Netzwerkprotokoll

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Ein Netzwerkprotokoll, auch Übertragungsprotokoll ist eine exakte Vereinbarung, nach der Daten zwischen Computern bzw. Prozessen ausgetauscht werden, die durch ein Netz miteinander verbunden sind. Die Vereinbarung besteht aus

  • einem Satz von Regeln und Formaten (Syntax), die
  • das Kommunikationsverhalten der kommunizierenden Instanzen in den Computern bestimmen (Semantik).

Protokollstapel

         HTTP-Nachricht   
      TCP-Segment   
   IP-Paket   
Ethernet-Frame
HTTP-Nachricht, die via Ethernet versandt wird

Der Austausch von Nachrichten erfordert häufig ein Zusammenspiel verschiedener Protokolle, die unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Um die damit verbundene Komplexität beherrschen zu können, werden die einzelnen Protokolle in Schichten (layer) organisiert.

Im Rahmen einer solchen Architektur gehört jedes Protokoll einer bestimmten Schicht an und ist für die Erledigung der speziellen Aufgaben zuständig (beispielsweise das Überprüfen der Daten auf Vollständigkeit – Schicht 2). Protokolle höherer Schichten verwenden Dienste von Protokollen tieferer Schichten (Schicht 3 verlässt sich z. B. darauf, dass die Daten vollständig angekommen sind). Zusammen bilden die so strukturierten Protokolle einen Protokollstapel.

Daten, die über ein Netz übertragen werden, werden von einem Netzprotokoll des Stapels nach dem anderen verarbeitet. Jedes Netzprotokoll entfernt beim Empfang aus den Daten diejenigen Steuerinformationen, die nur für dieses Protokoll selbst bestimmt sind, und übergibt die verbliebenen Daten dem nächsthöheren Netzprotokoll. In der Senderichtung werden die Steuerinformationen hinzugefügt, bevor sie dem nächsttieferen Netzprotokoll übergeben werden - eine Nachricht trägt also auf der Leitung sämtliche Header der darüberliegenden Schichten.
Siehe auch: TCP/IP-Referenzmodell


Der typische Aufbau eines Protokolls

Der in einem Protokoll beschriebene Aufbau eines Datenpakets enthält für den Datenaustausch wichtige Informationen über das Paket wie beispielsweise:

  • dessen Absender und Empfänger
  • den Typ des Pakets (z. B. Verbindungsaufbau, Verbindungsabbau oder reine Nutzdaten)
  • die Paketlänge
  • eine Prüfsumme

Diese Informationen werden den Nutzdaten als so genannter Header vorangestellt oder als Trailer angehängt.

Außerdem werden in manchen Protokollen feste Paketsequenzen für den Verbindungsaufbau und -abbau beschrieben. Diese Maßnahmen verursachen weiteren Traffic auf den Datenleitungen – den sog. Overhead. Dieser Overhead ist unerwünscht, weil er die Kapazität belastet, wird aber aufgrund der wichtigen Aufgaben, die Protokolle leisten, in der Regel in Kauf genommen. Mit UDP User Datagram Protocol steht in der Transportschicht auch ein Protokoll mit nur minimalem Overhead zur Verfügung, das keine Ende-zu-Ende-Kontrolle der Übertragung gewährleistet.

Im Gegensatz dazu wird beim TCP Transmission Control Protocol die Prüfsumme zum Test herangezogen um das Datenpaket auf Vollständigkeit zu überprüfen. Entspricht die Prüfsumme nicht den Erwartungen des Prüfalgorithmus, wird das Datenpaket verworfen und neu bei der sendenden Stelle angefordert.

Unterscheidungsmerkmale von Netzprotokollen

Merkmal Ausprägungen
Wieviele Parteien nehmen an der Kommunikation teil?
  • Unicast: zwei Teilnehmer, Punkt-zu-Punkt-Verbindung (wie z.B. beim Telefon)
  • Multicast: mehrere Empfänger gleichzeitig, Mehrpunktverbindung (wie z.B. beim Fernsehen)
In welche Richtung wird kommuniziert?
  • Simplex: nur in eine Richtung (wie z.B. bei einer SMS, bei einem Babyfon oder beim Radio)
  • Halbduplex: wechselweise in beide Richtungen (wie z.B. bei einem Funkgerät)
  • Vollduplex: gleichzeitig in beide Richtungen (wie z.B. beim Telefon)
Sind die Kommunikationspartner gleichbereichtigt?
  • symmetrische Kommunikation: gleichberechtigte Kommunikationspartner, z.B. Peer-to-Peer
  • asymmetrische Kommunikation: unterschiedliche Rollenverteilung, z.B. Client-Server-System
Sind aufeinanderfolgende Kommunikationseinheiten voneinander unabängig?
  • zustandslos: alle Anfragen werden ohne Bezug zu früheren Anfragen behandelt (wie z.B. bei HTTP)
  • zustandsbehaftet: der Server verwaltet Sessions und beantwortet Anfragen abhängig von vorherigen Anfragen.
Wird auf Antwort gewartet?
  • synchrone Kommunikation: Sender und Empfänger warten jeweils, bis die Kommunikation abgeschlossen ist (wie z.B. bei HTTP)
  • asynchrone Kommunikation: zeitlich versetzte Kommunikation und ohne Blockieren (wie z.B. bei E-Mail)
Ist der Datenstrom kontinuierlich?
  • paketorientiert: es werden Nachrichten oder Datenpakete übertragen (wie z.B. bei IP)
  • Streaming: kontinuierlicher Datenstrom
Wird die Kommunikation gesichert und gemanaged?
  • verbindungsorientiert: Anfang und Ende einer Verbindung werden durch spezielle Paketsequenzen definiert. Innerhalb einer solchen Verbindung wird durch das Protokoll meistens gewährleistet, dass Pakete in einer bestimmten Reihenfolge ankommen und/oder sichergestellt, dass die Pakete nochmals gesendet werden, falls sie nicht angekommen sind. Beispiel: TCP Transmission Control Protocol.
  • verbindungslose Protokolle bieten diesen Komfort nicht, haben aber einen geringeren Overhead. Beispiele: UDP User Datagram Protocol, RTP Real-Time Transport Protocol.

Siehe auch




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