Transport- & Vermittlungsprotokolle

Transport- und Vermittlungsprotokolle sind unverzichtbar für die Kommunikation in Computernetzwerken. Sie sorgen dafür, dass Daten in Netzwerken ausgetauscht werden können.

Doch welche Transport- und Vermittlungsprotokolle gibt es eigentlich? Und was genau machen die einzelnen Protokolle?

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Transport- & Vermittlungsprotokolle einfach erklärt

In Computernetzwerken werden Datenpakete zwischen verschiedenen Geräten ausgetauscht. Damit diese Kommunikation reibungslos funktioniert, müssen alle beteiligten Geräte „dieselben Regeln“ befolgen. Diese Regeln sind in sogenannten Netzwerkprotokollen festgelegt.

Du kannst dir das so ähnlich vorstellen wie ein Postsystem. Transportprotokolle beschreiben die Art, wie die Sendungen zugestellt werden und Vermittlungsprotokolle sind für die Adressierung zuständig.

Wichtige Transportprotokolle sind TCP und UDP.
TCP kannst du dir vorstellen wie ein Einschreiben. Hier ist die Zuverlässigkeit besonders wichtig. Die Zustellung wird garantiert und der Empfang quittiert.

Bei UDP hingegen ist nur die Geschwindigkeit der Zustellung wichtig. Das heißt es ist wichtiger, dass die Pakete schnell ankommen und weniger wichtig, wenn vereinzelt mal ein Paket verloren geht.

Wann UDP oder TCP eingesetzt wird, hängt also von den Anforderungen an die Anwendung ab.

Vermittlungsprotokolle, wie IP, ICMP und ARP, kümmern sich zusammen um die Organisation des Netzwerks. Sie sorgen dafür, dass Datenpakete den richtigen Weg finden und Fehler erkannt und gemeldet werden.
IP ist im Netzwerk wie die Postleitzahl und Adresse auf einem Brief, die den Weg zum Empfänger vorgeben. ICMP ist wie ein Zustellungsfehlerbericht, der bei Problemen im Netzwerk erstellt wird, und ARP hilft, Adressen aufzulösen, ähnlich wie ein Postbote, der bspw. in einem Mehrfamilienhaus anhand der Adresse den genauen Standort einer Wohnung findet. Im Computernetzwerk findet ARP anhand der IP eines Gerätes die richtige MAC-Adresse.

Transport- & Vermittlungsprotokolle Definition

Transportprotokolle

Transmission Control Protocol (TCP)

TCP ist ein verbindungsorientiertes, zuverlässiges Transportprotokoll, das in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt wird, wie z. B. beim World Wide Web (HTTP), E-Mail (SMTP) oder File Transfer (FTP). Die Hauptmerkmale von TCP sind:

• Verbindungsorientiert: Bevor Daten ausgetauscht werden, wird eine Verbindung zwischen den Kommunikationspartnern aufgebaut. Der Verbindungsaufbau erfolgt über den sogenannten „Drei-Wege-Handshake“.

• Zuverlässigkeit: TCP stellt sicher, dass alle gesendeten Datenpakete korrekt und in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger ankommen. Dazu werden Pakete bei Bedarf erneut gesendet und Empfangsbestätigungen (Acknowledgements) genutzt.

• Flusskontrolle: TCP reguliert die Übertragungsrate, um eine Überlastung des Empfängers zu vermeiden. Dies geschieht durch das sogenannte „Sliding-Window“-Verfahren.

• Staukontrolle: TCP erkennt Stausituationen im Netzwerk und passt die Übertragungsrate entsprechend an, um die Netzwerklast zu reduzieren.

User Datagram Protocol (UDP)

UDP ist ein verbindungsloses, unzuverlässiges Transportprotokoll, das in Anwendungen eingesetzt wird, bei denen eine schnelle Übertragung wichtiger ist als Zuverlässigkeit, z. B. bei Videostreaming oder Online-Spielen. Die Hauptmerkmale von UDP sind:

• Verbindungslos: Es wird keine Verbindung zwischen den Kommunikationspartnern aufgebaut. Die Datenpakete werden einfach gesendet, ohne einen Verbindungsaufbau durchzuführen.
• Unzuverlässig: Es gibt keine Garantie, dass die gesendeten Datenpakete beim Empfänger ankommen oder in der richtigen Reihenfolge eintreffen. Es gibt keine Empfangsbestätigungen oder Neusendungen bei verlorenen Paketen.
• Geringerer Overhead: UDP hat einen geringeren Overhead als TCP, da weniger Kontrollinformationen benötigt werden. Dies ermöglicht eine schnellere Übertragung.

Vermittlungsprotokolle

Internet Protocol (IP)

Das Internet Protocol (IP) ist das grundlegende Vermittlungsprotokoll für die Kommunikation im Internet. IP ist für die Adressierung und den Transport von Datenpaketen zwischen Geräten zuständig. Die Hauptmerkmale von IP sind:

• Adressierung: Jedes Gerät in einem IP-Netzwerk hat eine eindeutige IP-Adresse, die zur Identifikation und Adressierung verwendet wird.
• Fragmentierung: IP kann große Datenpakete in kleinere Fragmente aufteilen, um sie besser durch das Netzwerk zu transportieren. Beim Empfänger werden die Fragmente wieder zusammengesetzt.
• Routing: IP ist verantwortlich für das Routing von Datenpaketen im Netzwerk. Es bestimmt den optimalen Pfad, den ein Paket durch das Netzwerk nehmen sollte, um zum Empfänger zu gelangen. Dazu arbeitet IP mit Routing-Protokollen wie OSPF oder BGP zusammen.

Ähnlich dem OSI-Modell lassen sich verschiedene Netzwerkprotokolle im TCP/IP-Schichtmodell in verschiedene Schichten unterteilen. Die verschiedenen Netzwerkprotokolle arbeiten zusammen und übernehmen je nach Anwendungsfall verschiedenen Aufgaben.

Internet Control Message Protocol (ICMP)

ICMP ist ein Vermittlungsprotokoll, das eng mit IP zusammenarbeitet und vor allem für die Fehlererkennung und -meldung in IP-Netzwerken zuständig ist. Einige Hauptfunktionen von ICMP sind:

• Fehlermeldungen: Wenn ein Router oder ein anderes Netzwerkgerät Probleme bei der Verarbeitung eines IP-Pakets feststellt (z. B. aufgrund einer nicht erreichbaren Zieladresse), kann es eine ICMP-Fehlermeldung an den Absender senden.
• Diagnose: ICMP ermöglicht die Durchführung von Diagnosefunktionen wie dem „Ping“-Befehl, mit dem die Erreichbarkeit und die Antwortzeit eines Netzwerkgeräts getestet werden können.
• Time Exceeded: ICMP kann eine „Time Exceeded“-Nachricht senden, wenn ein IP-Paket aufgrund einer zu langen Lebensdauer (TTL) verworfen wurde. Dies ist nützlich für die Pfadfindung und die Erkennung von Routing-Schleifen.

Address Resolution Protocol (ARP)

ARP ist ein Vermittlungsprotokoll, das zur Auflösung von IP-Adressen in die zugehörigen physischen (MAC-) Adressen verwendet wird. Da Geräte in einem lokalen Netzwerk über ihre MAC-Adressen kommunizieren, ist ARP notwendig, um die Kommunikation zwischen Geräten mit IP-Adressen zu ermöglichen. Die Hauptfunktionen von ARP sind:

• Auflösung von IP-Adressen: ARP ermöglicht es, die MAC-Adresse eines Geräts zu ermitteln, wenn dessen IP-Adresse bekannt ist. Dazu sendet ARP eine Anfrage an alle Geräte im lokalen Netzwerk. Das Gerät mit der gesuchten IP-Adresse antwortet dann mit seiner MAC-Adresse.
• ARP-Cache: Netzwerkgeräte speichern die Zuordnung von IP-Adressen zu MAC-Adressen in einem ARP-Cache, um zukünftige Auflösungen schneller durchführen zu können.

Anwendung Transport- und Vermittlungsprotokolle

Einige Beispiele für die Anwendung der besprochenen Protokolle sind:

• Webseitenabruf: Beim Abrufen einer Webseite über HTTP(S) kommen sowohl TCP (für den zuverlässigen Datentransport) als auch IP (für die Adressierung und das Routing) zum Einsatz.
• Online-Spiele: In Online-Spielen werden oft UDP (für schnelle, aber möglicherweise unzuverlässige Datenübertragung) und IP (für die Adressierung und das Routing) verwendet.
• Netzwerkdiagnose: Bei der Netzwerkdiagnose kann der „Ping“-Befehl eingesetzt werden, der auf ICMP basiert.
• IP-Adressauflösung: Wenn ein Gerät in einem lokalen Netzwerk ein anderes Gerät über dessen IP-Adresse ansprechen möchte, kommt ARP zum Einsatz, um die zugehörige MAC-Adresse zu ermitteln.

Zusammenfassung Transport- & Vermittlungsprotokolle

Transportprotokolle:

• TCP (Transmission Control Protocol): Verbindungsorientiert, zuverlässig und stellt sicher, dass alle Datenpakete in der richtigen Reihenfolge ankommen. TCP ist für Anwendungen geeignet, bei denen Genauigkeit und Vollständigkeit wichtiger sind als Geschwindigkeit, wie zum Beispiel bei HTTP, SMTP und FTP.
• UDP (User Datagram Protocol): Verbindungslos, unzuverlässig und priorisiert Geschwindigkeit gegenüber Genauigkeit. UDP ist für Anwendungen geeignet, bei denen geringe Latenz und weniger Overhead wichtiger sind als die vollständige Übertragung aller Datenpakete, wie zum Beispiel bei Videostreaming und Online-Spielen.

Vermittlungsprotokolle:

• IP (Internet Protocol): Grundlegendes Vermittlungsprotokoll für die Adressierung von Datenpaketen, Routing zwischen Netzwerken und Fragmentierung von Paketen bei Bedarf. IP ermöglicht die Kommunikation zwischen Computern in unterschiedlichen Netzwerken und bildet die Basis des Internets.
• ICMP (Internet Control Message Protocol): Dient der Fehlererkennung, -meldung und Netzwerkdiagnose. ICMP-Pakete werden von Netzwerkgeräten verwendet, um Informationen über Netzwerkprobleme oder zur Kommunikation von Netzwerkstatusinformationen auszutauschen, wie zum Beispiel bei „Ping“.
• ARP (Address Resolution Protocol): Zuständig für die Auflösung von IP-Adressen in MAC-Adressen (Media Access Control), die für die Kommunikation innerhalb eines lokalen Netzwerks benötigt werden. ARP ermöglicht es, die Hardware-Adresse eines Netzwerkgeräts herauszufinden, wenn dessen IP-Adresse bekannt ist, und umgekehrt.