Netzwerk-Protokolle

In diesem Artikel beschreibe ich die Verwendung von Netzwerkprotokollen zur Datenübertragung, das TCP/IP-Modell, OSI-Modell und stelle diese einander gegenüber. Den Schichten werden die entsprechenden Protokolle zugeordnet und deren Anwendungsbereich beschrieben.

 

 

1 Arten

  • Open Protocols:  kann jeder nutzen
  • Vendor-Specific Protocols: von einem Hersteller entwickelt und lizenzpflichtig

2 Der Kommunikationsprozess

Mit dem Befehl tracert + IP-Adresse bzw. tracert + dns-Name (z.B. www.google.de ) wird ermittelt, über welche IPRouter Datenpakete bis zum Ziel-Host vermittelt werden. In der letzten Zeile der Ausgabe steht der Ziel-Host. Alle IP-Adressen dazwischen sind die Router. Man kann so ermitteln bis zu welchem Router eine Verbindung möglich ist, wenn z.B. ein ping + IP-Adresse des Zielrechners erfolglos ist.

tracert-Befehl

tracert-Befehl

 

3 Aufgaben der Protokolle

  • Ein sicherer und zuverlässiger Verbindungsaufbau zwischen den an der Kommunikation beteiligten Computern (Handshake)
  • Das verlässliche Zustellen von Paketen und Wiederholtes Senden 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 des Auslesens durch unbefugte Dritte (durch Verschlüsselung)
  • Das Verhindern der Manipulation durch unbefugte Dritte (durch MACs oder elektronische Signaturen)
  • das Programm wireshark analysiert die verschickten Protokolle
  • die Zuordnung der Protokolle zu den Ports befindet sich unter C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\services

4 Welche Protokolle für was?

  • das Programm wireshark analysiert die verschickten Protokolle
  • die Zuordnung der Protokolle zu den Ports befindet sich unter C:\WINDOWS\system32\drivers\etc\services

5 Arten der Datenübertragung

  • Unicast: genau 2 Kommunikationspartner; Punkt-zu-Punkt-Verbindung
  • Broadcast: unadressiertes Senden von Informationen an alle Netzwerkteilnehmer (wenn Netzwerk durch Router getrennt bekommen die Teilnehmer nach dem Router keine Informationen, d.h. keine Weiterleitung durch Router)
  • Multicast: Gruppenruf; Übertragung von Informationen von einem, Punkt zur Gruppe

6 Das OSI-Referenz-Modell (Open Systems Interconnection)

OSI-Schicht

Anmerkung

Einordnung

Protokoll-beispiel

Einheiten

Kopplungselemente

7

Anwendung
(Application)

Anwendungs-
orientiert

HTTP
FTP
HTTPS
SMTP
LDAP
NCP

Daten

Gateway, Content-Switch, Layer 4-7 Switch

6

Darstellung
(Presentation)

5

Sitzung
(Session)

4

Transport
(Transport)

Transport-
orientiert

TCP
UDP
SCTP
SPX

Segmente

3

Vermittlung
(Network)

Netzwerk (Pfad / z.B. IP)

Netzwerk-orientiert

ICMP
IGMP
IP
IPX

Pakete

Router, Layer-3-Switch

2

Sicherung
(Data Link)

Datenverbindung (MAC-Ebene)

Ethernet
Token Ring
FDDI
ARCNET

Rahmen (Frames)

Bridge, Switch

1

Bitübertragung
(Physical)

Physikalische Verbindung (Kabel)

Bits

Hub, Repeater

 

7 TCP/IP-Layers – TCP/IP-Referenzmodell

TCP/IP Modell

TCP/IP Modell

 

7.1 Gegenüberstellung TCP/IP – 4-Schichten-Modell zu OSI-Referenz-Modell

TCP/IP-Schicht ≈ OSI-Schicht Beispiel
Anwendungsschicht 5–7 HTTP, FTP, SMTP, POP, Telnet
Transportschicht 4 TCP, UDP, SCTP
Internetschicht 3 IP (IPv4,IPv6)
Netzzugangsschicht 1–2 Ethernet, Token Bus, Token Ring, FDDI

 

 

 

 

 

  1. Anwendungsschicht:

Die Anwendungsschicht (engl.: Application Layer) umfasst alle Protokolle, die mit Anwendungsprogrammen zusammenarbeiten und die Netzwerkinfrastruktur für den Austausch anwendungsspezifischer Daten nutzen.

  1. Transportschicht:

Die Transportschicht (engl.: Transport Layer) stellt eine Ende-zu-Ende-Verbindung her. Das wichtigste Protokoll dieser Schicht ist das Transmission Control Protocol (TCP), das Verbindungen zwischen jeweils zwei Netzwerkteilnehmern zum zuverlässigen (nicht „sicheren“, da das Wort „sicher“ im Sinne von fälschungssicher/abhörsicher gebraucht wird) Versenden von Datenströmen herstellt. Es gehören aber auch Datagramm-Protokolle – zum Beispiel das User Datagram Protocol (UDP) – in diese Schicht, bei denen nur die Zustellung an den richtigen Dienst zuverlässig gemacht und keine Verbindung aufgebaut wird.

  1. Internetschicht:

Die Internetschicht (engl.: Internet Layer) ist für die Weitervermittlung von Paketen und die Wegewahl (Routing) zuständig. Auf dieser Schicht und den darunterliegenden Schichten werden Direktverbindungen betrachtet. Die Aufgabe dieser Schicht ist es, zu einem empfangenen Paket das nächste Zwischenziel (z.B. nächster Router) zu ermitteln und das Paket dorthin weiterzuleiten. Kern dieser Schicht ist das Internet Protocol (IP) in der Version 4 oder 6, das einen Paketauslieferungsdienst bereitstellt. Die Internetschicht entspricht im ISO/OSI-Referenzmodell der Vermittlungsschicht.

  1. Netzzugangsschicht:

Die Netzzugangsschicht (engl.: Link Layer) ist im TCP/IP-Referenzmodell spezifiziert, enthält jedoch keine Protokolle der TCP/IP-Familie. Sie ist vielmehr als Platzhalter für verschiedene Techniken zur Datenübertragung von Punkt zu Punkt zu verstehen. Die Internet-Protokolle wurden mit dem Ziel entwickelt, verschiedene Subnetze zusammenzuschließen. Daher kann die Host-an-Netz-Schicht durch Protokolle wie Ethernet, FDDI, PPP (Punkt-zu-Punkt-Verbindung) oder 802.11 (WLAN) ausgefüllt werden. Die Netzzugangsschicht entspricht im ISO/OSI-Referenzmodell der Sicherungs- und Bitübertragungsschicht.

  1. Transmission Control Protocol (TCP) (zu dt. Übertragungssteuerungsprotokoll)
    • zuverlässig
    • verbindungsorientiert, d.h. zuerst Verbindung aufbauen, dann übertragen
    • tree way handshake
  2. User Datagram Protocol (UDP)
    • ist ein minimales, verbindungsloses Netzwerkprotokoll, d.h. es wird sichergestellt, dass die Daten übertragen worden sind
    • schneller Datentransfer
  3. Internet Protocol (IP)
    • empfangenen Paket das nächste Zwischenziel (z.B. nächster Router) zu ermitteln und das Paket dorthin weiterzuleiten
  4. Internet Control Message Protocol (ICMP)
    • Befehl ping
    • Controlle, ob Daten angekommen sind
    • Befehl tracert
  5. Internet Group Management Protocol (IGMP)
  6. Address Resolution Protocol (ARP)
    • Netzwerkprotokoll
    • ermittelt zu einer Netzwerkadresse der Internetschicht (IP-Adresse) die physikalische Adresse (Hardwareadresse) der Netzzugangsschicht und hinterlegt diese Zuordnung gegebenenfalls in den sogenannten ARP-Tabellen der beteiligten Rechner
    • Schritte:
      • Start-PC: ARP cache checken
      • Start-PC: ARP request senden
      • Zielcomputer speichert ARP-Eintrag
      • Zielcomputer sendet ARP-Antwort
      • Start-PC:  ARP-Eintrag hinzufügen
      • Start-PC: Datenpaket senden
    • wird fast ausschließlich im Zusammenhang mit IPv4-Adressierung auf Ethernet-Netzen, also zur Ermittlung von MAC-Adressen zu gegebenen IP-Adressen verwendet

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