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"Internet Vorlesung"
Dr.-Maier-Consulting | | |
 Protokoll
Netzwerkprotokoll
Ein Netzwerkprotokoll/Netzprotokoll ist eine exakte Vereinbarung, nach der Daten zwischen
Computern bzw. Prozessen ausgetauscht werden, die durch
ein Netz miteinander verbunden sind (verteiltes System). Die Vereinbarung besteht aus einem Satz
von Regeln und Formaten (Syntax), die das
Kommunikationsverhalten der kommunizierenden Instanzen in den Computern bestimmen (Semantik).
Der Austausch von Nachrichten erfordert häufig ein Zusammenspiel verschiedener Protokolle, die unterschiedliche
Aufgaben übernehmen
(beispielsweise TCP/IP Suite). Um die damit verbundene Komplexität beherrschen zu können, werden
die einzelnen Protokolle in Schichten organisiert.
Im Rahmen einer solchen Architektur gehört jedes Protokoll einer bestimmten Schicht an und ist
für die Erledigung der speziellen Aufgaben zuständig
(beispielsweise Überprüfen der Daten auf Vollständigkeit – Schicht 2). Protokolle höherer Schichten
verwenden Dienste von Protokollen tieferer Schichten (Schicht
3 verlässt sich z. B. darauf, dass die Daten vollständig angekommen sind). Zusammen bilden die
so strukturierten Protokolle einen Protokollstapel – in
Anlehnung an das ISO-OSI-Referenzmodell (siehe auch DoD-Schichtenmodell). Nachrichten einer bestimmten
Schicht werden auch als Protokolldateneinheiten
(protocol data units) bezeichnet. Unter dem Oberbegriff TCP/IP sind rund 500(!) Protokolle zusammengefasst. TCP/IP
steht im allgemeinen
Sprachgebrauch für das Protokoll beim Datenaustausch zwischen verschiedenen Rechnern.
Inhaltsverzeichnis
* 1 Der typische Aufbau eines Protokolls
* 2 Unterscheidungsmerkmale von Netzprotokollen
* 3 Die wesentlichen Aufgaben moderner, leistungsstarker Protokolle
* 4 Funktionsbeispiel
* 5 Einsatz von Protokollen
* 6 Geschichte
* 7 Literatur
* 8 Weblinks
Der typische Aufbau eines Protokolls
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 so genannter Header vorangestellt oder als Trailer angehängt.
Außerdem werden in einem Protokoll feste Paketsequenzen für den Verbindungsaufbau und -abbau beschrieben.
Diese Maßnahmen verursachen
weiteren Datenverkehr (Traffic) auf den Datenleitungen – den sog. Overhead. Dieser Overhead
ist unerwünscht, weil er die Kapazität belastet, wird aber
aufgrund der wichtigen Aufgaben, die Protokolle leisten, in der Regel in Kauf genommen. Mit User Datagram
Protocol (UDP) steht in der Transportschicht auch ein
Protokoll mit nur minimalem Overhead zur Verfügung, das keine Ende-zu-Ende-Kontrolle der Übertragung
gewährleistet.
Unterscheidungsmerkmale von Netzprotokollen
* Anzahl von Parteien, die an der Kommunikation teilnehmen: Gibt es für
eine Übermittlung immer nur einen Empfänger, spricht man von Unicast, bei
Übertragungen an mehrere Teilnehmer von Multicast.
* Findet die Kommunikation nur in eine Richtung statt, spricht man von Simplex, fließen
die Daten wechselweise in beide Richtungen, von Halb-Duplex oder gleichzeitig in beide
Richtungen, von Vollduplex.
* Stellung der Kommunikationsteilnehmer: Sind diese untereinander gleichberechtigt, spricht
man von Peer-to-Peer oder symmetrischer anderenfalls
von asymmetrischer Kommunikation. Das am weitesten verbreitete asymmetrische Modell ist das
Client-Server-System, bei dem ein Dienstanbieter (der
Server) Anfragen von verschiedenen Clients bearbeitet (wobei es immer die Clients sind, die
die Kommunikation initiieren, d. h. einen Kanal öffnen).
* Wird nach einer Anfrage auf Antwort gewartet, spricht man von synchroner
Kommunikation, sonst von asynchroner Kommunikation.
* Während einer paketorientierten Kommunikation werden Nachrichten
bzw. Datenpakete übertragen, beim Streaming wird mit einem
kontinuierlichen Datenstrom einzelner Zeichen gearbeitet
Die wesentlichen Aufgaben moderner, leistungsstarker Protokolle
* Ein sicherer und zuverlässiger Verbindungsaufbau zwischen den an der Kommunikation
beteiligten Computern (Handshake)
* Das verlässliche Zustellen von Paketen
* Wiederholen nicht angekommener Pakete
* Zustellen der Datenpakete an den/die gewünschten Empfänger
* Das Sicherstellen einer fehlerfreien Übertragung (Prüfsumme)
* Das Zusammenfügen ankommender Datenpakete in der richtigen Reihenfolge
* Das Verhindern eines Eingriffs unbefugter Dritter (durch Verschlüsselung)
Funktionsbeispiel
Anhand des Verbindungsaufbau-Prozederes des TCP-Protokolls soll ein einfaches praktisches Beispiel gezeigt
werden. (siehe auch Handshake-Verfahren)
1. Zunächst schickt Computer 1 ein Paket, in dem steht, dass er eine Verbindung zu
Computer 2 aufbauen möchte.
2. Darauf antwortet Computer 2, dass er dazu bereit ist.
3. Computer 1 bestätigt anschließend Computer 2, dass er verstanden hat, dass Computer
2 bereit ist.
Die Verbindung ist damit hergestellt, und der eigentliche Datenaustausch kann beginnen.
Einsatz von Protokollen
Die bekannteste Nutzung von Protokollen findet rund um das Internet statt, hier sorgen sie für
(Anwendung - (Protokollbezeichnung)):
* Das Laden von Web-Seiten – (HTTP)
* Verschicken von E-Mails – (SMTP)
* Herunterladen von Dateien – (FTP oder HTTP)
Die Funktionen der Protokolle bauen zum Teil aufeinander auf. So lösen beispielsweise die Protokolle TCP
und IP das Problem der Datenübertragung.
Das Protokoll SMTP zum Übermitteln von E-Mails benötigt wiederum die Funktion, Daten zu
versenden und setzt dazu auf das TCP auf.
Dieses schichtweise Aufeinanderaufbauen der Protokolle wird mit Hilfe des OSI-Modells dargestellt.
Geschichte
Im Jahr 1968 wurden auf Veranlassung des amerikanischen Verteidigungsministeriums (DoD) Versuche durchgeführt,
mit denen grundlegende Erkenntnisse über
die Funktionsweise von Rechnernetzen gewonnen werden sollten. Als praktisches Ergebnis wurde 1969 das
ARPANET-Projekt aufgelegt. Hier wurden für die
Kommunikationsverwaltung zusätzliche Rechner bei den clients des Netzes eingerichtet. Das ARPANET wurde
1972 in der Öffentlichkeit vorgestellt und in den
Folgejahren stetig weiter ausgebaut. Auf den Netzknoten kam UNIX 6 zum Einsatz. Ab 1983 hatten sich
die TCP/IP-Protokolle durchgesetzt. Aus dem ARPANET
wurde für militärische Belange ein separates Netz abgeteilt, das MILNET. Mit TCP/IP etablierte sich
ein Standard zuverlässiger und leistungsfähiger
Datenübertragung. Die massenhafte kommerzielle Verwertung begann.
» Siehe Dokument: http://de.wikipedia.org/wiki/Netzwerkprotokoll#Die_wesentlichen_Aufgaben_moderner.2C_leistungsstarker_Protokolle
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