrechterhaltung von Sitzungen, sobald diese hergestellt sind, und schließlich bei der Beendigung der Verbindung nach deren Abschluss.
Ein Beispiel aus der Praxis betrifft den Internet-Traffic: Ein Nutzer möchte vielleicht eine Webseite für kurze Zeit besuchen. Die Aktivitäten, die im Hintergrund stattfinden, um diese Nutzersitzung auf der gewünschten Webseite zu etablieren, zu autorisieren, zu pflegen und dann zu beenden, werden alle auf dem Sitzungs-Layer des OSI-Modells durchgeführt.
6. Präsentations-Layer. Der Präsentations-Layer des OSI-Modells ist dafür verantwortlich, Daten (Codepakete) in einem nützlichen und nutzbaren Formatieren darzustellen. Datenpakete werden über Netzwerke übertragen, häufig in verschlüsselter Form. Wenn ein Paket auf Layer 6 eintrifft, muss es in einem verwendbaren Format dargestellt werden.
In diesem Layer können Daten konvertiert, Zeichencode übersetzt, Daten komprimiert und Daten verschlüsselt oder entschlüsselt werden – alles Aktivitäten, die helfen, Daten in einem „nutzbaren“ Format darzustellen.
7. Anwendungs-Layer. Der Anwendungs-Layer des OSI-Modells umfasst die Art und Weise, wie eine Nutzeranwendung (beispielsweise Browser, E-Mail oder Website) mit dem Netzwerk interagiert. Layer 7 fungiert als wesentliche Schnittstelle zwischen den Apps, mit denen ein Nutzer interagiert, und dem zugrundeliegenden Netzwerk, durch das seine Daten fließen.
Als oberster Layer des OSI-Modells umfasst Layer 7 die Datenverarbeitung direkt unter der virtuellen Oberfläche der Apps, mit denen der Nutzer interagiert. Die Daten werden so präsentiert, dass sie von nutzerorientierten Apps tatsächlich genutzt werden können. Ein häufiges Beispiel ist eine HTTP-Anfrage, die zum Laden einer Webseite verwendet wird.
Welche Aufgabe erfüllt der Netzwerk-Layer?
Nun zurück zum Netzwerk-Layer … Der Netzwerk-Layer des OSI-Modells ist dafür verantwortlich, die Übertragung von Daten von einem Quellhost in einem Netzwerk zu einem Zielhost in einem anderen Netzwerk zu ermöglichen. Vereinfacht ausgedrückt kann man sich den Netzwerk-Layer als die „Poststelle“ des Internets vorstellen – er bestimmt, wohin Daten (die „Post“ des Internets) gehen sollen und wie sie am effizientesten dorthin gelangen können.
Der Netzwerk-Layer (Layer 3) führt folgende Aufgaben aus:
Routing: Er bestimmt den besten Pfad für Daten über vernetzte Netzwerke.
Logische Adressierung: Er weist Geräten IP-Adressen zu, damit diese innerhalb eines Netzwerks identifiziert werden können.
Weiterleitung von Paketen: Er liefert Datenpakete vom Quellgerät an das Zielgerät.
Fragmentierung und Wiederzusammensetzung: Er teilt große Datenpakete für die Übertragung in kleinere auf und setzt sie dann am Zielort wieder zusammen.
Sollten Sie sich Gedanken über die Sicherheit auf dem Netzwerk-Layer machen?
Kurze Antwort: ja! Der Netzwerk-Layer kann ein sehr attraktives Ziel für Angreifer sein. Da er Geräte weltweit miteinander verbindet und eine Beeinträchtigung daher weitreichende Folgen haben kann, könnten böswillige Akteure versuchen, den Netzwerk-Layer anzugreifen, um:
die Kommunikation durch DoS- oder DDoS-Angriffe zu stören.
Identitäten mithilfe von IP-Spoofing-Techniken zu fälschen.
Sitzungen zu kapern oder den Traffic umzuleiten.
Systeme zu scannen und anfällige Systeme auszunutzen.
Die Absicherung dieses Layers ist von entscheidender Bedeutung, da Sicherheitsverletzungen Auswirkungen auf alle übergeordneten OSI-Layer haben können, selbst wenn angemessene Schutzmaßnahmen auf dem Anwendungs- oder Transport-Layer vorhanden sind.
Was sind die wichtigsten Sicherheitsbedrohungen auf dem Netzwerk-Layer?
Denial of Service (DoS/DDoS). Diese Angriffe überschwemmen Layer 3 mit riesigen Paketmengen, um Netzwerkressourcen zu überfordern und letztlich Systeme oder Websites lahmzulegen.
IP-Spoofing. Angreifer fälschen IP-Adressen, um vertrauenswürdige Hosts zu imitieren, Zugriffskontrollen zu umgehen oder Denial-of-Service-Angriffe zu starten.
Man-in-the-Middle-Angriffe (MitM). Böswillige Akteure können den Traffic zwischen zwei Endpunkten abfangen oder verändern, wobei sie oft unsicheres Routing oder ARP-Vergiftung (in Verbindung mit Layer 2) ausnutzen.
Routenübernahme und BGP-Angriffe. Angreifer können Routing-Tabellen manipulieren, um Traffic umzuleiten oder in ein Blackhole zu leiten.
Paket-Sniffing und Traffic-Analyse. Ohne Verschlüsselung können sensible Daten in IP-Paketen abgefangen werden.
Fragmentierungsangriffe. Bösartig fragmentierte Pakete können die Intrusionserkennung oder Firewalls umgehen.
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