Address Resolution Protocol (ARP)
ARP dient dazu, die MAC-Adressen in die zugehörigen IP-Adressen umzuwandeln, damit überhaupt eine Kommunikation des IP-Protokolls stattfinden kann. Das ARP-Protokoll legt zu diesem Zweck ARP-Tabellen an. Diese enthalten die MAC-Adressen und die den IP-Adressen. Die ARP-Tabellen sind sehr kurzlebig. Hat ARP keinen Eintrag in seiner Tabelle, so wird über einen ARP-Broadcast die Ethernet-Adresse der zugehörigen Internet-Adresse erfragt.
Das Internet Control Message Protocol (ICMP) dient zur Information.- und Fehlermeldungübertragung bei IP-Verbindung. Es arbeitet ebenfalls in der dritten OSI-Schicht.
ICMP-Pakete werden immer als IP-Datagramm verschickt.
Das Internet Protokoll (IP) stellt die Basisdienste für die Übermittlung von Daten bereit. Hauptaufgaben des Internet Protokolls sind die Adressierung von Hosts, das Fragmentieren und routen von Paketen. IP ist ein paketorientiertes verbindungsloses Protokoll. Es verfügt über keine Mechanismen zur Fehlererkennung. Ein IP-Paket besteht aus einem Header (20 Byte groß) , gefolgt von den Nutzdaten (variabler Länge). Ein IP-Paket kann maximal 64 KByte groß sein. In der Praxis liegt die Größe oft bei 1500 Byte (abhängig von der Rahmengröße des Ethernet-Protokolls).
Der Header enthält u.a. die Ziel und Absender Adressen. Keine Ports.
Das Transmission Control Protocol (TCP) ist ein verbindungsorientiertes Protokoll. Die Hauptaufgabe von TCP ist die Bereitstellung eines sicheren Transports von Daten durch das Netzwerk. TCP wiederholt das senden von von Datenpaketen solange bis vom Empfänger den Erhalt der Daten quittiert wird. Die Datenpakete, die zwischen den sendenden und empfangenden Einheiten ausgetauscht werden, heißen Segmente. Ein TCP-Segment besteht aus einem Header (min 20 Byte groß) , gefolgt von den Nutzdaten (variabler Länge). In jedem Segmente ist eine Prüfsumme enthalten. Anhand der Prüfsumme kann der Empfänger prüfen ob die Daten fehlerfrei sind. Sind alle Sgmente fehlerfrei angekommen, sendet der Empfänger eine Empfangsbestätigung an den Sender. Ansonsten wird das Datenpaket verworfen und keine Empfangsbestätigung verschickt. Ist nach einem festgelegten Zeitlimit (timeout-period) beim Sender keine Empfangsbestätigung eingetroffen, verschickt der Sender das betreffende Segment erneut. Um mehreren Prozessen gleichzeitig zu ermöglichen per TCP Daten zu versenden und zu empfangen benutzt TCP Ports als Schnittstelle. Bei Anfragen (request) wird gezielt ein bestimmter Port beim Ziel angefragt (z.B. Port 80 für http). Für die Antwort öffnet der Client lokal einen wahllosen Port zwischen 1024-65535.
Der Header enthält u.a. die Sequenznummer, Flags, Ziel und Absender Portadressen. Keine IP Adressen.
TCP Verbindungen werden über ein Dreiwege-Handshake aufgebaut. Über das Dreiwege-Handshake werden Steuerinformationen ausgetauscht, die die logische End-to-End-Verbindung etablieren.
Dabei werden verschiedene Flags benutzt:
| URG | Wird das Flag URG auf 1 gesetzt, wird der Urgent Pointer (Dringendzeiger) verwendet |
| ACK | Îst der Wert im ACK-Bit gesetzt, dann ist die Bestätigungsnummer im Feld Acknowledgement Number gültig Ist das Bit auf 0 gesetzt, wird das Feld Acknowledgement Number wird ignoriert. |
| PSH | Wenn das PSH-Bit gesetzt ist, werden die Daten sofort bei Ankunft der adressierten Anwendung bereitgestellt. |
| RST | Das RST-Bit dient dazu eine Verbindung zurückzusetzen. |
| SYN | Das SYN-Flag (Synchronize Sequenze Numbers) wird verwendet, um Verbindungen aufzubauen. Zusammen mit der Acknowledgement Number und dem ACK-Bit wird die Verbindung im Form eines Dreiwege-Handshake aufgebaut. |
| FIN | Das FIN-Bit dient zum Beenden einer Verbindung. Das Bit ist gesetzt, wenn der Sender keine weiteren Daten zu Übertragen hat. Das Segment mit gesetztem FIN-Bit muß quittiert werden. |
Es ist möglich, dass die IP-Datengramme zwar korrekt beim Empfänger ankommen, aber in der falschen Reihenfolge. In diesem Fall muß TCP dafür sorgen, daß die Daten wieder in die richtige Reihenfolge gebracht werden. Hierfür verwendet TCP eine Sequenznummer und eine Bestätigungsnummer. Die Nummern geben die Stellung der Daten des Segments innerhalb des in der Verbindung ausgetauschten Datenstroms an. Die Sequenznummer gilt in Senderichtung, die Bestätigungsnummer für Empfangsquittungen. Diese Nummern werden beim Verbindungsaufbau ausgetauscht und gegenseitig quittiert. Bei der Datenübertragung wird die Sequenznummer vom Absender jeweils um die Anzahl der bereits gesendeten Bytes erhöht. Mit der Quittungsnummer gibt der Empfänger an, bis zu welchem Byte er die Daten bereits korrekt empfangen hat, und welches Byte als nächstes erwarten wird.
Dreiwege-Handshake:
-
1.
- C1 will eine Verbindung zu C2 aufbauen und sendet ein Segment, in dem das SYN-Flag gesetzt ist, und die generierte
Sequenznummer zur Datenübertragung entahlten ist zu C2.
2.
- C2 kann die Verbindung nun annehmen oder ablehnen. Nimmt er die Verbindung an, wird ein Bestätigungssegment
gesendet. In diesem Segment sind das SYN-Bit und das ACK-Bit gesetzt. C2 bestätigt die Sequenznummer von C1
3.
- C1 bestätigt C2 den Empfang des Bestätigungssegments mit einem Segment in dem das ACK-Flag gesetzt ist.
Dreiwege-Handshake (der Router R1 ist hierfür nicht von Bedeutung, da TCP in der vierten OSI Schicht arbeitet).
User Datagram Protocol (UDP) ist ein verbindungsloses paketorientiertes Transportprotokoll. Es werden keine unnötigen Kontrolldaten übertragen, dafür kann aber auch keine verlustfreie Übertragung garantiert werden. Ebenso kann die Reihenfolge der Datensegmente vertauscht werden. Mit UDP werden normalerweise nur Daten übertragen, für die es nicht zwingend notwendig ist, dass alle Daten korrekt ankommen. Z.B. Multicastanwendungen (Internet Radio, Nachrichtenticker...). Das einzige das geprüft werden kann ist ob die Checksumme nach erhalt der Nachricht noch korrekt ist. Um mehreren Prozessen gleichzeitig zu ermöglichen per UDP Daten zu versenden und zu empfangen benutzt UDP Ports als Schnittstelle. Bei Anfragen (request) wird gezielt ein bestimmter Port beim Ziel angefragt (z.B. Port 53 für DNS). Für die Antwort öffnet der Client lokal einen wahllosen Port zwischen 1024-65535.
Hier ein Beispiel aus der Internetpraxis.
2 Subnetze mit Router R1 verbunden
Der Client "C1" will die Website von "C2" öffnen. Hierfür muss C1 ersteinmal den Fully Qualified Domain Name (FQDN) auflösen. Wie er das funktioniert können Sie hier lesen. Nachdem C1 die Ip Adresse ermittelt hat, macht der Host ein Anding und stellt dabei fest, dass C2 in einem anderem Subnetz steht. Also versucht C1 seine Anfrage an sein Standardgateway "R1" zu senden. Da die Datenpakete im Netz aber nur auf Bitebene übertragen werden, sendet C1 ein ARP Broadcast ins lokale Netz um die IP Adresse des Routers in die MAC Adresse aufzulösen. Im ARP-Paket ist die MAC und IP von C1 hinterlegt. So kann der Router R1 gezielt C1 antworten. Der Client C1 sendet nun seine TCP/IP Verbindungsanfrage mit seiner eigenen IP- und MAC Absenderadresse, der Ziel IP von C2 und der Ziel Mac des Routers!! (immer nächstes Ziel auf Bitebene) im IP Header sowie Absenderport und Ziel-Port von C2, dem SYN Flag und der Sequenznummer im TCP Header.
Der Router bekommt das TCP/IP Paket, macht ein Anding und sendet ein ARP-Broadcast ins Netz wo C2 steht. C2 antwortet dem Router. Der Router tauscht die MAC Ziel Adresse gegen die C2 MAC Adresse im IP Header aus und sendet es weiter.
C2 wird die Anfrage mit einem TCP Flag "RST" (Abbruch) oder mit "ACK + SYN" beantworten (siehe oben "Dreiwege-Handshake"). Dabei wird natürlich die gleiche Verfahrensweise angewendet (Anding, ARP, Standardgateway...).
Hier gibt es das ganze noch etwas detalierter
Übrigens Ip-Adresse + Port nennt MS Windows Socket.