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Was sind Netzwerkprotokolle

Ein Netzwerkprotokoll ist der Dolmetscher, damit Rechner (Hosts) im Netzwerk Daten untereinander austauschen können. Am weitesten verbreitet im Lokal Area Network (Ein LAN ist ein räumlich begrenztes Netzwerk von Rechnern, meist innerhalb eines Unternehmens oder einer Behörde) ist mittlerweile das Protokoll TCP/IP, da über dieses auch die Dienste des Internet arbeiten. Neben diesem gibt es noch andere Protokolle, als Beispiel: IPX/SPX (dieses Protokoll wird von vielen Spielen genutzt.) und NetBEUI (besonders von MS-Betriebsystemen genutzt).
TCP/IP schafft ein Netzwerk, die unabhängig von unterschiedlichen Betriebssystemen und Hardware-Architekturen sind. Ob Heim-PC, Großrechner oder Pocket-PC über das Internet-Protokolle können alle Rechner miteinander kommunizieren.

TCP/IP

IP

Die Hauptaufgaben des Internet Protocols (IP) sind die Adressierung von Rechnern (Hosts) und das fragmentieren von Paketen (Daten). Diese Pakete werden von IP nach bestem Bemühen ("best effort") von der Quelle zum Ziel befördert, unabhängig davon, ob sich die Rechner (Hosts) im gleichen Netz befinden oder andere Netze dazwischen liegen. Es ist seine Aufgabe ist die Ermittlung und Realisierung des optimalen Weges zwischen Sender und Empfänger. Das Internet Protocol (IP) ist die Grundlage der Protokollfamilie TCP/IP und für die Weiterleitung der Daten zuständig. Garantiert ist die Zustellung allerdings nicht. Verbindungsaufbau und Verbindungsabbau fallen nicht in den Zuständigkeitsbereich dieses Protokolls.  

TCP

Das TCP ist für die korrekte Auslieferung der Daten vom Sender zum Empfänger verantwortlich. Im unüberschaubaren Netzwerk des Internets können schon einmal Daten verloren gehen. TCP hilft bei der Erkennung von Fehlern oder dem Verlust von Daten und veranlasst ein wiederholtes Senden bis die Daten korrekt empfangen wurden. Das von TCP benutzte Handshake wird als 3-Way-Handshake bezeichnet, weil dazu drei Segmente ausgetauscht werden.. Zum Aufbau einer Verbindung sendet Rechner1 (Host1) einem anderen Rechner (Host2), mit dem er eine Verbindung aufbauen will, ein Segment. Mit diesem Segment teilt Rechner1 Rechner2 mit, das der Aufbau einer Verbindung gewünscht wird. Der empfangende Rechner2 kann die Verbindung nun annehmen oder ablehnen. Nimmt er die Verbindung an, wird ein Bestätigungssegment gesendet. Am Schluss bestätigt Rechner1 den Empfang des Bestätigungssegments von Rechner2 mit einem Segment. Nach dem Austausch dieser Informationen hat Rechner1 die Bestätigung, dass Rechner2 bereit ist Daten zu empfangen. Die Datenübertragung kann nun stattfinden.  Zum Beenden der Verbindung tauschen die beide Rechner wiederum einen Dreiwege-Handshake aus.

Identifikation im Netz

Das Internet ist eine Sammlung von Teilnetzen, die miteinander verbunden sind. Es gibt keine echte Struktur des Netzes, sondern mehrere größere Backbones, die quasi das Rückgrat (wie der Name Backbone ja schon sagt) des Internet bilden. Die Backbones werden aus Leitungen mit sehr hoher Bandbreite und schnellen Routern gebildet. An die Backbones sind wiederum größere regionale Netze angeschlossen, die LANs von Universitäten, Behörden, Unternehmen, Service-Providern oder das Home-Netzwerk verbinden. Durch die Vielzahl an Netzen ist es unbedingt notwendig, dass jeder Computer einen eindeutigen Namen und bzw. oder eine Adresse besitzt.

IP-Adresse

Jedem Host in einem TCP/IP-Netz wird eine eindeutige 32-Bit-Adresse zugewiesen, die aus zwei Hauptteilen besteht: einer Netzadresse und einer Adresse des Rechners innerhalb dieses Netzes. Allerdings ist das Format dieser beiden Teile nicht in allen IP-Adressen dasselbe. Zur einfacheren Strukturierung hat man den gesamten Adressraum in mehrere Klassen unterteilt. Die Anzahl der Bits, die das Netzwerk identifizieren und die Anzahl der Bits, die den Rechner identifizieren, variieren mit der Klasse, der die Adresse angehört. Für die Verwaltung von festen IP-Adressen ist in erster Linie die IANA (Internet Assigned Numbers Authority) zuständig. Diese hat wiederum die Vergabe weltweit an drei regionale Organisationen abgegeben. Für Nord- und Südamerika ist ARIN (American Registry for Internet Numbers), für Europa RIPE NCC (Réseaux IP Européens) und für Asien APNIC (Asia-Pacific Network Information Center) zuständig. Details für die Vergabe von IP-Adressen sind in RFC 2050 definiert. Die Reservierung von einer oder mehreren IP-Adressen erfolgt immer über einen Internet-Provider. Nicht alle TCP/IP-Netze sind untereinander über das Internet verbunden. Daher sind in RFC 1918 drei Adressbereiche in den Netzwerklassen A, B und C speziell für isolierte, lokale TCP/IP-Netzwerke reserviert:

Die IP-Adresse ist eine Zahlenkolonne, die einen Rechner im Internet eindeutig identifiziert. Eine IP-Adresse ist in vier Segmente, die durch Punkt getrennt werden: aaa.bbb.ccc.ddd aufgeteilt. Die ersten drei Segment können einen Wert von 0 bis 255 annehmen, das vierte Segment einen Wert von 1 bis 254. Für den privaten Bereich sind zum Beispiel die Adressen 192.168.xxx.yyy reserviert. Alles das, was sich an letzter Stelle 'y' 1 bis 254 nennt, sind die Rechner (Hosts) dieses Netzes. Ein TCP/IP-Netz besteht aus einer bestimmten Menge Hosts, also ganz allgemein erstmal aus allem, was eine Netzwerkkarte haben kann.

Die Aussage 'mein Computer hat die IP-Adresse 192.168.x.y' ist eigentlich falsch, da diese Adressen lediglich an den Netzwerkadapter gebunden sind (hat also ein Rechner mehrere Netzwerkkarten, so hat er auch mehrere IP-Adressen !). Hat z.B. ein Computer eine 'echte' Netzwerkkarte mit der IP-Adresse 192.168.1.1 und besitzt außerdem ein Netzwerk-Device (das kann z.B. ein DFÜ-Treiber sein) mit der IP-Adresse 192.168.100.1, so muss immer abfragt werden, in welchem Netz man arbeiten will.

Subnet Mask

Neben der IP-Adresse; gibt es noch die 'subnet mask', die eine Möglichkeit bietet, ein internes Netzwerk zu unterteilen. Durch die Verwendung von Subnetzmasken kann man den Rechneranteil der IP-Adresse in einen Subnetzteil umwandeln. Die Subnetzmaske gibt an, welche Bereiche als Subnetz- und welche als Rechneradresse interpretiert werden. Dadurch schafft man innerhalb eines großen Netzes mehrere kleine, reduziert aber gleichzeitig die Anzahl der Rechner, die zu einem Netz gehören. Diese kleinen Netze innerhalb eines großen Netzes werden als Subnetze bezeichnet.; IP-Router können physikalisch verschiedene Netzwerke miteinander verbinden. Allerdings nur, wenn jedes einzelne Netz seine eigene, eindeutige Netzwerkadresse bekommt. Durch das Subnetz teilt man eine einzige Netzwerkadresse in viele eindeutige Subnetz-Adressen aus. So bekommt jedes physikalische Netz seine eigene Adresse. Da private Netzwerke aber selten so groß sind, dass das nötig ist, steht sie normalerweise auf 255.255.255.0 .

Ports

TCP ist dafür verantwortlich, die empfangenen Daten an den richtigen Anwendungsprozess abzuliefern. Das heißt, dass jede Anwendung mit einer bestimmten Aufgabe an einen bestimmten Port gebunden ist. Wird eine E-Mail verschickt, so geht das über SMTP (Simple Mail Transfer Protocol), welches den Port 25 benutzt. Holt man E-Mails von seinem Provider ab, geht das zumeist über das 'Post Office Protocol 3' (POP3) auf dem Port 110 und wenn man eine Webseite anschaut, wird das über den Port 80 für das Hypertext Transfer Protocol http) erledigt.


Socket

Die 'subnet mask',  IP-Adresse und die Portnummern ist die Netz-Adresse, die die Kommunikation zwischen Rechner1 und Rechner2 eindeutig kennzeichnen. Die Kombination aus IP-Adresse, 'subnet mask' und Port-Nummer wird als Socket bezeichnet. Ein Socket kann einen einzelnen Netzwerkprozess innerhalb des gesamten Internet eindeutig identifizieren. Zwei Sockets, einer für den Ausgangs- und einer für den Zielrechner, definieren eine Verbindung für Verbindungsorientierte Protokolle wie TCP/IP.