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Die Basis für die logische Struktur des Internet bildet die TCP/IP-Protokollfamilie und das hinter diesen Protokollen stehende vierschichtige Architekturmodell zur Rechnerkommunikation, das eine vereinfachte Form des später von der International Organisation for Standardization (ISO) entwickelten und noch weiter ausdifferenzierten siebenschichtigen OSI-Modells (Open Systejms Interconnection) darstellt. Fast alle Betriebssysteme beherrschen TCP/IP und ermöglichen so die weltweite Kommunikation zwischen unterschiedlichsten Rechnern und Devices.
Die Protokolle sind für jedermann frei verfügbar und werden als offen betrachtet. Jeder Anwender kann sie lizenzfrei für eigene Zwecke nutzen und eigene Applikationen und Dienste darauf aufsetzen. Dabei steht TCP/IP für eine ganze Reihe von Protokollen, der so genannten "Internet Protocol Suite". Die beiden wichtigsten Typen TCP und IP sind zum Synonym für diese Familie geworden.
Auf Grund des einheitlichen Adressierungsschemas kann jeder Rechner in einem TCP/IP-Netz jeden beliebigen anderen Rechner eindeutig identifizieren. Standardisierte Protokolle in den höheren Schichten stellen dem Benutzer einheitlich verfügbare Dienste zur Verfügung.
Protokollarchitektur
Es gibt keine generelle Übereinstimmung darüber, wie TCP/IP in einem Schichtenmodell beschrieben werden soll. Das OSI-Modell ist zwar recht nützlich, aber größtenteils sehr akademisch. Um den Aufbau von TCP/IP zu verstehen, benötigt man ein Modell, das näher an die Struktur der Protokolle angelehnt ist.
In dem von Cerf und Kahn im Auftrag der US-Militärs entwickelten vierschichtigen Modell stellt jede Schicht der übergeordneten Schicht Dienste zur Verfügung und nimmt die Dienste der untergeordneten Schicht in Anspruch. Hierbei verlässt sich jede Schicht auf die Dienste der darunter liegenden und zwar ohne zu wissen, wie diese die Dienstleistung erbringt. Der Datenstrom verläuft dabei in vertikaler Richtung.
Die logische Kommunikation erfolgt zwischen den jeweils gleichen Schichten der kommunizierenden Rechner mithilfe bestimmter Regeln zur Koordination der Kommunikation. Diese werden auch als Protokolle bezeichnet.
Vierschichtiges Architekturmodell zur Rechnerkommunikation
Zwischen Anwendungen der Anwendungsschicht des Rechners 1 und des entfernten Rechners 2 verläuft die Kommunikation wie folgt: Die Daten durchlaufen jede einzelne Schicht. Sie werden im lokalen Rechner heruntergereicht, wobei jede Schicht die empfangenen Daten als die übertragenden ansieht, zu denen sie ihre eigenen Kontrollinformationen als Kopfzeile (Header) voranstellt.
Im entfernten Rechner durchlaufen die Datenpakete denselben Weg von unten nach oben. Jede Schicht entfernt dabei wieder den für sie bestimmten Header und reicht die Daten an die darüber liegende weiter.
Das Hinzufügen von Kontrollinformationen wird als Encapsulation (Kapselung) bezeichnet. Beim Empfangen von Daten werden die Schritte der Kapselung wieder rückgängig gemacht. Jede Schicht entfernt ihren Header und reicht die restlichen Daten an die darüber liegende Schicht weiter.
Schema der Kapselung von Daten
Jede dieser Schichten verfügt über eine eigene, unabhängige Datenstruktur. In der Praxis sind aber die einzelnen Schichten so gestaltet, dass sie zu den Strukturen der benachbarten Schichten kompatibel sind. Dies dient der effizienteren Datenübertragung.
Netzzugangsschicht
Für die unterste Ebene, die Netzzugangsschicht, ist lediglich festgelegt, dass sich der Host unter Zuhilfenahme eines Protokolls mit dem Netzwerk verbinden muss, um IP-Pakete hierüber zu versenden. Mögliche Protokolle sind beispielsweise Ethernet, FDDI und ISDN. Die physikalische Übertragung kann dabei über ganz unterschiedliche Medien, wie z.B. Koaxial-, Glasfaserkabel oder auch über Richtfunkstrecken erfolgen.
Internetschicht
Die Internetschicht hat die Aufgabe, den Hosts zu ermöglichen, Pakete in ein beliebiges Netzwerk einzuspeisen, den Adressierungsmechanismus zu regeln und eine Wegwahl zu treffen. Die Vermittlung zwischen einzelnen Netzwerken erfolgt hierbei über so genannte Router. Hierbei handelt es sich um entsprechend konfigurierte Rechner, die für den Weg der Datenpakete zuständig sind.
Die einzelnen Pakete können sich ihren Weg unabhängig voneinander zum Ziel-Host suchen. Dies hat zur Folge, dass die Pakete nicht in der Reihenfolge eintreffen, in der sie verschickt wurden. In diesem Fall ist es Aufgabe der höheren Schichten, diese wieder zusammenzusetzen.
Transportschicht
Über der Internetschicht befindet sich die Transportschicht. Ihre Aufgabe ist es, eine Transportverbindung zwischen zwei Prozessen auf verschiedenen Rechnern zu ermöglichen. Für diese Schicht wurden zwei Protokolle als Standard definiert: Das Transmission Control Protokoll (TCP) und das User Datagram Protokoll (UDP).
Anwendungsschicht
Über der Transportschicht befindet sich die Anwendungsschicht. Die Anwendungsschicht bildet die Schnittstelle zum Benutzer. Sie umfasst eine ganze Reihe von höheren Protokollen. Als Standards wurden zunächst Dateitransfer (FTP), virtueller Terminal Zugriff (Telnet) und elektronische Post (SMTP) definiert und im weiteren Entwicklungsverlauf durch weitere Protokolle, wie z.B. HTTP ergänzt.
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