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Grundlagen TCP/IP

Eigentlich, ja eigentlich ist das Thema „Netzwerktechnik“ ja sooo einfach 😉

Allerdings nur, wenn gewisse Grundlagen bekannt sind… deshalb in dem folgenden Artikel einiges über:

  • Das ISO-Referenzmodell
  • Die IP-Adressen
  • Die Subnetz-Maske
  • und etwas über Rechner-Namen und Domain Name Service (DNS)

Das ISO-Referenzmodell

Der Beschreibung der Struktur und Funktion von Protokollen für die Datenkommunikation wird ein Architekturmodell zugrunde gelegt, das von der International Standards Organisation (ISO) entwickelt wurde.

Dieses Basisreferenzmodell namens Open Systems Interconnect (OSI) schafft einen Bezugsrahmen für die Behandlung von Themen aus dem Bereich der Datenkommunikation.

Das Basisreferenzmodell der ISO besteht aus 7 Schichten (layers). Jede dieser Schichten definiert gewisse Funktionen der Protokolle für die Datenkommunikation, die beim Austausch von Daten zwischen Anwendungen über ein dazwischenliegendes Netzwerk hinweg ausgeführt werden.

Jede einzelne Schicht definiert nicht ein Protokoll, sondern stellt vielmehr eine Funktion der Datenkommunikation dar, die von beliebig vielen Protokollen ausgeführt werden kann. Jede Schicht kann mehrere Protokolle enthalten, von denen jedes solche Dienste bereitstellt, wie sie für die Erfüllung der Funktion dieser Schicht benötigt werden. Es ergibt sich das folgende Modell:iso

TCP/IP

TCP/IP ist nicht nur im UNIX-Bereich, sondern auch auf dem PC (DOS, Windows, etc.) oder MACs der Standard-Protokoll-Stack für die Anbindung an das Internet und untereinander. Auch in der Beleuchtungstechnik wird dieses schon bestehende und bewährte Protokoll für die Vernetzung von Komponenten untereinander verwendet.

TCP/IP-Features

  • Offene Protokollspezifikationen: frei zugänglich, herstellerunabhängig
  • Unabhängig von einem bestimmten Netzwerkmedium
  • Einheitliches Adressierungsschema
  • Standardisierte Schnittstelle zu Anwendungsprogrammen

Vergleich Protokollarchitektur von TCP/IP und OSI

  • Die Daten wandern durch die einzelnen Schichten und bekommen in jeder tieferen Schicht einen neuen Header (Kopf) mit Kontrollinformationen hinzugefügt ⇒ Encapsulation (Kapselung).
  • Beim Datentransport von unten nach oben werden diese Zusatzinformationen wieder entfernt

tcp_osiBezeichnung der Daten in den einzelnen Schichten:

tcpnames

Die Netzzugangsschicht

  • Übertragung von Daten in einem direkt angeschlossenen Netzwerk
  • Definiert, wie ein IP-Datagramm über das Netzwerk transportiert wird
  • Jeder physikalische Netzwerkstandard braucht sein eigenes Protokoll
  • Abbildung von IP-Adressen auf physikalische Netzadressen
  • Dokumentation: RFC826 und RFC894

Die Internetschicht

  • Das internet Protokoll (IP) definiert Transport von Datagrammen
  • Definition von Datagrammen (kleinste Einheit für die Übertragung im Internet)
  • Definition der Internet-Adressierung
  • Routing von Datagrammen zu fremden Rechnern
  • Keine eigene Fehlerkorrektur
  • Bereitstellung des Internet Control Message Protocols (ICMP) zur Versendung von Kontrollinformationen.
  • Flusskontrolle
  • Erkennung unerreichbarer Ziele
  • Änderungen im Routing
  • Statusabfrage bei fremden Rechnern
  • Dokumentation: RFC791 (IP), RFC792 (ICMP)

Die Transportschicht

  • Bereitstellung des Transmission Control Protocol (TCP) und des User Datagram Protocol (UDP)
  • TCP bietet Fehlererkennung und Korrektur auf dem gesamten Übertragungsweg
  • UDP bietet eine verbindungslose Übertragung mit geringem Verwaltungsaufwand

Die Anwendungsschicht

  • Bereitstellung von Anwendungssoftware, wie Ping, Telnet, FTP, Email, News, WWW, etc.

Das Datagram

datagram

  • Im Internet werden Daten als kleine Pakete (Datagramme) verschickt ⇒ kein direkter Verbindungsaufbau zum Zielrechner
  • Jede Information wird mit Kontrollinformationen versehen und in ein Datagramm „verpackt“
  • Jedes einzelne Datagramm durchquert das Netz unabhängig von allen anderen Datagrammen
  • Ein Datagramm ist ein Paketformat, dessen erste 5 oder 6 32-Bit-Wörter Kontrollinformationen enthalten und als Header bezeichnet werden.
  • Weil die Länge des Headers variieren kann (das sechste Header-Wort ist optional), ist ein Feld namens Internet Header Length (IHL) enthalten, in dem die Länge angegeben ist. Der Header enthält alle Informationen, die für die Zustellung des Datagramms notwendig sind.
  • Das Internet-Protokoll transportiert Datagramme, indem es die Destination Address (Zieladresse) im fünften Wort des Headers liest. Diese Zieladresse ist die Standard-IP-Adresse mit einer Länge von 32 Bit.
  • Wenn die Zieladresse zu einem Rechner im lokalen Netzwerk gehört, wird das Datagramm auf direktem Wege zugestellt. Andernfalls wird es an einen Router übergeben (es wird geroutet).

zu weiteren Themen aus dem Bereich der Netzwerktechnik:

Grundlagen der Verkabelung

Anwendungsneutrale Gebäudeverkabelung

Heute schon gecrimpt?     Wieder gut aufgelegt?     Übertragungsmedien

Netzwerk Hardware     Power over Ethernet (PoE)     IP-Adressen

Subnetzmasken     Domain Name Service (DNS)     UDP-Protokoll

IP Version 6     Glossar und Abkürzungen