Grundlagen moderner Netzwerktechnologien im Überblick – Teil 88

Die TCP/IP-Protokollfamilie – TCP und UDP im Detail

13.01.2011 | Autor / Redakteur: Dr. Franz-Joachim Kauffels / Andreas Donner

Mit TCP und UDP über IP klappt der Anschluss an das Netz der Netze
Mit TCP und UDP über IP klappt der Anschluss an das Netz der Netze

TCP ist ein verbindungsorientiertes End-to-End-Protokoll etwa der Schicht 4 des ISO-OSI 7-Schichten-Modells. CP arbeitet zuverlässig als Inter-Prozess-Kommunikationsprotokoll zwischen Computern, die an paketvermittelnde Netzwerke angeschlossen sind. Es ist also sowohl für lokale als auch für Wide Area Netze geeignet. Im praktischen Einsatz liegt sein Vorzug darin, dass es genau wie das OSI-Protokoll vom Netztyp letztlich unabhängig ist und auf diese Weise auch Ende-zu-Ende-Verbindungen zwischen Netzen unterstützt, die im Rahmen des Internetworking zusammen geschaltet sind.

TCP benötigt einen einfachen, zuverlässigen Datagramm-Service von der unteren Schicht. Dies ist normalerweise IP, jedoch sind die Spezifikationen in dieser Hinsicht offen, sodass TCP prinzipiell auch auf einem anderen Internet-Protokoll ähnlicher Leistung ablaufen könnte, sofern die Schnittstelle dieses Protokolls an die Dienstprimitive des TCP angepasst wird.

TCP erwartet nämlich auf der Vermittlungsschicht lediglich ein Internet Protocol, welches den Nachrichtenaustausch auf der Basis von Informations-Segmenten variabler Länge eingeschlossen in Internet Datagram „Envelopes“ ermöglicht. Das Internet Datagram sieht Möglichkeiten der Adressierung von TCPs in unterschiedlichen Netzen vor. Das Internet Protokoll (IP) übernimmt die Fragmentierung und die Wiederherstellung von TCP-Segmenten, die erforderlich für den Transport der Daten durch mehrere Netze und deren Gateways sind.

Ein TCP/IP-Netz ist von seiner Struktur her von einer sauberen Adressierung für einzelne Geräte, Subnetze, Broadcasts usw. abhängig. Die korrekte Adressierung führt in der Praxis immer wieder zu Problemen. Jeder Rechner, der das TCP/IP-Protokoll benutzt, muss über mindestens eine so genannte Internet-Adresse verfügen. Dies ist eine Abstraktion der physikalischen Adresse und besteht aus einem Netzwerkteil und einem Host-Teil (auch wenn der „Host“ ein PC ist). Diese Adresse ist die Grundlage für jede Kommunikation und für die Durchführung des Routings.

Ist die Gesamtadressierung nicht korrekt, werden bestimmte Geräte wie Router ganz oder teilweise nicht funktionieren, wenn nicht noch schlimmere Fehler auftreten. Da die Adressen immer gleich lang sind (32 Bit), muss es für unterschiedliche Verteilungen von Rechner- und Netzwerkanzahl, wie unter IP schon angegeben, unterschiedliche Klassen von Adressen geben:

  • Klasse A: wenige Netzwerke, viele Rechner
  • Klasse B: mittlere Verteilung von Netzen und Rechnern
  • Klasse C: viele Netzwerke, wenige Rechner
  • Klasse D: Multicastadressen
  • Klasse E: undefiniert

TCP arbeitet wie die meisten anderen Protokolle mit drei Phasen, nämlich Verbindungsaufbau, Verbindungsdurchführung und Verbindungsbeendigung.

TCP kommuniziert mit Benutzern oder Applikationsprozessen der höheren Schichten und mit dem Internet Protokoll. Das Interface zwischen der höheren Ebene und TCP besteht aus mehreren Funktionsaufrufen (open connection, close connection, receive und send data). TCP kann asynchron mit den Anwendungsprogrammen kommunizieren.

Der Prozess der Datenübertragung

Prozesse übertragen Daten durch Aufruf des TCP und übergeben Puffer und Daten als Argumente. TCP segmentiert die Daten und ruft IP auf zur Übertragung der Segmente zum Ziel-TCP. Das Ziel-TCP stellt die Daten in den Puffer des Ziel-Prozesses und informiert den aufgerufenen Prozess.

Das Internet Modul packt TCP-Segmente in Internet Datagramme und sendet sie an Ziel-Internet-Module oder Gateways. In einem lokalen Netzwerk wird das Datagramm in die Protokolle des lokalen Netzes eingepackt. Am Gateway wird das Paket an die neue Netzstruktur angepasst und zum Ziel oder zum nächsten Gateway geroutet. Die Anpassung erfolgt durch das Einpacken des Segments in neue Schicht-3-Protokolle. Das Gateway kann die Datagramme bei Bedarf in kleinere Fragmente zerlegen. Das Ziel-Internet-Modul entfernt die Datagramm-Hülle des Segments und übergibt sie an das Ziel-TCP.

Interfaces können relativ frei an das jeweilige Betriebssystem angepasst werden. Es werden nur minimale Anforderungen an die Funktionalität dieser Schnittstelle gestellt. Das Interface zwischen TCP und Lower-Level-Protokollen ist im Wesentlichen nicht spezifiziert, da angenommen wird, dass ein Mechanismus zum asynchronen Austausch von Informationen existiert.

weiter mit: Die Übertragungssicherung bei TCP

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