1. Einleitung

Diese Hausarbeit behandelt das Thema TCP/IP. TCP/IP steht für eine ganze Gruppe von Protokollen die den Daten Transfer in einem Netzwerk ermöglichen.

Ziel dieser Ausführungen soll es sein ein Grundverständnis dafür zu erlangen was TCP/IP und die entsprechenden Protokolle leisten, wie sie zusammen arbeiten und welche Dienste dadurch realisiert werden.

2. TCP/IP Merkmale

Der Erfolg bzw. die Beliebtheit von TCP/IP-Protokollen rührt daher das sie zur richtigen Zeit den richtigen Bedarf an Datenübertragungsmöglichkeiten erfüllt haben. Das sie sich bis heute durchgesetzt haben liegt vor allem an ihren vier Hauptmerkmalen.

- Sie haben einen offenen Protokollstandart der unabhängig und frei verfügbar ist. Weiter wurden sie unabhängig von bestimmten Betriebssystemen oder Hardware entwickelt.

- TCP/IP-Protokolle sind nicht von einer bestimmten Netzwerk-Hardware abhängig. Dadurch können sie mit nahezu jeder Art von physikalischer Übertragungsmedien eingesetzt werden. Z.B. Token Ring, FDDI, Ethernet

- Das Adressierungsschema ist einheitlich, wodurch es erst möglich ist jede beliebigen Einheit in einem Netzwerk, auch von der Größe des WWW, eine Adresse zuzuweisen.

- Standardisierte High-Level-Protokolle für weit verbreitete Benutzerdienste.

(vgl. Hunt 1998 S.4)

2. TCP/IP-Referenzmodell

Die Kommunikationsaufgaben werden in Netzwerken in funktionale Ebenen gegliedert. Das TCP/IP-Referenzmodell ist dabei maßgebend für die Internetprotokollfamilie. In diesem Modell wird das Zusammenwirken und der Aufbau von Netzwerkprotokollen, welche den Datenaustausch zwischen verschiedenen lokalen Netzwerken ermöglichen, beschrieben. Gegenüber dem neueren OSI-Referenzmodell mit sieben Schichten hat das TCP/IP-Referenzmodell nur vier.

Abbildung 1 : OSI- vs. TCP/IP-Schichtenmodell

Es wird weder der Zugriff auf ein Übertragungsmedium noch die Datenübertragungstechnik definiert. Vielmehr sind die Internet-Protokolle dafür zuständig, Datenpakete über mehrere Punkt-zu-Punkt-Verbindungen (Hops) weiterzuvermitteln und auf dieser Basis Verbindungen zwischen Netzwerkteilnehmern über mehrere Hops herzustellen.

(vgl. Wikipedia)

2.1 Netzzugriffsschicht (Network Layer)

In dieser Schicht befinden sich alle netzwerkspezifischen Protokolle und die physikalische Adressierung. Sie ist für die Verbindung zu dem LAN verantwortlich.

. Die Protokolle der Netzzugriffsschicht sind z.B.
· Token - Ring
· Ethernet
· FDDI (Fiber Distributed Data Interface)
· X.25
· Frame Relay
· ATM

(vgl. unterwegs-im.net )

 

2.2 Vermittlungsschicht (Internet Layer)

Diese Schicht ist für die Adressierung, Pfadermittlung und das Routing verantwortlich. Sie ist so angelegt das sie auf effektiver Art und Weise ein zu versendende Pakete sicher von einem Quellnetzwerk zu einem Zielnetzwerk überträgt. Um dies zu gewährleisten ermittelt sie den optimalsten Pfad.

Die wichtigsten Protokolle in dieser Schicht sind:
· IP (Internet Protocol)
· ICMP (Internet Control Message Protocol)
· IGMP (Internet Group Management Protocol)
· ARP (Address Resolution Protocol)

Diese Schicht ist vergleichbar mit der Post. Bei der Post können sie auch ein Paketaufgeben mit dem Ziel das es an einer bestimmten Adresse ankommt. Dabei ist es ihnen egal bzw wissen sie nicht welchen weg dieses geht. (vgl. unterwegs-im.net, hackerboard.de)

2.3 Transportschicht (Transport Layer)

Diese Schicht heißt normaler weise Host-zu-Host-Transportschicht, wird aber üblicherweise abgekürtzt und vereinfacht Transportschicht genannt. Die Arbeitsweise dieser Schicht hängt stark von dem gewähltem Protokoll ab. Die beiden wichtigsten sind hier TCP und UDP. Die Aufgabe von TCP besteht in der Bereitstellung eines sicheren und zuverlässigen Ende-zu-Ende-Transports von Daten durch ein Netzwerk. UDP ist im Gegensatz dazu ein verbindungsloses Transportprotokoll, das Anwendungen die Möglichkeit bietet, eingekapselte rohe IP-Pakete zu übertragen. Die Hauptaufgabe der Transportschicht ist es Datenströme mit Hilfe von Multiplex- und einem Aufspaltungsverfahren zwischen Anwendungen der IP-Schicht zu vermitteln und an die entsprechenenden Anwendungen weiter zuleiten. (vgl. rvs.unibielefeld.de, linuxhilfen.org)

 

2.4 Anwendungsschicht (Application Layer)

Es befinden sich eine Reihe von Diensten bzw. Protokollen auf dieser Schicht die für die Kommunikation zwischen Anwendungen und den Diensten der Transportschicht zuständig sind. Sie ermöglichen einen überall anzutreffenden Zugriff auf alle möglichen Netzwerke.

Viele der wichtigsten TCP/IP-Dienste sind auf der Anwendungsschicht bereitgestellt. Diese wären z.B.:
· FTP (File Transfer Protocol)
· HTTP (Hypertext Transfer Protocol)
· SMTP (Simple Mail Transfer Protocol)
· SNMP (Simple Network Management Protocol)
· TELNET (Terminalemulation)
· DNS (Domain Name Service)
· RIP (Routing Information Protocol)

(vgl. Linuxhilfe.org, unterwegs-im.net)

3. TCP/IP Protokoll-Architektur

Abbildung 2: Layermodell mit Diensten

Die TCP/IP-Architektur wird im allgemeinen als ein vierschichtiges Modell beschrieben. Dabei beruht das Prinzip der Schichtung darauf, dass die angebotenen Dienste der einen Schicht von der darrüberliegenden ohne Probleme in Anspruche genommen werden kann. Eine Schichtenabgrenzung entsteht dadurch das die Schicht welche die Dienste in Anspruch nimmt keinerlei Kenntnisse darüber braucht wie diese Dienste erbracht bzw. implementiert worden sind. (vgl. Hunt 1998 S.9-10)

Abbildung 3: Kapselung von Daten

Werden nun Daten Versand, werden sie nach unten durch die einzelnen Schichten gereicht und beim Empfänger wieder nach oben. Bei diesem Durchlaufen werden nun in jeder Schicht entsprechende Kontrollinformationen hinzugefügt die in einem Protokollkopf (header) verpackt sind. Dabei betrachtet jede Schicht die empfangen Informationen als Daten und fügt seinen eigen Header zu. Dieser Vorgang wird als Kapselung bezeichnet. Beim empfangen der Datei geschieht nun genau das gegenteil. Jede der einzelnen Schichten interpretiert nun den entsprechenden header und leitet gemäß der dort angegeben Informationen die Daten weiter.

(vgl. Hunt 1998 S.9-10)

 

 

 

4. TCP/IP-Dienste und Protokolle

Die Dienste und Protokolle werden fast täglich weiter entwickelt, dadurch ist es prinzipiell schwer möglich eine vollständige Aufzählung zu erstellen. Hier werden jetzt nur die wichtigsten und die bekanntesten erläutert.

TCP steht für Transmission Control Protocol, was zu gut deutsch heißt Übertragungsüberwachungsprotokoll. Es regelt auf welche Art und Weise Daten zwischen verschiedenen Computern ausgetauscht werden. Alle modernen Betriebssysteme beherrschen TCP und setzen es für den Datenaustausch mit anderen Rechnern ein. TCP gilt allgemein hin als ein zuverlässiges, verbindungsorientiertes Transportprotokoll in Computernetzwerken.

TCP baut eine virtuelle Leitung zwischen 2 Rechnern auf. Indem es unter anderem erst Kontrollinformationen mit dem Zielsystem austauscht um sicher zustellen das die Daten auch empfangen werden können. Auf dieser Virtuellen Leitung können dann Daten in beide Richtungen versendet werden. Diese Daten werden auch auf ihre Korrektheit und auf die richtige Reihenfolge überwacht. (vgl. Hunt 1998)

IP steht für Internet-Protokoll. Dieses Protokoll ist das Herzstück des Internets. Zu seinen Funktionen Zählen:

- Definition des Datagramms

- Definition des Internet-Adressierungsschemas

- Ãœbertragung von Daten zwischen Netzugangs- und Transportschicht

- Routing von Datagrammen zu entfernten Hosts

- Fragmentierung und Defragmentierung von Datagrammen

Das Internet-Protokoll ist ein verbindungsfreies Protokoll. Es hat keinerlei Kontrollfunktionen. (vgl. Hunt 1998)

UDP steht für User Datagram Protocol.

Es ermöglicht den Anwendungen einen direkten Zugriff auf ein Datagramm-Transportdienst, wie zum Beispiel IP. Dadurch wird ein Übertragen von Nachrichten über ein Netzwerk ohne großen Protokoll-Over-head möglich. UDP ist ebenfalls verbindungslos, es sieht auch keine Techniken der Datenprüfung vor, womit ermitteltr werden könnte ob die gesendeten Daten auch wirklich angekommen sind.

Der Einsatz ist immer dann sinnvoll wenn kleine Datenmengen versand werden. Hier wäre der Aufwand den TCP zum Beispiel betreibt, um extra eine Verbindung aufzubauen, höher als ein erneutes Übertragen der Daten. Wird UDP auf nur einen Rechner verwand, liefert es die Daten korrekt aus. (vgl. Hunt 1998)

ICMP steht für Internet Control Message Protocol.

Es dient zur Übermittlung von Fehler- und Statusinformationen. Unteranderem wird es auch von IP selbs verwendet, um zum Beispiel Fehler zu melden. ICMP kann auch direkt von Applikationen verwendet werden. Eingesetzt werden ICMP Pakete zum Beispiel wenn der Zielrechner oder das Zielnetzwerk nicht erreichbar ist. Wenn dem wirklich so ist gibt ein TCP/IP Router ein 'host unreachable' bzw. 'network unreachable' Paket zurück.

ICMP ist eigentlich kein wirklich eigenständiges Protokoll, da die ICMP-Nachrichten durch IP-Pakete übermittelt werden. ICMP bildet auch keine eigenen Datenstrom sondern steuert ihn vielmehr und ist damit eher ein Kontrollfluss.

Eine Anwendungs Beispiel wäre zum Beispiel das recht bekannte Programm ping, womit man die Erreichbarkeit von anderen Rechnern überprüfen kann. Dazu wird als erstes ein ICMP echo request an den Zielrechner gesendet, dieser antwortet dann, wenn er denn verfügbar ist, mit einem ICMP echo reply. (vgl. Wikipedia) (vgl. Hunt 1998)

FTP steht für File Transfer Protocol.

Es dient zur interaktiven Datenübertragung. Für die Steuerung und Datenübertragung benutz FTP jeweils eine separate Verbindungen. Die Datenübertragung funktioniert hier erst nach dem eine Authentifizierung statt gefunden hat. (vgl. Wikipedia)

HTTP steht für Hypertext Transfer Protocol.

Hiermit werden Webseiten über das Netzwerk übertragen. Im Kern ist HTTP ein zustandsloses Protokoll. Was so viel heißt wie das eine Verbindung nach der abgeschlossen Datenübertragung nicht mehr aufrecht erhalten werden muss. Für die Übertragung weiterer Daten muss eine neue Verbindung aufgebaut werden. (vgl. Wikipedia) (vgl. Hunt 1998)

SMTP steht für Simple Mail Transfer Protocol.

SMTP ist ein sehr einfach strukturiertes Protocoll mit dem E-Mails in lokalen Netzwerken oder über das Internet ausgeliefert werden. Vorrangig ist es nur zum einspeisen und weiterleiten von E-Mails angelegt..Zum Abholen von Nachrichten kommen andere, spezialisierte Protokolle wie POP3 oder IMAP zum Einsatz. (vgl. Wikipedia)

TELNET steht für Terminalemulation.

Es ermöglicht den Zugriff auf ein anderen Rechner über das Netzwerk. Telnet gehört zu der Gruppe der Client-Server-Protokolle; es verwendet zur Datenübertragug verwendet es TCP. Allerdings wird es wegen der fehlenden Verschlüsselung kaum noch eingesetzt. (vgl. Wikipedia)

DNS steht für Domain Name Service.

DNS wandelt IP-Adressen in die dafür zugeordnete Namen um. Diese werden aus einer hierarchische Datenbank ausgelesen, die wiederum dezentral verwaltet werden kann.

Mit dieser Datenbank ist auch möglich einem Namen mehrere IPs zu zuordnen, dadurch kann zum Beispiel eine Lastverteilung realisiert werden. Anders herum ist es auch möglich mehrere Namen einer IP-Adresse zuzuordnen. Was es ermöglich ähnliche Namen zusammen zufassen z.B. bahn.de, deutsche-bahn.de, db.de. (vgl. Wikipedia)

POP steht für Post Office Protocol.

Es ist ein Übertragungsprotokoll mit dem ein Client E-Mails von einem E-Mail-Server abrufen kann. Dabei ist eine ständige Verbindung zum Mailserver nicht notwendig. Der Client baut diese je nach bedarf auf und beendet sie auch wieder.

Leider ist die Funktionalität von POP3 sehr eingeschränkt und erlaubt nur das Auflisten, Abholen und Löschen von E-Mails auf dem E-Mail-Server. (vgl. Wikipedia)

5. Zusammenfassung

Abschließend bleibt nur zu sagen das diese Ausführungen nur die Oberfläche dieses Themas wiederspiegeln. Die Einsatzbereiche, Funktionen und im allgemeinen die Einsatzmöglichkeiten scheinen schier unendlich zusein. Für Menschen die sich für Informationswesen interessieren ist es ein sehr spannendes Thema. Wo ein Ende der Möglichkeiten auch noch nicht in Sicht scheint.

Quellenverzeichnis

Bücher:

Hunt 1998 Hunt, Craig. :TCP/IP, Köln: O´Reilly, 1998

Internetquellen:

wiley-vch.de http://www.wiley-vch.de/templates/pdf/3527701095_kap.pdf

Stand 20.01.2008

Wikipedia http://de.wikipedia.org/wiki/TCP/IP-Referenzmodell#TCP.2FIP-

Referenzmodell

http://de.wikipedia.org/wiki/POP3

http://de.wikipedia.org/wiki/Domain_Name_System

http://de.wikipedia.org/wiki/Telnet

http://de.wikipedia.org/wiki/Smtp

http://de.wikipedia.org/wiki/Http

Stand 19.01.2008

unterwegs-im.net http://www.unterwegs-im.net/content/view/31/8/

Stand 20.01.2008

Hackerboard.de http://www.hackerboard.de/
thread.php?threadid=4971&sid

Stand 20.01.2008

Rvs.unibielefeld http://www.rvs.unibielefeld.de/~heiko/tcpip/
tcpip_html_ alt/kap_2_4.html

Stand 20.01.2008

Linuxhilfe.org http://www.linuxhilfen.org/netz/transportschicht.html

http://www.linuxhilfen.org/netz/anwendungsschicht.html

Stand 20.01.2008