Das Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) ist ein fundamentales Set von Kommunikationsregeln, das Computern die Möglichkeit bietet, sich miteinander zu verbinden.
Es existieren unzählige Online-Ressourcen, die sich der Erläuterung und Erforschung von TCP/IP widmen. Was macht also diesen Artikel besonders?
Hier liegt der Fokus darauf, Ihnen die essenziellen Grundlagen zu vermitteln, um Ihnen einen Startpunkt für eine weiterführende Auseinandersetzung mit der Materie zu geben.
Das TCP/IP-Modell: Ein Blick in die Geschichte
Das TCP/IP-Modell ist ein Kernkonzept beim Studium von Computernetzwerken und dürfte vielen Informatik- und IT-Studierenden bekannt sein.
Wir werden hier keinen weiteren akademischen Text verfassen. Erlauben Sie mir jedoch, die Entstehungsgeschichte von TCP/IP kurz und prägnant zusammenzufassen, sodass sie auch für Nicht-Techniker verständlich ist.
Kurz gesagt:
In den 1970er Jahren entwickelten Vint Cerf und Bob Kahn das TCP/IP-Modell mit dem Ziel, die Netzwerkkommunikation zwischen Computern zu verbessern.
Zuvor wurden das Network Control Protocol und das 1822 Protocol verwendet.
Gleichzeitig arbeiteten andere Ingenieure und Organisationen an Kommunikationsprotokollen, die die Vernetzung von Computern weltweit erleichtern sollten.
Ein solches Modell war das OSI-Modell (Open Systems Interconnection). Es trug zwar zu einem besseren Verständnis der Methoden und Prozesse der Vernetzung bei, war jedoch für die praktische Umsetzung weniger geeignet.
Wenn Sie mehr über die OSI-Modellschichten erfahren möchten, gibt es dazu eine informative Ressource.
Letztendlich setzte sich das TCP/IP-Modell als Standard für die Kommunikation durch, während das OSI-Modell als Referenz für theoretisches Wissen im Netzwerkbereich dient.
Tatsächlich wäre der schnelle und zuverlässige Zugriff auf unsere Website und andere Internetdienste ohne TCP/IP möglicherweise nicht möglich gewesen. Eine beängstigende Vorstellung, nicht wahr?
Nach dieser Einordnung möchte ich nun einige technische Details erläutern.
Der Unterschied zwischen Transmission Control Protocol (TCP) und Internet Protocol (IP)
Für ein umfassendes Verständnis des TCP/IP-Modells ist es wichtig, zwischen diesen beiden Begriffen zu differenzieren. Es handelt sich um eigenständige Netzwerkprotokolle.
Das Internet Protocol (IP) ist ein Regelwerk, das bestimmt, wie Datenpakete an ihren Bestimmungsort gelangen. Jedes mit dem Internet verbundene Gerät hat eine IP-Adresse, die es ermöglicht, Daten gezielt zu versenden.
IP-Adressen lassen sich mit Telefonnummern vergleichen. In unserem IP-Adressen-Leitfaden können Sie mehr dazu erfahren.
IP allein ist jedoch nicht in der Lage, die Pakete so zu ordnen, dass sie in der korrekten Reihenfolge am Ziel ankommen. Hier kommt TCP ins Spiel, um die Pakete in der richtigen Sequenz zu halten und zu überprüfen, ob sie das Ziel wie vorgesehen erreichen.
Kurz gesagt, ist TCP für die zuverlässige Übertragung der Daten verantwortlich.
Eigenschaften des TCP/IP-Modells
Die überlegenen Funktionen des TCP/IP-Modells haben es zum Standard in der Netzwerkkommunikation gemacht und eine schnelle Implementierung ermöglicht.
Einige seiner herausragenden Merkmale sind:
- Die problemlose Verbindung zwischen verschiedenen Computertypen.
- Die Möglichkeit, Datenpakete neu zu ordnen und so den korrekten Empfang von Nachrichten zu gewährleisten, selbst bei Netzwerküberlastung.
- Die Unterstützung der Fehlerprüfung, was TCP/IP zu einem sehr zuverlässigen Modell macht.
- Die flexible Architektur, die TCP/IP für Netzwerke jeder Größe geeignet macht.
- Die umfassende Skalierbarkeit durch die Client-Server-Architektur.
- Die Unterstützung verschiedener Protokolle, die den unterschiedlichen Anwendungsfällen gerecht wird.
- Die einfache plattformübergreifende Kommunikation.
- Die Möglichkeit des unabhängigen Betriebs.
TCP/IP: Die vier Schichten im Detail
Im Gegensatz zum OSI-Modell besteht TCP/IP aus vier Schichten:
- Netzzugang
- Internet
- Transport
- Anwendung
Der Datenfluss durch diese Schichten erfolgt entweder von oben nach unten (beim Senden) oder von unten nach oben (beim Empfangen). Ein Verständnis der Funktionen jeder Schicht ist entscheidend.
#1. Netzzugangsschicht (Schicht 1)
Diese unterste Schicht befasst sich mit der physischen Verbindung und Übertragung von Daten zwischen Computern. Sie definiert, wie Daten physisch übertragen werden.
Dies umfasst das verwendete Medium (Glasfaser, drahtlos usw.), die Paketstruktur und die Zuordnung von IP-Adressen zu den physischen Adressen, die im Netzwerk verwendet werden.
Zusammenfassend umfasst sie die gesamte technische Infrastruktur eines Netzwerks, einschließlich Gerätetreiber und Kabel.
RFC 826 (Address Resolution Protocol) ist eines der Protokolle dieser Schicht, das IP-Adressen auf Ethernet-Adressen abbildet.
Die Netzzugriffsschicht ist für den Benutzer unsichtbar und bildet die Basis des gesamten Modells.
#2. Internetschicht (Schicht 2)
Die Internetschicht übernimmt die Routenplanung von Daten für eine schnelle und korrekte Kommunikation.
Daten werden in IP-Datagramme verpackt, die die Quell- und Zieladresse enthalten. Die Internetschicht ist für das Routing, die Pfadfindung und die logische Adressierung zuständig.
Sie muss sich mit Adressen befassen, unabhängig davon, ob sie sich auf der Sende- oder Empfangsseite befindet.
Daher enthält sie die Adresse des Senders und des Empfängers. Sie muss gewährleisten, dass Datenpakete korrekt und in der richtigen Reihenfolge an ihren Bestimmungsort gelangen.
#3. Transportschicht (Schicht 3)
Die Transportschicht agiert ähnlich wie ein Lieferdienst. Oft ist diese Schicht auch von einer Firewall umgeben.
Sie wird auch als Host-to-Host-Schicht bezeichnet, da sie eine End-to-End-Datenintegrität und bidirektionale Kommunikation sicherstellt.
Sie stellt den korrekten Empfang von Datenpaketen sicher, indem sie diese in Segmente aufteilt. Außerdem vergewissert sie sich, dass die Anwendungsschicht die gesamte Nachricht empfängt.
Beim Senden einer Nachricht an die Anwendungsschicht konzentriert sie sich auf die Datenmenge, deren Reihenfolge und den Bestimmungsort. Beim Empfangen einer Nachricht von der Anwendungsschicht hilft sie bei der Desegmentierung und Fehlerprüfung.
Protokolle wie TCP und UDP sind in dieser Schicht tätig, um eine zuverlässige Verbindung sicherzustellen.
#4. Anwendungsschicht (Schicht 4)
Auf der obersten Ebene geht es um die Anwendung, mit der der Benutzer interagiert. Wir verwenden Programme, um Daten auszutauschen, wie z.B. Messaging, Browser, E-Mail-Clients usw.
Hier finden sich die Benutzeroberfläche und Anwendungsdienste. Vorgänge wie Verschlüsselung, Entschlüsselung, Komprimierung und Dekomprimierung finden in dieser Schicht statt. Sie hilft auch bei der Formatierung von Nachrichten für die Transportschicht, damit sie korrekt gesendet und interpretiert werden können.
Protokolle wie DNS, HTTP, FTP und SMTP arbeiten mit dieser Schicht zusammen, um sicherzustellen, dass das Senden/Empfangen von Daten im Netzwerk erfolgreich funktioniert.
Was leistet TCP/IP?
TCP/IP ermöglicht die zuverlässige Übertragung von Daten zwischen Computern.
Hierbei werden Daten in Pakete aufgeteilt und so neu organisiert, dass sie für den Empfänger verständlich sind.
Die Datenpakete können mit Puzzleteilen verglichen werden. Erst wenn alle Teile vorhanden sind, ergibt sich ein vollständiges Bild.
Die Aufteilung der Nachricht in Datenpakete dient der Zuverlässigkeit und Genauigkeit. Jedes Paket kann einen anderen Weg nehmen, um sein Ziel zu erreichen.
Würde die Nachricht als Ganzes gesendet, wäre sie bei einem Fehler vollständig verloren und müsste erneut gesendet werden.
Das Vier-Schichten-Modell erklärt diesen Vorgang weiter.
Beim Senden von Daten durchlaufen sie alle vier Schichten in einer bestimmten Reihenfolge, wo sie in Pakete zerlegt und versendet werden (Schicht 1 → Schicht 4).
Auf dem empfangenden Computer werden die Daten wieder zusammengesetzt, indem sie die gleichen vier Schichten in umgekehrter Reihenfolge durchlaufen (Schicht 4 → Schicht 1).
Weitere gängige Internetprotokolle
TCP/IP umfasst die wichtigsten Protokolle, die das Interneterlebnis ermöglichen.
Einige Standard-Internetprotokolle sind HTTP, HTTPS, FTP, POP3 und SMTP.
- HTTP (Hypertext Transfer Protocol) verbindet einen Benutzer über einen Webbrowser mit dem Webserver, um Informationen abzurufen.
- HTTPS (HTTP Secure) bietet eine verschlüsselte Verbindung zum Webserver, die die Verbindung vor Manipulationen schützt.
- FTP (File Transfer Protocol) ermöglicht die Übertragung von Dateien zwischen Servern oder von einem Server auf Ihren Computer.
- POP3 (Post Office Protocol 3) ermöglicht es einem E-Mail-Client, E-Mails von einem Server herunterzuladen, die später offline angezeigt werden können.
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) ist POP3 ähnlich, ermöglicht jedoch das Senden und Empfangen von E-Mails.
TCP/IP ist der Standard, aber nicht immer optimal
Die Vorteile dieses Modells überwiegen seine Nachteile. Es ist jedoch wichtig zu wissen, dass TCP/IP komplex einzurichten ist, nicht ideal für kleinere Netzwerke geeignet ist und die Protokolle nicht einfach zu ersetzen sind.
Es ist möglicherweise nicht die beste Methode, die Schichten optimal zu beschreiben. Das OSI-Modell wird immer noch bevorzugt, um das Gesamtbild besser zu vermitteln.
Dennoch ist TCP/IP in der Lage, die meisten Herausforderungen zu meistern, sodass wir Informationen so schnell wie möglich senden und empfangen können.