Einblicke in das OSI-Modell: Strukturierung moderner CAN-Netzwerke

Das ISO/OSI-Referenzmodell ist ein Beschreibungsstandard für Netzwerkprotokolle, dessen Entwicklung bereits im Jahr 1977 begann. An der Entwicklung maßgeblich beteiligt war die International Telecommunication Union (ITU). Die Veröffentlichung als ISO-Standard erfolgte im Jahr 1984.

Das OSI-Modell strukturiert die komplexe Welt der Netzwerkkommunikation in sieben übersichtliche Schichten. Jede Schicht hat ihre eigenen, genau definierten Aufgaben. Das Modell erleichtert die Kommunikation zwischen verschiedenen technischen Systemen und fördert die Entwicklung neuer Technologien. Es macht Netzwerkprotokolle innerhalb derselben Schicht austauschbar. Kurzum, das OSI-Modell ist das Rückgrat für ein strukturiertes und effizientes Netzwerkdesign.

Das OSI-Modell strukturiert die Netzwerkkommunikation in sieben klar definierte Schichten:

1. Bitübertragungsschicht (Physical Layer): Hier geht es um die Übertragung von rohen Datenbits über physische Verbindungen. Diese Schicht befasst sich mit Hardware-Komponenten wie Kabeln, Steckern und physikalischen Signalen.
2. Sicherungsschicht (Data Link Layer): Diese Schicht gewährleistet eine zuverlässige Datenübertragung, indem sie Daten in Frames organisiert und Fehlererkennung sowie -korrektur durchführt.
3. Vermittlungsschicht (Network Layer): Verantwortlich für das Routing von Datenpaketen über das Netzwerk hinweg. Router sind ein typisches Beispiel für Hardware auf dieser Ebene.
4. Transportschicht (Transport Layer): Hier erfolgt die Segmentierung des Datenstroms und die Überwachung der Datenübertragung, um eine zuverlässige Datenlieferung sicherzustellen.
5. Sitzungsschicht (Session Layer): Ermöglicht die Verwaltung und Kontrolle von Sitzungen zwischen zwei Systemen, indem sie z. B. Wiederaufsetzpunkte festlegt.
6. Darstellungsschicht (Presentation Layer): Verantwortlich für die Umwandlung der Daten in ein für beide Kommunikationspartner verständliches Format, einschließlich Verschlüsselung und Kompression.
7. Anwendungsschicht (Application Layer): Diese Schicht bietet Netzwerkdienste für Endanwendungen und ist somit die Schnittstelle zum Benutzer.

Das ursprünglich von BOSCH spezifizierte CAN-Protokoll beschreibt lediglich die Schichten 1 und 2 des OSI-Referenzmodells. Aufgrund der unterschiedlichsten Anwendungsbereiche und der zahlreichen Einsatzmöglichkeiten gibt es jedoch eine Vielzahl an höheren Protokollen für CAN, welche in höheren Schichten angesiedelt sind. Eines der am weitesten verbreiteten höheren Protokolle für CAN ist CANopen. 

CANopen setzt auf CAN auf, verwendet also die Schichten 1 und 2 des CAN-Standards. Darauf aufbauend stellt CANopen in der Schicht 3 SDO und EMCY sowie PDO-Bridging-Dienste zur Verfügung. In der Transportschicht ermöglicht CANopen die Übertragung segmentierter PDOs und in den Schichten 6 und 7 werden Encoding-Regeln sowie u.a. NMT- (Netzwerkmanagement) und Heartbeat-Dienste zur Verfügung gestellt. CAN, unter Einsatz von CANopen, nutzt somit die Schichten 1 bis 4 sowie 6 und 7 des OSI-Modells. 

Das OSI-Modell ist mehr als nur eine technische Richtlinie. Es ist ein grundlegendes Framework, das die Kommunikation in der digitalen Welt strukturiert und vereinfacht. Durch sein Schichtenkonzept bietet es Flexibilität und Klarheit in der Netzwerkkommunikation. Obwohl es sich um ein theoretisches Modell handelt, hat es praktische Auswirkungen auf die Entwicklung und das Verständnis von Netzwerktechnologien.