Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 86

Die TCP/IP-Protokollfamilie – ein Überblick

11.01.2011 | Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Andreas Donner

Die Welt von TCP/IP in Relation zum ISO-OSI-Modell; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels
Die Welt von TCP/IP in Relation zum ISO-OSI-Modell; Bild: Dr. Franz-Joachim Kauffels

Es gibt heute nur wenige Anwendungsbereiche, in denen TCP/IP-Protokolle nicht die Arbeit der OSI-Protokolle wesentlich weniger aufwendig und meist viel billiger tun. Denn die TCP/IP-Protokollfamilie ist nicht für ein spezielles Nachrichtentransportsystem konzipiert, sondern auf verschiedenen Übertragungsmedien, -systemen und -netzen sowie auf verschiedenen Rechnern einsetzbar. TCP/IP ist daher seit vielen Jahren essentiell für Netzwerke und verdient eine detaillierte Betrachtung.

TCP/IP wurde vor über 25 Jahren vom US Department of Defense entwickelt. Das DoD war lange Zeit Betreiber eines der größten Datennetze überhaupt, des ARPA-Netzes, und hatte schnell das Problem, einheitliche Protokolle für die Kommunikation der äußerst unterschiedlichen Rechner in diesem Netz festzulegen. Zunächst hat man hierfür nur vier Schichten definiert:

  • DoD-Anwendungsschicht
  • DoD-Rechner Ende-zu-Ende-Schicht
  • DoD-Internet-Schicht
  • DoD-Netzzugangsschicht

Die Teaserabbildung stellt eine ungefähre Relation zum OSI-Modell her, wobei die Ränder allerdings nicht so scharf sind. Die drei OSI-Schichten Bitübertragung, Sicherung und Vermittlung entsprechen dem Netz-Zugang. Dies ist eine durchaus legitime Perspektive, denn erstens waren zu Beginn der DoD-Standardisierung die unteren Funktionsschichten nicht so stark definiert und differenziert wie heute und zum andern ist es einem angeschlossenen Rechner völlig gleichgültig, wie diese Schichten strukturiert sind.

Das DoD Internet Protokoll (IP) ist ein Netzwerkprotokoll, da die innere Strukturierung und Arbeitsweise des DoD-Netzes für die angeschlossenen Stationen uninteressant sind. Ende-zu-Ende-Verbindungen müssen mit einem entsprechenden Protokoll unterstützt und realisiert werden. Das TCP/IP-Protokoll ist hierzu in der Lage. Es fängt mögliche Fehler weitestgehend ab und verbindet Prozesse und Programme in entfernten, vernetzten Rechensystemen untereinander.

Damit übernimmt es auch gewisse Aufgaben der OSI-Kommunikations-Steuerungsschicht. Die Anwendungsschicht enthält kompakte Protokolle für anwendungsunterstützende Grunddienste. Die Schichten setzen nicht so stur aufeinander auf, wie dies bei OSI der Fall ist. Anwendungsorientierte Grunddienste können Protokolle der unteren Schichten auch unmittelbar benutzen, wenn dies zweckmäßig ist.

Schnelle Protokoll-Privatisierung

Schnell wurden die vom DoD, Herstellern und Universitäten erarbeiteten Protokolle durch die IFIP (International Federation of Information Processing) veröffentlicht und „privatisiert“. Allerdings hat sich IFIP als zu träge erwiesen, um dem schnellen Fortschritt angemessen Rechnung zu tragen. So wurde die sog. IETF (Internet Engineering Task Force) ins Leben gerufen, die schon seit vielen Jahren Dreh- und Angelpunkt allen Wissens um TCP/IP ist.

IETF hat einen höchst interessanten Prozess definiert, der technische Erweiterungen innerhalb einer endlichen Zeit unter Berücksichtigung von Anpassungen entweder zu Internet-Standards macht oder ganz verwirft. Dies steht im Gegensatz zur bürokratischen Arbeitsweise anderer Standardisierungsgremien und ist sicherlich auch ein wesentlicher Grund für den Erfolg der TCP/IP-Protokollfamilie. Grob gesagt werden die technischen Vorschläge in so genannten RFC-Dokumenten formuliert (RFC: Request for Comment) und stehen dann der Internet-Gemeinde zur Diskussion zur Verfügung. Parallel müssen in annehmbarer Zeit Pilotrealisierungen in einem Mindestumfang durchgeführt und veröffentlicht werden. Erst wenn etwas wirklich funktioniert, hat es die Chance, auch Standard zu werden.

Integration in die UNIX-Familie

Durch die Integration in die UNIX-Familie haben die Protokolle in der Vergangenheit einen weiteren großen Schub erhalten. Ab Berkeley UNIX 4.2 stand dem Benutzer die DoD-Protokollfamilie für die problemlose Kommunikation unterschiedlichster UNIX-Systeme zur Verfügung. Die Portabilität des Betriebssystems führte dabei zu einer Portabilität der Kommunikationssoftware. Dies war ein entscheidender Schritt zur Vereinfachung und Vereinheitlichung der Kommunikation.

Dennoch war TCP/IP vor allem in Europa nur einer recht kleinen Fan-Gemeinde bekannt. Alles wartete auf OSI. Der massenhafte Durchbruch wurde Mitte der Achtziger Jahre damit erreicht, dass man eine eher generelle Kommunikation für PCs erreichen wollte und hierbei weder auf OSI warten konnte noch den geschätzten Aufwand für Implementierungen von OSI-Protokollen bezahlen mochte. Gleichzeitig begannen die großen Hersteller wie IBM oder DEC mit der Unterstützung von TCP/IP neben den eigenen Protokollstacks.

Schließlich ist mit SNMP aus der TCP/IP-Gemeinde noch ein Protokoll für das Netz-Management hervorgegangen (SNMP = Simple Network Management Protocol), welches alle anderen Konkurrenten an die Wand drücken konnte.

Heute unterstützen alle Hersteller weltweit die TCP/IP-Protokollfamilie.

Die einzelnen DoD-Protokolle zeichnen sich durch relative Einfachheit aus.

Entsprechende Implementierungen gibt es nicht nur für fast alle Systeme, die UNIX als Betriebssystem benutzen, sondern auch für DEC-VMS Systeme, für MS-DOS, für OS/2, Windows in allen Varianten, für CP/M und für IBM-VM und MVS sowie alle anderen, die hier nicht aufgelistet wurden, einschließlich der neuen mobilen Geräte

File Transfer, die Versendung von E-Mails und der Dialog werden damit von einem Endgerät aus mit den unterschiedlichsten Systemen möglich. Die TCP/IP-Protokolle sind für viele Systeme der „natürliche“ Weg zur Kommunikation.

weiter mit: Der überschäumende Erfolg von TCP/IP

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