Definition

TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol)

Mitarbeiter: Linda Rosencrance und Kate Gerwig

TCP/IP, oder das Transmission Control Protocol/Internet Protocol, ist eine Reihe von Kommunikationsprotokollen, die zur Verbindung von Netzwerkgeräten im Internet verwendet werden. TCP/IP kann auch als Kommunikationsprotokoll in einem privaten Computernetzwerk (einem Intranet oder Extranet) verwendet werden.

Fortsetzung des Inhalts unten

Die gesamte Suite des Internet-Protokolls – eine Reihe von Regeln und Verfahren – wird allgemein als TCP/IP bezeichnet. TCP und IP sind die beiden Hauptprotokolle, obwohl auch andere Protokolle in der Suite enthalten sind. Die TCP/IP-Protokollsuite fungiert als Abstraktionsschicht zwischen Internet-Anwendungen und der Routing-/Switching-Struktur.

TCP/IP spezifiziert, wie Daten über das Internet ausgetauscht werden, indem es eine Ende-zu-Ende-Kommunikation bereitstellt. Sie legt fest, wie die Daten in Pakete aufgeteilt, adressiert, übertragen, weitergeleitet und am Zielort empfangen werden sollen. TCP/IP erfordert nur wenig zentrale Verwaltung und ist darauf ausgelegt, Netzwerke zuverlässig zu machen, mit der Fähigkeit, sich nach dem Ausfall eines beliebigen Geräts im Netzwerk automatisch zu erholen.

Die beiden Hauptprotokolle der Internetprotokoll-Suite erfüllen spezifische Funktionen. TCP definiert, wie Anwendungen Kommunikationskanäle über ein Netzwerk schaffen können. Es verwaltet auch, wie eine Nachricht in kleinere Pakete zusammengestellt wird, bevor sie dann über das Internet übertragen und an der Zieladresse in der richtigen Reihenfolge wieder zusammengesetzt werden.

IP definiert, wie jedes Paket zu adressieren und zu routen ist, um sicherzustellen, dass es das richtige Ziel erreicht. Jeder Gateway-Computer im Netzwerk überprüft diese IP-Adresse, um festzustellen, wohin die Nachricht weitergeleitet werden soll.

Eine Subnetzmaske ist das, was einem Computer oder einem anderen Netzwerkgerät mitteilt, welcher Teil der IP-Adresse zur Darstellung des Netzwerks und welcher Teil zur Darstellung von Hosts (anderen Computern) im Netzwerk verwendet wird.

Ein Network Address Translator (NAT) ist die Virtualisierung von Internet-Protokolladressen. NAT trägt dazu bei, die Sicherheit zu verbessern und die Anzahl der IP-Adressen zu verringern, die eine Organisation benötigt.

Zu den gängigen Protokollen von TCP/IP gehören:

  • HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) übernimmt die Kommunikation zwischen einem Webserver und einem Webbrowser.
  • HTTPS (Secure HTTP) wickelt die sichere Kommunikation zwischen einem Webserver und einem Webbrowser ab.
  • FTP (File Transfer Protocol) sorgt für die Übertragung von Dateien zwischen Computern.

So funktioniert TCP/IP

TCP/IP verwendet das Client-Server-Kommunikationsmodell, bei dem einem Benutzer oder einer Maschine (einem Client) ein Dienst (wie das Senden einer Webseite) von einem anderen Computer (einem Server) im Netzwerk zur Verfügung gestellt wird.

Insgesamt wird die TCP/IP-Protokollfolge als zustandslos klassifiziert, was bedeutet, dass jede Client-Anforderung als neu betrachtet wird, da sie in keinem Zusammenhang mit früheren Anforderungen steht. Durch die Zustandslosigkeit werden Netzwerkpfade frei, so dass sie kontinuierlich genutzt werden können.

Die Transportschicht selbst ist jedoch zustandsbehaftet. Sie überträgt eine einzige Nachricht, und ihre Verbindung bleibt bestehen, bis alle Pakete einer Nachricht empfangen und am Zielort wieder zusammengesetzt worden sind.

Das TCP/IP-Modell unterscheidet sich geringfügig von dem danach entworfenen siebenschichtigen OSI-Netzwerkmodell (Open Systems Interconnection). Das OSI-Referenzmodell definiert, wie Anwendungen über ein Netzwerk kommunizieren können.

Schichten des TCP/IP-Modells

Die TCP/IP-Funktionalität ist in vier Schichten unterteilt, von denen jede spezifische Protokolle enthält:

  • Die Anwendungsschicht bietet Anwendungen einen standardisierten Datenaustausch. Zu den Protokollen gehören HTTP, FTP, Post Office Protocol 3 (POP3), Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) und Simple Network Management Protocol (SNMP). Auf der Anwendungsschicht sind die Nutzdaten die eigentlichen Anwendungsdaten.
  • Die Transportschicht ist für die Aufrechterhaltung der End-to-End-Kommunikation über das Netzwerk verantwortlich. TCP wickelt die Kommunikation zwischen Hosts ab und bietet Flusskontrolle, Multiplexing und Zuverlässigkeit. Zu den Transportprotokollen gehören TCP und das User Datagram Protocol (UDP), das manchmal für spezielle Zwecke anstelle von TCP verwendet wird.
  • Die Netzwerkschicht, auch als Internetschicht bezeichnet, befasst sich mit Paketen und verbindet unabhängige Netzwerke, um die Pakete über Netzwerkgrenzen hinweg zu transportieren. Die Protokolle der Netzwerkschicht sind das IP und das Internet Control Message Protocol (ICMP), das für die Fehlerberichterstattung verwendet wird.
  • Die physische Schicht, die auch als Bitübertragungsschicht, Netzwerkschnittstellenschicht oder Datenverbindungsschicht bezeichnet wird, besteht aus Protokollen, die nur auf einer Verbindung – der Netzwerkkomponente, die Knoten oder Hosts im Netzwerk miteinander verbindet – arbeiten. Zu den Protokollen in dieser untersten Schicht gehören Ethernet für lokale Netzwerke (LAN) und das Address Resolution Protocol (ARP).

Die Bedeutung von TCP/IP

TCP/IP ist nicht proprietär und wird daher nicht von einem einzelnen Unternehmen kontrolliert. Daher kann die Internet Protocol Suite leicht modifiziert werden. Sie ist mit allen Betriebssystemen kompatibel, sodass sie mit jedem anderen System kommunizieren kann. Die Internet-Protokoll-Suite ist auch mit allen Arten von Computer-Hardware und Netzwerken kompatibel.

TCP/IP ist hoch skalierbar und kann als routingfähiges Protokoll den effizientesten Pfad durch das Netzwerk bestimmen. Es ist in der aktuellen Internetarchitektur weit verbreitet.

Die Geschichte von TCP/IP

Die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), der Forschungszweig des US-Verteidigungsministeriums, schuf in den 1970er Jahren das TCP/IP-Modell zur Verwendung im ARPANET, einem Weitverkehrsnetz, das dem Internet vorausging. TCP/IP wurde ursprünglich für das Unix-Betriebssystem entwickelt und ist in alle nachfolgenden Betriebssysteme eingebaut worden.

Das TCP/IP-Modell und die damit verbundenen Protokolle werden heute von der Internet Engineering Task Force (IEEE) gepflegt.

TCP/IP vs. OSI-Modell

TCP/IP und OSI sind die am weitesten verbreiteten Kommunikationsnetzwerkprotokolle. Der Hauptunterschied besteht darin, dass OSI ein konzeptionelles Modell ist, das praktisch nicht für die Kommunikation verwendet wird. Vielmehr definiert es, wie Anwendungen über ein Netzwerk kommunizieren können. TCP/IP hingegen wird häufig verwendet, um Verbindungen und Netzwerkinteraktionen herzustellen.

Die TCP/IP-Protokolle legen Standards fest, auf deren Grundlage das Internet geschaffen wurde, während das OSI-Modell Richtlinien dafür liefert, wie die Kommunikation zu erfolgen hat. Daher ist TCP/IP ein praxisnäheres Modell.

Das TCP/IP- und das OSI-Modell weisen Ähnlichkeiten und Unterschiede auf. Die größte Ähnlichkeit besteht in der Art und Weise, wie sie aufgebaut sind, da beide Schichten verwenden, obwohl TCP/IP nur aus vier Schichten besteht, während das OSI-Modell sieben Schichten besitzt.

Dies sind die sieben Schichten des OSI-Modells:

  • Schicht 7, die Anwendungsschicht, ermöglicht es dem Benutzer (Software oder Mensch), mit der Anwendung oder dem Netzwerk zu interagieren, wenn der Benutzer Nachrichten lesen, Dateien übertragen oder an anderen netzwerkbezogenen Aktivitäten teilnehmen möchte.
  • Schicht 6, die Darstellungsschicht oder Präsentationsschicht, übersetzt oder formatiert Daten für die Anwendungsschicht auf der Grundlage der Semantik oder Syntax, die die Anwendung akzeptiert.
  • Schicht 5, die Sitzungsschicht, richtet Gespräche zwischen Anwendungen ein, koordiniert und beendet sie.
  • Schicht 4, die Transportschicht, kümmert sich um die Übertragung von Daten über ein Netzwerk und bietet Mechanismen zur Fehlerprüfung und Datenflusskontrolle.
  • Schicht 3, die Vermittlungsschicht oder Netzwerkschicht, bewegt Daten in und durch andere Netzwerke.
  • Schicht 2, die Sicherungsschicht oder Datenverbindungsschicht, behandelt Probleme, die als Folge von Bitübertragungsfehlern auftreten.
  • Schicht 1, die Bitübertragungsschicht oder physische Schicht, transportiert Daten über elektrische, mechanische oder prozedurale Schnittstellen.

Die oberste Schicht sowohl für das TCP/IP-Modell als auch für das OSI-Modell ist die Anwendungsschicht. Obwohl diese Schicht in jedem Modell die gleichen Aufgaben erfüllt, können diese Aufgaben je nach den jeweils empfangenen Daten variieren.

TCP/IP- und OSI-Modell im Vergleich.
Abbildung 1: TCP/IP- und OSI-Modell im Vergleich.

Die Funktionen, die in jedem Modell ausgeführt werden, sind auch deshalb ähnlich, weil beide eine Netzwerkschicht und einen Transport zum Betrieb verwenden. Die TCP/IP- und OSI-Modelle werden beide am häufigsten zur Übertragung von Datenpaketen verwendet. Obwohl sie dies auf unterschiedlichen Wegen und über unterschiedliche Pfade tun, erreichen sie dennoch ihre Ziele.

Zu den Ähnlichkeiten zwischen dem TCP/IP-Modell und dem OSI-Modell gehören:

  • Sie sind beide logische Modelle.
  • Sie definieren Netzwerkstandards.
  • Sie unterteilen den Netzwerkkommunikationsprozess in Schichten.
  • Sie bieten einen Rahmen für die Schaffung und Implementierung von Netzwerkstandards und -geräten.
  • Sie ermöglichen es einem Hersteller, Geräte und Netzwerkkomponenten herzustellen, die mit den Geräten und Komponenten anderer Hersteller koexistieren und zusammenarbeiten können.

Die Unterschiede zwischen dem TCP/IP-Modell und dem OSI-Modell sind unter anderem:

  • TCP/IP verwendet nur eine Schicht (Anwendung), um die Funktionalitäten der oberen Schichten zu definieren, während das OSI-Modell drei Schichten (Anwendung, Präsentation und Sitzung) nutzt.
  • Das TCP/IP-Modell verwendet eine Schicht (Verbindung), um die Funktionalitäten der unteren Schichten zu definieren, während das OSI-Modell zwei Schichten (physische und Datenverbindung) enthält.
  • Das TCP/IP-Modell verwendet die Internetschicht, um die Routing-Standards und -Protokolle zu definieren, während OSI die Netzwerkschicht nutzt.
  • Die Größe des TCP/IP-Headers beträgt 20 Bytes, während der OSI-Header 5 Bytes umfasst.
  • Das TCP/IP-Modell ist ein protokollorientierter Standard, während das OSI-Modell ein generisches Modell ist, das auf den Funktionalitäten der einzelnen Schichten basiert.
  • TCP/IP folgt einem horizontalen Ansatz, während OSI einem vertikalen Ansatz folgt.
  • In der TCP/IP-Suite wurden zuerst die Protokolle und dann das Modell entwickelt. Bei OSI entwarf man zuerst das Modell und dann die Protokolle in jeder Schicht.
  • TCP/IP hilft bei der Herstellung einer Verbindung zwischen verschiedenen Arten von Computern, während das OSI-Modell zur Standardisierung von Routern, Switches, Mainboards und anderer Hardware beiträgt.

Verwendung von TCP/IP

TCP/IP kann zur Fernanmeldung über das Netzwerk, zur interaktiven Dateiübertragung, zur Zustellung von E-Mails, zur Übermittlung von Webseiten über das Netzwerk und zum Fernzugriff auf das Dateisystem eines Server-Hosts verwendet werden. Im weitesten Sinne wird es eingesetzt, um darzustellen, wie sich die Form von Informationen auf ihrem Weg über ein Netzwerk ändert, von der konkreten Bitübertragunsschicht bis hin zur abstrakten Anwendungsschicht. Es beschreibt die grundlegenden Protokolle oder Kommunikationsmethoden auf jeder Schicht, die die Informationen durchlaufen.

Vor- und Nachteile von TCP/IP

Zu den Vorteilen der Verwendung des TCP/IP-Modells gehören:

  • hilft bei der Herstellung einer Verbindung zwischen verschiedenen Computertypen;
  • arbeitet unabhängig vom Betriebssystem;
  • unterstützt viele Routing-Protokolle;
  • hat eine Client-Server-Architektur, die hoch skalierbar ist;
  • kann unabhängig betrieben werden;
  • unterstützt mehrere Routing-Protokolle;
  • und ist leichtgewichtig und belastet ein Netzwerk oder einen Computer nicht unnötig.

Zu den Nachteilen von TCP/IP gehören:

  • kompliziert einzurichten und zu verwalten;
  • die Transportschicht garantiert nicht die Zustellung von Paketen;
  • es ist nicht einfach, die Protokolle in TCP/IP zu ersetzen;
  • es trennt die Konzepte von Diensten, Schnittstellen und Protokollen nicht klar voneinander, sodass es sich nicht gut zur Beschreibung neuer Technologien in neuen Netzwerken eignet;
  • und ist besonders anfällig für einen SYN-Angriff (eine Art DoS-Angriff (Denial of Service), bei dem ein böswilliger Akteur das TCP/IP-Protokoll verwendet).

Diese Definition wurde zuletzt im September 2020 aktualisiert

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