TCP/IP

Dezember 2016

Was bedeutet TCP/IP ?

TCP/IP ist eine Folge von Protokolle. Das Symbol TCP/IP bedeutet «Transmission Control Protocol/Internet Protocol» und wird ausgesprochen «T-C-P-I-P». Es stammt aus den zwei wichtigsten Protokolle der Protokollfolge, d.h. TCP und IP).

TCP/IP besteht, aus einer gewissen Weise, aus den Kommunikationsregeln im Internet und ruht auf das Konzept der IP Adressierung, d.h. das Erzeungen von IP Adressen für jede Maschine im Netz, anhand derer, Datenpakete transportiert werden. Ursprünglich wurde die TCP/IP Protokollfolge für militärische Zwecke eingesetzt, daher erfüllt sie eine gewisse Anzahl von Kriterien, aus denen sei erwähnt :

Die Kenntniss der gesamten TCP/IP Protokolle ist für den normalen Benutzer nicht massgeblich, etwa wie ein Fernsehzuschauer das Funktionieren seines Fernseher oder der visuellen Nezte nicht wissen muss. Nichtdestotrotz ist für Administratoren dieses Wissen unentbehrlich bei der Verwaltung bzw Wartung eines TCP/IP Netz.

Unterschied zwischen Standard und Implementierung

TCP/IP führt massgeblich zwei Konzepte zusammen :

  • Das Standard Konzept : TCP/IP zeigt die Art und Weise der Netz-Kommunikationen.
  • Das Implementierung Konzept : Der Begriff TCP/IP wird oft auf die TCP/IP basierte Softwareprogramme ausgeweitet. TCP/IP ist de facto eine Modellebene auf der sich Netz-Software Entwickler stützen. Applikationen dieser Art sind Implementierungen des TCP/IP Protokolls.

TCP/IP ist ein Schichtenmodell

Um das TCP/IP Modell auf eine beliebigen Maschine anwenden zu können - frei von Betriebsystemzwänge -, wurde das TCP/IP Protokollgebilde in verschienen Module zerlegt, jedes davon mit einer eigenen Tätigkeit beauftragt. Da diese Module hintereinander ihre Aufgaben nach einem bestimmten Musterverfahren erledigen, bekommen wir so ein Schichtensystem; man spricht dann von einem Schichtenmodell.

Der Begriff von Schicht oder Ebene wird meist verwendet um zu zeigen dass Daten im Netze mehrere Protokollebenen durchqueren. So werden Daten (Informationspakete) auf dem Netz hintereinander auf jeder Ebene abgearbeitet, die dann ein zusätzliches Informationselement den Daten mit auf den Weg gibt (der Header), dann werden sie der nächsten Ebene zugeführt.

Das Modell TCP/IP liegt sehr nahe am OSI Modell (ein 7 Schichtenmodell) von der International Standard Organisation ( ISO, Internationale Gesellschaft für Standardisierung) zum zwecke der Normalisierung der Rechnerkommunikation.

Vorstellung des OSI Modell

OSI, die Kurzfassung für Open Systems Interconnection, zu deutsch Mehrverbindung von Offenen Système. Das Modell wurde von ISO aufgebaut zwecks Einführung von Standardkommunikationen zwischen Netzrechner, besser gesagt Regeln die das Kommunizieren zwischen Rechner verwalten. Zu den Anfänge der Netze, hatte jeder Hesteller sein eigenes System (man spricht von proprietäre System). So entstanden zahlreiche untereinander inkompatible Netze. Aus diesem Grunde wurde das Einsetzen einer Norm notwendig.

Die Aufgabe von OSI liegt in der Standardisierung der Kommunikation zwischen Rechner so das verschieden Hersteller Produkte (sei es logische oder materielle) zu entwickeln, die untereinander kompatibel sind (sofern sie gewissenhaft das OSI-Modell nachfolgen).

Der Vorteil eines Ebenensystem

Ziel eines Schichtsystem ist das Zerlegen des Problems je nach Abstraktionsgrad in verschiedenen Teile (die Schichten).

Jede Modellebene kommuniziert mit der benachbarten (oberhalb oder unterhalb) Schicht. Jede schicht bedient sich so die Dienste der unteren Schichten und stellt der oberen ihre eigene zu Verfügung.

Das OSI Modell

Das OSI Modell ist Modell auf 7 Schichten aufgebaut, wobei das TCP/IP nur 4 hat. In Wirklichkeit wurde das Modell TCP/IP fast zur gleichen Zeit wie OSI, und kann sich von dessen Merkmale inspirieren; es ist aber vollkommen Konform den OSI Ansätze. Die Schichten des OSI Modell sind die folgende :

EbeneAltes ModellNeues Modell
Ebene 7
Ebene 6
Ebene 5
Ebene 4
Ebene 3
Ebene 2
Ebene 1
  • Die physische Ebene definiert die Art der physischen Umwandlung der Daten in digitalen Signale innerhalb des Kommunikationsmedium elektrische Impulse, Lichtmodulation, etc.).
  • Die Ebene Datenverbindung definiert die Schnittstellen mit der Netzkarte und die Teilung des Übertragungsgerätes .
  • Die Ebene Netzwerk verwaltet Datenadressierung und Datentransfer, d.h. ihr Transport über das Netz.
  • Die Ebene Transport beschäftigt sich miit dem Transport de Daten, ihre Zerlegung in Pakete und die Verwaltung von möglichen Übertragungsfehler.
  • Die Ebene Sitzung bestimmt das Anlegen und das Schlieesen von Kommunikationssitzungen zwischen den einzelnen Netzstellen.
  • Die Ebene Bereitstellung bestimmt die Systemunabhängige Formatierung der bearbeiteten Daten in der Applikationsschicht (ihre Darstellung, eventuell auch ihre Verpackung und ihre Kryptierung) .
  • Die Ebene Applikation sichert die Applikationsschnittstelle. Dies ist also, zum Benutzer hin, die allernächste, unmittelbar von Softwareprogramme verwaltete Schicht.

Das Modell TCP/IP

Das TCP/IP Modell, vom OSI Modell inspiriert, übernimmt dessen modular Konzept ( einsetzen von Module oder Schichten), hat aber lediglich 4 davon :

Ebene Applikation
Ebene Netzzugang

Man merkt, die Ebenen des TCP/IP Modell besitzen wesentlich diverseren Aufgaben als die Ebenen des OSI Modell, da gewisse Schichten des Modell TCP/IP mehrere aus dem OSI Modell entsprechen.

Die Aufgabe der verschiedenen Schichten sind wie folgt :

  • Ebene Netzzugang : spezifiziert das Format der transportierten Daten unabhängig von deren eingesetzten Netz-Typenart
  • Ebene Internet : Ihre Aufgabe ist die Lieferung der Datenpakete (Datagramme)
  • Ebene Transport : kümmert sich um den Datentransport, sowie die eingesezte Verfahren zur Überwachung der Übertragungszustände.
  • Ebene Applikation schliesst sämtliche Standard Netzapplikationen ein (Telnet, SMTP, FTP, …)
Hier sind die wichtigsten Protokolle der Folge TCP/IP :

Netzapplikationen TCP oder UDP IP, ARP, RARP FTS, FDDI, PPP, Ethernet, Token ring

Verkapselung der Daten

Während einer Übertragung, gehen die Daten durch jede Schicht der sendmaschine. Auf jeder Ebene wird eine zusätzliche Information an das Datenpaket angehängt, und zwar ein Header (oder Kopf), Informationsgebilde zur Sicherung der Übertragung. Auf Höhe der Empfangsmaschine, während des Ebenendurchlauf, wird der Header gelesen, dann gelöscht. So erhält man die Meldung in ihrem Originalzustand wieder….

Auf jeder Ebene, ändert das Datenpaket sein Umfang mit derMitnahme eines zusätzlichen Header; so wird die Benennung je nach Schicht auch anders :

  • Das Datenpaket heisst message auf der Höhe der Applikationsschicht
  • Das message wird dann verkapsselt in Form eines segment in der Eben Transport
  • Das segment wird noch einmal verkapselt in der Ebene Internet und nimmt den Namen datagramm
  • Schiesslich spricht man von frame auf Höhe der Netzszugangsschicht

Die Ebene Netzwerkzugang

Die Schicht Netzzugang oder Netzaccess ist die erste Schicht auf dem Stapel TCP/IP, sie bietet Fähigkeit zum Zugang in jedes beliebige physische Netz, d.h. Mittel werden in Gang gesetzt damit Daten über ein Netz übertragen werden.
So beinhaltet die Netzschicht sämtliche Spezifikationen für eine Datenübertragung über physische Netze, sei es ein Lokalnetz ( Token ring, Ethernet, FDDI), eine Verbindung über eine Telefonleitung, oder irgendwelche Netzverbindungstypenart. Sie übernimmt folgende Verfahrensweisen :

  • Übertragung des Daten auf der Verbindungsstrecke
  • Koordinierung der Datenübertragung (Synchronisation)
  • Datenformatierung
  • Signalumwandlung (analog/digital)
  • Eingangsfehlerkontrolle
  • ...

Gücklicherweise sind all diese Spezifikationen transparent für den Benutzer, weil all diese Aufgabe in Wirklichkeit vom Betriebsystem sowie die für die Neztverbindung eingesezte Gerätedrivers (z.B. Netzkartendriver), abgearbeitet werden.

Die Ebene Internet

Die Ebene Internet ist die "allerwichtigste" Schicht (sie sind alle wichtig) weil sie die Definierung der Datagramme übernimmt und für das IP Adressverfahren zuständig ist.
Sie kann Datagramme transportieren (Datenpakete) in Richtung Fernstellen und kann deren Fragmentierung verwalten ihre Zusammensetzung beim Empfang.

Die Ebene Internet baut auf 5 Protokolle :

Die ersten drei Protokolle sind die wichtigsten auf dieser Ebene …

Die Ebene Transport

Die Protokolle der vorherigen Ebenen erlauben das Bereitstellen der Informationen von einer Maschine zu einer Zweiten. Die Ebene Transport dagegen erlaubt den Applikationen auf den jeweiligen Maschinen zu Kommunizieren. Das Problem liegt bei der §Identifizierung dieser Applikationen.
Tatsächlich, je nach Rechner und dessen Betriebsystem, wird die Applikation zu Programm, Aufgabe, Prozess …
Des übrigen kann die Applikation von einem System zum anderen anders bezeeichnet werden; aus diesem Grunde wurde ein Nummernsystem eingesetzt damit Applikationsarten zu Datenarten zugewiesen werden können; Diese Identifikatoren heissen Ports.

Die Ebene Transport besitzt zwei Protokolle die zwei verschieden Applikation den Austausch von Daten erlaubt, ungeachtet der benutzten Netzart (d.h. unabhängig von den unteren Schichten …); es sind die folgenden Protokolle :

Die Ebene Applikation

Die Ebene Applikation ist die Schicht auf dem Gipfel der TCP/IP Protokollschichten. Sie beinhaktet die für die Kommunizierung mit den unteren Schichten zuständigen Netzapplikationen .
Die Programme auf dieser kommunizieren mieinander dank der beiden Protokolle der unteren Schicht (die Transportschicht) d.h. TCP oder UDP.

Applikationen auf diese Ebene sind differenzierter Art, aber die meisten sind Netzdienste, d.h. Applikationen die Benutzern die Möglichkeit geben Schnittstellen mit dem Betriebsystem zu haben. Man kann sie nach deren geleisteten Dienste ordnen :

  • Verwaltungsdienste (transfer) für Dateien und Drucker
  • Netzverbindungsdienste
  • Fernverbindungsdienste
  • Diverse Internet Nützlichkeiten (accessories)

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