Die TCP/IP-Protokollfamilie besteht aus vier Schichten, die zusammenarbeiten, um Daten über Netzwerke zu übertragen. Jede Schicht hat dabei ihre eigene Aufgabe:
- Ganz oben steht die Anwendungsschicht. Hier findet die Kommunikation zwischen den Programmen statt, wie z.B. der Abruf einer Webseite oder das Versenden einer E-Mail.
- Darunter kommt die Transportschicht, die sicherstellt, dass die Daten vollständig und in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger ankommen. Sie sorgt also für die Zuverlässigkeit der Übertragung.
- Die nächste Schicht ist die Internetschicht. Sie kümmert sich darum, dass die Datenpakete über verschiedene Netzwerke hinweg den richtigen Weg zum Ziel finden.
- Zuletzt gibt es die Netzwerkschicht. Sie regelt die physische Übertragung der Daten, also wie die Daten über Kabel oder drahtlos tatsächlich von einem Gerät zum anderen gesendet werden.
Jede dieser Schichten arbeitet mit der darüber- und darunterliegenden Schicht zusammen, um eine vollständige Kommunikation zu ermöglichen. Im nächsten Schritt schauen wir uns an, welche Protokolle in den einzelnen Schichten zum Einsatz kommen und wie genau sie funktionieren.
Die Netzwerkschicht ist für den tatsächlichen Versand der Daten über das physische Medium verantwortlich. Sie regelt, wie die Daten in Form von elektrischen Signalen, Lichtimpulsen oder Funkwellen über Kabel oder drahtlose Verbindungen übertragen werden. Dabei entspricht sie den Schichten 1 (Bitübertragungsschicht) und 2 (Sicherungsschicht) des OSI-Modells.
Typische Technologien, die hier verwendet werden, sind:
- Ethernet: Das am weitesten verbreitete Protokoll für kabelgebundene Netzwerke.
- WLAN (IEEE 802.11): Ermöglicht die drahtlose Kommunikation zwischen Geräten.
- PPP (Point-to-Point Protocol): Wird häufig bei Direktverbindungen wie Modem- oder DSL-Verbindungen eingesetzt.
Diese Technologien sorgen dafür, dass die Datenpakete zuverlässig auf der physikalischen Ebene transportiert werden.
Die Internetschicht ist dafür verantwortlich, dass die Datenpakete ihren Weg durch verschiedene Netzwerke finden. Hier findet die Adressierung der Geräte sowie das Routing der Pakete statt, also die Auswahl des besten Weges durch das Netzwerk.
In dieser Schicht kommen verschiedene Protokolle zum Einsatz:
- IP (Internet Protocol): Es sorgt dafür, dass jedes Gerät im Netzwerk eine eindeutige Adresse erhält und die Datenpakete an die richtige Zieladresse weitergeleitet werden.
- ICMP (Internet Control Message Protocol): Dieses Protokoll wird verwendet, um Fehlermeldungen und Diagnosen zu senden, zum Beispiel wenn ein Ziel nicht erreichbar ist.
- ARP (Address Resolution Protocol): Es ermittelt die MAC-Adresse eines Geräts anhand seiner IP-Adresse, was wichtig ist, damit die Datenpakete innerhalb eines lokalen Netzwerks zugestellt werden können.
Die Internetschicht stellt sicher, dass die Pakete selbst über große Netzwerke hinweg korrekt zum Ziel gelangen.
Die Transportschicht ist für die Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen zwei Geräten zuständig. Sie sorgt dafür, dass die Daten entweder zuverlässig oder besonders schnell übertragen werden – je nachdem, welches Protokoll verwendet wird. Hier wird entschieden, ob die Übertragung verbindungsorientiert oder verbindungslos erfolgt.
In dieser Schicht gibt es zwei Hauptprotokolle:
- TCP (Transmission Control Protocol): Dieses Protokoll ist verbindungsorientiert, das heißt, es baut eine stabile Verbindung zwischen Sender und Empfänger auf. TCP sorgt dafür, dass die Daten vollständig und in der richtigen Reihenfolge ankommen. Außerdem erkennt es Fehler und fordert bei Bedarf die erneute Übertragung fehlerhafter Daten an.
- UDP (User Datagram Protocol): Im Gegensatz zu TCP ist UDP verbindungslos. Es verzichtet auf die aufwändige Fehlerkontrolle, was die Übertragung schneller und mit geringer Latenz macht. Das ist besonders nützlich für Echtzeitanwendungen wie Video- und Sprachübertragung, bei denen es wichtiger ist, dass die Daten schnell ankommen als absolut fehlerfrei.
Die Transportschicht ermöglicht so eine flexible Anpassung der Übertragung je nach Anwendungsanforderung.
Die Anwendungsschicht ist die oberste Schicht der TCP/IP-Protokollfamilie und stellt Protokolle bereit, die von Anwendungen genutzt werden, um miteinander zu kommunizieren. Sie bildet die Schnittstelle zwischen den Anwendungen des Benutzers und dem Netzwerk. Dabei übernimmt sie die Aufgaben der Schichten 5 (Sitzungsschicht), 6 (Darstellungsschicht) und 7 (Anwendungsschicht) des OSI-Modells.
Hier einige wichtige Protokolle der Anwendungsschicht:
- HTTP/HTTPS: Diese Protokolle werden für die Webkommunikation genutzt. HTTP überträgt Webseiten, während HTTPS eine verschlüsselte und damit sichere Version ist.
- FTP (File Transfer Protocol): Ermöglicht die Übertragung von Dateien zwischen einem Client und einem Server.
- SMTP/IMAP/POP3: Diese Protokolle werden für den Versand und Empfang von E-Mails verwendet. SMTP dient dem Versand, während IMAP und POP3 für den Abruf der E-Mails zuständig sind.
- DNS (Domain Name System): Übersetzt menschenlesbare Domainnamen wie „example.com“ in IP-Adressen, die von den Geräten im Netzwerk verwendet werden.
- DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Dieses Protokoll vergibt automatisch IP-Adressen an Geräte im Netzwerk, sodass diese sich verbinden können, ohne manuell konfiguriert werden zu müssen.
Die Anwendungsschicht ermöglicht es also, dass Benutzer und Anwendungen auf einfache Weise auf Netzwerkressourcen zugreifen können, ohne sich um die Details der darunterliegenden Schichten kümmern zu müssen.