Wie funktioniert das Internet Protokoll

Was sind Protokolle? Wie arbeitet das Internet Protocol (IP), wie ICMP auf Layer 2? Kurz und knapp und vor allem einfach und allgemeinverständlich erklärt. Internet: Was sind Basisprotokolle, was IP und ICMP auf Layer 2?

Damit die Internet-Übertragung funktioniert, muss einheitlich geregelt sein, wie die Übertragung vonstatten gehen soll. Es muss also Regelungen geben, die die Voraussetzungen, Regeln und Verfahrensweisen betreffen.

Internet: Was sind Protokolle?

Wie Sie es aus der Diplomatie oder von Staatsbesuchen kennen, sind Protokolle im Internet festgelegte Verfahrensweisen, Konventionen und Regeln über den Austausch von Informationen zwischen Rechnern, die einen vollständigen und fehlerfreien Austausch der Daten gewährleisten.

Im Protokoll wird damit die Sprache festgelegt, in der sich ein Client und ein Server „unterhalten“: Begrüßung, Anforderungen, Antworten, Fehlermeldungen und Verabschiedung.

Es gibt zwei Arten von Protokollen:

  • Basisprotokolle (hierzu gehören auch die Routingprotokolle)
  • Dienstprotokolle

Diese Unterscheidung entspricht der Zuordnung dieser Protokolle zum Transport- bzw. Anwendersystem des TCP/IP-Modells.

Ein Zwitter sind die Übertragungsprotokolle ATM und Frame Relay: Sie decken Funktionen sowohl des Transport- wie auch des Anwendersystems ab. So hat ATM auch ein eigenes Abbildungsmodell, das sich in Einzelheiten sowohl vom ISO-OSI-Modell wie vom TCP/IP-Modell unterscheidet.

Basisprotokolle: TCP/IP, UDP

Die Datenübertragung zwischen verschiedenen Netzwerken unterschiedlicher Technologien sah und sieht sich vor das Problem gestellt, dass diese verschiedenen Technologien und Hardware häufig nicht miteinander kompatibel sind.

Dies war und ist die Chance von TCP/IP. TCP/IP ist zunächst die Bezeichnung für eine ganze Protokollfamilie, die sich auszeichnet durch

  • Unabhängigkeit von der Hardware des unterliegenden Trägernetzes
  • netzwerkweit einheitliche Adressen
  • bietet einen Baukasten von standardisierten Anwendungs-Protokollen für die verschiedensten Netzwerkdienste
  • Es ist eine offene Protokollfamilie, die unabhängig von Herstellern entwickelt wurde.

Die wichtigsten Protokolle der Familie sind das Internet Protocol (IP) und das Transmission Control Protocol (TCP).

Was ist das Internet-Protokoll (IP)?

Da es im Internet keine feste Verbindung zwischen Sender- und Empfänger-Rechnern gibt, werden Daten auch transportiert, wenn der Zielrechner nicht erreichbar ist.

Das Internet Protocol (IP) ist auf Layer 2 (Internet-Schicht) des IP-Modells angesiedelt und der Kern dieser verbindungslosen Übertragung. Es regelt den Datentransport per Internet: die logische Verbindung zwischen zwei miteinander verbundenen Rechnern.

IP übernimmt die Adressierung der Datenpakete (auch Datagramme genannt). Dabei definiert es den eigentlichen Datenteil des Pakets und die Steuerdaten (Header). Jedes Datenpaket erhält einen Datenkopf mit Ziel- und Absenderadresse sowie weiteren Angaben.

Die Netzwerkschicht (Layer 1 des IP-Modells) hat keine Information darüber, von welcher Art die Daten sind, die sie befördert: für eine Ethernet-Karte sind die ankommenden Daten eben einfach nur Daten, die vom Netz kommen. Der Kartentreiber interpretiert einen Teil dieser Daten als IP-Header und den Rest als Datenteil eines IP-Paketes. Auf diese Weise ist der IP-Header innerhalb eines Ethernet-Paketes gewissermaßen eingekapselt. Aber auch das IP-Paket selbst enthält wieder ein Datenpaket für eine höhere Protokollebene, dessen Header auf der IP-Ebene als Bestandteil der Daten erscheint (oben eine Abbildung als Beispiel für einen 32-Bit IP-Header).

IP – ein verbindungsloses Protokoll

IP ist ein verbindungsloses Protokoll, IP führt seine Aufgaben aus, egal, ob eine direkte Verbindung zwischen Sender und Empfänger besteht oder nicht. Es ist also nicht notwendig, eine IP-Verbindung zu einem Rechner herzustellen, bevor man Daten zu diesem Rechner senden kann, sondern es genügt, das IP-Paket einfach abzusenden.

Was bedeutet verbindungslos und verbindungsorientiert?

Bei einem verbindungsorientierten Protokoll wird beim Öffnen einer Verbindung getestet, ob der Zielrechner überhaupt erreichbar ist. Ein verbindungsloses Protokoll macht das nicht und kann demnach auch nicht garantieren, dass ein Datenpaket überhaupt beim Empfänger ankommt.

Unsicherheiten der IP-Übertragung

Die IP-Datenpakete bewegen sich unabhängig voneinander und werden an jeden Netzknoten einzeln weitergeleitet. Sie bewegen sich so lange von Rechner zu Rechner, bis sie beim Empfänger angekommen sind. Wenn allerdings ein Datenpaket eine gewisse Anzahl von Rechnern passiert, wird es automatisch gelöscht. Andernfalls wäre das Internet schnell von irrlaufenden Datenpaketen überfüllt.

IP garantiert auch nicht, dass in einer Reihenfolge abgeschickte Datenpakete auch wieder in dieser Reihenfolge empfangen werden. Dadurch ist es möglich, dass längere Transfers von einem Rechner zum anderen, die über mehrere Zwischenrechner laufen, beim Ausfall eines dieser Rechner dynamisch neu konfiguriert werden.

Bricht irgendwann während der Übertragung ein Übertragungsweg zusammen, so wird ein neuer Weg zum Ziel gesucht und benutzt. Da der neue Weg zeitlich länger oder kürzer sein kann als der alte, kann man keine allgemeingültigen Aussagen darüber machen, in welcher Reihenfolge IP-Pakete beim Empfänger eintreffen.

Es kann auch sein, dass dabei IP-Pakete verlorengehen oder sich verdoppeln. All diese Unebenheiten auszubügeln, überlässt IP anderen, höherliegenden Schichten.

Protokolle der Internetschicht (Layer 2): ICMP

Auf der Internet-Schicht (Layer 2) arbeitet auch das ICMP (Internet-Control-Message-Protocol). ICMP teilt die Daten in kleine Einheiten auf (es fragmentiert sie also), da Netzwerke unterschiedliche Paketgrößen verwenden: X.25, eine Schnittstelle in der Vermittlungsschicht für den Zugang zu öffentlichen Paketvermittlungen wie Datex-P, arbeitet beispielsweise mit 128 Bytes, Ethernet dagegen mit 1526 Bytes. Jedes Paket erhält eine Nummer, so dass der Empfang bestätigt werden kann und sich die Daten aus den Einzelstücken rekonstruieren (reassemblieren) lassen.

Da ICMP unter anderem für Kontrollmeldungen über Ausfälle, Fehler- und andere Diagnosen zuständig ist, kommt es zum Einsatz, wenn bei der Übertragung Fehler auftreten.

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