Protokolle

Der Begriff „Protokolle“ taucht im Umgang mit Computernetzen immer wieder auf, wird dabei aber sehr uneinheitlich benutzt. Allgemein betrachtet bezeichnen Protokolle Kommunikationsregeln. Dementsprechend lassen sich die meisten Protokolle auch relativ konkret den einzelnen Schichten des OSI-Modells zuordnen, da es in beiden Fällen um Kommunikation zwischen Computersystemen geht.

Da sich ein einzelnes Protokoll immer nur um eine Teilaufgabe im Rahmen der Kommunikation kümmert, werden mehrere Protokolle zu Protokollsammlungen oder Protokollfamilien, den sogenannten Protokoll-Stacks, zusammengefasst. Die wichigsten Einzel-Protokolle werden dann oft stellvertertretend als Bezeichnung des gesamten Protokoll-Stapels genutzt.

Kommunikation zwischen Netzwerkkomponenten funktioniert nur dann, wenn sie denselben Protokoll-Stack benutzen oder wenn Geräte eingesetzt werden, die zwischen verschiedenen Stacks vermitteln können.

Ein sehr wichtiges Kriterium in Bezug auf Protokoll-Stacks ist ihre Routing-Fähigkeit. Routing bezeichnet eine Vermittlungsfunktion, die notwendig wird, wenn Daten von einem Netzwerkknoten oder LAN zu einem anderen LAN übertragen werden müssen und dabei unterschiedliche Übertragungswege möglich sind.

Hierfür erhalten routingfähige Protokolle Informationen, die es einem Router ermöglichen, eine Entscheidung zu treffen, wohin er das Datenpaket weiterreichen soll. <note>Außer NetBIOS bzw. NetBEUI sind alle Protokollstacks routingfähig.</note>

Um die einzelnen Dienste (Protokolle), die bei einem Rechner über dieselbe IP-Adresse ausgeführt werden, voneinander zu differenzieren, wurden Portnummern eingeführt, um bei einer Anfrage deutlich zu machen, welcher Dienst gemeint ist.
Diese Portnummern, die im TCP- oder UDP Header angegeben werden, sind weltweit eindeutig festgelegt und können z.B. auf der Homepage der IANA eingesehen werden.
Allgemein lässt sich also sagen, dass die IP-Adresse den Rechner, und Die Port-Nummer den Dienst auf dem jeweiligen Rechner angibt. Diese beiden Informationen zusammen werden als Socket bezeichnet.

Der in einem Protokoll beschriebene Aufbau eines Datenpakets enthält für den Datenaustausch wichtige Informationen über das Paket wie beispielsweise:

• dessen Absender und Empfänger
• den Typ des Pakets (z.B. Verbindungsaufbau, Verbindungsabbau oder reine Nutzdaten)
• die Paketlänge
• eine Prüfsumme

Diese Informationen werden den Nutzdaten als „Header“ vorangestellt oder als „Trailer“ angehängt.

Protokolle können aufgrund veschiedener Merkmale unterschieden werden:

1. Anzahl der Parteien, die an der Kommunikation teilnehmen:
   • 1 Empfänger → Unicast
   • mehrere Empfänger → Multicast
   • Versand an alle Adressen → Broadcast
     
     
2. Richtung, in der die kommunikation stattfindet:
   • nur in eine Richtung → Simplex
   • wechselweise in beide Richtungen → Halbduplex
   • gleichzeitig in beide Richtungen → Vollduplex
     
     
3. Art der Übertragung:
   • Übertragung von Datenpaketen → paketorientierte Kommunikation
   • kontinuierlicher Datenstrom einzelner Zeichen → Streaming
     
     
4. Stellung der Kommunikationsteilnehmer:
   • untereinander gleichberechtigt → symmetrische Kommunikation (Peer-to-Peer)
   • untereinander nicht gleichberechtigt → asymmetrische Kommunikation (Client-Server-System)
     
     

Das Transmission Control Protocol/Internet Protocol (TCP/IP) hat sich heute als Standard für Internetübertragungen durchgesetzt.
Die Entwicklung von TCP/IP ist dabei eng verbunden mit der Entwicklung des Internets, wo es von Anfang an das Standardprotokoll war, und der von UNIX.
Heute wird TCP/IP von jeder gängigen Rechnerplattform unterstützt und ist damit geeignet, auch sehr heterogene Systeme zu vernetzten.
Der Name leitet sich von den beiden wichtigsten Protokollen dieser Familie ab: Dem TCP und dem IP Protokoll.

<note tip>Seinen Ursprung hat TCP/IP als Entwicklung des US-amerikanischen DoD (Department of Defense) für das ARPANet, den Vorgänger des heutigen Internets. Ziel der Entwicklung war es, eine Netzarchitektur zu entwickeln, die auch dann noch funktioniert, wenn große Teile des bestehenden Netzes zerstört werden.</note>

An dieser Tabelle kann man anschaulich erkennen, wie die einzelnen Protokolle der TCP/IP-Protokollfamilie in die Schichten des OSI-Referenzmodells eingegliedert werden können. Die 1. und 2. Spalte stehen für die Schichten, in die der TCP/IP-Stack gegliedert wird.

Protokoll zur Übertragung von Daten von einem Server zu einem PC, das sowohl für das Down- als auch für das Uploaden verwendet wird

Protokoll zur Übertragung von HTML-Seiten von einem Webserver auf einen Browser. (HTML=Hypertext Markup Language)

Protokoll zur „abhörsicheren“ Übertragung von Daten im World Wide Web

Protokoll zum Versenden von E-Mails.

Protokoll zum Abrufen von Mails vom Mail-Server
Momentan ist Version 3 die aktuelle Version, weshalb auch oft von POP3 gesprochen wird.

Dieses Protokoll steuert ganz allgemein wie Dateien zwischen Computern ausgetauscht werden sollen, aber auch vor allem, welche Daten welchen Anwendungen zukommen sollen.

Das Protokoll definiert, auf welche Art und Weise Daten zwischen Netzwerkkomponenten ausgetauscht werden sollen. (Datenverluste werden erkannt und automatisch behoben, Datenübertragung ist in beiden Richtungen möglich, Netzüberlastung wird verhindert,)

• Verbindungsmanagement (Connection Establishment and Termination): Verbindungsaufbau und Verbindungsabbau
• Fehlerbehandlung (Error Detection): Bestätigung von Datenpaketen und Zeitüberwachung

Dieses Protokoll ist dem TCP sehr änlich, jedoch nicht so komplex und sicher.

UDP ist ein verbindungsloses, nicht-zuverlässiges und ungesichertes wie auch ungeschütztes Übertragungsprotokoll. Das bedeutet, es gibt keine Garantie, dass ein einmal gesendetes Paket auch ankommt, dass Pakete in der gleichen Reihenfolge ankommen, in der sie gesendet wurden, oder dass ein Paket nur einmal beim Empfänger eintrifft. Es gibt auch keine Gewähr dafür, dass die Daten unverfälscht oder unzugänglich für Dritte beim Empfänger eintreffen. Es wird zum Beispiel auch bei Sprachübertragung verwenden.

Protokoll zum Versenden von Datenpaketen, sowohl lokal als auch weltweit über das WWW. Es stellt die Grundlage des Internets dar.
Für weitere Informationen siehe: (IPv6, IPv4)

Austausch von Informations- und Fehlermeldungen (zB. ping) - Internetschicht

Protokoll zur Verwaltung und Überwachung eines großen Netzes und zum schellen Eingrenzen einer Fehlerquelle im Störungsfall

Protokoll, das auf der ersten Version von SNMP basiert und dieses vor allem um Sicherheitsmechanismen ergänzt

Protokoll, das eine reine Weiterentwicklung seines Vorgängers bildet und vor allem Zusatzfunktionen bietet

Dieses Protokoll erlaubt den Zugriff auf und die Verwaltung von empfangenen E-Mails auf einem Mail Server.