Netzwerkgrundlagen
TCP/IP-Protocol Model

Wofür steht „IP“ und warum benötigt man überhaupt IP-Adressen und was hat das alles mit dem TCP/IP-Protokoll zutun?

Neulich wurde ich zu einem Kunden gerufen, der mit zwei PCs im Netzwerkbetrieb offensichtlich ein Problem hatte.

Als ich ihn darauf aufmerksam machte, wo sein Problem läge, schaute er mich mit großen Augen an und stellte mir folgende Frage: „Sei es denn schlimm, wenn 2 PCs die gleiche IP-Adresse hätten?“ Er fügte noch hinzu: „Die PCs nutze nur er allein im heimischen Netzwerk und laufen tun sie doch auch.“

Nun, in der Tat ist es nicht schlimm, wenn beide PCs die gleiche IP-Adresse bekommen, solange diese PCs für sich allein und nicht im Netzwerk mit anderen PCs genutzt werden. Man spricht dann von einem „Stand Alone PC“.

Allerdings benötigt so ein „Stand Alone PC“ ohne Netzwerkanbindung eigentlich gar keine IP-Adresse. Wozu auch, wenn so ein PC nicht in einem Computernetzwerk eingebunden wird.

Aber zurück zu den Fragen:
Wofür steht die Abkürzung IP?
Die Abkürzung „IP“ steht für das „Internet-Protocol“ und zum Thema „Protocol“ gleich mehr.

Warum werden IP-Adressen benötigt – können PCs nicht einfach Hans oder Peter oder Pauline heißen?
Zum besseren Verständnis möchte ich hierzu ein einfaches Beispiel aus der Welt der Mobil-Telefonie heranziehen. Die Mobil-Telefonie und die IT-Netzwerk Technologie haben viele Gemeinsamkeiten. Nur manchmal sorgt die Netzwerk-Technologie und Topologie in der gesamten Breite für Verwirrung bei IT-Neulingen, IT-Auszubildenden und Hobby-ITlern.

Also, jedes Mobiltelefon, welches an das öffentliche Telefonnetz angeschlossen wird, bekommt über die SIM-Karte auch eine offizielle Vorwahl mit Durchwahlnummer. In dieser Konstellation ist jedes Mobiltelefon eindeutig im Telefonnetz erreichbar. Natürlich kann jeder seinem Telefon einen Namen geben. Aber für die Anbindung an das öffentliche Netz bekommt jedes Telefon eine einmalig vergebene Nummer.

Bei Festnetzanschlüssen bezieht sich die eindeutige Telefonnummer mit Vorwahl auf den Hauptanschluss eines Hauses bzw. einer einzelnen Wohnung oder Büro. Am Hauptanschluss kann dann entweder direkt ein Telefonapparat oder eine Telefonanlage betrieben werden. Letzteres verteilt die ein- und ausgehenden Anrufe auf die im Haus befindlichen Telefone. Ein Anrufer wählt die offizielle Hauptanschluss-Nummer plus eine zumeist zweistellige Nummer und die Telefonanlage liest beim ankommenden Anruf die letzten beiden Ziffern mit aus und leitet den Anruf im Haus direkt zum gewünschten Gespächspartner weiter.

Vereinfacht gesehen macht im Haus ein Internet-Router quasi nichts anderes als eine Telefonanlage. Der Router vermittelt die aus- und eingehenden Anfragen über die bestehende Internetverbindung bzw. über das heimische IT-Netzwerk. Anstelle von Telefonnummern arbeitet ein Router mit IP-Adressen – nicht mit Hans oder Peter oder Pauline.

Damit das Telefonieren weltweit uneingeschränkt funktioniert, bedarf es vieler computergesteuerter Vermittlungsstellen sowie Telefonzentralen auf der ganzen Welt. Selbiges gilt auch für das sogenannte „Surfen im Internet“, welches mit dem Internet-Router durchgeführt wird.

Damit eine Kommunikation zwischen den einzelnen Geräten überhaupt zustande kommen kann, müssen die Geräte eine gemeinsame Sprache sprechen. Ein miteinander Kommunizieren unter den Geräten wird erst durch den Einsatz verschiedener Protokolle ermöglicht. Allein am Aufruf einer Internetseite sind bereits mehrere Protokolle beteiligt, die im Hintergrund eine Kommunikation zwischen den unterschiedlichen Geräten wie z.B. Routern, Netzwerkservern von unterschiedlichen Hardware-Herstellern ermöglichen. Das war nicht immer so.

Aber, damit alles seine Ordnung hat, wurden von der Institution DARPA in den 1970er Jahren die Protokolle normgerecht standardisiert und in Schichten festgelegt. Das „DARPA-Schichten-Modell“ war geboren. Alle Protokolle zusammen gehören zur TCP/IP-Protokollfamilie.

Das TCP/IP-Modell:
Jedes Protokoll ist für einen Teilbereich einer Kommunikation zuständig. Damit der andere Computer (Empfänger-PC) die Information, den Datenaustausch, richtig verarbeiten kann, bekommt er ein Datenframe zugeschickt, in dem alles genau festgehalten wurde. Genau genommen werden ganz viele Datenframes zwischen den Computern ausgetauscht. Darin enthalten sind exakt der Anfang und das Ende eines Datenframes, Ziel- und Quelladressse, Länge und Dateninhalt, Prüfsumme und noch ein paar Kleinigkeiten die für den Datenaustausch zwischen PC, Router und Netzwerk-Servern etc. wichtig sind. Würde es hier keine eindeutige Regelung geben, wären viele Menschen mit ihren PC offline.

Wofür steht die Abkürzung „TCP“?
Die Abkürzung „TCP“ steht für „Transmission Control Protocol“

Was ist ein „Datenframe“?
Ein Datenframe ist ein digitales IP-Daten-Paket, welches von den einzelnen Protokollen mit Informationen gefüllt und ausgelesen werden. Es enthält Informationen zum Datenaustausch, sowie den Daten selbst. Standardmäßig hat ein Ethernet-Datenframe eine Mindestgröße von 64 Bytes und ist auf maximal 1518 Bytes begrenzt. Ist die zu verschickende Datenmenge größer als 1518 Bytes, so werden die Daten in mehrere Datenframes aufgeteilt und verschickt.

Schichten des DARPA-Models:
Die TCP/IP-Protokolle sind in verschiedene Schichten eingeteilt und die darin enthaltenen Protokolle kommen je nach Bedarf zum Einsatz. Das DARPA-Model enthält insgesamt vier Schichten und die setzen sich zusammen aus einer Netzzugangsschicht, der Internetschicht, der Transportschicht und der Anwendungsschicht.

Netzzugangsschicht:
Zur Netzzugangsschicht gehört das Ethernet-Protokoll, das 802.11 Wireless-LAN-Protokoll, das Frame-Relay- und ATM-Protokoll. Physikalisch betrachtet, beginnt die Netzzugangsschicht an der Netzwerkkarte.

Internetschicht:
Zur Internetschicht gehört das ARP, IGMP sowie ICMP bei IPv4 und bei IPv6 kommt das ICMPv6, ND, MLD-Protokoll.

Transportschicht:
Die Transportschicht kommt mit nur 2 Protokollen aus. Es ist das TCP- und UDP.

Anwendungsschicht:
In der Anwendungsschicht arbeiten die Protokolle HTTP, FTP und das SMTP. Letzteres wird vom Anwender öfters im Zusammenhang mit der Einrichtung und Verbindung zu einem Email-Konto benötigt. Aber damit noch nicht genug. Auch das DNS-Protokoll, RIP- und SNMP ist enthalten. All diese Protokolle gehören auch zur Anwendungsschicht.

Nach dem vielschichtigen Thema des TCP/IP-Modells kommen wir nochmal zu der etwas naiven Frage meines Kunden und wir versetzen uns mal in folgende Situation: Was würde passieren, wenn anstelle der 2 PCs zwei oder mehrere Telefone die gleiche Telefonnummer hätten?

Nun, eine Telefon-Verbindung käme kaum oder nur mit Störungen zustande. Wie bei Computern wäre ein Fernzugriff (Anruf) auf ein bestimmtes Telefon im gleichen Haus kaum möglich, weil es wie im Fall des Kundens mit seinen 2 PCs mit gleicher IP-Adresse unweigerlich zu Konflikten führen würde.

Die 2 Freunde
Analog dazu noch ein Beispiel, dass bestimmt schon jeder einmal erlebt hat. Die 2 Freunde mit gleichen Vornamen. Ruft man einen, reagieren beide oder auch keiner und das Durcheinander ist perfekt. Damit hinterher nicht immer ausdiskutiert werden muss, wen man jetzt gerufen hat, einigt man sich am Besten im Vorfeld z.B. auf Spitznamen. Damit ist die Eindeutigkeit geregelt und dann klappt es auch mit der Kommunikation unter Freunden.

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