U3 Netzwerkprotokolle

Netzwerkprotokolle

Protokolle sind wie Vereinbarungen sie dienen dazu, Vereinbarung darüber zu treffen, wie zwei Computer miteinander kommunizieren und Daten austauschen Datenaustausch soll möglichst schnell und fehlerfrei durchgeführt werden beide Computer müssen über gleiches Protokoll verfügen, sonst Kommunikation unmöglich sie stellen sicher, dass beide Computer sich über die Übertragung der Information einig sind gebräuchlichstes Netzwerkprotokoll: TCP/IP Zusammenspiel verschiedener Protokolle häufig erforderlich die einzelnen Protokolle werden in Schichten organisiert

Was wird mit Protokollen vereinbart? Größe der Daten Codierung der Daten Art der Übertragung Sender / Empfänger zusätzlich beteiligte Protokolle Daten--> dies wird im Header den Nutzdaten vorangestellt oder im Trailer den Nutzdaten angehängt

Aufgaben eines Protokolls

Aufgaben eines Protokolls: sicherer und zuverlässiger Verbindungsaufbau verlässliches Zustellen von Paketen wiederholtes Senden nicht angekommener Pakete Zustellen der Datenpakete an gewünschten Empfänger Sicherstellen einer fehlerfreien Übertragung (Prüfsumme) Zusammenfügen ankommender Datenpakete in richtiger Reihenfolge Verhinderung des Auslesens durch unbefugte Dritte (Verschlüsselung) Verhinderung der Manipulation durch unbefugte Dritte (durch MACs oder elektr. Signaturen)

Vorteile eines Referenzmodells: Komplexe Zusammenhänge lassen sich in kleine, überschaubare Einheiten (Schichten) zerlegen. Für jede Schicht lassen sich Regeln (Protokolle) definieren, wie die Informationen zu verarbeiten sind. Jede Schicht funktioniert unabhängig vom restlichen System. Schichten und Protokolle können in verschiedenen technischen Systemen verwendet werden.

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OSI, TCP/IP & Protokolle

ISO (International Standardization Organisation) entworfen OSI (Open System Interconnection) besteht aus 7 Schichten Referenzmodell für herstellerunabhängige Kommunikationssysteme Jede Schicht bietet der darüber liegenden Schicht definierte Dienste an und für seinerseits Dienste für darunter liegende Schicht Schichteneinteilung erfolgt mit definierten Schnittstellen Einzelne Schichten können ohne große Gesamtänderungen ausgetauscht und angepasst werden Schichten 1 bis 4 sind die transportierenden Schichten (physikalischer Datentransport bis zu den physikalischen Endpunkten der Systeme) Schichten 5 bis 7 sind anwendungsorientierte Schichten (Handhabung der Schnittstellen) Übertragungsmedium (Verbindungskabel) ist nicht im OSI-Schichtenmodell festgelegt.

OSI-Schichtenmodell

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Caption: : OSI-Referenzmodell

OSI-Schichtenmodell

Bitübertragungsschicht – Schicht 1 – (Physical) Zuständig für den physikalischen Transport der digitalen (binären) Informationen in Paketen über Ethernet-Frames  Überwacht die Funktion dieser Schicht durch zyklisches Prüfen von Steuerleitungen (getrennt von den Datenleitungen) Datenleitungen bestehen wahlweise aus Twisted-Pair- oder Glasfaserkabeln Bei langen Datenleitungen werden Repeater zu Verstärkung der Signale benutz

Datensicherungsschicht – Schicht 2 – (Link)- Zuständig für unverfälschten Datentransport über einen einzelnen Übermittlungsabschnitt Flusssteuerung überwacht die vollständige und richtige Übertragung der Daten von der darunter liegenden Schicht Zur Sicherung der Übertragung und Verhinderung von Kollisionen kommt das CSMA/CD Protokoll für Ethernet bzw. CSMA/CA für WLAN zum Einsatz Typische Hardwarekomponenten in dieser Schicht sind Netzwerkkarten, Switches und Bridges

OSI-Schichtenmodell

Vermittlungsschicht – Schicht 3 – (Network) Zuständig für die Überbrückung geografischer Entfernungen zwischen den Endsystemen durch Einbeziehung von Vermittlungssystemen Steuert zeitlich und logisch getrennte Kommunikation zwischen verschiedenen Endsystemen Die Hardwarekomponente ist hier der Router und das wichtigste Protokoll die Internet Protocol (IP)

Transportschicht – Schicht 4 – (Transport) Zuständig für die Erweiterung von Verbindungen zwischen den Endsystemen zu Teilnehmerverbindungen bzw. den Auf- und Abbau von Verbindungen Bildet die Verbindungsschicht zu den anwendungsorientierten Schichten Daten werden beim Sender in kleinere Einheiten zerlegt und beim Empfänger zusammengesetzt Wichtigstes Protokoll in dieser Schicht ist ist das Transmission Control Protocol (TCP)

OSI-Schichtenmodell

Sitzungsschicht – Schicht 5 – (Session) Zuständig für den geordneten Ablauf des Dialoges zwischen den Endsystemen (Synchronisation) Festlegen und Verwalten der Berechtigungsmarken für die Kommunikation (Token-Management) Darstellungsschicht – Schicht 6 – (Presentation) Zuständig für dem gemeinsamen Zeichensatz und die gemeinsame Syntax Umwandeln der lokalen Syntax in die für den Transport festgelegte Syntax und umgekehrt Wichtigstes Protokoll ist in diesem Fall ASCII Eine weitere Aufgabe ist die Verschlüsselung der Daten

Anwendungsschicht – Schicht 7 – (Application) Zuständig für die Steuerung der untergeordneten Schichten Übernimmt die Anpassung an die jeweilige Anwendung Stellt dem Anwenderprogramm die Verbindung zur Außenwelt bzw. zum Anwender zur Verfügung Zugehörige Software sind in diesem Fall z.B. Browser, FTP- und Email-Clients Wichtigste Protokolle sind hier: SMTP = Postausgang bei E-Mail POP3 = Posteingang bei E-Mail HTTP = WWW-Seiten FTP = Datenaustausch

ISO OSI-Referenzmodell stand oft in der Kritik weil es zu „aufgeblasen“ und kompliziert war TCP/IP-Referenzmodell wurde Entwickelt weil die Mehrheit der Netze mit diesen Protokollen arbeitet und es eine deutliche Vereinfachung zum OSI-Modell darstellt Der TCP/IP-Protokollstapel kommt sowohl in lokalen Netzen als auch im Internet zum Einsatz.

TCP/IP-Referenzmodell

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Caption: : TCP/IP-Referenzmodell

TCP/IP-Referenzmodell

Netzzugangsschicht – Schicht 1– Fasst Schicht 1 und 2 des OSI-Modells zusammen Sorgt für die physikalische Übertragung der binären Daten Standardprotokolle: CSMA/CD und PPP (Point-to-Point Protocol) Hardware: Repeater, Switch, Bridge, Netzwerkkarte Internetschicht – Schicht 2 – Entspricht Schicht 3 im OSI-Modell Zerlegt Daten in kleinere Einheiten (Datagramme), adressiert (IP) und vermittelt den Weg (Routing) Standardprotokolle: IPv4 und IPv6 (Internet Protocol) Hardware: Router

Transportschicht – Schicht 3 – Entspricht Schicht 4 im OSI-Modell Auch Host-zu-Host-Transportschicht genannt Die Hosts sind die Rechner mit Netzzugang und diese werden gesichert verbunden Standardprotokollle: Transmission Control Protocol (TCP), User Datagram Protocol UDP Anwendungsschicht – Schicht 4 – Fasst Schicht 5 bis 7 des OSI-Modells zusammen Hier finden sich die Protokolle die für die Kommunkation mit dem Anwender zuständig sind wie z.B.-> HTTP, HTTPS, FTP, SFTP, SCP, SMTP, POP3 und IMAP

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Caption: : Die horizontalen Pfeile zeigen die logische Verbindung der Netze durch die jeweiligen Komponenten.

Netzkomponenten und TCP/IP-Modell

Referenzmodelle im Vergleich

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Protokolle der Netzzugangsschicht

CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection-> Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung Standard für Ethernet Datenkollisionen im Netzwerk werden erkannt und ein erneutes senden der Daten veranlasst CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance->Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionsvermeidung Standard für WLAN Datenkollisionen im Netzwerk werden von vornherein vermieden PPP Point-to-Point Protocol Standardprotokoll für Verbindungen über das Telefonnetz (ISDN)

ARP Address Resolution Protocol vermittelt zwischen der physikalischer Adresse und der Netzwerkadresse ausschließlich für Ipv4 im Ethernet ordnet die IP-Adresse und die passende MAC-Adresse zu NDP Neighbor Discovery Protocol das Pendant zu ARP für IPv6 MAC Media Access Control Adresse einzigartiger, unveränderlicher und eindeutiger Identifikator eines Gerätes in einem Netzwerk besteht aus 48 bit (6 Byte) und wird hexadezimal angegeben z.B. 00:80:41:ae:fd:7e

IP - Internet Protocol – Was ist das? ein Netzwerkprotokoll, das Rechner in einem Netzwerk eindeutig identifiziert IP-Adresse ist nicht an einen Rechner gebunden (wird ihm zeitweilig (dynamisch) zugeteilt)--> wird nach Beendigung der Netzwerksitzung wieder frei Datenströme können eindeutig zugeordnet werden Wie funktioniert es?PC ruft Website auf --> Browser sendet IP-Adresse des PCs mit an den Server --> Server verfügt auch über eigene IP-Adresse --> angefordertes Datenpaket (die Website) wird an die Adresse des anfragenden PCs gesendet --> wird dort vom Browser interpretiert und dargestelltAufgaben Datenpakete adressieren und in einem paketorientiertem Netzwerk zu vermitteln Identifikation von Teilnetzen

Protokolle der Internetschicht

IP-Adresse Internet Protocol Adresse dynamisch: automatische Vergabe zur Einwahl ins Internet statisch: vom Admin fest vergeben für lokale Netzwerke Ipv4-Adresse besteht aus 32 bit (4 Byte) insgesamt 4,29 Milliarden verschiedene Adressen möglich Dezimal angegeben z.B. 192.168.0.1 Ipv6-Adresse besteht aus 128 bit (16 Byte) insgesamt 340 Sextillionen verschiedene Adressen möglich Hexadezimal angegeben z.B. 2001:0db8:85a3:08d3:1319:8a2e:0370:7344

TCP Transmission Control Protocol Verbindungsorientierte Übertragung von Daten über das Internet stellt Verbindung zwischen zwei Endpunkten her eher für große, mehrteilige Übertragungen mit garantierter Fehlerfreiheit zuverlässig und sicher

Protokolle der Transportschicht

UDP User Datagram Protocol Verbindungslose Übertragung von Daten über das Internet stellt kurze Einwegübermittlung her eher für kleine Datenpakete, deren Zustellung nicht kritisch ist unzuverlässig und unsicher

HTTP Hypertext Transfer Protocol stellt Verbindung zwischen Browser und Server her z.B. um Webseiten abzurufen Adressen werden durch DNS (Domain Name Server) in entsprechende IPs umgewandelt HTTPS (S = Secure) stellt eine mit SSL verschlüsselte Verbindung herFTP File Transfer Protocol stellt Verbindung zwischen Client und Server her um Dateien zu übertragen SFTP (S = Secure) stellt eine mit SSH verschlüsselte Verbindung her

Protokolle der Anwendungsschicht

SMTP Simple Mail Transfer Protocol Wird zum einfachen Einspeisen, Versenden und Weiterleiten von E-Mails an Server genutzt POP3 Post Office Protocol Wird zum einfachen Auflisten, Emfangen und Löschen von E-Mails vom Server genutzt IMAP Internet Message Access Protocol Stellt ein Netzwerk-Dateisystem zum E-Mail-Server her E-Mails bleiben auf dem Server gespeichert, können in Ordner sortiert und von mehreren Clients abgerufen werden