Die Internet-Protokolle und das ISO/OSI-Modell – Teil 2

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Im Gegensatz zu den 7 Schichten des ISO/OSI-Modells kommt TCP/IP mit 4 Schichten aus:

Um den Aufbau und die Funktion der TCP/IP-Protokollfamilie zu verstehen, benötigt man ein Netzwerkmodell, das besser an den Aufbau der Protokolle angelehnt ist. Dazu hat das amerikanische Verteidigungsministerium (DoD – Department of Defense, http://www.defense.gov) ein 4-Schichten-Netzwerkmodell entworfen. Jede Schicht besteht aus einer Anzahl von Protokollen, die gemeinsam die TCP/IP-Protokollfamilie bilden.

Es gibt im Aufbau beider Modelle einige Gemeinsamkeiten, aber auch viele Unterschiede. Die Bitübertragungs- und Sicherungsschicht im ISO/OSI-Modell wird zu einer TCP/IP-Netzwerkschicht zusammengefaßt und die TCP/IP-Anwendungsschicht vereint die Darstellungs-, Sitzungs- und Anwendungsschicht. Das kommt daher, daß bei der TCP/IP-Software die Protokolle oft schon in der Anwendungsschicht integriert sind. Die Spezifikationen für jedes Protokoll wurden jeweils in einer oder mehreren RFC’s festgelegt.

Insgesamt werden die 7 Schichten des ISO/OSI-Modells also auf 4 Schichten reduziert, die ausreichen, um die Funktion der TCP/IP-Protokollfamilie anhand des ISO/OSI-Modells zu veranschaulichen.

Anwendungsschicht faßt die Ebenen 5 bis 7 zusammen

Transportschicht

Internetschicht

Netzwerkschicht faßt die Ebenen 1 und 2 zusammen

 

 

 

Tab. Reduzierung des ISO/OSI-Modells auf 4 Schichten


Die in den jeweiligen Schichten zur Datenübertragung verwendeten Protokolle setzen dabei von der untersten Schicht (Netzwerkschicht) bis zur obersten Schicht (Anwendungsschicht) aufeinander auf.

Zur näheren Beschreibung dieses Sachverhalts soll das nachfolgende Beispiel dienen, bei dem ein Einzelplatzrechner per ISDN-Karte an das Internet angeschlossen ist, um den IRC-Dienst (Chat) zu nutzen. Der andere Rechner (IRC-Server) soll der Einfachheit halber ebenfalls per ISDN-Karte an das Internet angebunden werden.

Netzwerkschicht

Damit die Daten korrekt zwischen der ISDN-Karte eines Einzelplatzrechners und dem Einwahlrechner des Providers übertragen werden, sorgt in der Regel das Point to Point Protocol (PPP).

PPP kann sowohl über synchrone wie asynchrone Stand- und Wählleitungen arbeiten und ist dabei von der verwendeten Schnittstelle (RS-232-C, RS-422,…) unabhängig. Über die verwendete Leitung (Standleitung oder Wahlleitung) müssen jedoch gleichzeitig Daten gesendet und empfangen werden können (voll-duplex). Außerdem hat PPP keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Übertragungsgeschwindigkeit.

Computer 1 Computer 2


Wird nicht nur ein Einzelplatzrechner per Telefonnetz mit dem Internet verbunden, sondern einzelne oder mehrere Rechner eines lokales Netzwerk, dann wird zur korrekten Datenübertragung innerhalb des LAN’s bis zum Internetzugangsrechner bzw. -router ein weiteres Protokoll benötigt. Bei vielen Netzwerken handelt es sich dabei um das Ethernet-Protokoll. Auf dieses setzt das Point to Point Protocol (PPP) dann auf und ermöglicht es, das kleine LAN per Modem oder ISDN an das Internet anzubinden und die Daten zum und vom Einwahlrechner des jeweiligen Providers zu übertragen.

Das Point to Point Protocol (PPP) ermöglicht es, die Daten oder vielmehr die elektrischen Signale, in denen sie codiert sind, zwischen dem Einzelplatzrechner, der via ISDN an das Internet angeschlossen ist und dem Einwahlrechner des Providers korrekt zu übertragen, weiß aber nicht konkret, woher die Daten kommen und wohin sie transportiert werden sollen – das erledigt das Internet Protokoll (IP).

Internetschicht

Über das Point to Point Protokoll oder im Falle eines lokalen Netzwerks zusätzlich über dem Ethernet-Protokoll wird dazu das Internet Protokoll (IP) angeordnet.

Es kennzeichnet, von wem und wohin die Daten übertragen werden sollen und gibt sie zur Übertragung nach unten an die Netzwerkschicht weiter. Außerdem sorgt das Protokoll dafür, daß die Daten über beliebige Netzwerke bzw. Netzwerkprotokolle auf bestmöglichem Wege vom Quell- zum Zielrechner transportiert werden können.

Beim Zielrechner nimmt IP die Pakete von der Netzwerkschicht in Empfang und entpackt sie.

Das Internet Protokoll kennzeichnet die Quelle und das Ziel der zu übertragenden Daten und ermöglicht es, daß die Daten sowohl innerhalb eines lokalen Netzwerks als auch über beliebige Netzwerke (Internet) auf bestmöglichem Wege transportiert werden können, garantiert aber nicht, daß die Daten alle korrekt und vollständig beim Empfänger angekommen sind. Das kommt daher, daß IP als verbindungsloses Protokoll keine Verbindung zwischen dem Sender und dem Empfänger herstellt und daher auch nicht überprüft, ob der Zielrechner überhaupt erreichbar ist.

Transportschicht

Über das Internet Protokoll wird nun das Transmission Control Protokoll (TCP) angeordnet.

Es teilt die zu übertragenden Daten in handliche Datenpakete auf, stellt die Verbindung zum Zielrechner her und stellt sicher das der Empfänger alle Daten fehlerfrei erhält – es überwacht also die Datenübertragung.

Beim Zielrechner setzt TCP die einzelnen über IP übertragenen Datenpakete wieder zur ursprünglichen Datei zusammen. Sind alle Datenpakete fehlerfrei beim Empfänger eingetroffen, sorgt TCP für den Abbau der Verbindung.


Die beiden Protokolle TCP und IP werden normalerweise zusammengefaßt zu TCP/IP, und da diese übereinander liegen, spricht man auch oft von einem TCP/IP-Protokoll-Stapel oder TCP/IP-Stack.

Die bisher genannten Protokolle ermöglichen die grundsätzliche Übertragung der Daten vom Quellrechner über das Internet zum Zielrechner und zwar unabhängig vom jeweiligen Internetdienst (WWW, E-Mail, IRC,…). Es fehlt also noch ein spezielles Protokoll, das den Anforderungen des jeweiligen Internetdienstes hinsichtlich der Art und des Zwecks der damit zu übertragenden Daten gerecht wird.

Anwendungsschicht

Um die Textnachrichten beim Chatten mit dem IRC-Dienst zwischen den Gesprächspartnern schnell und korrekt zu übertragen und die entsprechenden Chat-Funktionen (Privatchat, Chat protokollieren, bestimmte Chaträume oder Chatpartner suchen,…) zu realisieren, wurde das Internet Relay Chat Protokoll (IRCP) entwickelt.

Dieses spezielle Protokoll für die Nutzung des IRC-Dienstes setzt dabei auf TCP auf.

Die alleinige Existenz des Internet Relay Chat Protokoll (IRCP) ermöglicht es dem Anwender noch nicht, die über den IRC-Dienst zur Verfügung stehenden Funktionen konkret zu nutzen.

Dazu gibt es ein Programm (IRC-Client), mit dem die IRC-Funktionen auf möglichst einfache Art und Weise vom Anwender genutzt werden können, ohne daß dieser sich mit den Einzelheiten der Übertragung der Textnachrichten und Befehle beschäftigen muß.

Der IRC-Client hat also die Funktion, die Verbindung zum IRC-Server herzustellen und die vom Anwender gewünschten Aktionen, wie beispielsweise die Textnachrichten über einen Privatchat auszutauschen, an den IRC-Server weiterzuleiten. Diese können durch die manuelle Eingabe von Befehlen oder durch das Anklicken des entsprechenden Befehls mit der Maus dem IRC-Client mitgeteilt werden. Der IRC-Server wiederum stellt die Verbindung zum Empfänger der Textnachricht her.

Wird nun im IRC-Client eine Textnachricht verfaßt und abgeschickt, so gibt sie der Client den Regeln des Internet Relay Chat Protokolls (IRCP) entsprechend an die Transportschicht (TCP) weiter, diese an die Internetschicht (IP), diese an die Netzwerkschicht (PPP) und dort erst geschieht die tatsächliche physikalische Übertragung. Auf der Empfängerseite laufen die beschriebenen Vorgänge dann in umgekehrter Reihenfolge ab.



Der Protokollaufbau ist bis zur Anwendungsschicht für die Benutzung aller Internetdienste gleich. Ab dieser Schicht ist für jeden Dienst ein anderes Protokolle notwendig.

Um beispielsweise E-Mails senden und empfangen zu können, bedarf es der Protokolle POP und SMTP. Weitere Protokolle, um die Funktionalität des E-Mail-Dienstes zu erweitern, sind beispielsweise das MIME-Protokoll oder IMAP.

 

 

 

 

 

Wie bereits erwähnt, werden die Daten beim Senden Schicht für Schicht von oben nach unten durchgereicht, beim Empfangen führt der Weg von unten nach oben. Jede Schicht fügt beim Senden der Anwenderdaten (Nutzdaten) ihre Kontrollinformationen hinzu, um eine korrekte Übertragung der Daten sicherzustellen.

Diese Informationen nennt man übrigens Header, da diese den eigentlichen Anwenderdaten (Nutzdaten) vorangestellt werden. Beim Empfangen der Daten entfernt jede Schicht den zu ihrer Schicht gehörenden Header und reicht die restlichen Daten an die darüber liegende Schicht weiter.


Anwendungsschicht

Transportschicht

Internetschicht

Netzwerkschicht

 

 

 

Tab. Hinzufügen von Kontrollinformationen zu den eigentlichen Anwenderdaten beim Senden der Daten


 

 

 

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