TCP/IP

Was ist TCP/IP?

TCP / IP steht für Transmission Control Protocol / Internet Protocol und ist eine Suite von Kommunikationsprotokollen, die zur Verbindung von Netzwerkgeräten im Internet verwendet werden. TCP / IP wird auch als Kommunikationsprotokoll in einem privaten Computernetzwerk (Intranet oder Extranet) verwendet.

Die gesamte IP-Suite – ein Satz von Regeln und Prozeduren – wird allgemein als TCP/IP bezeichnet. TCP und IP sind die beiden Hauptprotokolle, obwohl andere in der Suite enthalten sind. Die TCP / IP-Protokollsuite fungiert als Abstraktionsschicht zwischen Internetanwendungen und der Routing- und Switching-Fabric.

TCP / IP gibt an, wie Daten über das Internet ausgetauscht werden, indem eine End-to-End-Kommunikation bereitgestellt wird, die angibt, wie sie in Pakete aufgeteilt, adressiert, übertragen, geroutet und am Ziel empfangen werden sollen. TCP / IP erfordert wenig zentrale Verwaltung und wurde entwickelt, um Netzwerke zuverlässig zu machen und sich automatisch vom Ausfall eines Geräts im Netzwerk zu erholen.

Die beiden Hauptprotokolle der IP Suite erfüllen bestimmte Funktionen. TCP definiert, wie Anwendungen Kommunikationskanäle über ein Netzwerk erstellen können. Es verwaltet auch, wie eine Nachricht in kleinere Pakete zusammengesetzt wird, bevor sie dann über das Internet übertragen und an der Zieladresse in der richtigen Reihenfolge wieder zusammengesetzt werden.

IP definiert, wie jedes Paket adressiert und weitergeleitet wird, um sicherzustellen, dass es das richtige Ziel erreicht. Jeder Gateway-Computer im Netzwerk überprüft diese IP-Adresse, um zu bestimmen, wohin die Nachricht weitergeleitet werden soll.

Eine Subnetzmaske teilt einem Computer oder einem anderen Netzwerkgerät mit, welcher Teil der IP-Adresse zur Darstellung des Netzwerks und welcher Teil zur Darstellung von Hosts oder anderen Computern im Netzwerk verwendet wird.

Network Address Translation (NAT) ist die Virtualisierung von IP-Adressen. NAT verbessert die Sicherheit und verringert die Anzahl der IP-Adressen, die ein Unternehmen benötigt.

Zu den gängigen TCP/IP-Protokollen gehören die folgenden:

• Hypertext Transfer Protocol (HTTP) übernimmt die Kommunikation zwischen einem Webserver und einem Webbrowser.
• HTTP Secure behandelt die sichere Kommunikation zwischen einem Webserver und einem Webbrowser.
• File Transfer Protocol übernimmt die Übertragung von Dateien zwischen Computern.

Wie funktioniert TCP/IP?

TCP / IP verwendet das Client-Server-Kommunikationsmodell, bei dem einem Benutzer oder einer Maschine (einem Client) ein Dienst wie das Senden einer Webseite von einem anderen Computer (einem Server) im Netzwerk bereitgestellt wird.

Zusammenfassend wird die TCP / IP-Protokollsuite als zustandslos klassifiziert, was bedeutet, dass jede Clientanforderung als neu betrachtet wird, da sie nichts mit früheren Anforderungen zu tun hat. Da sie zustandslos sind, werden Netzwerkpfade freigegeben, sodass sie kontinuierlich verwendet werden können.

Die Transportschicht selbst ist jedoch zustandsbehaftet. Es überträgt eine einzelne Nachricht, und seine Verbindung bleibt bestehen, bis alle Pakete in einer Nachricht empfangen und am Ziel wieder zusammengesetzt wurden.

Das TCP /IP-Modell unterscheidet sich geringfügig von dem nach ihm entwickelten siebenschichtigen OSI-Netzwerkmodell (Open Systems Interconnection). Das OSI-Referenzmodell definiert, wie Anwendungen über ein Netzwerk kommunizieren können.

Warum ist TCP/IP wichtig?

TCP / IP ist nicht proprietär und wird daher von keinem einzigen Unternehmen kontrolliert. Daher kann die IP Suite einfach geändert werden. Es ist mit allen Betriebssystemen (OSes) kompatibel, so dass es mit jedem anderen System kommunizieren kann. Die IP Suite ist auch mit allen Arten von Computerhardware und Netzwerken kompatibel.

TCP/IP ist hoch skalierbar und kann als routingfähiges Protokoll den effizientesten Pfad durch das Netzwerk bestimmen. Es ist in der aktuellen Internetarchitektur weit verbreitet.

Die 4 Schichten des TCP / IP-Modells

Die TCP / IP-Funktionalität ist in vier Schichten unterteilt, von denen jede spezifische Protokolle enthält:

1. Die Anwendungsschicht bietet Anwendungen mit standardisiertem Datenaustausch. Zu den Protokollen gehören HTTP, FTP, Post Office Protocol 3, Simple Mail Transfer Protocol und Simple Network Management Protocol. Auf der Anwendungsebene sind die Nutzdaten die tatsächlichen Anwendungsdaten.
2. Die Transportschicht ist für die Aufrechterhaltung der End-to-End-Kommunikation im gesamten Netzwerk verantwortlich. TCP übernimmt die Kommunikation zwischen Hosts und bietet Flusskontrolle, Multiplexing und Zuverlässigkeit. Die Transportprotokolle umfassen TCP und User Datagram Protocol, das manchmal anstelle von TCP für spezielle Zwecke verwendet wird.
3. Die Netzwerkschicht, auch Internetschicht genannt, befasst sich mit Paketen und verbindet unabhängige Netzwerke, um die Pakete über Netzwerkgrenzen hinweg zu transportieren. Die Netzwerkschichtprotokolle sind IP und Internet Control Message Protocol, das für die Fehlerberichterstattung verwendet wird.
4. Die physikalische Schicht, auch bekannt als Netzwerkschnittstellenschicht oder Datenverbindungsschicht, besteht aus Protokollen, die nur auf einer Verbindung arbeiten – der Netzwerkkomponente, die Knoten oder Hosts im Netzwerk miteinander verbindet. Die Protokolle in dieser untersten Schicht umfassen Ethernet für lokale Netzwerke und Address Resolution Protocol.

Verwendungen von TCP / IP

TCP / IP kann verwendet werden, um eine Fernanmeldung über das Netzwerk für die interaktive Dateiübertragung bereitzustellen, um E-Mails bereitzustellen, Webseiten über das Netzwerk bereitzustellen und remote auf das Dateisystem eines Serverhosts zuzugreifen. Am weitesten verbreitet wird es verwendet, um darzustellen, wie sich Informationen ändern, wenn sie über ein Netzwerk von der konkreten physikalischen Schicht zur abstrakten Anwendungsschicht übertragen werden. Es beschreibt die grundlegenden Protokolle oder Kommunikationsmethoden auf jeder Ebene, während Informationen durchlaufen werden.

Vor- und Nachteile von TCP / IP

Die Vorteile der Verwendung des TCP / IP-Modells umfassen Folgendes:

• hilft beim Herstellen einer Verbindung zwischen verschiedenen Computertypen;
• funktioniert unabhängig vom Betriebssystem;
• unterstützt viele Routing-Protokolle;
• verwendet eine Client-Server-Architektur, die hoch skalierbar ist;
• kann unabhängig betrieben werden;
• unterstützt mehrere Routing-Protokolle; und
• ist leichtgewichtig und belastet ein Netzwerk oder einen Computer nicht unnötig.

Die Nachteile von TCP / IP umfassen Folgendes:

• ist kompliziert einzurichten und zu verwalten;
• Die Transportschicht garantiert nicht die Zustellung von Paketen;
• ist nicht einfach, Protokolle in TCP / IP zu ersetzen;
• trennt die Konzepte von Diensten, Schnittstellen und Protokollen nicht eindeutig und eignet sich daher nicht zur Beschreibung neuer Technologien in neuen Netzwerken. und
• ist besonders anfällig für einen Synchronisationsangriff, bei dem es sich um eine Art Denial-of-Service-Angriff handelt, bei dem ein schlechter Akteur TCP / IP verwendet.

Wie unterscheiden sich TCP / IP und IP?

Es gibt zahlreiche Unterschiede zwischen TCP/IP und IP. IP ist beispielsweise ein Low-Level-Internetprotokoll, das die Datenkommunikation über das Internet erleichtert. Sein Zweck besteht darin, Datenpakete zu liefern, die aus einem Header bestehen, der Routinginformationen wie Quelle und Ziel der Daten und die Datennutzlast selbst enthält.

IP ist durch die Datenmenge begrenzt, die gesendet werden kann. Die maximale Größe eines einzelnen IP-Datenpakets, das sowohl den Header als auch die Daten enthält, beträgt zwischen 20 und 24 Byte. Dies bedeutet, dass längere Datenfolgen in mehrere Datenpakete aufgeteilt werden müssen, die unabhängig voneinander gesendet und nach dem Senden in die richtige Reihenfolge umorganisiert werden müssen.

Da es sich bei IP ausschließlich um ein Daten-Sende- / Empfangsprotokoll handelt, gibt es keine integrierte Überprüfung, die überprüft, ob die gesendeten Datenpakete tatsächlich empfangen wurden.

Im Gegensatz zu IP ist TCP/IP ein übergeordnetes intelligentes Kommunikationsprotokoll, das mehr kann. TCP / IP verwendet IP weiterhin als Transportmittel für Datenpakete, verbindet aber auch Computer, Anwendungen, Webseiten und Webserver. TCP versteht ganzheitlich die gesamten Datenströme, die diese Assets für den Betrieb benötigen, und stellt sicher, dass das gesamte benötigte Datenvolumen beim ersten Mal gesendet wird. TCP führt auch Überprüfungen durch, die sicherstellen, dass die Daten geliefert werden.

Während es seine Arbeit erledigt, kann TCP auch die Größe und Flussrate von Daten steuern. Es stellt sicher, dass Netzwerke frei von Überlastungen sind, die den Empfang von Daten blockieren könnten.

Ein Beispiel ist eine Anwendung, die eine große Datenmenge über das Internet senden möchte. Wenn die Anwendung nur IP verwendet, müssten die Daten in mehrere IP-Pakete aufgeteilt werden. Dies würde mehrere Anforderungen zum Senden und Empfangen von Daten erfordern, da IP-Anforderungen pro Paket ausgegeben werden.

Bei TCP wird nur eine einzige Anforderung zum Senden eines gesamten Datenstroms benötigt; TCP erledigt den Rest. Im Gegensatz zu IP kann TCP Probleme erkennen, die in IP auftreten, und die erneute Übertragung verlorener Datenpakete anfordern. TCP kann auch Pakete neu organisieren, damit sie in der richtigen Reihenfolge übertragen werden – und es kann die Netzwerküberlastung minimieren. TCP/IP erleichtert die Datenübertragung über das Internet.

TCP / IP-Modell vs. OSI-Modell

TCP / IP und OSI sind die am häufigsten verwendeten Kommunikationsnetzwerkprotokolle. Der Hauptunterschied besteht darin, dass OSI ein konzeptionelles Modell ist, das praktisch nicht für die Kommunikation verwendet wird. Es definiert vielmehr, wie Anwendungen über ein Netzwerk kommunizieren können. TCP / IP hingegen wird häufig zum Herstellen von Verbindungen und zur Netzwerkinteraktion verwendet.

Die TCP / IP-Protokolle legen Standards fest, auf denen das Internet basiert, während das OSI-Modell Richtlinien dafür enthält, wie die Kommunikation erfolgen muss. Daher ist TCP / IP ein praktischeres Modell.

Die TCP/IP- und OSI-Modelle weisen Ähnlichkeiten und Unterschiede auf. Die Hauptähnlichkeit besteht in der Art und Weise, wie sie konstruiert sind, da beide Schichten verwenden, obwohl TCP / IP nur aus vier Schichten besteht, während das OSI-Modell aus den folgenden sieben Schichten besteht:

• Schicht 7, die Anwendungsschicht, ermöglicht es dem Benutzer – Software oder Mensch – mit der Anwendung oder dem Netzwerk zu interagieren, wenn der Benutzer Nachrichten lesen, Dateien übertragen oder andere netzwerkbezogene Aktivitäten ausführen möchte.
• Layer 6, die Präsentationsschicht, übersetzt oder formatiert Daten für die Anwendungsschicht basierend auf der Semantik oder Syntax, die die App akzeptiert.
• Layer 5, die Sitzungsebene, richtet Konversationen zwischen Apps ein, koordiniert sie und beendet sie.
• Layer 4, die Transportschicht, übernimmt die Übertragung von Daten über ein Netzwerk und stellt Fehlerprüfungsmechanismen und Datenflusskontrollen bereit.
• Layer 3, die Netzwerkschicht, verschiebt Daten in und durch andere Netzwerke.
• Schicht 2, die Datenverbindungsschicht, behandelt Probleme, die als Folge von Bitübertragungsfehlern auftreten.
• Layer 1, die physikalische Schicht, transportiert Daten über elektrische, mechanische oder prozedurale Schnittstellen.

Die obere Schicht sowohl für das TCP/IP-Modell als auch für das OSI-Modell ist die Anwendungsschicht. Obwohl diese Ebene in jedem Modell dieselben Aufgaben ausführt, können diese Aufgaben je nach den jeweils empfangenen Daten variieren.

Die Funktionen, die in jedem Modell ausgeführt werden, sind ebenfalls ähnlich, da jedes Modell eine Netzwerkschicht und eine Transportschicht zum Betrieb verwendet. Die TCP / IP- und OSI-Modelle werden jeweils hauptsächlich zur Übertragung von Datenpaketen verwendet. Obwohl sie dies auf unterschiedliche Weise und auf unterschiedliche Weise tun werden, werden sie dennoch ihre Ziele erreichen.

Die Ähnlichkeiten zwischen dem TCP /IP-Modell und dem OSI-Modell umfassen Folgendes:

• Beides sind logische Modelle.
• Sie definieren Netzwerkstandards.
• Sie unterteilen den Netzwerkkommunikationsprozess in Schichten.
• Sie bieten Rahmenbedingungen für die Erstellung und Implementierung von Netzwerkstandards und -geräten.
• Sie ermöglichen es einem Hersteller, Geräte und Netzwerkkomponenten herzustellen, die mit den Geräten und Komponenten anderer Hersteller koexistieren und zusammenarbeiten können.

Die Unterschiede zwischen dem TCP/IP-Modell und dem OSI-Modell umfassen Folgendes:

• TCP / IP verwendet nur eine Schicht (Anwendung), um die Funktionalitäten der oberen Schichten zu definieren, während OSI drei Schichten (Anwendung, Präsentation und Sitzung) verwendet.
• TCP / IP verwendet eine Schicht (physisch), um die Funktionalitäten der unteren Schichten zu definieren, während OSI zwei Schichten (physisch und Datenverbindung) verwendet.
• Die TCP/IP-Headergröße beträgt 20 Byte, während der OSI-Header 5 Byte beträgt.
• TCP / IP ist ein protokollorientierter Standard, während OSI ein generisches Modell ist, das auf den Funktionalitäten jeder Schicht basiert.
• TCP/IP folgt einem horizontalen Ansatz, während OSI einem vertikalen Ansatz folgt.
• In TCP / IP wurden zuerst die Protokolle und dann das Modell entwickelt. In OSI wurde zuerst das Modell und dann die Protokolle in jeder Schicht entwickelt.
• TCP / IP hilft beim Aufbau einer Verbindung zwischen verschiedenen Computertypen, während OSI bei der Standardisierung von Routern, Switches, Motherboards und anderer Hardware hilft.

Die Geschichte von TCP / IP

Die Defense Advanced Research Projects Agency, der Forschungszweig des US-Verteidigungsministeriums, schuf das TCP / IP-Modell in den 1970er Jahren für den Einsatz in ARPANET, einem Weitverkehrsnetz, das dem Internet vorausging. TCP / IP wurde ursprünglich für das Unix-Betriebssystem entwickelt und in alle nachfolgenden Betriebssysteme integriert.

Das TCP/IP-Modell und die zugehörigen Protokolle werden jetzt von der Internet Engineering Task Force verwaltet.