Was ist eine PDU? Data, Segment, Packet, Frame, Bits im OSI-Kontext

Eine PDU ist die „Verpackungseinheit“ von Daten innerhalb eines Netzwerkmodells – und im OSI-Kontext eines der wichtigsten Konzepte, um Netzwerkkommunikation wirklich zu verstehen. Der Begriff steht für Protocol Data Unit und beschreibt, wie Nutzdaten auf jeder Schicht des OSI-Modells benannt, strukturiert und weitergegeben werden. Genau hier entstehen die bekannten Begriffe Data, Segment, Packet, Frame und Bits. Viele Einsteiger kennen diese Wörter aus Kursen oder Prüfungen, können sie aber schwer einordnen: Was ist ein Paket, was ist ein Frame – und warum heißt es manchmal „Packet“, manchmal „Datagram“? Die Antwort liegt in der Idee der PDUs: Jede OSI-Schicht nimmt die PDU der darüberliegenden Schicht als Nutzlast, ergänzt eigene Steuerinformationen (Header, teilweise Trailer) und erzeugt damit eine neue PDU, die zur nächsten Schicht passt. Dieses Prinzip heißt Kapselung (Encapsulation) und erklärt nicht nur Fachbegriffe, sondern auch typische Fehlerbilder: Wenn etwa ein IP-Paket geroutet wird, aber Frames lokal nicht korrekt zugestellt werden, liegen Ursache und Lösung auf unterschiedlichen Ebenen. In diesem Artikel erfahren Sie verständlich, was eine PDU ist, wie sich Data, Segment, Packet, Frame und Bits unterscheiden und wie Sie das Wissen im Alltag sicher anwenden.

Was bedeutet PDU? Definition im Netzwerk-Kontext

Eine Protocol Data Unit (PDU) ist die definierte Dateneinheit, die eine bestimmte Protokollschicht verarbeitet oder erzeugt. Jede Schicht hat eigene Aufgaben und benötigt dafür bestimmte Steuerinformationen. Diese Steuerinformationen werden in der PDU als Header (und gelegentlich als Trailer) ergänzt. Aus „reinen“ Nutzdaten wird so eine standardisierte Einheit, die von Geräten, Betriebssystemen und Protokollstacks zuverlässig interpretiert werden kann.

• Nutzdaten (Payload): eigentliche Information, die übertragen werden soll (z. B. HTTP-Inhalt, Datei, DNS-Anfrage).
• Header: Steuerinfos für die jeweilige Schicht (z. B. Ports, IP-Adressen, MAC-Adressen).
• Trailer: zusätzliche Infos am Ende, häufig zur Fehlererkennung (z. B. FCS bei Ethernet).

PDUs sind damit nicht nur „Daten“, sondern eine Kombination aus Daten und Protokollinformationen. Eine gute technische Referenz, um Protokolle und ihre Datenstrukturen im Original nachzulesen, ist der RFC Editor.

Warum PDUs im OSI-Modell so wichtig sind

Das OSI-Modell trennt Netzwerkkommunikation in Schichten. PDUs machen sichtbar, wie diese Schichten zusammenarbeiten. Ohne PDU-Denken wirken Begriffe wie „Paketverlust“ oder „Frame-Fehler“ austauschbar. In Wahrheit bedeuten sie sehr unterschiedliche Dinge:

• Frame-Probleme (Schicht 2): lokale Zustellung im LAN/WLAN ist gestört (z. B. VLAN, MAC, FCS).
• Packet-Probleme (Schicht 3): Routing oder IP-Adressierung ist betroffen (z. B. falsches Gateway).
• Segment-Probleme (Schicht 4): Transport/Ports/Verbindungen sind betroffen (z. B. TCP-Handshake, Retransmissions).

Wenn Sie PDUs sauber unterscheiden, wird Troubleshooting strukturierter: Sie prüfen gezielt die Schicht, deren PDU im Symptom auftaucht.

Die PDU-Namen pro OSI-Schicht auf einen Blick

Die klassische Zuordnung der PDU-Begriffe im OSI-Kontext sieht so aus. Dabei gilt: In der Praxis können Begriffe je nach Lehrbuch oder Hersteller leicht variieren, die Grundidee bleibt gleich.

• Schicht 7–5 (Application/Presentation/Session): Data (Daten)
• Schicht 4 (Transport): Segment (bei TCP) bzw. Datagram (häufig bei UDP)
• Schicht 3 (Network): Packet (IP-Paket; teils auch „Datagram“ im IP-Kontext)
• Schicht 2 (Data Link): Frame (Ethernet-/WLAN-Frame)
• Schicht 1 (Physical): Bits (Signale/Bitstrom)

Data: PDU der oberen Schichten

In den oberen OSI-Schichten (Anwendung, Darstellung, Sitzung) spricht man oft schlicht von Data oder „Daten“. Der Grund ist pragmatisch: Hier geht es vor allem um Inhalte und deren Bedeutung – etwa eine HTTP-Anfrage, eine DNS-Nachricht, ein JSON-Dokument oder ein E-Mail-Body. Die exakte Struktur hängt vom jeweiligen Anwendungsprotokoll ab.

• Beispiel Web: HTTP-Request/Response (Methoden, Header, Body). Einstieg: MDN-Dokumentation zu HTTP.
• Beispiel DNS: Query/Response mit Resource Records. Übersicht: Cloudflare: Was ist DNS?.
• Beispiel E-Mail: SMTP/IMAP-Kommandos und Nachrichteninhalte.

Wichtig: „Data“ ist kein Zeichen von Unschärfe, sondern zeigt, dass sich die PDU hier je nach Dienst sehr stark unterscheidet und nicht auf eine einzige Standardstruktur reduziert werden kann.

Segment: PDU der Transport-Schicht

Auf der Transport Layer wird aus Daten ein Segment (typischerweise im TCP-Kontext). Ein TCP-Segment enthält neben der Nutzlast unter anderem Quell- und Zielport, Sequenznummern, Bestätigungen (ACK), Flags und Fensterinformationen. Diese Informationen ermöglichen Zuverlässigkeit, Reihenfolge und Flusskontrolle.

Warum TCP-Segmente eine eigene PDU-Bezeichnung haben

TCP arbeitet verbindungsorientiert. Das Segment ist die Einheit, mit der TCP Zustellung organisiert. Es ist sinnvoll, diese Einheit klar vom IP-Paket zu unterscheiden, weil TCP-Logik (z. B. Retransmissions) nicht auf IP-Ebene stattfindet.

• Ports: Zuordnung zur richtigen Anwendung (z. B. 443 für HTTPS).
• Sequenznummern: Reihenfolge der Daten und Erkennung fehlender Teile.
• ACKs: Bestätigung empfangener Daten, Grundlage für Zuverlässigkeit.

Als technische Referenz eignet sich RFC 793 (TCP).

UDP: Segment oder Datagram?

Bei UDP wird oft nicht von „Segment“, sondern von Datagram gesprochen, weil UDP verbindungslos und minimal ist. UDP-Datagramme enthalten im Wesentlichen Ports, Länge und Prüfsumme. Eine Standardreferenz ist RFC 768 (UDP).

Packet: PDU der Network Layer

Auf der Network Layer entsteht das Packet – in IP-Netzen meist das IP-Paket. Ein IP-Paket enthält IP-Adressierung (Quell- und Ziel-IP), TTL/Hop Limit sowie weitere Felder, die Routing und Paketbehandlung ermöglichen. Router arbeiten auf dieser Ebene: Sie betrachten IP-Zieladressen und entscheiden den nächsten Hop.

Warum „Packet“ nicht dasselbe ist wie „Segment“

Ein TCP-Segment ist Transportlogik, ein IP-Paket ist Routinglogik. TCP kann Daten neu senden, wenn etwas fehlt. IP versucht dagegen, Pakete bestmöglich zuzustellen, garantiert aber weder Reihenfolge noch Zustellung. Diese Trennung erklärt, warum ein „Paketverlust“ nicht automatisch ein „TCP-Fehler“ ist – TCP kann damit umgehen, IP nicht unbedingt.

• IP-Header: Netz-zu-Netz-Weiterleitung, nicht anwendungsbezogen.
• Fragmentierung (v. a. IPv4): Paket kann in Teile zerlegt werden, wenn MTU zu klein ist.
• Routing: Entscheidung anhand der Ziel-IP und Routingtabellen.

Referenzen: RFC 791 (IPv4) und RFC 8200 (IPv6).

Datagram vs. Packet: Begriffsfeinheiten

Der Begriff Datagram wird manchmal auch auf Schicht 3 verwendet, etwa als „IP Datagram“. In vielen Lernmaterialien ist „Packet“ jedoch der Standardbegriff für Schicht 3. Für die Praxis zählt: Auf dieser Ebene geht es um IP-Adressierung und Routing.

Frame: PDU der Data-Link-Layer

Das Frame ist die PDU der Data Link Layer. Hier wird das IP-Paket in einen lokalen Übertragungsrahmen gepackt – zum Beispiel in einen Ethernet-Frame oder WLAN-Frame. Switches und Access Points arbeiten primär mit Frames und MAC-Adressen. Frames sind grundsätzlich lokal: Sie gelten nur innerhalb eines Netzsegments (z. B. Ihres LANs oder WLANs). Sobald ein Router dazwischen ist, wird das Paket in einen neuen Frame für das nächste Segment verpackt.

Typische Inhalte eines Ethernet-Frames

• Ziel-MAC und Quell-MAC: lokale Adressierung im Segment.
• EtherType bzw. Length: Kennzeichnung, welche Nutzlast enthalten ist (z. B. IPv4, IPv6).
• Payload: meist ein IP-Paket.
• FCS (Frame Check Sequence): Prüfsumme zur Fehlererkennung (Trailer).

Die Ethernet-Welt ist in IEEE 802.3 standardisiert; als Einstieg eignet sich IEEE 802.3 (Ethernet) im Überblick.

Warum Frames „wechseln“, Pakete aber weiterleben

Ein zentraler Lernpunkt: Das IP-Paket wird über Router hinweg weitergeleitet, aber der Frame wird pro Link neu gebaut. Das erklärt, warum MAC-Adressen nicht „durch das Internet“ geroutet werden, IP-Adressen aber schon.

Bits: PDU der Physical Layer

Auf der Physical Layer gibt es keine Adressen und keine Protokollfelder im klassischen Sinn – hier wird ein Frame als Bitstrom übertragen. „Bits“ sind daher die PDU-Bezeichnung: elektrische Impulse, Lichtsignale oder Funkmodulationen, die die 0 und 1 physisch darstellen.

• Ethernet über Kupfer: elektrische Signale mit definierter Kodierung.
• Glasfaser: Lichtimpulse, sehr geringe Störanfälligkeit, hohe Reichweiten.
• WLAN: Funkwellen, abhängig von Kanal, Abstand, Interferenzen.

Viele sichtbare Probleme wie Aussetzer oder schlechte Performance können auf Schicht 1 beginnen, zeigen sich aber erst als Retransmissions (Schicht 4) oder Timeouts (Schicht 7). PDU-Denken hilft, Ursache und Symptom nicht zu verwechseln.

Der Kapselungsprozess: So wird aus Data am Ende Bits

Der Weg einer Nachricht von der Anwendung bis zum Medium folgt einem klaren Muster: Jede Schicht kapselt die PDU der höheren Schicht in ihre eigene PDU. Auf dem Weg zurück (Empfang) wird in umgekehrter Reihenfolge entkapselt.

• Data: Anwendungsdaten (z. B. HTTP-Request)
• Segment/Datagram: Transport-Header ergänzt (Ports, Sequenzen)
• Packet: IP-Header ergänzt (IP-Adressen, TTL)
• Frame: MAC-Header/Trailer ergänzt (MAC, FCS)
• Bits: physische Übertragung als Signal

Warum Header „Overhead“ sind, aber unverzichtbar

Header erhöhen die Datenmenge, die übertragen werden muss. Trotzdem sind sie notwendig, weil ohne sie niemand wüsste, wohin die Daten gehören und wie sie zu behandeln sind. Der Gesamtumfang einer übertragenen Einheit lässt sich in einer einfachen Formel darstellen:

$\mathrm{Gesamtgröße}=\mathrm{Nutzdaten}+\mathrm{Header}+\mathrm{Trailer}$

In der Praxis beeinflusst dieser Overhead Performance, MTU-Fragen und Effizienz – besonders bei sehr kleinen Nutzdaten oder in VPN-/Tunnel-Szenarien.

Typische Verwechslungen: Packet, Frame, Segment richtig auseinanderhalten

Viele Lernende sprechen im Alltag vereinfachend von „Paketen“, auch wenn technisch ein Frame oder ein Segment gemeint ist. Für saubere Kommunikation (z. B. im Team oder in Prüfungen) lohnt die klare Trennung.

• „Paket“ im Alltag: wird oft als Sammelbegriff genutzt.
• Frame: lokale Zustellung im Segment (Switching, MAC).
• Packet: Netz-zu-Netz-Zustellung (Routing, IP).
• Segment: Ende-zu-Ende-Transportlogik (TCP/UDP, Ports).

Ein hilfreicher Gedanke ist: Wenn ein Router entscheidet, geht es um Packets. Wenn ein Switch entscheidet, geht es um Frames. Wenn eine Anwendung „Port 443“ sagt, sind Sie bei Segments/Datagrams.

PDUs im Troubleshooting: So nutzen Sie das Wissen praktisch

PDUs sind kein reines Theorie-Thema. Sie helfen unmittelbar bei der Fehlersuche, weil Fehlermeldungen und Messwerte häufig implizit auf eine PDU-Ebene verweisen.

Beispiele für typische Symptome und passende PDU-Ebene

• CRC/FCS-Errors am Switchport: Frame-Ebene (Schicht 2) – Kabel, Port, Störungen, Duplex/Autonegotiation.
• „Destination unreachable“ oder Traceroute bricht ab: Packet-Ebene (Schicht 3) – Routing, ACL, ICMP.
• Viele TCP-Retransmissions: Segment-Ebene (Schicht 4) – Paketverlust, Stau, MTU/MSS, Funkprobleme.
• HTTP 500 oder 404: Data/Anwendungsebene (Schicht 7) – Serverlogik, Ressourcen, Konfiguration.

Warum „Ping geht“ nicht bedeutet „Web geht“

Ping nutzt ICMP auf Schicht 3 und testet Packet-Erreichbarkeit. Webzugriff benötigt zusätzlich Schicht 4 (TCP-Port 443) und Schicht 7 (HTTP/HTTPS). Wenn Ping funktioniert, aber HTTPS nicht, liegt die Ursache häufig in Segment-/Port-Themen oder in Anwendung/TLS. Für HTTP-Grundlagen eignet sich MDN zu HTTP, für TCP die Referenz RFC 793.

PDU-Begriffe in Prüfungen und in der Praxis

In Zertifizierungen und Ausbildung wird oft eine klare Zuordnung verlangt. In der Praxis wiederum sind Mischbegriffe normal. Entscheidend ist, dass Sie die Schichtenlogik verstanden haben und im Zweifel erklären können, welche Steuerinformationen wo hinzukommen. Häufige Praxisbegriffe, die Sie einordnen sollten:

• MTU: maximale Frame-Payload auf Schicht 2, beeinflusst Paketgröße auf Schicht 3.
• MSS: maximale TCP-Nutzdaten pro Segment auf Schicht 4 (abhängig von MTU).
• Encapsulation/Decapsulation: Kapseln und Entkapseln entlang der Schichten.

Mini-Beispiel: Website-Aufruf als PDU-Reise

Ein kurzer Ablauf macht die Begriffe greifbar: Sie öffnen eine HTTPS-Website.

• Data: Browser erzeugt HTTP-Anfrage (semantischer Inhalt).
• Segment: TCP ergänzt Ports und Sequenzen (Zielport 443).
• Packet: IP ergänzt Quell-/Ziel-IP (Routing über das Internet).
• Frame: Ethernet/WLAN ergänzt Quell-/Ziel-MAC (lokale Zustellung zum Gateway).
• Bits: Übertragung über Funk/Kabel als Signale.

Am Ziel läuft derselbe Weg rückwärts: Bits werden zu Frames, Frames liefern Pakete, Pakete liefern Segmente, Segmente liefern Daten an die Anwendung.

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