TCP/IP

TCP/IP — einfach erklärt

TCP/IP ist eine Gruppe von Netzwerkprotokollen, welche die Grundlage für das Internet und andere Netzwerke bilden. Die Abkürzung steht dabei für Transmission Control Protocol (TCP ) und Internet Protocol (IP), den beiden Hauptprotokollen.

Die Protokolle sind zuständig für die Vermittlung und den Transport von Datenpaketen innerhalb eines globalen, dezentral organisierten Netzwerks. Heutzutage ist es der globale Standard für die Kommunikation im Internet.

Für die lückenlose Kommunikation zwischen den Netzwerkteilnehmern (Hosts) auch über mehrere Netzwerke, sind Kommunikationsprotokolle unerlässlich. Sie finden sowohl im LAN (Local Area Network) als auch im WAN (Wide Area Network) Anwendung. Damit die Identität der einzelnen Hosts stets bekannt ist, hat jeder eine individuelle IP-Adresse.

TCP/IP Aufgaben und Funktionen

TCP und IP sind die beiden Hauptprotokolle der TCP/IP-Familie. Einige weitere sind unter anderem HTTP, HTTPS und FTP. Sie alle bilden die Grundlage des Internets.

Damit gehen auch einige Aufgaben einher. Die Hauptaufgabe von TCP/IP ist es, sicherzustellen, dass Datenpakete in einem dezentralen Netzwerk beim Empfänger ankommen. 

Damit die Zustellung erfolgen kann, müssen zunächst einige Besonderheiten und Probleme gelöst werden. Die sind bei der paketorientierten Datenübertragung jedoch sehr vielfältig. Es gibt daher viele verschiedene Lösungen und Funktionen. 

Die wichtigsten Funktionen sind:

• Logische Adressierung / Logical Addressing (IP)
• Wegfindung / Routing (IP)
• Fehlerbehandlung und Flussteuerung / Error and Flow Control (TCP)
• Anwendungsunterstützung / Application Support (TCP/UDP)
• Namensauflösung / Name Resolution (DNS)

Logische Adressierung (Logical Addressing)

In einem einfachen lokalen Netzwerk mit wenigen Teilnehmern empfängt jeder Host jedes gesendete Datenpaket. Bei Netzwerken mit tausenden bis Millionen Teilnehmern ist das jedoch eher unpraktisch. Sie müssen physikalisch mit Netzwerktopologien und logisch mithilfe von Adressierung strukturiert werden.

In TCP/IP übernimmt das Internet Protocol (IP) dabei die logische Adressierung. Es teilt ein großes Netzwerk und seine Teilnehmer in kleinere Segmente auf. Datenpakete gelangen so nur in das Segment, indem sich ihr Empfänger befindet.

Wegfindung (Routing)

Für die Wegfindung bzw. Routing, ist auch das Internet Protocol (IP) verantwortlich. Seine Aufgabe ist hier, dafür zu sorgen, dass das Datenpaket den Empfänger durch die einzelnen Netzwerk-Segmente erreicht.

Dabei wird in jedem Netzknoten, also den Netzwerkteilnehmern, der nächste Knoten auf dem Weg zum Empfänger ermittelt. So ist die erfolgreiche Übertragung der Daten auch in unbekannte Netzwerk-Segmente sichergestellt.

Fehlerbehandlung und Flusssteuerung (Error and Flow Control)

Eine weitere Funktion der TCP/IP-Protokolle ist die Fehlerbehandlung und Flusssteuerung. Sender und Empfänger stehen durch TCP in ständiger Verbindung. Das nennst du Verbindungsmanagement. Da es sich dabei um den logischen Austausch von Kontrollmeldungen handelt, sprichst du hier von einer verbindungsorientierten Kommunikation. 

Passiert bei der Übertragung ein Fehler, überträgt der Sender die entsprechenden Daten erneut. Um die verfügbaren Übertragungsgeschwindigkeiten voll auszunutzen, ist eine Daten-Flusssteuerung nötig. Das kommt daher, dass sich die Übertragungsgeschwindigkeiten im Internet ständig ändern.

Anwendungsunterstützung (Application Support)

Um spezifische Anwendungen eines Rechners zu unterscheiden, müssen ihre Kommunikationsverbindungen adressiert werden. Dafür sorgen Nummern, die sogenannten TCP- und UDP-Ports.

Namensauflösung (Name Resolution)

Damit Verbindungen zwischen den Teilnehmern in einem TCP/IP Netzwerk aufgebaut werden können, kommen IP-Adressen zum Einsatz. Auf der IP-Ebene sind sie entweder im Binärcode (Einsen und Nullen) oder in IPv4 bzw. IPv6 Form (Verwendung aller Zahlen) benannt.

Für Menschen ist es schwer, die Nummernfolgen zu unterscheiden und sie sich zu merken. Deshalb werden auf der Anwendungsebene Namen verwendet, um Domains und Computer zu benennen.

Damit die Auswertung auf der IP-Ebene erfolgen kann, ist die sogenannte Namensauflösung nötig. Dazu dient das Domain Name System, kurz DNS. Es fungiert wie ein Telefonbuch, indem Computernamen und ihre IP-Adresse aufgelistet sind. Die Verknüpfung der Informationen passiert dabei automatisch.

TCP/IP Modell

In Computernetzwerken wird die Kommunikation durch Netzwerkprotokolle umgesetzt. In der Praxis werden sie in funktionale Schichten aufgeteilt. Das TCP/IP Referenzmodell ist dabei in vier Schichten gegliedert. Gesendete Daten durchlaufen die Schichten dabei in einer bestimmten Reihenfolge, zu empfangenden Daten in umgekehrter Richtung. 

Die vier Schichten sind:

• 4. Schicht: Anwendungsschicht 
  Die Anwendungsschicht ermöglicht dir als Benutzer mit einer Gruppe von Anwendungen den Zugang zum Internet. Hier erfolgt auch die Kommunikation von Programmen über das Netzwerk. Möchtest du zum Beispiel eine Email senden, gibst du sie hier in deinen Email-Client ein. Protokolle auf der Anwendungsschicht sind unter anderem HTTP, FTP, POP oder SMTP.
  
  
• 3. Schicht: Transportschicht
  Die dritte Schicht sorgt für die Aufrechterhaltung der End-to-End-Kommunikation über das Netzwerk, also für die Verbindung zweier Geräte. Auf der Transportschicht werden die Daten zuverlässig versendet und vom Empfänger bestätigt. Das wichtigste Protokoll der Schicht ist TCP, teilweise werden auch UDP oder andere Protokolle verwendet.
  
  
• 2. Schicht: Internetschicht
  Die Aufgabe der Internetschicht besteht darin, empfangene Pakete an das nächste Zwischenziel auf dem Weg zum Empfänger weiterzuleiten. Dabei werden unabhängige Netzwerke zur Übertragung von Datenpaketen verbunden. Die Wegwahl der Pakete wird dabei als Routing bezeichnet. Die Protokolle der zweiten Schicht sind IP und ICMP.
  
  
• 1. Schicht: Netzzugangsschicht
  Die Netzzugangsschicht sorgt für die physische Verbindung von Subnetzen. Das kann zum Beispiel dein WLAN zu Hause sein, welches sich über einen Router mit dem Internet verbindet. Protokolle der untersten Schicht sind unter anderem das Ethernet (Kabel) oder IEEE 802.11 (Funk).

TCP/IP vs. OSI-Modell

TCP/IP und das sogenannte OSI-Modell sind die gängigsten Kommunikationsprotokolle innerhalb von Netzwerken. Das OSI-Modell legt dabei fest, wie Anwendungen miteinander kommunizieren können. TCP/IP dagegen ist dafür verantwortlich, Verbindungen aufzubauen und Netzwerkinteraktionen herzustellen. 

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TCP/IP umfasst zudem nur vier Schichten, während das OSI-Modell sieben Schichten umfasst. Deswegen greifen ITler bei Problemen der Netzwerkkommunikation eher auf das detailliertere OSI-Modell zurück. TCP/IP ist eher praxisnah.

TCP/IP Vor- und Nachteile 

Wie auch andere Protokollfamilien hat TCP/IP seine Vor- und Nachteile. Dabei kannst du dir einige maßgebende Punkte merken:

Vorteile: 

• Die Datenübertragung ist standort- und herstellerunabhängig
• der Anwender benötigt zur Datenübertragung nur eine konkrete Zieladresse — Verbindung sowie Übertragung regelt TCP/IP
• auf einfachen und komplexeren Computersystemen integrierbar
• in LAN und WAN nutzbar
• Anwendungen sind vom Übertragungssystem unabhängig
  

Nachteile:

• es ist ineffizient, denn bei niedrigen Datenmengen entsteht ein relativ hoher Verwaltungsanteil
• spezielle Anforderungen der Anwendungen an das Übertragungssystem sind nur schwer realisierbar
• ein netzübergreifender, koordinierter Austausch von Verbindungsqualität und -anforderungen zwischen den einzelnen Netzwerkknoten ist schwer umsetzbar
• Netzneutralität fordert, dass alle Datenpakete gleichermaßen behandelt werden, allerdings funktionieren einige Internetanwendungen ohne eine Priorisierung nicht gut mit TCP/IP

Was sind TCP und IP? 

Transmission Control Protocol (TCP) ist ein Standard, der festlegt, wie der Austausch von Daten zwischen Netzwerkkomponenten erfolgen soll. Seine Aufgaben sind die Verhinderung von Datenverlusten, die Aufteilung von Datenströmen sowie für die Zuordnung der Datenpakete zu den Anwendungen.  

Das Internet Protocol (IP) dagegen hat die Aufgabe, Datenpakete zu adressieren, und sie im paketorientierten verbindungslosen Netzwerk zu vermitteln, z.B. im Internet. 
Um ein Datenpaket zum jeweiligen Empfänger zu senden, legt das Internet Protocol zunächst eine Paketstruktur fest. Über sie bestimmt es, auf welche Art und Weise Informationen über die Quelle und das Ziel des Datenpakets beschrieben werden.

TCP/IP– das Wichtigste

• TCP/IP steht für Transmission Control Protocol / Internet Protocol, und ist eine Gruppe von Netzwerkprotokollen.
• Die Protokolle sind für die Vermittlung und den Transport von Datenpaketen innerhalb eines globalen, dezentral organisierten Netzwerks zuständig.
• Die wichtigsten Funktionen des TCP/IP sind:
  • Logische Adressierung / Logical Addressing (IP)
  • Wegfindung / Routing (IP)
  • Fehlerbehandlung und Flussteuerung / Error Control and Flow Control 
  • Anwendungsunterstützung / Application Support (TCP/UDP)
  • Namensauflösung / Name Resolution (DNS)
• TCP/IP ist in vier Schichten eingeteilt: 
  • 4. Anwendungsschicht
  • 3. Transportschicht
  • 2. Internetschicht
  • 1. Netzzugangsschicht

OSI-Modell

Das OSI-Modell ist ebenfalls in Schichten aufgebaut. Doch was ist das eigentlich? Das erfährst du in unserem Video .