7. OSI-Schicht 4 – Transportschicht

TCP (Transmission Control Protocol) Erklärung

TCP einfach erklärt

TCP steht für Transmission Control Protocol.

TCP ist ein verbindungsorientiertes und zuverlässiges Transportprotokoll. Es arbeitet auf der Transportschicht des TCP/IP-Modells und sorgt dafür, dass Daten möglichst vollständig, geordnet und fehlerfrei beim Empfänger ankommen.

Typische Anwendungen mit TCP sind zum Beispiel:

HTTP/HTTPS
SSH
E-Mail
Dateiübertragung
Remote Desktop

Grundidee von TCP

TCP wird verwendet, wenn Daten zuverlässig übertragen werden sollen.

Das bedeutet:

- vor der Datenübertragung wird eine Verbindung aufgebaut
- Daten werden nummeriert
- empfangene Daten werden bestätigt
- fehlende Daten können erneut übertragen werden
- Daten werden in der richtigen Reihenfolge an die Anwendung weitergegeben

TCP ist dadurch zuverlässiger als UDP, hat aber mehr Verwaltungsaufwand.

Merksatz:

TCP = verbindungsorientiert, zuverlässig und geordnet
UDP = verbindungslos, schnell und mit weniger Kontrolle

TCP arbeitet mit Ports

Eine IP-Adresse zeigt auf einen Host im Netzwerk.

Beispiel:

192.168.0.50

Ein Port zeigt auf einen bestimmten Dienst oder eine Anwendung auf diesem Host.

Beispiel:

192.168.0.50:443

Das bedeutet:

192.168.0.50 = Host / Gerät
443          = Dienst / Anwendung, hier HTTPS

Typische TCP-Ports:

80   = HTTP
443  = HTTPS
22   = SSH
25   = SMTP
110  = POP3
143  = IMAP
3389 = Remote Desktop

Merksatz:

IP-Adresse = welcher Host?
Port        = welcher Dienst?
Socket      = IP-Adresse + Port

Socket bei TCP

Ein Socket ist die Kombination aus IP-Adresse und Port.

Beispiel:

192.168.0.50:443

Bei einer TCP-Verbindung gibt es immer zwei Seiten:

Client-Socket: 192.168.0.20:51544
Server-Socket: 93.184.216.34:443

Der Client verwendet oft einen zufälligen hohen Quellport. Der Server verwendet meistens einen bekannten festen Zielport.

Eine vollständige TCP-Verbindung wird also durch diese Informationen beschrieben:

Quell-IP
Quell-Port
Ziel-IP
Ziel-Port
Protokoll TCP

TCP-Verbindungsaufbau: 3-Wege-Handshake

Bevor TCP Daten überträgt, wird eine Verbindung aufgebaut. Dieser Verbindungsaufbau heißt 3-Wege-Handshake.

Dabei tauschen Client und Server Kontrollinformationen aus.

Ablauf:

Client                         Server

1. SYN  ---------------------> 
   Verbindungswunsch

2. SYN-ACK <------------------
   Verbindungswunsch bestätigt

3. ACK  --------------------->
   Bestätigung zurück

Verbindung steht

Was bedeutet SYN?

SYN ist die Abkürzung für:

Synchronize

Auf Deutsch:

synchronisieren

Beim TCP-Verbindungsaufbau bedeutet SYN:

Der Client möchte eine neue TCP-Verbindung starten
und seine Start-Sequenznummer mit dem Server synchronisieren.

SYN ist also nicht einfach nur „Hallo“, sondern enthält auch technische Informationen für den Start der Verbindung.

Was bedeutet SYN-ACK?

SYN-ACK besteht aus zwei Teilen:

SYN = Server möchte ebenfalls seine Start-Sequenznummer synchronisieren
ACK = Server bestätigt den SYN des Clients

Der Server sagt damit vereinfacht:

Ich habe deinen Verbindungswunsch erhalten.
Ich bin bereit.
Hier ist meine eigene Start-Sequenznummer.

Was bedeutet ACK?

ACK steht für:

Acknowledgement

Auf Deutsch:

Bestätigung

Beim dritten Schritt bestätigt der Client die Antwort des Servers.

Danach gilt:

Die TCP-Verbindung ist aufgebaut.
Daten können übertragen werden.

Merksatz:

SYN     = Verbindungswunsch + Start-Sequenznummer synchronisieren
SYN-ACK = Verbindungswunsch bestätigen + eigene Start-Sequenznummer senden
ACK     = Bestätigung zurücksenden

Sequenznummer ist keine Portnummer

Eine Sequenznummer ist nicht dasselbe wie eine Portnummer.

Eine Portnummer sagt:

Welcher Dienst oder welches Programm ist gemeint?

Eine Sequenznummer sagt:

An welcher Stelle im TCP-Datenstrom befinden sich diese Daten?

Merksatz:

Portnummer     = welcher Dienst?
Sequenznummer = welche Stelle im Datenstrom?

Oder einfacher:

Portnummer ist wie die Türnummer eines Dienstes.
Sequenznummer ist wie die Position der Daten im Datenstrom.

Was macht die Sequenznummer bei TCP?

TCP nummeriert nicht einfach nur einzelne Pakete wie „Paket 1, Paket 2, Paket 3“.

Technisch genauer:

TCP nummeriert die Bytes im Datenstrom.

Dadurch weiß der Empfänger:

- wo ein empfangenes TCP-Segment im Datenstrom beginnt
- ob Daten in der richtigen Reihenfolge angekommen sind
- ob Daten fehlen
- ob Daten doppelt angekommen sind

Ein TCP-Segment enthält eine Sequenznummer. Diese Sequenznummer zeigt, an welcher Position im Datenstrom die enthaltenen Daten beginnen.

Einfaches Beispiel für Sequenznummern

Segment 1: Sequenznummer 1000, enthält 500 Byte
Segment 2: Sequenznummer 1500, enthält 500 Byte
Segment 3: Sequenznummer 2000, enthält 500 Byte

Das bedeutet:

Segment 1 beginnt bei Byte 1000.
Segment 2 beginnt bei Byte 1500.
Segment 3 beginnt bei Byte 2000.

Wenn alles korrekt ankommt, kann der Empfänger die Daten in der richtigen Reihenfolge zusammensetzen.

Was passiert, wenn Daten verloren gehen?

Angenommen, Segment 2 geht verloren:

Segment 1 kommt an: Sequenznummer 1000
Segment 2 fehlt:    Sequenznummer 1500
Segment 3 kommt an: Sequenznummer 2000

Der Empfänger merkt:

Ich habe Daten ab 1000 bekommen.
Danach müsste eigentlich 1500 kommen.
Jetzt kommt aber schon 2000.
Also fehlt der Bereich ab 1500.

TCP erkennt dadurch, dass ein Teil der Daten fehlt.

Die fehlenden Daten können dann erneut übertragen werden.

ACK = Bestätigung empfangener Daten

Mit einem ACK bestätigt der Empfänger, welche Daten korrekt angekommen sind.

Vereinfacht gesagt:

ACK 1500 = Ich habe alles bis vor 1500 korrekt erhalten.
           Bitte sende als Nächstes die Daten ab 1500.

Wenn Daten fehlen, bestätigt der Empfänger nicht einfach alles als vollständig.

Stattdessen signalisiert er sinngemäß:

Ich erwarte weiterhin die Daten ab dieser Sequenznummer.

Dadurch erkennt der Sender, dass Daten erneut übertragen werden müssen.

Muss TCP komplett warten, wenn ein Segment fehlt?

Nicht unbedingt.

Später angekommene Daten können zwischengespeichert werden.

Beispiel:

Segment 1 kommt an.
Segment 2 fehlt.
Segment 3 kommt schon an.

TCP kann Segment 3 intern speichern.

Wichtig ist aber:

An die Anwendung werden die Daten erst in der richtigen Reihenfolge weitergegeben.

Das bedeutet:

Die Anwendung bekommt Segment 3 nicht vor Segment 2.
Erst wenn die fehlenden Daten angekommen sind,
werden die Daten geordnet weitergegeben.

Dadurch sieht die Anwendung einen zuverlässigen und geordneten Datenstrom.

Warum ist TCP zuverlässig?

TCP gilt als zuverlässig, weil es mehrere Kontrollmechanismen verwendet.

Dazu gehören:

- Verbindungsaufbau durch 3-Wege-Handshake
- Sequenznummern
- ACK-Bestätigungen
- erneute Übertragung verlorener Daten
- Reihenfolgekontrolle
- Erkennung doppelt empfangener Daten
- Flusskontrolle

Dadurch kann TCP sicherstellen, dass Daten vollständig und in der richtigen Reihenfolge beim Empfänger ankommen.

Flusskontrolle bei TCP

TCP verwendet Flusskontrolle, damit ein schneller Sender einen langsameren Empfänger nicht überfordert.

Der Empfänger kann dem Sender mitteilen, wie viele Daten er aktuell aufnehmen kann.

Das nennt man vereinfacht:

Empfangsfenster

Wenn der Empfänger nur wenig Speicher frei hat, kann er dem Sender signalisieren:

Sende langsamer oder warte kurz.

Dadurch wird verhindert, dass der Empfänger mit zu vielen Daten überlastet wird.

TCP-Verbindungsabbau

Eine TCP-Verbindung wird nicht einfach abrupt beendet, sondern kontrolliert geschlossen.

Dafür werden unter anderem FIN- und ACK-Nachrichten verwendet.

Vereinfacht:

Eine Seite sagt: Ich möchte die Verbindung beenden.
Die andere Seite bestätigt das.
Danach kann auch die andere Seite ihre Richtung schließen.

Typische Steuerbits beim Verbindungsabbau:

FIN = Verbindung geordnet beenden
ACK = Bestätigung

Merksatz:

SYN = Verbindung aufbauen
FIN = Verbindung beenden
ACK = bestätigen

TCP im Vergleich zu UDP

TCP:

- verbindungsorientiert
- zuverlässig
- geordnete Datenübertragung
- Bestätigungen durch ACKs
- erneute Übertragung verlorener Daten
- mehr Verwaltungsaufwand

UDP:

- verbindungslos
- geringer Verwaltungsaufwand
- keine eingebaute Zustellgarantie
- keine eingebaute Reihenfolgekontrolle
- keine eingebaute erneute Übertragung
- oft latenzärmer als TCP

TCP wird verwendet, wenn Zuverlässigkeit wichtig ist.

UDP wird häufig verwendet, wenn geringe Verzögerung wichtiger ist als vollständige Kontrolle.

Beispiel: TCP beim Webseitenaufruf

Wenn ein Client eine HTTPS-Webseite aufruft, passiert vereinfacht Folgendes:

1. Client möchte Website aufrufen.
2. Client baut TCP-Verbindung zum Server-Port 443 auf.
3. TCP führt den 3-Wege-Handshake aus.
4. Danach werden Daten übertragen.
5. TCP nummeriert die Daten mit Sequenznummern.
6. Der Empfänger bestätigt empfangene Daten mit ACKs.
7. Fehlende Daten werden erneut übertragen.
8. Die Anwendung erhält die Daten in der richtigen Reihenfolge.

Beispiel:

Client: 192.168.0.20:51544
Server: 93.184.216.34:443
Protokoll: TCP

Wichtige TCP-Begriffe

TCP = Transmission Control Protocol
SYN = Synchronize
ACK = Acknowledgement
FIN = Finish
Port = Dienstadresse auf einem Host
Socket = IP-Adresse + Port
Sequenznummer = Position der Daten im TCP-Datenstrom
3-Wege-Handshake = Verbindungsaufbau bei TCP

IHK-sichere Kurzformulierung

TCP ist ein verbindungsorientiertes und zuverlässiges Transportprotokoll. Vor der Datenübertragung wird durch den 3-Wege-Handshake eine Verbindung aufgebaut. TCP verwendet Sequenznummern, um die Reihenfolge der übertragenen Daten im Datenstrom festzulegen. Mit ACKs bestätigt der Empfänger korrekt erhaltene Daten. Fehlende Daten können erkannt und erneut übertragen werden. Dadurch stellt TCP eine geordnete und zuverlässige Datenübertragung bereit.

Merksätze

TCP = verbindungsorientiert, zuverlässig und geordnet

SYN     = Verbindung starten
SYN-ACK = Verbindung bestätigen und eigene Startnummer senden
ACK     = Bestätigung

Portnummer     = welcher Dienst?
Sequenznummer = welche Stelle im Datenstrom?

Sequenznummern helfen TCP zu erkennen,
ob Daten fehlen, doppelt angekommen sind
oder in falscher Reihenfolge eintreffen.

ACK bestätigt,
bis wohin Daten korrekt empfangen wurden.

Fehlende Daten werden erneut übertragen.
Später angekommene Daten können zwischengespeichert werden.
An die Anwendung geht alles erst in der richtigen Reihenfolge.

SYN = Verbindung aufbauen
FIN = Verbindung beenden
ACK = bestätigen

UDP (User Datagram Protocol) Erklärung

UDP einfach erklärt

UDP steht für User Datagram Protocol.

UDP ist ein verbindungsloses Transportprotokoll. Es arbeitet auf der Transportschicht des TCP/IP-Modells und wird verwendet, wenn Daten schnell und mit möglichst wenig Verwaltungsaufwand übertragen werden sollen.

UDP ist einfacher aufgebaut als TCP. Dafür bietet UDP aber keine eingebaute Garantie, dass Daten ankommen, vollständig sind oder in der richtigen Reihenfolge eintreffen.

Typische Anwendungen mit UDP sind zum Beispiel:

DNS
DHCP
VoIP
Video-Streaming
Audio-Streaming
Online-Gaming
QUIC / HTTP/3

Grundidee von UDP

UDP wird verwendet, wenn eine schnelle und einfache Datenübertragung wichtiger ist als vollständige Kontrolle.

Das bedeutet:

- keine feste Verbindung vor der Datenübertragung
- kein 3-Wege-Handshake
- keine eingebaute Zustellgarantie
- keine eingebaute Reihenfolgekontrolle
- keine automatische erneute Übertragung verlorener Daten
- geringer Verwaltungsaufwand

UDP sendet Daten einfach los. Ob die Gegenseite erreichbar ist oder ob die Daten vollständig ankommen, wird von UDP selbst nicht zuverlässig kontrolliert.

Merksatz:

UDP = verbindungslos, einfach und schnell
TCP = verbindungsorientiert, zuverlässig und geordnet

UDP arbeitet mit Ports

Auch UDP verwendet Ports, genau wie TCP.

Eine IP-Adresse zeigt auf einen Host im Netzwerk.

Beispiel:

192.168.0.50

Ein Port zeigt auf einen bestimmten Dienst oder eine Anwendung auf diesem Host.

Beispiel:

192.168.0.50:53

Das bedeutet:

192.168.0.50 = Host / Gerät
53           = Dienst / Anwendung, hier DNS

Typische UDP-Ports:

53    = DNS
67    = DHCP Server
68    = DHCP Client
123   = NTP
500   = IKE / IPsec
1194  = OpenVPN
51820 = WireGuard
443   = QUIC / HTTP/3

Wichtig:

Ein Port kann bei TCP und UDP unterschiedlich verwendet werden.

Beispiel:

TCP 443 = HTTPS über TCP
UDP 443 = QUIC / HTTP/3

Merksatz:

IP-Adresse = welcher Host?
Port        = welcher Dienst?
Socket      = IP-Adresse + Port

Socket bei UDP

Ein Socket ist die Kombination aus IP-Adresse und Port.

Beispiel:

192.168.0.50:53

Bei UDP kann ein Datenpaket von einem Quell-Socket zu einem Ziel-Socket gesendet werden.

Beispiel:

Client-Socket: 192.168.0.20:53000
Server-Socket: 192.168.0.1:53

Das bedeutet:

Client fragt von Port 53000 aus einen DNS-Server auf Port 53 an.

Eine UDP-Kommunikation wird also durch diese Informationen beschrieben:

Quell-IP
Quell-Port
Ziel-IP
Ziel-Port
Protokoll UDP

UDP hat keinen Verbindungsaufbau

Bei TCP gibt es vor der Datenübertragung einen 3-Wege-Handshake.

Bei UDP gibt es diesen Verbindungsaufbau nicht.

TCP:

Client                         Server

1. SYN  ---------------------> 
2. SYN-ACK <------------------
3. ACK  --------------------->

Verbindung steht

UDP:

Client                         Server

Datenpaket ------------------>

Keine vorherige Verbindung
Keine SYN-Nachricht
Kein SYN-ACK
Kein ACK durch UDP selbst

UDP sendet also direkt ein Datagramm an den Empfänger.

Merksatz:

TCP fragt vorher: Darf ich eine Verbindung aufbauen?
UDP sendet direkt los.

Was ist ein UDP-Datagramm?

Die Dateneinheit bei UDP nennt man Datagramm.

Ein UDP-Datagramm enthält unter anderem:

- Quellport
- Zielport
- Länge
- Prüfsumme
- Nutzdaten

UDP ist dadurch sehr schlank aufgebaut.

Wichtig:

UDP nummeriert die Daten nicht wie TCP mit Sequenznummern.

Deshalb kann UDP selbst nicht zuverlässig erkennen, ob ein Datagramm fehlt oder in falscher Reihenfolge angekommen ist.

UDP hat keine Sequenznummern wie TCP

TCP verwendet Sequenznummern, um die Position der Daten im Datenstrom festzulegen.

UDP macht das nicht.

TCP:

Segment 1: Sequenznummer 1000
Segment 2: Sequenznummer 1500
Segment 3: Sequenznummer 2000

UDP:

Datagramm 1 wird gesendet.
Datagramm 2 wird gesendet.
Datagramm 3 wird gesendet.

UDP selbst merkt sich keine Reihenfolge.

Wenn ein UDP-Datagramm verloren geht, wird es von UDP nicht automatisch erneut angefordert.

Wenn UDP-Datagramme in falscher Reihenfolge ankommen, sortiert UDP sie nicht automatisch.

Merksatz:

TCP kontrolliert die Reihenfolge.
UDP sendet einzelne Datagramme ohne Reihenfolgegarantie.

UDP hat keine eingebaute Zustellgarantie

UDP garantiert nicht, dass ein Datagramm beim Empfänger ankommt.

Ein UDP-Datagramm kann unterwegs verloren gehen, zum Beispiel durch:

- Netzwerküberlastung
- Paketverlust
- Routing-Probleme
- Firewall-Regeln
- fehlerhafte Übertragung

UDP selbst sendet verlorene Datagramme nicht automatisch erneut.

Das bedeutet:

Wenn ein UDP-Datagramm verloren geht,
merkt UDP selbst das nicht zuverlässig
und fordert es nicht automatisch erneut an.

Wenn eine Anwendung trotzdem Zuverlässigkeit braucht, muss sie diese selbst oberhalb von UDP einbauen.

Beispiele dafür sind:

- eigene Bestätigungen
- eigene Sequenznummern
- eigene Wiederholungen
- Fehlerkorrektur auf Anwendungsebene

UDP hat keine eingebaute Reihenfolgekontrolle

UDP garantiert nicht, dass Datagramme in der gesendeten Reihenfolge ankommen.

Beispiel:

Gesendet:
Datagramm 1
Datagramm 2
Datagramm 3

Angekommen:
Datagramm 1
Datagramm 3
Datagramm 2

UDP sortiert diese Datagramme nicht automatisch.

Wenn die Reihenfolge wichtig ist, muss die Anwendung selbst dafür sorgen.

Beispiel:

Eine Anwendung kann eigene Nummern in die Nutzdaten schreiben,
um die Reihenfolge später selbst zu prüfen.

Merksatz:

UDP liefert Datagramme so ab, wie sie ankommen.
UDP sortiert nicht automatisch.

UDP hat weniger Verwaltungsaufwand als TCP

UDP hat weniger Verwaltungsaufwand, weil es keinen Verbindungsaufbau, keine Sequenznummern, keine ACKs und keine automatische Wiederholung verlorener Daten gibt.

Dadurch ist UDP oft:

- einfacher
- schneller beim Start
- latenzärmer
- ressourcenschonender

Wichtig:

UDP ist nicht automatisch immer schneller im Sinne von höherer Datenrate.

Besser formuliert:

UDP hat weniger Verwaltungsaufwand als TCP und kann dadurch schneller bzw. latenzärmer sein.

Das ist besonders bei Anwendungen wichtig, bei denen Echtzeit wichtiger ist als perfekte Vollständigkeit.

Warum nutzt man UDP trotz fehlender Garantie?

UDP wird genutzt, weil bei manchen Anwendungen verlorene Daten weniger schlimm sind als Verzögerungen.

Beispiel VoIP:

Bei einem Telefonat ist es besser,
wenn ein kleines Audiostück kurz fehlt,
als wenn die Sprache stark verzögert ankommt.

Beispiel Online-Gaming:

Bei schnellen Positionsdaten ist es oft besser,
aktuelle Daten zu bekommen,
als alte verlorene Daten nachträglich zu übertragen.

Beispiel Streaming:

Bei Live-Video ist geringe Verzögerung wichtiger
als jedes einzelne Paket nachträglich zu retten.

Merksatz:

UDP wird häufig verwendet,
wenn Aktualität wichtiger ist als vollständige Nachlieferung.

Beispiel: DNS mit UDP

DNS verwendet sehr häufig UDP auf Port 53.

Ablauf vereinfacht:

1. Client möchte wissen, welche IP-Adresse zu einer Domain gehört.
2. Client sendet eine DNS-Anfrage per UDP an Port 53.
3. DNS-Server antwortet per UDP.
4. Die Antwort enthält die passende IP-Adresse.

Beispiel:

Client: 192.168.0.20:53000
DNS-Server: 192.168.0.1:53
Protokoll: UDP

Warum UDP hier sinnvoll ist:

- DNS-Anfragen sind meist klein
- eine Verbindung vorher aufzubauen wäre zusätzlicher Aufwand
- bei Verlust kann die Anfrage einfach erneut gestellt werden

Wichtig:

DNS kann auch TCP verwenden,
zum Beispiel bei größeren Antworten oder Zonentransfers.

Beispiel: VoIP mit UDP

Bei VoIP werden Sprachdaten in kleinen Paketen übertragen.

UDP eignet sich hier gut, weil geringe Verzögerung besonders wichtig ist.

Beispiel:

Sprecher → Sprachpakete → Netzwerk → Empfänger

Wenn ein kleines Sprachpaket verloren geht, ist das meist weniger schlimm als eine große Verzögerung.

Deshalb ist bei VoIP oft wichtiger:

geringe Latenz statt vollständige Nachlieferung

Beispiel: Online-Gaming mit UDP

Online-Spiele übertragen häufig Positionsdaten, Bewegungen und Zustände.

Beispiel:

Spielerposition
Blickrichtung
Bewegung
Aktionen

Wenn ein altes Positionspaket verloren geht, ist es oft nicht sinnvoll, es später noch nachzuliefern.

Wichtiger ist:

Der aktuelle Zustand soll möglichst schnell ankommen.

Deshalb wird für solche Echtzeitdaten häufig UDP genutzt.

QUIC und HTTP/3 nutzen UDP

QUIC ist ein modernes Transportprotokoll, das auf UDP basiert.

HTTP/3 verwendet QUIC.

Vereinfacht:

HTTP/3 läuft über QUIC.
QUIC läuft über UDP.
UDP läuft über IP.

Wichtig:

QUIC nutzt UDP als Grundlage,
baut aber eigene Funktionen für Zuverlässigkeit,
Verschlüsselung und Verbindungssteuerung ein.

Das bedeutet:

UDP selbst ist einfach und verbindungslos.
QUIC ergänzt darauf zusätzliche moderne Funktionen.

UDP und Firewall

Firewalls können UDP-Verkehr filtern, genau wie TCP-Verkehr.

Dabei werden zum Beispiel geprüft:

- Quell-IP
- Ziel-IP
- Quellport
- Zielport
- Protokoll UDP

Da UDP keine feste Verbindung wie TCP aufbaut, ist die Zustandsverfolgung schwieriger.

Eine Stateful Firewall kann sich aber trotzdem merken, dass ein interner Client ein UDP-Datagramm nach außen gesendet hat.

Beispiel:

Client sendet DNS-Anfrage an DNS-Server.
Firewall merkt sich diese Anfrage kurzzeitig.
DNS-Antwort darf zurück.
Unerwartete UDP-Pakete von außen werden blockiert.

Merksatz:

Auch UDP kann von einer Stateful Firewall verfolgt werden,
aber ohne echten TCP-Verbindungszustand.

UDP und NAT/PAT

Auch UDP kann über NAT/PAT ins Internet gehen.

Beispiel:

Interner Client: 192.168.0.20:53000
Öffentliche IP: 84.10.20.30:40001
DNS-Server: 1.1.1.1:53

Die Firewall bzw. der Router merkt sich die Zuordnung:

192.168.0.20:53000 → 84.10.20.30:40001

Wenn die Antwort vom DNS-Server zurückkommt, weiß der Router:

Diese Antwort gehört zurück an 192.168.0.20:53000.

Wichtig:

Bei UDP sind solche NAT-Zuordnungen meist zeitlich begrenzt,
weil es keine dauerhaft aufgebaute Verbindung wie bei TCP gibt.

UDP im Vergleich zu TCP

TCP:

- verbindungsorientiert
- 3-Wege-Handshake
- zuverlässig
- Sequenznummern
- ACK-Bestätigungen
- erneute Übertragung verlorener Daten
- Reihenfolgekontrolle
- mehr Verwaltungsaufwand

UDP:

- verbindungslos
- kein 3-Wege-Handshake
- keine eingebaute Zustellgarantie
- keine eingebaute Reihenfolgekontrolle
- keine automatische erneute Übertragung
- weniger Verwaltungsaufwand
- oft latenzärmer

Merksatz:

TCP kontrolliert stärker.
UDP ist schlanker und direkter.

Wann verwendet man TCP?

TCP verwendet man, wenn Daten zuverlässig und vollständig ankommen müssen.

Beispiele:

- Webseiten über HTTP/HTTPS
- Dateiübertragung
- SSH
- E-Mail
- Remote Desktop

Hier wäre es schlecht, wenn Daten fehlen oder in falscher Reihenfolge bei der Anwendung ankommen.

Wann verwendet man UDP?

UDP verwendet man häufig, wenn geringe Verzögerung wichtiger ist als vollständige Kontrolle.

Beispiele:

- DNS
- DHCP
- VoIP
- Live-Streaming
- Online-Gaming
- NTP
- VPN-Protokolle wie WireGuard
- QUIC / HTTP/3

Hier ist es oft besser, schnell weiterzumachen, statt verlorene alte Daten nachzuliefern.

Ist UDP unsicherer als TCP?

UDP ist nicht automatisch „unsicherer“ als TCP.

UDP hat nur weniger eingebaute Kontrollfunktionen.

Sicherheit hängt vor allem davon ab:

- welches Anwendungsprotokoll verwendet wird
- ob Verschlüsselung eingesetzt wird
- wie die Firewall konfiguriert ist
- ob der Dienst korrekt abgesichert ist

Beispiel:

QUIC nutzt UDP,
kann aber trotzdem verschlüsselte Kommunikation ermöglichen.

UDP bedeutet also nicht automatisch unsicher. Es bedeutet nur:

UDP selbst garantiert weniger als TCP.

Wichtige UDP-Begriffe

UDP = User Datagram Protocol
Datagramm = einzelne UDP-Dateneinheit
Port = Dienstadresse auf einem Host
Socket = IP-Adresse + Port
Quellport = Port des sendenden Systems
Zielport = Port des empfangenden Dienstes
Prüfsumme = einfache Fehlererkennung im UDP-Datagramm

IHK-sichere Kurzformulierung

UDP ist ein verbindungsloses Transportprotokoll mit geringem Verwaltungsaufwand. Im Gegensatz zu TCP baut UDP vor der Datenübertragung keine Verbindung auf und bietet keine eingebaute Garantie für Zustellung, Reihenfolge oder erneute Übertragung verlorener Daten. Dadurch ist UDP besonders für Anwendungen geeignet, bei denen geringe Verzögerung wichtiger ist als vollständige Kontrolle, zum Beispiel DNS, VoIP, Streaming oder Online-Gaming.

Merksätze

UDP = verbindungslos, einfach und mit wenig Verwaltungsaufwand

UDP sendet direkt los.
TCP baut vorher eine Verbindung auf.

UDP garantiert nicht,
dass Datagramme ankommen,
in richtiger Reihenfolge ankommen
oder erneut übertragen werden.

UDP ist oft latenzärmer als TCP,
aber nicht automatisch immer schneller in jeder Situation.

TCP = Zuverlässigkeit und Kontrolle
UDP = Geschwindigkeit und geringer Verwaltungsaufwand

Wenn UDP Zuverlässigkeit braucht,
muss die Anwendung diese selbst einbauen.

DNS, VoIP, Streaming und Online-Gaming
sind typische Beispiele für UDP.

TCP versus UDP

TCP und UDP sind beide Transportprotokolle. Sie arbeiten auf der Transportschicht und sorgen dafür, dass Daten zwischen Anwendungen auf verschiedenen Geräten übertragen werden können.

Der wichtigste Unterschied ist:

TCP baut vor der Datenübertragung eine Verbindung auf.
UDP sendet Daten ohne vorherigen Verbindungsaufbau direkt los.

TCP kurz erklärt

TCP steht für Transmission Control Protocol.

TCP ist:

- verbindungsorientiert
- zuverlässig
- geordnet
- kontrolliert
- mit mehr Verwaltungsaufwand verbunden

Bei TCP wird vor der Übertragung der eigentlichen Nutzdaten zuerst eine Verbindung aufgebaut. Dieser Verbindungsaufbau heißt 3-Wege-Handshake.

Client                         Server

1. SYN  --------------------->   Verbindungswunsch
2. SYN-ACK <------------------   Bestätigung + eigene Start-Sequenznummer
3. ACK  --------------------->   Bestätigung

Danach ist die TCP-Verbindung aufgebaut.
Erst danach werden die eigentlichen Nutzdaten übertragen.

Wichtig:

Nicht ACK ist der erste Schritt.
Der erste Schritt ist SYN.
ACK ist die Bestätigung im dritten Schritt.

Was bedeutet SYN bei TCP?

SYN steht für:

Synchronize

Auf Deutsch:

synchronisieren

SYN bedeutet beim TCP-Verbindungsaufbau:

Der Client möchte eine neue TCP-Verbindung starten
und seine Start-Sequenznummer mit dem Server synchronisieren.

SYN ist also der Verbindungswunsch und gleichzeitig der Start der Synchronisation der Sequenznummern.

Was bedeutet SYN-ACK bei TCP?

SYN-ACK besteht aus zwei Teilen:

SYN = Server möchte ebenfalls seine Start-Sequenznummer synchronisieren
ACK = Server bestätigt den SYN des Clients

Der Server sagt damit vereinfacht:

Ich habe deinen Verbindungswunsch erhalten.
Ich bin bereit.
Hier ist meine eigene Start-Sequenznummer.

Was bedeutet ACK bei TCP?

ACK steht für:

Acknowledgement

Auf Deutsch:

Bestätigung

Mit ACK bestätigt eine Seite, dass bestimmte Daten oder Steuerinformationen angekommen sind.

Beim 3-Wege-Handshake bestätigt der Client mit ACK die Antwort des Servers.

Merksatz:

SYN     = Verbindung starten und Sequenznummer synchronisieren
SYN-ACK = Verbindung bestätigen und eigene Startnummer senden
ACK     = Bestätigung zurücksenden

UDP kurz erklärt

UDP steht für User Datagram Protocol.

UDP ist:

- verbindungslos
- einfach
- schnell bzw. oft latenzärmer
- mit wenig Verwaltungsaufwand verbunden
- ohne eingebaute Zustellgarantie
- ohne eingebaute Reihenfolgekontrolle
- ohne automatische erneute Übertragung verlorener Daten

Bei UDP gibt es keinen 3-Wege-Handshake.

Client                         Server

Daten ----------------------->

Kein SYN
Kein SYN-ACK
Kein verbindungsaufbauendes ACK

UDP sendet Datagramme direkt los. UDP selbst prüft nicht zuverlässig, ob die Gegenseite bereit ist oder ob die Daten vollständig angekommen sind.

Nutzdaten bei TCP und UDP

Nutzdaten sind die eigentlichen Inhalte, die eine Anwendung übertragen möchte.

Beispiele:

- Webseiteninhalte
- Dateien
- Sprache
- Videodaten
- DNS-Anfragen
- Spielinformationen

Bei TCP gilt:

Erst Verbindungsaufbau,
dann Nutzdaten.

Bei UDP gilt:

Kein Verbindungsaufbau,
Nutzdaten werden direkt als Datagramm gesendet.

Sequenznummern bei TCP

TCP verwendet Sequenznummern.

Eine Sequenznummer ist keine Portnummer.

Portnummer     = welcher Dienst?
Sequenznummer = welche Stelle im Datenstrom?

TCP nummeriert technisch gesehen die Bytes im Datenstrom. Dadurch kann der Empfänger erkennen:

- welche Daten angekommen sind
- ob Daten fehlen
- ob Daten doppelt angekommen sind
- ob Daten in falscher Reihenfolge angekommen sind

Beispiel:

Segment 1: Sequenznummer 1000, enthält 500 Byte
Segment 2: Sequenznummer 1500, enthält 500 Byte
Segment 3: Sequenznummer 2000, enthält 500 Byte

Wenn Segment 2 fehlt, merkt TCP:

Nach 1000 müsste 1500 kommen.
Wenn schon 2000 kommt, fehlt der Bereich ab 1500.

Fehlende Daten können dann erneut übertragen werden.

UDP hat keine TCP-Sequenznummern

UDP nummeriert die Daten nicht wie TCP mit Sequenznummern.

UDP sendet einzelne Datagramme.

Datagramm 1 wird gesendet.
Datagramm 2 wird gesendet.
Datagramm 3 wird gesendet.

UDP selbst merkt sich dabei keine Reihenfolge.

Wenn ein Datagramm verloren geht, fordert UDP es nicht automatisch erneut an.

Wenn Datagramme in falscher Reihenfolge ankommen, sortiert UDP sie nicht automatisch.

Zuverlässigkeit

TCP ist zuverlässig, weil es mehrere Kontrollmechanismen verwendet:

- Verbindungsaufbau durch 3-Wege-Handshake
- Sequenznummern
- ACK-Bestätigungen
- erneute Übertragung verlorener Daten
- Reihenfolgekontrolle
- Erkennung doppelt empfangener Daten
- Flusskontrolle

UDP hat diese Zuverlässigkeit nicht eingebaut.

UDP garantiert nicht:

- dass Daten ankommen
- dass Daten vollständig ankommen
- dass Daten in der richtigen Reihenfolge ankommen
- dass verlorene Daten erneut übertragen werden

Wenn eine Anwendung über UDP trotzdem Zuverlässigkeit benötigt, muss sie diese selbst einbauen.

Beispiele:

- eigene Bestätigungen
- eigene Sequenznummern
- eigene Wiederholungen
- Fehlerkorrektur auf Anwendungsebene

Geschwindigkeit und Verwaltungsaufwand

TCP hat mehr Verwaltungsaufwand, weil es Verbindungen aufbaut, Daten bestätigt, Reihenfolgen prüft und verlorene Daten erneut überträgt.

UDP hat weniger Verwaltungsaufwand, weil es diese Funktionen nicht eingebaut hat.

Deshalb ist UDP oft latenzärmer.

Wichtig:

UDP ist nicht automatisch immer schneller im Sinne von höherer Datenrate.
UDP hat aber weniger Verwaltungsaufwand und kann dadurch schneller reagieren.

Besser formuliert:

UDP ist oft latenzärmer als TCP,
weil es keinen Verbindungsaufbau und weniger Kontrollmechanismen hat.

Typische Anwendungen für TCP

TCP wird verwendet, wenn Daten zuverlässig und vollständig ankommen müssen.

Beispiele:

- HTTP/HTTPS über TCP
- SSH
- E-Mail
- Dateiübertragung
- Remote Desktop
- Datenbankverbindungen

Hier wäre es problematisch, wenn Daten fehlen oder in falscher Reihenfolge bei der Anwendung ankommen.

Beispiel:

Bei einer Dateiübertragung darf kein Teil der Datei fehlen.
Bei SSH müssen Befehle korrekt und in richtiger Reihenfolge ankommen.
Bei Webseiten sollen Inhalte vollständig übertragen werden.

Typische Anwendungen für UDP

UDP wird häufig verwendet, wenn geringe Verzögerung wichtiger ist als vollständige Kontrolle.

Beispiele:

- DNS
- DHCP
- VoIP
- Live-Streaming
- Online-Gaming
- NTP
- WireGuard
- QUIC / HTTP/3

Beispiel VoIP:

Bei einem Telefonat ist es besser,
wenn ein kleines Audiostück kurz fehlt,
als wenn die Sprache stark verzögert ankommt.

Beispiel Online-Gaming:

Bei schnellen Positionsdaten ist der aktuelle Zustand wichtiger
als ein altes verlorenes Paket nachträglich zu übertragen.

DNS als Beispiel für UDP

DNS nutzt sehr häufig UDP auf Port 53.

Ablauf vereinfacht:

1. Client fragt per UDP beim DNS-Server an.
2. DNS-Server antwortet per UDP.
3. Die Antwort enthält die passende IP-Adresse zur Domain.

Beispiel:

Client:     192.168.0.20:53000
DNS-Server: 192.168.0.1:53
Protokoll:  UDP

Warum UDP hier sinnvoll ist:

- DNS-Anfragen sind meist klein.
- Ein TCP-Verbindungsaufbau wäre zusätzlicher Aufwand.
- Bei Verlust kann die Anfrage einfach erneut gestellt werden.

Wichtig:

DNS kann auch TCP verwenden,
zum Beispiel bei größeren Antworten oder Zonentransfers.

QUIC und HTTP/3

QUIC ist ein modernes Transportprotokoll, das auf UDP basiert.

HTTP/3 läuft über QUIC.
QUIC läuft über UDP.
UDP läuft über IP.

Wichtig:

UDP selbst ist einfach und verbindungslos.
QUIC baut darauf eigene Funktionen für Verbindung, Zuverlässigkeit und Verschlüsselung auf.

Das bedeutet:

Nur weil UDP selbst keine TCP-Zuverlässigkeit bietet,
kann ein Protokoll oberhalb von UDP trotzdem eigene Kontrollmechanismen einbauen.

TCP und UDP mit Ports

Sowohl TCP als auch UDP verwenden Ports.

IP-Adresse = welcher Host?
Port        = welcher Dienst?
Socket      = IP-Adresse + Port

Wichtig:

TCP-Port 443 und UDP-Port 443 sind technisch getrennt.

Beispiel:

TCP 443 = HTTPS über TCP
UDP 443 = QUIC / HTTP/3

Ein Dienst kann also denselben Port bei TCP und UDP unterschiedlich verwenden.

Firewall-Bezug

Firewalls können sowohl TCP als auch UDP filtern.

Dabei prüfen sie zum Beispiel:

- Quell-IP
- Ziel-IP
- Quellport
- Zielport
- Protokoll TCP oder UDP

Bei TCP kann eine Stateful Firewall den Verbindungszustand gut erkennen:

SYN → SYN-ACK → ACK → Verbindung steht

Bei UDP gibt es keinen echten Verbindungszustand wie bei TCP. Eine Stateful Firewall kann sich aber trotzdem kurzzeitig merken, dass ein internes Gerät ein UDP-Datagramm nach außen gesendet hat.

Beispiel:

Client sendet DNS-Anfrage per UDP nach außen.
Firewall merkt sich diese Anfrage kurzzeitig.
DNS-Antwort darf zurück.
Unerwartete UDP-Pakete von außen werden blockiert.

TCP versus UDP als Tabelle

Merkmal TCP UDP
Voller Name Transmission Control Protocol User Datagram Protocol
Verbindungsaufbau Ja, 3-Wege-Handshake Nein
Erste Nachricht SYN Direkt Datagramm/Nutzdaten
Zuverlässigkeit Eingebaut Nicht eingebaut
Reihenfolgekontrolle Ja Nein
Sequenznummern Ja Nicht wie TCP
ACK-Bestätigungen Ja Nicht durch UDP selbst
Erneute Übertragung Ja Nein
Verwaltungsaufwand Höher Geringer
Latenz Oft höher Oft geringer
Typische Nutzung Zuverlässige Datenübertragung Echtzeit oder kleine schnelle Anfragen
Beispiele HTTPS, SSH, E-Mail, Dateiübertragung DNS, VoIP, Streaming, Gaming, QUIC

Einfacher Vergleich

TCP ist wie ein Einschreiben:

Es wird geprüft, bestätigt und bei Problemen erneut gesendet.

UDP ist wie eine Postkarte:

Sie wird direkt abgeschickt, aber es gibt keine eingebaute Garantie,
dass sie ankommt oder in welcher Reihenfolge sie ankommt.

IHK-sichere Kurzformulierung

TCP ist ein verbindungsorientiertes und zuverlässiges Transportprotokoll. Vor der Datenübertragung wird über den 3-Wege-Handshake eine Verbindung aufgebaut. TCP verwendet Sequenznummern, ACK-Bestätigungen, Reihenfolgekontrolle und erneute Übertragung verlorener Daten. Dadurch eignet sich TCP für Anwendungen, bei denen Daten vollständig und korrekt ankommen müssen.

UDP ist ein verbindungsloses Transportprotokoll mit geringem Verwaltungsaufwand. UDP baut vor dem Senden keine Verbindung auf und bietet keine eingebaute Garantie für Zustellung, Reihenfolge oder erneute Übertragung verlorener Daten. Dadurch eignet sich UDP besonders für Anwendungen, bei denen geringe Verzögerung wichtiger ist als vollständige Kontrolle.

Merksätze

TCP = erst Verbindung aufbauen, dann Nutzdaten senden

UDP = keine Verbindung aufbauen, Daten direkt senden

TCP = zuverlässig, geordnet und kontrolliert

UDP = verbindungslos, schlank und oft latenzärmer

TCP fragt vorher:
"Darf ich eine Verbindung aufbauen?"

UDP sendet direkt:
"Hier sind die Daten."

TCP nutzt SYN, SYN-ACK und ACK für den Verbindungsaufbau.

UDP hat keinen 3-Wege-Handshake.

TCP erkennt fehlende Daten und überträgt sie erneut.

UDP macht das nicht automatisch.

TCP eignet sich für vollständige Daten.

UDP eignet sich für schnelle oder zeitkritische Daten.

7.1 OSI-Schicht 4 – Transportschicht

Die Transportschicht ist Schicht 4 des OSI-Modells.

Sie liegt zwischen:

Schicht 3: Vermittlungsschicht / Netzwerkschicht
und
Schicht 5: Sitzungsschicht

Die Hauptaufgabe von Schicht 4 ist:

Daten zwischen Anwendungen auf Endgeräten transportieren.

Dabei geht es besonders um:

- TCP
- UDP
- Ports
- Verbindungen
- Zuverlässigkeit
- Reihenfolge
- Flusskontrolle
- Fehlerbehandlung
- Segmentierung

Merksatz:

Schicht 4 = Transport zwischen Anwendungen mit TCP, UDP und Ports.

Grundidee von Schicht 4

Schicht 3 bringt IP-Pakete von einem Gerät zu einem anderen Gerät.

Schicht 4 sorgt dafür, dass die Daten zur richtigen Anwendung auf diesem Gerät gelangen.

Beispiel:

Ein Server hat eine IP-Adresse.
Auf dem Server laufen mehrere Dienste.

Zum Beispiel:

Webserver
SSH
Mailserver
Datenbank

Damit klar ist, welcher Dienst gemeint ist, nutzt Schicht 4 Ports.

Merksatz:

IP bringt zum Gerät.
Port bringt zur Anwendung.

Einordnung im OSI-Modell

OSI-Schicht Name Aufgabe
7 Anwendungsschicht Netzwerkdienste für Anwendungen
6 Darstellungsschicht Darstellung, Codierung, Verschlüsselung
5 Sitzungsschicht Sitzungen verwalten
4 Transportschicht Transport zwischen Anwendungen
3 Vermittlungsschicht / Netzwerkschicht IP-Adressierung und Routing
2 Sicherungsschicht Frames, MAC-Adressen, lokale Übertragung
1 Bitübertragungsschicht Bits als Signale übertragen

Merksatz:

Schicht 4 sitzt über IP
und unter den Anwendungsschichten.

Warum braucht man Schicht 4?

Schicht 3 kennt IP-Adressen.

Eine IP-Adresse sagt:

welches Gerät?

Aber ein Gerät kann viele Dienste gleichzeitig anbieten.

Beispiel Server:

Dienst typischer Port
HTTP 80
HTTPS 443
SSH 22
DNS 53
SMTP 25
IMAP 143
RDP 3389

Schicht 4 sorgt dafür, dass Daten beim richtigen Dienst landen.

Merksatz:

Ohne Ports wüsste ein Gerät nicht,
für welchen Dienst die Daten bestimmt sind.

Ports

Ein Port ist eine logische Nummer auf Schicht 4.

Ports werden verwendet, um Anwendungen oder Dienste auf einem Gerät zu unterscheiden.

Beispiel:

IP-Adresse:
192.168.10.50

Port:
443

Zusammen:

192.168.10.50:443

Das bedeutet:

Dienst auf Port 443
auf dem Gerät 192.168.10.50

Merksatz:

Port = logische Dienstnummer auf Schicht 4.

Port ist nicht gleich Switch-Port

Der Begriff Port kann verwirrend sein.

Begriff Bedeutung Schicht
Switch-Port physischer Anschluss am Switch 1 / 2
TCP-Port logische Dienstnummer 4
UDP-Port logische Dienstnummer 4

Beispiel:

Switch-Port 5:
Kabel steckt am Switch.

TCP-Port 443:
HTTPS-Dienst auf einem Server.

Merksatz:

Switch-Port = physisch.
TCP-/UDP-Port = logisch.

TCP

TCP steht für:

Transmission Control Protocol

TCP ist ein verbindungsorientiertes Transportprotokoll.

Das bedeutet:

Vor der eigentlichen Datenübertragung wird eine Verbindung aufgebaut.

TCP bietet unter anderem:

- Verbindungsaufbau
- zuverlässige Übertragung
- Reihenfolge der Daten
- Bestätigungen
- erneute Übertragung bei Verlust
- Flusskontrolle
- Staukontrolle

Merksatz:

TCP = zuverlässig und verbindungsorientiert.

UDP

UDP steht für:

User Datagram Protocol

UDP ist ein verbindungsloses Transportprotokoll.

Das bedeutet:

Es wird keine Verbindung wie bei TCP aufgebaut.

UDP sendet Datagramme ohne eingebaute Garantie für:

- Zustellung
- Reihenfolge
- erneute Übertragung
- Bestätigung

UDP ist dadurch einfacher und schneller, aber weniger zuverlässig.

Merksatz:

UDP = schnell und verbindungslos.

TCP und UDP im Vergleich

Merkmal TCP UDP
Verbindungsaufbau ja nein
Zuverlässigkeit hoch keine eingebaute Garantie
Reihenfolge wird sichergestellt keine eingebaute Garantie
Bestätigung ja nein
erneute Übertragung ja nein
Overhead höher geringer
typische Nutzung Web, Mail, SSH DNS, VoIP, Streaming, Gaming

Merksatz:

TCP = sicherer Transport.
UDP = schlanker Transport.

Verbindungsorientiert

Verbindungsorientiert bedeutet:

Vor der Datenübertragung wird eine Verbindung aufgebaut.

TCP arbeitet verbindungsorientiert.

Dabei wird geprüft:

Ist die Gegenstelle erreichbar?
Können beide Seiten kommunizieren?
Welche Anfangswerte werden verwendet?

Erst danach werden Nutzdaten übertragen.

Merksatz:

Verbindungsorientiert = Verbindung vor Datenübertragung.

Verbindungslos

Verbindungslos bedeutet:

Es wird keine feste Verbindung aufgebaut.

UDP arbeitet verbindungslos.

Ein UDP-Datagramm wird einfach gesendet.

Der Sender weiß durch UDP allein nicht sicher:

ob es angekommen ist
ob es in richtiger Reihenfolge angekommen ist
ob es mehrfach angekommen ist

Wenn eine Anwendung Zuverlässigkeit braucht, muss sie das selbst lösen.

Merksatz:

Verbindungslos = senden ohne vorherigen Verbindungsaufbau.

TCP-Handshake

TCP baut eine Verbindung mit dem sogenannten Drei-Wege-Handshake auf.

Die drei Schritte sind:

1. SYN
2. SYN-ACK
3. ACK

Vereinfacht:

Client:
Ich möchte eine Verbindung aufbauen.

Server:
Einverstanden, ich bestätige.

Client:
Bestätigung erhalten.

Danach beginnt die eigentliche Datenübertragung.

Merksatz:

TCP-Verbindung startet mit SYN, SYN-ACK, ACK.

Drei-Wege-Handshake

Schritt Richtung Bedeutung
1 Client → Server SYN
2 Server → Client SYN-ACK
3 Client → Server ACK

SYN bedeutet:

Synchronize

ACK bedeutet:

Acknowledgement

Nach dem dritten Schritt gilt die TCP-Verbindung als aufgebaut.

Merksatz:

Drei-Wege-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

TCP-Bestätigungen

TCP arbeitet mit Bestätigungen.

Wenn Daten ankommen, bestätigt der Empfänger den Empfang.

Wenn Daten verloren gehen, können sie erneut übertragen werden.

Dadurch erreicht TCP eine zuverlässige Datenübertragung.

Beispiel:

Sender sendet Daten.
Empfänger bestätigt Empfang.
Sender weiß:
Daten sind angekommen.

Merksatz:

TCP nutzt ACKs zur Bestätigung.

Reihenfolge bei TCP

TCP sorgt dafür, dass Daten in der richtigen Reihenfolge an die Anwendung übergeben werden.

Wenn Datenpakete unterwegs vertauscht ankommen, kann TCP sie wieder sortieren.

Beispiel:

gesendet:
Teil 1, Teil 2, Teil 3

angekommen:
Teil 1, Teil 3, Teil 2

TCP kann die Reihenfolge für die Anwendung wieder herstellen.

Merksatz:

TCP stellt die Reihenfolge der Daten sicher.

Sequenznummern

TCP nutzt Sequenznummern.

Sie helfen dabei:

- Daten in Reihenfolge zu bringen
- fehlende Daten zu erkennen
- Daten korrekt zu bestätigen

Wichtig:

Sequenznummern sind keine Ports.

Ports zeigen den Dienst.

Sequenznummern zeigen die Position von Daten im TCP-Datenstrom.

Merksatz:

Port = Dienst.
Sequenznummer = Position im TCP-Datenstrom.

TCP-Segment

Die Datenform bei TCP auf Schicht 4 heißt:

Segment

Ein TCP-Segment enthält unter anderem:

- Quell-Port
- Ziel-Port
- Sequenznummer
- Bestätigungsnummer
- Steuerbits
- Nutzdaten

Merksatz:

TCP arbeitet mit Segmenten.

UDP-Datagramm

Die Datenform bei UDP auf Schicht 4 heißt:

Datagramm

Ein UDP-Datagramm enthält unter anderem:

- Quell-Port
- Ziel-Port
- Länge
- Prüfsumme
- Nutzdaten

UDP ist einfacher aufgebaut als TCP.

Merksatz:

UDP arbeitet mit Datagrammen.

Segment und Datagramm unterscheiden

Protokoll Datenform auf Schicht 4
TCP Segment
UDP Datagramm

Wichtig:

In der Praxis wird oft allgemein von Paketen gesprochen.
Fachlich genauer sollte man unterscheiden.

Merksatz:

TCP = Segment.
UDP = Datagramm.

Portnummern

Portnummern liegen im Bereich:

0 bis 65535

Warum?

Ports sind 16 Bit groß.

16 Bit ermöglichen:

65536 verschiedene Werte

Von:

0

bis:

65535

Merksatz:

Portnummern gehen von 0 bis 65535.

Well-Known Ports

Well-Known Ports sind bekannte, standardisierte Ports.

Sie liegen im Bereich:

0 bis 1023

Beispiele:

Dienst Protokoll Port
FTP TCP 21
SSH TCP 22
SMTP TCP 25
DNS TCP / UDP 53
HTTP TCP 80
HTTPS TCP 443

Merksatz:

Well-Known Ports = 0 bis 1023.

Registered Ports

Registered Ports liegen im Bereich:

1024 bis 49151

Sie werden häufig von Anwendungen, Herstellern oder Diensten genutzt.

Beispiele können je nach Anwendung unterschiedlich sein.

Für die Prüfung ist meistens wichtiger:

Well-Known Ports kennen
und
Portbereiche grob einordnen.

Merksatz:

Registered Ports = 1024 bis 49151.

Dynamic oder Ephemeral Ports

Dynamic Ports werden auch genannt:

Ephemeral Ports

Sie liegen im Bereich:

49152 bis 65535

Clients nutzen solche Ports oft als temporäre Quell-Ports.

Beispiel:

Client öffnet Webseite.

Quell-Port:
52344

Ziel-Port:
443

Der Quell-Port wird temporär für diese Verbindung genutzt.

Merksatz:

Ephemeral Port = temporärer Client-Port.

Quell-Port und Ziel-Port

Ein TCP- oder UDP-Paket enthält:

- Quell-Port
- Ziel-Port

Beispiel HTTPS-Aufruf:

Client:
192.168.10.20:52344

Server:
93.184.216.34:443

Der Ziel-Port 443 zeigt:

Der Client möchte HTTPS erreichen.

Der Quell-Port 52344 hilft dem Client, die Antwort der richtigen Verbindung zuzuordnen.

Merksatz:

Ziel-Port = gewünschter Dienst.
Quell-Port = Rückzuordnung beim Absender.

Socket

Ein Socket beschreibt eine Kombination aus:

IP-Adresse
und
Port

Beispiel:

192.168.10.20:52344

Oder:

93.184.216.34:443

Bei TCP-Verbindungen betrachtet man oft die Kombination aus:

Quell-IP
Quell-Port
Ziel-IP
Ziel-Port
Protokoll

Diese Kombination macht eine Verbindung eindeutig.

Merksatz:

Socket = IP-Adresse plus Port.

Typische Dienste und Ports

Dienst Protokoll Port
FTP Steuerverbindung TCP 21
SSH TCP 22
Telnet TCP 23
SMTP TCP 25
DNS TCP / UDP 53
DHCP Server UDP 67
DHCP Client UDP 68
HTTP TCP 80
POP3 TCP 110
IMAP TCP 143
HTTPS TCP 443
RDP TCP 3389

Merksatz:

Die wichtigsten Standardports sollte man sicher kennen.

DNS und TCP/UDP

DNS nutzt häufig UDP Port 53.

Warum?

Normale DNS-Anfragen sind meist klein und schnell.

DNS kann aber auch TCP Port 53 verwenden.

Zum Beispiel:

- Zonentransfers
- große Antworten
- bestimmte DNS-Sicherheits- oder Sonderfälle

Prüfungsfalle:

DNS ist nicht nur UDP,
sondern kann TCP und UDP 53 nutzen.

Merksatz:

DNS = UDP 53 häufig,
TCP 53 ebenfalls möglich.

DHCP und UDP

DHCP nutzt UDP.

Wichtige Ports:

Richtung Port
DHCP Server UDP 67
DHCP Client UDP 68

DHCP wird genutzt, um IP-Konfiguration automatisch zu vergeben.

Merksatz:

DHCP nutzt UDP 67 und 68.

HTTP und HTTPS

HTTP nutzt typischerweise:

TCP 80

HTTPS nutzt typischerweise:

TCP 443

HTTPS ist HTTP über TLS-Verschlüsselung.

Wichtig:

HTTPS ist nicht einfach nur ein anderer Port,
sondern nutzt Verschlüsselung über TLS.

Merksatz:

HTTP = TCP 80.
HTTPS = TCP 443.

SSH und Telnet

SSH nutzt typischerweise:

TCP 22

Telnet nutzt typischerweise:

TCP 23

Wichtiger Unterschied:

SSH ist verschlüsselt.
Telnet ist unverschlüsselt.

In modernen Netzen sollte SSH verwendet werden, nicht Telnet.

Merksatz:

SSH sicherer als Telnet.

Transport und Anwendung

Schicht 4 transportiert Daten zwischen Anwendungen.

Die Anwendung selbst liegt höher.

Beispiel:

HTTPS nutzt TCP 443.

Dabei ist:

TCP = Schicht 4
HTTPS = Anwendungsschicht mit TLS-Bezug

Merksatz:

Port gehört zu Schicht 4.
Dienst gehört zu höheren Schichten.

TCP und Firewall

Firewalls nutzen häufig Schicht-4-Informationen.

Beispiel-Regel:

Erlaube TCP 443 von Client-Netz zum Internet.

Das bedeutet:

HTTPS-Verbindungen nach außen sind erlaubt.

Andere Ports können blockiert werden.

Merksatz:

Firewall-Regeln nutzen oft IP-Adressen und Ports.

UDP und Firewall

Auch UDP kann durch Firewalls erlaubt oder blockiert werden.

Beispiele:

DNS über UDP 53
DHCP über UDP 67/68
VoIP über UDP
VPN über UDP
NTP über UDP 123

Da UDP verbindungslos ist, muss eine Firewall den Verkehr anders verfolgen als bei TCP.

Merksatz:

UDP braucht passende Firewall-Regeln,
auch ohne TCP-Verbindung.

TCP-Verbindungszustände

TCP kennt verschiedene Verbindungszustände.

Beispiele:

LISTEN
SYN-SENT
ESTABLISHED
FIN-WAIT
TIME-WAIT
CLOSED

Für AP1/AP2 ist besonders wichtig:

LISTEN bedeutet:
Dienst wartet auf eingehende Verbindungen.

ESTABLISHED bedeutet:
Verbindung besteht.

Merksatz:

LISTEN = Dienst wartet.
ESTABLISHED = Verbindung steht.

Port offen oder geschlossen

Ein Port kann aus Sicht eines Clients unterschiedlich wirken.

Zustand Bedeutung
offen Dienst nimmt Verbindungen an
geschlossen kein Dienst hört auf diesem Port
gefiltert Firewall blockiert oder verwirft

Wichtig:

Ein offener Port bedeutet,
dass ein Dienst erreichbar ist.
Ein geschlossener Port bedeutet nicht zwingend,
dass das Gerät offline ist.

Merksatz:

Portstatus sagt etwas über den Dienst,
nicht nur über das Gerät.

Typische Schicht-4-Fehler

Typische Fehler auf Schicht 4 sind:

- falscher Port
- Dienst hört nicht auf erwartetem Port
- Firewall blockiert TCP oder UDP
- TCP-Verbindung wird nicht aufgebaut
- UDP-Antwort kommt nicht zurück
- Portweiterleitung auf falschen Port
- NAT/PAT-Portzuordnung falsch
- Anwendung nutzt anderes Protokoll als erwartet
- TCP-Handshake scheitert

Merksatz:

Schicht-4-Fehler betreffen TCP, UDP und Ports.

Schicht 3 oder Schicht 4 unterscheiden

Frage eher Schicht
Ist die IP-Adresse erreichbar? 3
Funktioniert Ping auf IP? 3
Gibt es eine Route? 3
Ist TCP-Port 443 erreichbar? 4
Ist UDP-Port 53 erreichbar? 4
Baut TCP eine Verbindung auf? 4
Antwortet der Webdienst korrekt? 7

Merksatz:

IP erreichbar = Schicht 3.
Port erreichbar = Schicht 4.

Beispiel: Ping geht, Webseite geht nicht

Fehlerbild:

ping server funktioniert.
Webseite funktioniert nicht.

Dann ist Schicht 3 wahrscheinlich grundsätzlich erreichbar.

Mögliche Ursachen:

- TCP-Port 80 oder 443 blockiert
- Webserver läuft nicht
- Dienst hört auf anderer IP
- Dienst hört auf anderem Port
- Firewall blockiert
- Reverse Proxy falsch
- TLS-Problem

Merksatz:

Ping geht,
Dienst nicht:
Schicht 4 und 7 prüfen.

Beispiel: Port 443 blockiert

Ein Client möchte HTTPS nutzen.

Ziel:

server.example.local:443

Mögliche Fehler:

- Server ist erreichbar,
aber TCP 443 ist geschlossen
- Firewall blockiert TCP 443
- Dienst läuft nur auf TCP 8443
- Portweiterleitung zeigt auf falschen Port

Merksatz:

HTTPS braucht erreichbaren TCP-Port 443.

Beispiel: DNS funktioniert nicht

DNS nutzt häufig UDP 53 und teilweise TCP 53.

Wenn DNS nicht funktioniert, prüft man:

- DNS-Server-IP korrekt?
- DNS-Server erreichbar?
- UDP 53 erlaubt?
- TCP 53 erlaubt?
- Firewall blockiert?
- DNS-Dienst läuft?
- Antwort kommt zurück?

Merksatz:

DNS-Probleme können Schicht 3, 4 oder 7 betreffen.

Beispiel: UDP-Dienst antwortet nicht

Bei UDP gibt es keinen TCP-Handshake.

Wenn ein UDP-Dienst nicht antwortet, kann das viele Ursachen haben:

- Dienst läuft nicht
- Firewall blockiert
- Antwortweg fehlt
- NAT/PAT-Problem
- Anwendung antwortet nur auf gültige Anfragen
- Paketverlust
- falscher Port

Merksatz:

UDP-Fehler sind oft schwerer eindeutig zu erkennen als TCP-Fehler.

Einordnung in das OSI-Modell

Thema Schicht
IP-Adresse 3
Routing 3
ICMP 3
TCP 4
UDP 4
Port 4
Socket 4 mit IP-Bezug
TCP-Handshake 4
DNS-Protokoll 7, nutzt TCP/UDP 53
HTTP 7, nutzt TCP 80
HTTPS 7, nutzt TCP 443 und TLS
DHCP 7, nutzt UDP 67/68

Merksatz:

TCP, UDP und Ports = Schicht 4.

Was Schicht 4 nicht macht

Schicht 4 macht nicht:

- IP-Routing zwischen Netzen
- MAC-Adressen im LAN auflösen
- DNS-Namen in IP-Adressen auflösen
- Webseiten darstellen
- Benutzer authentifizieren
- Zertifikate prüfen
- Inhalte interpretieren
- Dateien speichern

Diese Aufgaben liegen auf anderen Schichten.

Merksatz:

Schicht 4 transportiert,
interpretiert aber keine Anwendung.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Welche Aufgabe hat die Transportschicht?
- Was ist ein Port?
- Was ist der Unterschied zwischen Switch-Port und TCP-Port?
- Was ist TCP?
- Was ist UDP?
- Was ist der Unterschied zwischen TCP und UDP?
- Was bedeutet verbindungsorientiert?
- Was bedeutet verbindungslos?
- Wie funktioniert der TCP-Handshake?
- Welche Ports haben HTTP, HTTPS, SSH, DNS und DHCP?
- Warum nutzt DNS TCP und UDP?
- Was bedeutet Socket?
- Was ist ein Ephemeral Port?
- Warum kann Ping funktionieren, aber HTTPS nicht?
- Warum nutzt ICMP keine Ports?

Typische Prüfungsfallen

TCP gehört zu Schicht 4.

UDP gehört zu Schicht 4.

Ports gehören zu Schicht 4.

ICMP nutzt keine TCP- oder UDP-Ports.

Switch-Port ist nicht TCP-Port.

TCP ist verbindungsorientiert.

UDP ist verbindungslos.

TCP ist zuverlässiger als UDP.

UDP ist schlanker als TCP.

TCP-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

HTTP nutzt TCP 80.

HTTPS nutzt TCP 443.

SSH nutzt TCP 22.

DNS nutzt UDP 53 und auch TCP 53.

DHCP nutzt UDP 67 und 68.

Ping funktioniert heißt nicht,
dass ein TCP-Port offen ist.

Port offen heißt nicht automatisch,
dass die Anwendung korrekt funktioniert.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Transportschicht OSI-Schicht 4
TCP verbindungsorientiertes Transportprotokoll
UDP verbindungsloses Transportprotokoll
Port logische Dienstnummer
TCP-Port Port für TCP-Dienst
UDP-Port Port für UDP-Dienst
Socket IP-Adresse plus Port
Segment TCP-Datenform auf Schicht 4
Datagramm UDP-Datenform auf Schicht 4
SYN TCP-Verbindungsaufbau-Anfrage
ACK Bestätigung bei TCP
Drei-Wege-Handshake SYN, SYN-ACK, ACK
Sequenznummer Position im TCP-Datenstrom
Well-Known Port Port 0 bis 1023
Registered Port Port 1024 bis 49151
Ephemeral Port temporärer Client-Port
LISTEN Dienst wartet auf Verbindung
ESTABLISHED TCP-Verbindung besteht

IHK-sichere Kurzformulierung

Die Transportschicht ist Schicht 4 des OSI-Modells. Sie ist für den Transport von Daten zwischen Anwendungen auf Endgeräten zuständig. Dafür werden vor allem TCP, UDP und Ports verwendet. TCP ist verbindungsorientiert und bietet zuverlässige Übertragung mit Verbindungsaufbau, Bestätigungen, Reihenfolge und erneuter Übertragung. UDP ist verbindungslos, schlanker und bietet keine eingebaute Garantie für Zustellung oder Reihenfolge. Ports dienen dazu, Dienste auf einem Gerät zu unterscheiden. Ein Socket besteht aus IP-Adresse und Port. Der TCP-Verbindungsaufbau erfolgt über den Drei-Wege-Handshake mit SYN, SYN-ACK und ACK.

Merksätze

Schicht 4 = Transportschicht.

Schicht 4 = TCP, UDP und Ports.

IP bringt zum Gerät.

Port bringt zur Anwendung.

Port = logische Dienstnummer.

Switch-Port ist physisch.

TCP-Port ist logisch.

TCP = verbindungsorientiert.

UDP = verbindungslos.

TCP = zuverlässig.

UDP = schlank und schnell.

TCP-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

TCP nutzt Segmente.

UDP nutzt Datagramme.

Portnummern gehen von 0 bis 65535.

Well-Known Ports = 0 bis 1023.

Ephemeral Ports = temporäre Client-Ports.

HTTP = TCP 80.

HTTPS = TCP 443.

SSH = TCP 22.

DNS = UDP 53 und TCP 53.

DHCP = UDP 67 und 68.

ICMP nutzt keine Ports.

Ping prüft nicht,
ob ein TCP-Port offen ist.

IP erreichbar = Schicht 3.

Port erreichbar = Schicht 4.

Anwendung korrekt = höhere Schicht.

7.2 TCP und UDP im Detail

TCP und UDP sind die wichtigsten Transportprotokolle auf OSI-Schicht 4.

Beide haben dieselbe Grundaufgabe:

Daten zwischen Anwendungen auf Endgeräten transportieren.

Der große Unterschied liegt darin, wie sie das machen.

TCP arbeitet:

verbindungsorientiert
zuverlässig
mit Bestätigungen

UDP arbeitet:

verbindungslos
schlanker
ohne eingebaute Zustellgarantie

Merksatz:

TCP = zuverlässig.
UDP = schnell und einfach.

Warum gibt es TCP und UDP?

Nicht jede Anwendung hat dieselben Anforderungen.

Manche Anwendungen brauchen sichere und vollständige Datenübertragung.

Beispiele:

- Webseite laden
- Datei übertragen
- E-Mail senden
- SSH-Verbindung
- Datenbankzugriff

Andere Anwendungen brauchen vor allem geringe Verzögerung.

Beispiele:

- VoIP
- Livestreaming
- Online-Gaming
- DNS-Anfragen
- Video-Konferenzen

Deshalb gibt es unterschiedliche Transportprotokolle.

Merksatz:

Unterschiedliche Anwendungen brauchen unterschiedliche Transportarten.

TCP-Grundidee

TCP steht für:

Transmission Control Protocol

TCP stellt eine Verbindung zwischen zwei Anwendungen her.

Dabei sorgt TCP dafür, dass Daten:

- vollständig ankommen
- in der richtigen Reihenfolge ankommen
- bestätigt werden
- bei Verlust erneut gesendet werden
- kontrolliert übertragen werden

Merksatz:

TCP kümmert sich um zuverlässige Datenübertragung.

UDP-Grundidee

UDP steht für:

User Datagram Protocol

UDP sendet einzelne Datagramme ohne vorherigen Verbindungsaufbau.

UDP kümmert sich nicht selbst darum, ob Daten:

- angekommen sind
- vollständig angekommen sind
- in richtiger Reihenfolge angekommen sind
- erneut gesendet werden müssen

Dafür ist UDP sehr schlank.

Merksatz:

UDP sendet einfach,
ohne Verbindung aufzubauen.

TCP und UDP direkt vergleichen

Merkmal TCP UDP
Verbindungsaufbau ja nein
Verbindung verbindungsorientiert verbindungslos
Zustellgarantie ja, durch Mechanismen nein
Reihenfolge wird sichergestellt nicht sichergestellt
Bestätigungen ja nein
erneute Übertragung ja nein
Geschwindigkeit mehr Overhead weniger Overhead
Datenform Segment Datagramm
typische Nutzung HTTP, HTTPS, SSH, Mail DNS, DHCP, VoIP, Streaming

Merksatz:

TCP kontrolliert mehr.
UDP ist einfacher.

Verbindungsorientiert bei TCP

Verbindungsorientiert bedeutet:

Vor der eigentlichen Datenübertragung wird eine Verbindung aufgebaut.

TCP prüft dabei, ob beide Seiten bereit sind.

Der Verbindungsaufbau erfolgt durch den Drei-Wege-Handshake:

SYN
SYN-ACK
ACK

Erst danach werden Nutzdaten übertragen.

Merksatz:

TCP baut vor der Datenübertragung eine Verbindung auf.

Verbindungslos bei UDP

Verbindungslos bedeutet:

Es gibt keinen Verbindungsaufbau wie bei TCP.

UDP sendet ein Datagramm direkt an Ziel-IP und Ziel-Port.

Der Sender erhält durch UDP selbst keine sichere Information darüber:

ob das Datagramm angekommen ist
ob es verworfen wurde
ob mehrere Datagramme in richtiger Reihenfolge ankamen

Merksatz:

UDP hat keinen Drei-Wege-Handshake.

TCP-Drei-Wege-Handshake

Der TCP-Verbindungsaufbau besteht aus drei Schritten.

Schritt Richtung Bedeutung
1 Client → Server SYN
2 Server → Client SYN-ACK
3 Client → Server ACK

Vereinfacht:

Client fragt an.
Server bestätigt und fragt zurück.
Client bestätigt.

Danach ist die Verbindung aufgebaut.

Merksatz:

TCP-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

SYN

SYN steht für:

Synchronize

Ein SYN wird beim TCP-Verbindungsaufbau gesendet.

Der Client sagt damit vereinfacht:

Ich möchte eine TCP-Verbindung aufbauen.

Das SYN enthält unter anderem Startinformationen für die TCP-Kommunikation.

Merksatz:

SYN startet den TCP-Verbindungsaufbau.

SYN-ACK

SYN-ACK ist die Antwort des Servers auf das SYN des Clients.

Der Server sagt damit vereinfacht:

Ich habe deine Anfrage erhalten
und bin bereit für die Verbindung.

SYN-ACK enthält:

SYN des Servers
ACK als Bestätigung des Client-SYN

Merksatz:

SYN-ACK bestätigt die Anfrage und synchronisiert zurück.

ACK

ACK steht für:

Acknowledgement

ACK bedeutet:

Bestätigung

Im dritten Schritt bestätigt der Client das SYN-ACK des Servers.

Danach gilt die TCP-Verbindung als aufgebaut.

Merksatz:

ACK bestätigt empfangene TCP-Informationen.

TCP-Datenübertragung nach dem Handshake

Nach dem Drei-Wege-Handshake können Nutzdaten übertragen werden.

TCP nutzt dafür:

- Sequenznummern
- Bestätigungsnummern
- Prüfsummen
- Fenstergröße
- erneute Übertragung bei Verlust

Dadurch wird die Übertragung zuverlässiger.

Merksatz:

Nach dem Handshake sorgt TCP für geordnete Datenübertragung.

Sequenznummern

TCP nutzt Sequenznummern, um Daten zu ordnen.

Sie helfen dabei:

- Reihenfolge wiederherzustellen
- fehlende Daten zu erkennen
- Daten korrekt zu bestätigen

Beispiel:

Teil 1 kommt an.
Teil 3 kommt an.
Teil 2 fehlt.

TCP erkennt:

Es fehlt etwas.

Dann kann die fehlende Information erneut übertragen werden.

Merksatz:

Sequenznummern helfen TCP,
Daten richtig zu sortieren.

Bestätigungsnummern

Bestätigungsnummern zeigen dem Sender, welche Daten angekommen sind.

Der Empfänger bestätigt nicht nur:

Ich habe etwas bekommen.

Sondern sinngemäß:

Ich habe alles bis zu dieser Stelle bekommen
und erwarte als Nächstes diese Nummer.

Merksatz:

TCP bestätigt empfangene Daten mit ACKs.

Erneute Übertragung bei TCP

Wenn TCP erkennt, dass Daten fehlen, können sie erneut übertragen werden.

Mögliche Gründe für erneute Übertragung:

- Paketverlust
- beschädigte Daten
- keine Bestätigung erhalten
- Timeout
- Überlastung im Netz

Dadurch ist TCP zuverlässiger als UDP.

Merksatz:

TCP kann verlorene Daten erneut senden.

Reihenfolge bei TCP

IP-Pakete können im Netzwerk unterschiedliche Wege nehmen.

Dadurch können Daten in anderer Reihenfolge ankommen.

TCP kann sie wieder richtig zusammensetzen.

Beispiel:

Gesendet:
1, 2, 3, 4

Angekommen:
1, 3, 2, 4

TCP übergibt der Anwendung die Daten wieder in korrekter Reihenfolge.

Merksatz:

TCP sorgt für richtige Reihenfolge.

Flusskontrolle

Flusskontrolle bedeutet:

Der Sender soll den Empfänger nicht überfordern.

TCP nutzt dafür unter anderem die Fenstergröße.

Die Fenstergröße gibt an, wie viele Daten gesendet werden dürfen, bevor weitere Bestätigungen nötig sind.

Vereinfacht:

Empfänger sagt:
So viel kann ich gerade aufnehmen.

Merksatz:

Flusskontrolle schützt den Empfänger vor Überlastung.

Staukontrolle

Staukontrolle bedeutet:

TCP versucht, Überlastung im Netzwerk zu vermeiden.

Wenn Paketverlust oder Verzögerung auftritt, kann TCP die Sendeleistung anpassen.

Ziel:

Das Netzwerk soll nicht weiter überlastet werden.

Merksatz:

Staukontrolle schützt das Netzwerk vor Überlastung.

TCP-Verbindungsabbau

TCP-Verbindungen werden geordnet beendet.

Dabei kommen häufig FIN- und ACK-Nachrichten vor.

Vereinfacht:

Eine Seite sagt:
Ich möchte die Verbindung beenden.

Die andere Seite bestätigt.

Es gibt auch RST.

RST bedeutet:

Verbindung sofort abbrechen.

Merksatz:

FIN beendet geordnet.
RST bricht ab.

TCP-Zustände

TCP kennt verschiedene Zustände.

Wichtige Beispiele:

Zustand Bedeutung
LISTEN Dienst wartet auf eingehende Verbindung
SYN-SENT Client hat SYN gesendet
SYN-RECEIVED Server hat SYN erhalten und SYN-ACK gesendet
ESTABLISHED Verbindung besteht
FIN-WAIT Verbindung wird beendet
TIME-WAIT Wartephase nach Verbindungsende
CLOSED Verbindung geschlossen

Merksatz:

ESTABLISHED bedeutet:
TCP-Verbindung steht.

UDP-Datagramm

UDP nutzt Datagramme.

Ein UDP-Datagramm enthält unter anderem:

- Quell-Port
- Ziel-Port
- Länge
- Prüfsumme
- Nutzdaten

UDP hat deutlich weniger Steuerinformationen als TCP.

Merksatz:

UDP-Datagramm = einfache Transport-Dateneinheit.

Warum UDP trotz fehlender Garantie sinnvoll ist

UDP ist sinnvoll, wenn Geschwindigkeit oder geringe Verzögerung wichtiger ist als perfekte Vollständigkeit.

Beispiel VoIP:

Wenn ein kleines Audiopaket verloren geht,
ist es oft besser,
einfach weiterzumachen.

Eine spätere erneute Übertragung wäre zu spät und würde nur stören.

Merksatz:

Bei Echtzeitdiensten ist spät manchmal schlimmer als verloren.

UDP bei DNS

DNS nutzt häufig UDP Port 53.

Warum?

DNS-Anfragen sind oft kurz.
DNS-Antworten sind oft klein.
Es soll schnell gehen.

DNS kann aber auch TCP Port 53 verwenden.

Beispiele:

- große Antworten
- Zonentransfers
- bestimmte DNSSEC-Fälle

Merksatz:

DNS nutzt häufig UDP 53,
kann aber auch TCP 53 nutzen.

UDP bei DHCP

DHCP nutzt UDP.

Wichtige Ports:

Richtung Port
DHCP-Server UDP 67
DHCP-Client UDP 68

Warum UDP?

Ein Client hat am Anfang oft noch keine vollständige IP-Konfiguration.
DHCP muss früh im Netzwerkprozess funktionieren.

Merksatz:

DHCP nutzt UDP 67 und 68.

UDP bei VoIP und Streaming

VoIP, Videokonferenzen und Streaming nutzen häufig UDP.

Grund:

geringe Verzögerung ist wichtig.

Wenn ein Paket verloren geht, ist eine spätere Wiederholung oft nicht sinnvoll.

Beispiel:

Ein verlorener Tonfetzen bei Telefonie ist kurz störend.
Eine verspätete Wiederholung würde das Gespräch stärker stören.

Merksatz:

Echtzeitkommunikation nutzt häufig UDP.

TCP bei Web und Dateiübertragung

Webseiten, Dateiübertragungen und viele Verwaltungsdienste nutzen TCP.

Beispiele:

- HTTP
- HTTPS
- SSH
- FTP
- SMTP
- IMAP
- POP3

Warum?

Daten sollen vollständig und korrekt ankommen.

Bei einer Datei wäre es schlecht, wenn Teile fehlen oder vertauscht sind.

Merksatz:

Wenn Vollständigkeit wichtig ist,
ist TCP häufig geeignet.

TCP und HTTPS

HTTPS nutzt typischerweise TCP Port 443.

Dabei kommen mehrere Dinge zusammen:

IP-Adresse für das Zielgerät
TCP-Port 443 für den Dienst
TCP-Verbindung für Transport
TLS für Verschlüsselung
HTTP für die Webanwendung

Merksatz:

HTTPS nutzt TCP,
ist aber selbst eine höhere Anwendung mit TLS.

UDP und QUIC

QUIC ist ein modernes Transportprotokoll, das auf UDP basiert.

HTTP/3 nutzt QUIC.

Warum UDP als Grundlage?

QUIC bringt eigene Mechanismen für Verbindungen, Sicherheit und Zuverlässigkeit mit,
nutzt aber UDP als Transportbasis.

Für AP1/AP2 reicht meistens:

HTTP/3 nutzt QUIC über UDP.

Merksatz:

UDP bedeutet nicht automatisch,
dass keine Zuverlässigkeit möglich ist;
sie kann in höheren Protokollen umgesetzt werden.

TCP-Overhead

TCP hat mehr Overhead als UDP.

Warum?

- Verbindungsaufbau
- Bestätigungen
- Sequenznummern
- erneute Übertragung
- Flusskontrolle
- Staukontrolle
- Verbindungsabbau

Dieser Overhead lohnt sich, wenn zuverlässige Übertragung wichtig ist.

Merksatz:

TCP hat mehr Kontrolle,
aber auch mehr Aufwand.

UDP-Overhead

UDP hat wenig Overhead.

Warum?

- kein Handshake
- keine TCP-Bestätigungen
- keine TCP-Sequenzsteuerung
- kein TCP-Verbindungszustand

Das macht UDP schlank und schnell.

Aber:

Die Anwendung muss selbst entscheiden,
ob sie zusätzliche Zuverlässigkeit braucht.

Merksatz:

UDP ist schlank,
aber einfacher.

Ports bei TCP und UDP

TCP und UDP haben jeweils eigene Portbereiche.

Das bedeutet:

TCP 53 und UDP 53 sind nicht derselbe Kommunikationskanal.

Beispiel DNS:

UDP 53 für typische Abfragen
TCP 53 für bestimmte Fälle

Eine Firewall-Regel für TCP 53 erlaubt nicht automatisch UDP 53.

Merksatz:

TCP-Port und UDP-Port sind getrennt zu betrachten.

Gleiche Portnummer, anderes Protokoll

Die gleiche Portnummer kann bei TCP und UDP unterschiedliche Bedeutung haben.

Beispiel:

TCP 53
UDP 53

Beide gehören zu DNS, aber technisch sind es verschiedene Transportprotokolle.

Beispiel:

TCP 443
UDP 443

TCP 443 ist klassisches HTTPS.

UDP 443 kann bei QUIC / HTTP/3 relevant sein.

Merksatz:

Portnummer immer zusammen mit TCP oder UDP betrachten.

Quell-Port und Ziel-Port bei TCP

Beispiel HTTPS:

Client:
192.168.10.20:52344

Server:
93.184.216.34:443

Dabei ist:

52344 = temporärer Quell-Port des Clients
443 = Ziel-Port des HTTPS-Dienstes

Die Antwort kommt zurück an:

192.168.10.20:52344

Merksatz:

Ziel-Port zeigt den Dienst.
Quell-Port hilft beim Rückweg zur Verbindung.

Quell-Port und Ziel-Port bei UDP

Auch UDP nutzt Quell-Port und Ziel-Port.

Beispiel DNS:

Client:
192.168.10.20:54001

DNS-Server:
192.168.10.1:53

Der Client sendet von einem temporären Port an UDP 53.

Die Antwort kommt zurück an den temporären Client-Port.

Merksatz:

Auch UDP nutzt Ports für Dienst und Rückzuordnung.

Ephemeral Ports

Ephemeral Ports sind temporäre Client-Ports.

Sie werden für ausgehende Verbindungen genutzt.

Typischer Bereich:

49152 bis 65535

Beispiel:

Client nutzt 53210 als Quell-Port
für Verbindung zu Server TCP 443.

Nach Ende der Verbindung kann der Port später wiederverwendet werden.

Merksatz:

Ephemeral Port = temporärer Quell-Port eines Clients.

Well-Known Ports

Well-Known Ports liegen im Bereich:

0 bis 1023

Sie sind bekannten Standarddiensten zugeordnet.

Beispiele:

Dienst Protokoll Port
FTP TCP 21
SSH TCP 22
Telnet TCP 23
SMTP TCP 25
DNS TCP / UDP 53
HTTP TCP 80
HTTPS TCP 443

Merksatz:

Well-Known Ports sollte man für die Prüfung sicher kennen.

TCP-Fehlersuche

Typische TCP-Fragen:

Ist der Zielhost erreichbar?
Ist der Ziel-Port offen?
Lauscht der Dienst auf dem Port?
Kommt ein SYN beim Server an?
Antwortet der Server mit SYN-ACK?
Blockiert eine Firewall?
Wird die Verbindung zurückgesetzt?
Gibt es NAT- oder Portweiterleitungsfehler?

Merksatz:

Bei TCP prüft man besonders den Verbindungsaufbau.

UDP-Fehlersuche

UDP-Fehlersuche ist oft schwieriger.

Warum?

Es gibt keinen Handshake.

Wenn keine Antwort kommt, ist nicht sofort klar:

Paket verloren?
Dienst nicht erreichbar?
Firewall blockiert?
Anfrage ungültig?
Antwortweg gestört?
NAT-Problem?

Deshalb braucht man oft Logs, Mitschnitte oder passende Testwerkzeuge.

Merksatz:

UDP-Fehler sind schwerer eindeutig zu erkennen als TCP-Fehler.

TCP-Handshake scheitert

Wenn ein TCP-Handshake scheitert, kann die Verbindung nicht aufgebaut werden.

Mögliche Ursachen:

- Server nicht erreichbar
- Dienst hört nicht auf dem Port
- Firewall blockiert SYN
- Firewall blockiert SYN-ACK
- NAT oder Portweiterleitung falsch
- Server lehnt Verbindung ab
- Rückroute fehlt

Merksatz:

Kein TCP-Handshake = keine TCP-Verbindung.

TCP Reset

Ein TCP Reset wird mit RST gekennzeichnet.

RST bedeutet:

Verbindung sofort abbrechen.

Mögliche Ursachen:

- Port geschlossen
- Dienst lehnt Verbindung ab
- Anwendung beendet Verbindung
- Firewall sendet Reset
- fehlerhafte Verbindung

Merksatz:

RST = TCP-Verbindung wird sofort zurückgesetzt.

TCP Timeout

Ein Timeout bedeutet:

Eine erwartete Antwort kommt nicht rechtzeitig.

Mögliche Ursachen:

- Paket geht verloren
- Firewall verwirft still
- Server antwortet nicht
- Rückweg fehlt
- Routing-Problem
- NAT-Problem

Merksatz:

Timeout bedeutet:
keine rechtzeitige Antwort.

Gefilterter Port

Ein Port wirkt gefiltert, wenn eine Firewall Pakete blockiert oder verwirft.

Unterschied:

geschlossen:
Ziel antwortet aktiv, dass kein Dienst vorhanden ist.

gefiltert:
keine oder keine klare Antwort.

Merksatz:

Gefiltert bedeutet oft:
Firewall im Weg.

Offener Port

Ein Port ist offen, wenn ein Dienst auf diesem Port Verbindungen annimmt oder Anfragen beantwortet.

Beispiel:

TCP 443 offen

bedeutet:

Ein Dienst akzeptiert HTTPS-Verbindungen oder zumindest TCP-Verbindungen auf Port 443.

Aber:

Das sagt noch nicht,
dass die Webanwendung korrekt funktioniert.

Merksatz:

Offener Port bedeutet:
Dienst ist grundsätzlich erreichbar.

Geschlossener Port

Ein Port ist geschlossen, wenn kein Dienst auf diesem Port lauscht.

Beispiel:

Server erreichbar,
aber TCP 22 geschlossen

Das bedeutet:

Der Server antwortet,
aber SSH läuft dort nicht oder nicht auf Port 22.

Merksatz:

Geschlossener Port heißt:
Host kann erreichbar sein,
Dienst aber nicht.

TCP und Paketmitschnitt

In einem Mitschnitt kann man TCP gut erkennen.

Wichtige Hinweise:

SYN
SYN-ACK
ACK
RST
FIN
Retransmission
Window Size
Duplicate ACK

Damit kann man sehen:

Wird die Verbindung aufgebaut?
Wo bleibt die Antwort aus?
Wird zurückgesetzt?
Gibt es Paketverlust?

Merksatz:

TCP lässt sich im Mitschnitt gut analysieren.

UDP und Paketmitschnitt

Bei UDP sieht man im Mitschnitt:

Quell-Port
Ziel-Port
Länge
Prüfsumme
Nutzdaten

Aber man sieht keinen Handshake.

Deshalb muss man prüfen:

Geht die Anfrage raus?
Kommt eine Antwort zurück?
Ist die Antwort korrekt?
Wird etwas blockiert?
Ist der Port richtig?

Merksatz:

Bei UDP vergleicht man Anfrage und Antwort.

TCP oder UDP bei Firewall-Regeln

Firewall-Regeln müssen das richtige Protokoll berücksichtigen.

Beispiel:

DNS erlauben

Nicht ausreichend, wenn nur steht:

Port 53 erlauben

Genauer:

UDP 53 erlauben
TCP 53 bei Bedarf ebenfalls erlauben

Beispiel HTTPS:

TCP 443 erlauben

Bei HTTP/3 kann zusätzlich relevant sein:

UDP 443 erlauben

Merksatz:

Firewall-Regeln brauchen Protokoll und Port.

TCP oder UDP bei Portweiterleitungen

Auch Portweiterleitungen müssen das richtige Protokoll nutzen.

Beispiel:

Webserver klassisch:
TCP 80
TCP 443

Beispiel DNS-Server:

UDP 53
TCP 53

Beispiel Spielserver:

je nach Spiel oft UDP oder TCP unterschiedlich

Prüfungsfalle:

TCP-Portweiterleitung hilft nicht,
wenn der Dienst UDP nutzt.

Merksatz:

Portweiterleitung muss TCP oder UDP richtig treffen.

NAT/PAT und TCP/UDP

PAT nutzt Port-Zuordnungen.

Bei TCP kann ein NAT-Gerät Verbindungszustände gut verfolgen.

Bei UDP gibt es keinen echten Verbindungszustand.

Deshalb nutzt NAT bei UDP Zeitfenster und Zuordnungstabellen.

Wenn die Zuordnung abläuft, können Antworten verloren gehen.

Merksatz:

NAT verfolgt TCP leichter als UDP.

Typische Anwendungen und Transportprotokolle

Anwendung / Dienst typisches Transportprotokoll
HTTP TCP
HTTPS TCP
HTTP/3 UDP
SSH TCP
Telnet TCP
SMTP TCP
IMAP TCP
POP3 TCP
DNS UDP und TCP
DHCP UDP
NTP UDP
VoIP häufig UDP
Streaming häufig UDP oder TCP je nach Technik
VPN je nach Lösung TCP oder UDP

Merksatz:

Dienst immer mit Protokoll und Port betrachten.

TCP und UDP in der Praxisentscheidung

TCP ist sinnvoll, wenn wichtig ist:

- Vollständigkeit
- Reihenfolge
- Zuverlässigkeit
- fehlerfreie Dateiübertragung
- stabile Verbindung

UDP ist sinnvoll, wenn wichtig ist:

- geringe Latenz
- wenig Overhead
- Echtzeitverhalten
- kurze Anfragen
- Anwendung übernimmt eigene Steuerung

Merksatz:

TCP für Genauigkeit.
UDP für Geschwindigkeit und Echtzeit.

Einordnung in das OSI-Modell

Thema Schicht
IP-Adresse 3
Routing 3
ICMP 3
TCP 4
UDP 4
Port 4
TCP-Handshake 4
Sequenznummer 4
ACK 4
DNS-Dienst 7, nutzt TCP/UDP 53
HTTP 7, nutzt TCP
HTTPS 7, nutzt TCP und TLS
HTTP/3 7, nutzt QUIC über UDP

Merksatz:

TCP und UDP gehören zur Transportschicht.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Was ist TCP?
- Was ist UDP?
- Worin unterscheiden sich TCP und UDP?
- Was bedeutet verbindungsorientiert?
- Was bedeutet verbindungslos?
- Wie funktioniert der TCP-Drei-Wege-Handshake?
- Was bedeuten SYN, SYN-ACK und ACK?
- Warum ist TCP zuverlässig?
- Warum ist UDP schneller beziehungsweise schlanker?
- Wann eignet sich TCP?
- Wann eignet sich UDP?
- Warum nutzt DNS UDP und TCP?
- Warum nutzt DHCP UDP?
- Warum nutzen Echtzeitdienste häufig UDP?
- Warum kann Ping funktionieren, aber TCP 443 nicht?
- Warum muss eine Firewall zwischen TCP und UDP unterscheiden?

Typische Prüfungsfallen

TCP ist verbindungsorientiert.

UDP ist verbindungslos.

TCP nutzt den Drei-Wege-Handshake.

UDP nutzt keinen Drei-Wege-Handshake.

TCP bietet Zuverlässigkeit durch Bestätigungen und erneute Übertragung.

UDP bietet keine eingebaute Zustellgarantie.

TCP stellt Reihenfolge sicher.

UDP stellt Reihenfolge nicht selbst sicher.

TCP nutzt Segmente.

UDP nutzt Datagramme.

DNS nutzt UDP 53 und TCP 53.

DHCP nutzt UDP 67 und 68.

HTTP/3 nutzt QUIC über UDP.

Gleiche Portnummer bei TCP und UDP ist technisch nicht dasselbe.

Firewall-Regeln müssen TCP oder UDP korrekt angeben.

Portweiterleitungen müssen TCP oder UDP korrekt treffen.

Ping nutzt ICMP,
nicht TCP oder UDP.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
TCP Transmission Control Protocol
UDP User Datagram Protocol
verbindungsorientiert Verbindung wird vor Datenübertragung aufgebaut
verbindungslos Daten werden ohne vorherige Verbindung gesendet
SYN Start einer TCP-Verbindung
SYN-ACK Antwort auf SYN mit Bestätigung
ACK Bestätigung
Drei-Wege-Handshake TCP-Verbindungsaufbau mit SYN, SYN-ACK, ACK
Sequenznummer Position von Daten im TCP-Strom
Bestätigungsnummer bestätigt empfangene Daten
Retransmission erneute Übertragung
Flusskontrolle schützt Empfänger vor Überlastung
Staukontrolle schützt Netzwerk vor Überlastung
FIN geordneter TCP-Verbindungsabbau
RST sofortiger TCP-Abbruch
Timeout erwartete Antwort bleibt zu lange aus
Segment TCP-Dateneinheit
Datagramm UDP-Dateneinheit

IHK-sichere Kurzformulierung

TCP und UDP sind Transportprotokolle auf OSI-Schicht 4. TCP ist verbindungsorientiert und baut vor der Datenübertragung mit SYN, SYN-ACK und ACK eine Verbindung auf. Es bietet Zuverlässigkeit durch Bestätigungen, Sequenznummern, erneute Übertragung und Reihenfolgesicherung. UDP ist verbindungslos und sendet Datagramme ohne Verbindungsaufbau und ohne eingebaute Garantie für Zustellung oder Reihenfolge. Dadurch ist UDP schlanker und eignet sich gut für Echtzeitdienste oder kurze Anfragen. TCP- und UDP-Ports sind getrennt zu betrachten, auch wenn dieselbe Portnummer verwendet wird.

Merksätze

TCP = Transmission Control Protocol.

UDP = User Datagram Protocol.

Beide gehören zu Schicht 4.

TCP ist verbindungsorientiert.

UDP ist verbindungslos.

TCP baut Verbindung auf.

UDP sendet ohne Handshake.

TCP-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

TCP nutzt ACKs.

TCP nutzt Sequenznummern.

TCP kann erneut übertragen.

TCP stellt Reihenfolge sicher.

UDP bietet keine eingebaute Zustellgarantie.

UDP ist schlanker als TCP.

TCP = Segment.

UDP = Datagramm.

DNS nutzt UDP und TCP 53.

DHCP nutzt UDP 67 und 68.

HTTP/3 nutzt QUIC über UDP.

Gleiche Portnummer bei TCP und UDP ist nicht dasselbe.

Firewall-Regel braucht Protokoll und Port.

TCP-Portweiterleitung hilft nicht bei UDP-Dienst.

Ping ist ICMP,
nicht TCP oder UDP.

TCP für Zuverlässigkeit.

UDP für geringe Verzögerung.

7.3 Ports, Dienste und typische Standardports

Ports gehören zu OSI-Schicht 4.

Sie dienen dazu, Daten auf einem Gerät der richtigen Anwendung oder dem richtigen Dienst zuzuordnen.

Eine IP-Adresse zeigt:

zu welchem Gerät?

Ein Port zeigt:

zu welchem Dienst auf diesem Gerät?

Beispiel:

192.168.10.50:443

Bedeutung:

Gerät:
192.168.10.50

Dienst:
Port 443

Merksatz:

IP bringt zum Gerät.
Port bringt zum Dienst.

Warum braucht man Ports?

Ein Server kann viele Dienste gleichzeitig anbieten.

Beispiel:

Dienst Port
SSH 22
DNS 53
HTTP 80
HTTPS 443
RDP 3389

Alle Dienste können auf derselben IP-Adresse laufen.

Die Portnummer entscheidet, welcher Dienst angesprochen wird.

Merksatz:

Mehrere Dienste auf einer IP-Adresse werden durch Ports unterschieden.

Portnummern

Portnummern sind 16 Bit groß.

Deshalb gibt es Portnummern von:

0

bis:

65535

Insgesamt sind das:

65536 mögliche Werte

Wichtig:

TCP und UDP haben jeweils eigene Portbereiche.

Das bedeutet:

TCP 53
und
UDP 53

sind technisch getrennte Kommunikationsmöglichkeiten.

Merksatz:

Portnummern gehen von 0 bis 65535.

TCP-Port und UDP-Port unterscheiden

Ein Port muss immer zusammen mit dem Transportprotokoll betrachtet werden.

Beispiel:

TCP 53
UDP 53

Beide können DNS betreffen, aber technisch sind sie nicht dasselbe.

Eine Firewall-Regel für TCP 53 erlaubt nicht automatisch UDP 53.

Eine Portweiterleitung für UDP 53 leitet nicht automatisch TCP 53 weiter.

Merksatz:

Portnummer immer mit TCP oder UDP nennen.

Portbereiche

Portnummern werden grob in drei Bereiche eingeteilt.

Bereich Portnummern Bedeutung
Well-Known Ports 0 – 1023 bekannte Standarddienste
Registered Ports 1024 – 49151 registrierte Anwendungsports
Dynamic / Ephemeral Ports 49152 – 65535 temporäre Client-Ports

Merksatz:

0–1023 bekannt,
1024–49151 registriert,
49152–65535 temporär.

Well-Known Ports

Well-Known Ports sind bekannte Standardports.

Sie werden für häufig genutzte Netzwerkdienste verwendet.

Beispiele:

Dienst Protokoll Port
FTP Steuerverbindung TCP 21
SSH TCP 22
Telnet TCP 23
SMTP TCP 25
DNS TCP / UDP 53
DHCP Server UDP 67
DHCP Client UDP 68
HTTP TCP 80
POP3 TCP 110
IMAP TCP 143
NTP UDP 123
HTTPS TCP 443

Merksatz:

Well-Known Ports sind prüfungsrelevant.

Registered Ports

Registered Ports liegen im Bereich:

1024 bis 49151

Sie werden häufig von Anwendungen, Herstellern oder Diensten genutzt.

Beispiele:

Dienst / Anwendung Protokoll Port
MySQL / MariaDB TCP 3306
RDP TCP 3389
PostgreSQL TCP 5432
VNC TCP 5900
HTTP-Alternative TCP 8080
HTTPS-Alternative TCP 8443

Wichtig:

Nicht jeder Port in diesem Bereich ist automatisch sicher oder unsicher.
Entscheidend ist, welcher Dienst dort tatsächlich läuft.

Merksatz:

Registered Ports werden häufig von Anwendungen genutzt.

Dynamic oder Ephemeral Ports

Dynamic Ports werden auch Ephemeral Ports genannt.

Sie liegen häufig im Bereich:

49152 bis 65535

Clients nutzen diese Ports meistens als temporäre Quell-Ports.

Beispiel:

Client:
192.168.10.20:52344

Server:
93.184.216.34:443

Der Client nutzt Port 52344 nur vorübergehend für diese Verbindung.

Merksatz:

Ephemeral Port = temporärer Client-Port.

Quell-Port und Ziel-Port

Ein TCP- oder UDP-Header enthält:

Quell-Port
Ziel-Port

Beispiel HTTPS:

Client:
192.168.10.20:52344

Server:
93.184.216.34:443

Dabei ist:

52344 = Quell-Port des Clients
443 = Ziel-Port des Servers

Merksatz:

Ziel-Port zeigt den gewünschten Dienst.
Quell-Port hilft bei der Rückzuordnung.

Warum ist der Quell-Port wichtig?

Ein Client kann mehrere Verbindungen gleichzeitig öffnen.

Beispiel:

Browser-Tab 1 zu HTTPS
Browser-Tab 2 zu HTTPS
Update-Dienst zu HTTPS
Cloud-Sync zu HTTPS

Alle können zu Port 443 gehen.

Der Client nutzt unterschiedliche Quell-Ports, damit Antworten korrekt zugeordnet werden.

Merksatz:

Quell-Ports unterscheiden gleichzeitige Verbindungen eines Clients.

Socket

Ein Socket besteht aus:

IP-Adresse
und
Port

Beispiel:

192.168.10.20:52344

Bei TCP-Verbindungen ist die Verbindung eindeutig über:

Quell-IP
Quell-Port
Ziel-IP
Ziel-Port
Protokoll

Beispiel:

192.168.10.20:52344
→ 93.184.216.34:443
TCP

Merksatz:

Socket = IP-Adresse plus Port.

Dienst hört auf einem Port

Ein Dienst muss auf einem Port lauschen, damit Verbindungen oder Anfragen angenommen werden können.

Beispiel:

Webserver hört auf TCP 443.

Das bedeutet:

Der Dienst wartet auf HTTPS-Verbindungen.

Wenn kein Dienst auf einem Port lauscht, ist der Port aus Sicht des Clients geschlossen.

Merksatz:

Dienst muss auf dem Port lauschen.

LISTEN und ESTABLISHED

Bei TCP sind zwei Zustände besonders wichtig.

Zustand Bedeutung
LISTEN Dienst wartet auf eingehende Verbindungen
ESTABLISHED Verbindung besteht

Beispiel:

Webserver im Zustand LISTEN auf TCP 443

bedeutet:

Der Webserver wartet auf HTTPS-Verbindungen.

Merksatz:

LISTEN = Dienst wartet.
ESTABLISHED = Verbindung steht.

Offener Port

Ein Port ist offen, wenn ein Dienst dort erreichbar ist.

Beispiel:

TCP 443 offen

Bedeutung:

Ein Dienst nimmt TCP-Verbindungen auf Port 443 an.

Aber:

Ein offener Port beweist nicht automatisch,
dass die Anwendung korrekt funktioniert.

Merksatz:

Offener Port = Dienst grundsätzlich erreichbar.

Geschlossener Port

Ein Port ist geschlossen, wenn kein Dienst auf diesem Port lauscht.

Beispiel:

Server ist per Ping erreichbar.
TCP 22 ist geschlossen.

Bedeutung:

Der Host ist erreichbar,
aber SSH läuft dort nicht oder nicht auf Port 22.

Merksatz:

Geschlossener Port heißt nicht:
Gerät ist offline.

Gefilterter Port

Ein Port wirkt gefiltert, wenn eine Firewall Pakete blockiert oder verwirft.

Typisch:

keine klare Antwort
Timeout
Verbindung bleibt hängen

Mögliche Ursachen:

- Firewall blockiert
- Paketfilter verwirft still
- NAT-Regel fehlt
- Rückweg fehlt
- Security-Gruppe blockiert

Merksatz:

Gefiltert bedeutet häufig:
Firewall oder Paketfilter im Weg.

Portstatus im Vergleich

Status Bedeutung
offen Dienst antwortet oder nimmt Verbindung an
geschlossen Host erreichbar, aber kein Dienst auf diesem Port
gefiltert keine klare Antwort, oft Firewall
offen, aber Anwendung fehlerhaft Port erreichbar, Dienstproblem auf höherer Schicht

Merksatz:

Portstatus hilft,
Schicht 4 von höheren Schichten zu trennen.

Wichtige Standardports

Dienst Protokoll Port Zweck
FTP TCP 21 Dateiübertragung Steuerverbindung
SSH TCP 22 sicherer Fernzugriff
Telnet TCP 23 unsicherer Fernzugriff
SMTP TCP 25 E-Mail-Versand zwischen Servern
DNS TCP / UDP 53 Namensauflösung
DHCP Server UDP 67 IP-Konfiguration anbieten
DHCP Client UDP 68 IP-Konfiguration empfangen
HTTP TCP 80 unverschlüsselte Webübertragung
POP3 TCP 110 E-Mail-Abruf
NTP UDP 123 Zeitsynchronisation
IMAP TCP 143 E-Mail-Abruf und Verwaltung
HTTPS TCP 443 verschlüsselte Webübertragung
RDP TCP 3389 Windows-Remote-Desktop

Merksatz:

HTTP 80,
HTTPS 443,
SSH 22,
DNS 53,
DHCP 67/68.

FTP

FTP steht für:

File Transfer Protocol

Typischer Port:

TCP 21

FTP dient der Dateiübertragung.

Wichtig:

Klassisches FTP ist unverschlüsselt.
Benutzername, Passwort und Daten können ohne Schutz übertragen werden.

Sichere Alternativen sind zum Beispiel:

SFTP
FTPS

Merksatz:

FTP = TCP 21,
klassisch unverschlüsselt.

SSH

SSH steht für:

Secure Shell

Typischer Port:

TCP 22

SSH wird genutzt für:

- sicheren Fernzugriff
- Administration von Servern
- sichere Kommandozeile
- Tunnel
- Dateiübertragung über SFTP

Merksatz:

SSH = TCP 22,
verschlüsselter Fernzugriff.

Telnet

Telnet nutzt typischerweise:

TCP 23

Telnet ist ein älteres Fernzugriffsprotokoll.

Problem:

Telnet ist unverschlüsselt.

Deshalb sollte Telnet in modernen Netzwerken nicht für administrative Zugriffe verwendet werden.

Merksatz:

Telnet = TCP 23,
unsicher und unverschlüsselt.

SMTP

SMTP steht für:

Simple Mail Transfer Protocol

Typischer Port:

TCP 25

SMTP wird für den E-Mail-Transport verwendet, besonders zwischen Mailservern.

Weitere Mailports können sein:

587 für Mail Submission
465 für SMTPS

Für AP1/AP2 ist besonders wichtig:

SMTP = Mailversand

Merksatz:

SMTP = E-Mail-Versand.

POP3

POP3 steht für:

Post Office Protocol Version 3

Typischer Port:

TCP 110

POP3 dient dem Abruf von E-Mails.

Häufig werden Mails dabei vom Server heruntergeladen.

Verschlüsselte Variante:

POP3S über TCP 995

Merksatz:

POP3 = E-Mail-Abruf.

IMAP

IMAP steht für:

Internet Message Access Protocol

Typischer Port:

TCP 143

IMAP dient ebenfalls dem Abruf und der Verwaltung von E-Mails.

Im Unterschied zu POP3 bleiben Mails häufig auf dem Server und werden zwischen Geräten synchronisiert.

Verschlüsselte Variante:

IMAPS über TCP 993

Merksatz:

IMAP = E-Mail-Verwaltung auf dem Server.

SMTP, POP3 und IMAP unterscheiden

Protokoll Richtung / Zweck typischer Port
SMTP E-Mail senden / transportieren TCP 25
POP3 E-Mail abrufen TCP 110
IMAP E-Mail abrufen und verwalten TCP 143

Merksatz:

SMTP sendet.
POP3 und IMAP holen ab.

DNS

DNS steht für:

Domain Name System

DNS ordnet Namen IP-Adressen zu.

Typischer Port:

UDP 53

DNS kann auch nutzen:

TCP 53

Beispiele für TCP bei DNS:

- große Antworten
- Zonentransfers
- bestimmte DNSSEC-Fälle

Merksatz:

DNS = UDP 53 häufig,
TCP 53 ebenfalls möglich.

DHCP

DHCP steht für:

Dynamic Host Configuration Protocol

DHCP vergibt automatisch IP-Konfigurationen.

Wichtige Ports:

Rolle Protokoll Port
DHCP-Server UDP 67
DHCP-Client UDP 68

DHCP vergibt zum Beispiel:

- IP-Adresse
- Subnetzmaske
- Gateway
- DNS-Server

Merksatz:

DHCP = UDP 67 und 68.

HTTP

HTTP steht für:

Hypertext Transfer Protocol

Typischer Port:

TCP 80

HTTP wird für Webseiten und Webdienste verwendet.

Wichtig:

HTTP ist unverschlüsselt.

Heute wird für Webseiten meist HTTPS bevorzugt.

Merksatz:

HTTP = TCP 80,
unverschlüsselt.

HTTPS

HTTPS steht für:

Hypertext Transfer Protocol Secure

Typischer Port:

TCP 443

HTTPS nutzt Verschlüsselung über TLS.

HTTPS schützt unter anderem:

- Vertraulichkeit
- Integrität
- Serverauthentizität über Zertifikate

Merksatz:

HTTPS = TCP 443,
HTTP mit TLS-Verschlüsselung.

NTP

NTP steht für:

Network Time Protocol

Typischer Port:

UDP 123

NTP dient zur Zeitsynchronisation.

Warum wichtig?

Viele IT-Funktionen benötigen korrekte Zeit.

Beispiele:

- Zertifikate
- Kerberos
- Logs
- Monitoring
- Dateisynchronisation

Merksatz:

NTP = UDP 123,
Zeitsynchronisation.

RDP

RDP steht für:

Remote Desktop Protocol

Typischer Port:

TCP 3389

RDP wird häufig für grafischen Fernzugriff auf Windows-Systeme genutzt.

Wichtig:

RDP sollte nicht ungeschützt direkt ins Internet geöffnet werden.

Besser:

VPN
Zugriffsbeschränkung
Multi-Faktor-Authentifizierung
sichere Gateway-Lösungen

Merksatz:

RDP = TCP 3389,
Fernzugriff sorgfältig absichern.

Sichere und unsichere Protokolle

Einige ältere Protokolle übertragen Daten unverschlüsselt.

eher unsicher / unverschlüsselt sicherere Alternative
Telnet SSH
FTP SFTP oder FTPS
HTTP HTTPS
POP3 POP3S
IMAP IMAPS
SMTP ohne TLS SMTP mit STARTTLS oder SMTPS

Merksatz:

Für Administration und sensible Daten verschlüsselte Protokolle nutzen.

Ports und Firewall-Regeln

Firewalls arbeiten häufig mit IP-Adressen und Ports.

Beispiel-Regel:

Erlaube TCP 443
von Client-Netz
zum Internet

Bedeutung:

HTTPS-Verbindungen nach außen sind erlaubt.

Andere Ports können weiterhin blockiert sein.

Merksatz:

Firewall-Regel = Quelle, Ziel, Protokoll, Port, Aktion.

Firewall-Regel vollständig denken

Eine sinnvolle Firewall-Regel enthält:

- Quelle
- Ziel
- Protokoll
- Port
- Richtung
- Aktion
- Kommentar oder Zweck

Beispiel:

Quelle:
Mitarbeiter-VLAN

Ziel:
Internet

Protokoll:
TCP

Port:
443

Aktion:
erlauben

Merksatz:

Nicht nur Port nennen,
sondern Quelle, Ziel und Protokoll.

TCP und UDP bei Firewall-Regeln

Ports müssen bei Firewalls mit TCP oder UDP angegeben werden.

Beispiel DNS:

UDP 53 erlauben
TCP 53 erlauben, wenn benötigt

Beispiel HTTPS:

TCP 443 erlauben

Beispiel HTTP/3:

UDP 443 kann zusätzlich relevant sein

Prüfungsfalle:

TCP 53 erlaubt nicht automatisch UDP 53.

Merksatz:

Firewall-Regeln brauchen Protokoll und Port.

Ports und Portweiterleitung

Bei Portweiterleitungen muss ebenfalls das richtige Protokoll gewählt werden.

Beispiel Webserver:

TCP 80
TCP 443

Beispiel DNS-Server:

UDP 53
TCP 53

Beispiel Spielserver:

je nach Anwendung TCP oder UDP

Merksatz:

Portweiterleitung muss TCP oder UDP korrekt treffen.

Portweiterleitung und Dienst

Eine Portweiterleitung funktioniert nur, wenn mehrere Dinge passen.

Prüfpunkte:

- öffentliche Erreichbarkeit vorhanden?
- kein CGNAT?
- externer Port korrekt?
- internes Ziel korrekt?
- internes Ziel hört auf dem Port?
- Firewall erlaubt?
- Dienst läuft?
- DNS zeigt auf richtige IP?

Merksatz:

Portweiterleitung reicht nicht,
wenn der Dienst nicht läuft oder blockiert wird.

Ports und NAT/PAT

PAT nutzt Port-Zuordnungen.

Beispiel:

Intern Extern
192.168.10.20:52344 93.184.100.10:40001
192.168.10.30:52344 93.184.100.10:40002

Dadurch können mehrere interne Geräte dieselbe öffentliche IP-Adresse nutzen.

Merksatz:

PAT unterscheidet Verbindungen über Ports.

Ports und Dienste prüfen

Typische Fragen bei der Prüfung eines Dienstes:

Ist der Host per IP erreichbar?
Ist der richtige Port offen?
Nutzt der Dienst TCP oder UDP?
Läuft der Dienst wirklich?
Hört der Dienst auf der richtigen Schnittstelle?
Blockiert eine Firewall?
Gibt es NAT oder Portweiterleitung?
Ist die Anwendung korrekt konfiguriert?

Merksatz:

Dienstproblem = IP, Port, Protokoll, Firewall und Anwendung prüfen.

Ping und Porttest unterscheiden

Ping nutzt ICMP.

Ping prüft keine TCP- oder UDP-Ports.

Beispiel:

ping server funktioniert

Das bedeutet nicht automatisch:

TCP 443 ist offen.

Um Ports zu prüfen, braucht man andere Tests.

Beispiele sinngemäß:

Verbindung zu TCP-Port testen
Dienstabfrage durchführen
Portscan kontrolliert einsetzen
Logs prüfen

Merksatz:

Ping prüft IP.
Porttest prüft Schicht 4.

Portscan

Ein Portscan prüft, welche Ports auf einem Ziel erreichbar sind.

Er kann nützlich sein für:

- Administration
- Fehlersuche
- Sicherheitsprüfung
- Inventarisierung

Aber:

Portscans dürfen nur in erlaubten Netzen durchgeführt werden.

Unberechtigte Scans können als Angriff gewertet werden.

Merksatz:

Portscan nur mit Berechtigung durchführen.

Port offen heißt nicht automatisch sicher

Ein offener Port bedeutet:

Dort ist ein Dienst erreichbar.

Das sagt noch nicht:

ob der Dienst sicher konfiguriert ist
ob er aktuell ist
ob die Authentifizierung stark ist
ob Schwachstellen vorhanden sind

Beispiel:

SSH offen kann normal sein.
SSH mit schwachem Passwort ist gefährlich.

Merksatz:

Sicherheit hängt nicht nur vom Port,
sondern vom Dienst ab.

Port geschlossen heißt nicht automatisch geschützt

Ein geschlossener Port bedeutet:

Auf diesem Port lauscht aktuell kein Dienst.

Aber:

andere Ports können offen sein.
Dienste können später gestartet werden.
Firewall-Regeln können sich ändern.
interne Angriffe können andere Wege nutzen.

Merksatz:

Geschlossene Ports sind gut,
ersetzen aber kein Sicherheitskonzept.

Prinzip: Nur notwendige Ports öffnen

Ein wichtiges Sicherheitsprinzip lautet:

Nur notwendige Dienste und Ports freigeben.

Das reduziert die Angriffsfläche.

Beispiele:

SSH nur für Admin-Netz erlauben.
Datenbank nicht direkt ins Internet öffnen.
RDP nur über VPN bereitstellen.
Webserver nur mit benötigten Ports freigeben.
Gastnetz von internen Diensten trennen.

Merksatz:

Weniger offene Ports = kleinere Angriffsfläche.

Typische Port-Fehler

Typische Fehler sind:

- falscher Port
- falsches Protokoll TCP statt UDP
- falsches Protokoll UDP statt TCP
- Dienst läuft nicht
- Dienst hört nur auf localhost
- Firewall blockiert
- NAT-Regel fehlt
- Portweiterleitung falsch
- DNS zeigt auf falschen Server
- Reverse Proxy nutzt falschen Zielport
- Client nutzt alten Port

Merksatz:

Portprobleme sind oft Konfigurationsfehler zwischen Dienst, Firewall und NAT.

Beispiel: HTTPS funktioniert nicht

Fehlerbild:

Server ist per Ping erreichbar.
Webseite öffnet nicht über HTTPS.

Mögliche Ursachen:

- TCP 443 geschlossen
- Firewall blockiert TCP 443
- Webserver läuft nicht
- Webserver hört auf anderem Port
- TLS-Zertifikat fehlerhaft
- Reverse Proxy falsch
- DNS zeigt auf falsche IP
- NAT-Portweiterleitung falsch

Merksatz:

Ping geht,
HTTPS nicht:
TCP 443 und Anwendung prüfen.

Beispiel: DNS funktioniert nicht

Fehlerbild:

Internet-IP ist erreichbar.
Namen werden nicht aufgelöst.

Mögliche Ursachen:

- DNS-Server falsch
- UDP 53 blockiert
- TCP 53 blockiert bei großen Antworten
- DNS-Dienst läuft nicht
- Firewall blockiert
- falsche DNS-Zone
- DNS-Cache fehlerhaft

Merksatz:

DNS braucht Namensdienst und passende Ports.

Beispiel: DHCP funktioniert nicht

Fehlerbild:

Client bekommt keine IP-Adresse.

Mögliche Ursachen:

- DHCP-Server nicht erreichbar
- UDP 67/68 blockiert
- falsches VLAN
- DHCP-Relay fehlt
- DHCP-Bereich erschöpft
- DHCP-Dienst läuft nicht
- Trunk transportiert VLAN nicht

Merksatz:

DHCP-Probleme können Schicht 2, 3, 4 und 7 berühren.

Beispiel: SSH funktioniert nicht

Fehlerbild:

Server ist erreichbar,
aber SSH-Verbindung klappt nicht.

Mögliche Ursachen:

- TCP 22 geschlossen
- SSH-Dienst läuft nicht
- Firewall blockiert
- SSH hört auf anderem Port
- Zugriff nur aus bestimmten Netzen erlaubt
- Benutzer oder Schlüssel falsch
- Fail2ban oder Schutzsystem blockiert

Merksatz:

SSH braucht TCP-Port,
laufenden Dienst
und gültige Anmeldung.

Einordnung in das OSI-Modell

Thema Schicht
IP-Adresse 3
Routing 3
TCP 4
UDP 4
Port 4
Socket 4 mit IP-Bezug
DNS-Dienst 7, nutzt TCP/UDP 53
DHCP-Dienst 7, nutzt UDP 67/68
HTTP 7, nutzt TCP 80
HTTPS 7, nutzt TCP 443
SSH 7, nutzt TCP 22
Firewall nach Port 3 / 4
NAT/PAT 3 / 4

Merksatz:

Port = Schicht 4.
Dienst = höhere Schicht.

Was Ports nicht leisten

Ports lösen nicht automatisch:

- Namensauflösung
- Authentifizierung
- Verschlüsselung
- Benutzerrechte
- Dienstkonfiguration
- Zertifikatsprüfung
- Anwendungslogik
- Routing
- VLAN-Zuordnung

Ports sagen nur:

welcher Dienst angesprochen werden soll.

Merksatz:

Port erreichbar heißt nicht:
Anwendung korrekt.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Was ist ein Port?
- Warum braucht man Ports?
- Was ist der Unterschied zwischen IP-Adresse und Port?
- Was ist der Unterschied zwischen Switch-Port und TCP-Port?
- In welchem Bereich liegen Portnummern?
- Was sind Well-Known Ports?
- Was sind Ephemeral Ports?
- Welche Ports nutzen HTTP, HTTPS, SSH, DNS und DHCP?
- Warum muss man bei Portfreigaben TCP und UDP unterscheiden?
- Was bedeutet offener, geschlossener oder gefilterter Port?
- Warum kann Ping funktionieren, aber ein Dienst nicht?
- Warum sollte man nur notwendige Ports öffnen?

Typische Prüfungsfallen

Port gehört zu Schicht 4.

Dienst gehört zu höheren Schichten.

IP-Adresse zeigt zum Gerät.

Port zeigt zum Dienst.

Switch-Port ist nicht TCP-Port.

TCP-Port und UDP-Port sind getrennt.

Portnummern gehen von 0 bis 65535.

Well-Known Ports = 0 bis 1023.

Ephemeral Ports = temporäre Client-Ports.

HTTP = TCP 80.

HTTPS = TCP 443.

SSH = TCP 22.

DNS = UDP 53 und TCP 53.

DHCP = UDP 67 und 68.

NTP = UDP 123.

RDP = TCP 3389.

Ping nutzt ICMP und prüft keine Ports.

Firewall-Regeln brauchen Protokoll und Port.

Portweiterleitung braucht richtiges Protokoll.

Offener Port bedeutet nicht automatisch sichere Anwendung.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Port logische Dienstnummer auf Schicht 4
TCP-Port Port für TCP-Kommunikation
UDP-Port Port für UDP-Kommunikation
Switch-Port physischer Anschluss am Switch
Quell-Port Port des Absenders
Ziel-Port Port des gewünschten Dienstes
Socket IP-Adresse plus Port
Well-Known Port Port 0 bis 1023
Registered Port Port 1024 bis 49151
Ephemeral Port temporärer Client-Port
LISTEN Dienst wartet auf Verbindung
ESTABLISHED Verbindung besteht
offener Port Dienst erreichbar
geschlossener Port kein Dienst lauscht
gefilterter Port Firewall oder Filter blockiert
Portweiterleitung externer Port wird intern weitergeleitet
Portscan Prüfung erreichbarer Ports

IHK-sichere Kurzformulierung

Ports sind logische Dienstnummern auf OSI-Schicht 4. Sie werden zusammen mit TCP oder UDP verwendet, um Daten auf einem Gerät dem richtigen Dienst zuzuordnen. Eine IP-Adresse identifiziert das Gerät, der Port identifiziert den Dienst auf diesem Gerät. Portnummern reichen von 0 bis 65535 und werden in Well-Known Ports, Registered Ports und Dynamic beziehungsweise Ephemeral Ports eingeteilt. TCP- und UDP-Ports sind getrennt zu betrachten. Firewall-Regeln und Portweiterleitungen müssen deshalb immer das richtige Protokoll und den richtigen Port berücksichtigen.

Merksätze

Port = logische Dienstnummer.

Port gehört zu Schicht 4.

IP bringt zum Gerät.

Port bringt zum Dienst.

Switch-Port ist physisch.

TCP-/UDP-Port ist logisch.

TCP-Port und UDP-Port sind nicht dasselbe.

Portnummern gehen von 0 bis 65535.

Well-Known Ports = 0 bis 1023.

Registered Ports = 1024 bis 49151.

Ephemeral Ports = 49152 bis 65535.

Ziel-Port zeigt den Dienst.

Quell-Port hilft bei der Rückzuordnung.

Socket = IP-Adresse plus Port.

LISTEN = Dienst wartet.

ESTABLISHED = Verbindung steht.

HTTP = TCP 80.

HTTPS = TCP 443.

SSH = TCP 22.

DNS = UDP 53 und TCP 53.

DHCP = UDP 67 und 68.

NTP = UDP 123.

RDP = TCP 3389.

Ping prüft keine Ports.

Firewall-Regel braucht Quelle, Ziel, Protokoll und Port.

Portweiterleitung braucht richtiges Protokoll.

Nur notwendige Ports öffnen.

Offener Port heißt nicht automatisch sicher.

Port erreichbar heißt nicht automatisch:
Anwendung funktioniert.

7.4 Fehlersuche auf Schicht 4

Fehler auf OSI-Schicht 4 betreffen den Transport zwischen Anwendungen.

Dabei geht es vor allem um:

- TCP
- UDP
- Ports
- Verbindungsaufbau
- Verbindungszustände
- Firewall-Regeln
- Portweiterleitungen
- NAT/PAT
- Timeouts
- Resets
- Dienst-Erreichbarkeit

Schicht 4 liegt zwischen:

Schicht 3:
IP, Routing, Gateway

und

Schicht 5 bis 7:
Sitzung, Darstellung, Anwendung

Merksatz:

Schicht-4-Fehlersuche = TCP, UDP und Ports prüfen.

Grundidee der Schicht-4-Fehlersuche

Auf Schicht 3 prüft man:

Ist das Zielgerät per IP erreichbar?

Auf Schicht 4 prüft man:

Ist der gewünschte Dienst-Port erreichbar?

Beispiel:

Server per Ping erreichbar:
ja

HTTPS auf TCP 443 erreichbar:
nein

Dann ist die reine IP-Erreichbarkeit nicht das Problem.

Man muss TCP-Port, Firewall, Dienst oder Portweiterleitung prüfen.

Merksatz:

IP erreichbar heißt nicht automatisch:
Port erreichbar.

Schicht 3 und Schicht 4 unterscheiden

Frage Schicht
Hat der Client eine IP-Adresse? 3
Ist das Gateway erreichbar? 3
Gibt es eine Route zum Ziel? 3
Funktioniert Ping auf die IP? 3
Ist TCP 443 offen? 4
Ist UDP 53 erreichbar? 4
Kommt der TCP-Handshake zustande? 4
Läuft der Webdienst korrekt? 7

Merksatz:

IP = Schicht 3.
Port = Schicht 4.
Dienstinhalt = Schicht 7.

Typische Schicht-4-Fehler

Typische Fehler auf Schicht 4 sind:

- falscher Ziel-Port
- falsches Protokoll TCP statt UDP
- falsches Protokoll UDP statt TCP
- Dienst lauscht nicht
- Dienst lauscht auf anderer IP-Adresse
- Dienst lauscht auf anderem Port
- Firewall blockiert TCP oder UDP
- TCP-Handshake scheitert
- TCP Reset
- Timeout
- NAT/PAT-Zuordnung falsch
- Portweiterleitung falsch
- Rückweg fehlt
- UDP-Antwort kommt nicht zurück

Merksatz:

Schicht-4-Fehler betreffen Erreichbarkeit von TCP- oder UDP-Diensten.

Reihenfolge bei der Fehlersuche

Eine sinnvolle Reihenfolge ist:

1. Schicht 1 prüfen:
   Link, Kabel, Signal

2. Schicht 2 prüfen:
   MAC, VLAN, ARP

3. Schicht 3 prüfen:
   IP, Gateway, Routing

4. Schicht 4 prüfen:
   TCP, UDP, Port

5. Schicht 7 prüfen:
   Anwendung, DNS, Authentifizierung, Zertifikat

Merksatz:

Erst IP-Erreichbarkeit prüfen,
dann Port-Erreichbarkeit prüfen.

Fehlerbild: Ping funktioniert, Dienst funktioniert nicht

Beispiel:

ping server funktioniert

Aber:

Webseite über HTTPS funktioniert nicht.

Dann ist das Zielgerät grundsätzlich per IP erreichbar.

Mögliche Ursachen:

- TCP 443 geschlossen
- Firewall blockiert TCP 443
- Webserver läuft nicht
- Webserver hört auf anderem Port
- Dienst hört nur auf localhost
- Reverse Proxy falsch
- TLS-Zertifikat fehlerhaft
- Anwendung abgestürzt

Merksatz:

Ping geht,
Dienst nicht:
Schicht 4 und Schicht 7 prüfen.

Fehlerbild: Port geschlossen

Ein Port ist geschlossen, wenn kein Dienst auf diesem Port lauscht.

Beispiel:

Server erreichbar,
aber TCP 22 geschlossen.

Bedeutung:

Der Host ist erreichbar,
aber SSH läuft dort nicht
oder SSH nutzt einen anderen Port.

Mögliche Ursachen:

- Dienst nicht gestartet
- Dienst deaktiviert
- falscher Port
- Dienst hört nur auf anderer Schnittstelle
- Konfigurationsfehler
- Dienst abgestürzt

Merksatz:

Geschlossener Port heißt:
Host kann erreichbar sein,
Dienst aber nicht.

Fehlerbild: Port gefiltert

Ein Port wirkt gefiltert, wenn keine klare Antwort kommt.

Typisches Verhalten:

Timeout
keine Rückmeldung
Verbindung bleibt hängen

Mögliche Ursachen:

- Firewall verwirft Pakete
- Paketfilter blockiert
- Security-Gruppe blockiert
- NAT-Regel fehlt
- Rückroute fehlt
- Provider blockiert Port

Merksatz:

Gefilterter Port bedeutet oft:
Firewall oder Filter im Weg.

Fehlerbild: Port offen, Anwendung funktioniert trotzdem nicht

Ein offener Port bedeutet nur:

Ein Dienst nimmt Verbindungen an
oder antwortet auf Anfragen.

Das bedeutet nicht automatisch:

Anwendung ist korrekt konfiguriert.
Anmeldung funktioniert.
Zertifikat ist gültig.
Datenbank ist erreichbar.
Webanwendung läuft fehlerfrei.

Beispiel:

TCP 443 offen,
aber Webseite zeigt Fehler 500.

Dann ist Schicht 4 grundsätzlich erreichbar, aber die Anwendung auf höherer Schicht hat ein Problem.

Merksatz:

Port offen heißt nicht:
Anwendung korrekt.

Fehlerbild: TCP-Handshake scheitert

Der TCP-Verbindungsaufbau besteht aus:

SYN
SYN-ACK
ACK

Wenn dieser Handshake nicht vollständig zustande kommt, kann keine TCP-Verbindung aufgebaut werden.

Mögliche Ursachen:

- SYN kommt nicht beim Server an
- Server antwortet nicht mit SYN-ACK
- SYN-ACK kommt nicht zum Client zurück
- Firewall blockiert eine Richtung
- NAT oder Portweiterleitung falsch
- Dienst lauscht nicht
- Rückroute fehlt

Merksatz:

Kein vollständiger TCP-Handshake = keine TCP-Verbindung.

Fehlerbild: SYN ohne SYN-ACK

Wenn der Client SYN sendet, aber kein SYN-ACK zurückkommt, gibt es mehrere Möglichkeiten.

Mögliche Ursachen:

- Server nicht erreichbar
- Firewall blockiert SYN
- Firewall blockiert SYN-ACK
- Dienst lauscht nicht
- Paket geht auf dem Weg verloren
- NAT-Regel fehlt
- Rückroute fehlt

Wichtig:

Ohne Mitschnitt oder Logs sieht man oft nur einen Timeout.

Merksatz:

SYN ohne Antwort deutet oft auf Filter, Routing oder Dienstproblem hin.

Fehlerbild: TCP Reset

TCP Reset wird mit RST gekennzeichnet.

RST bedeutet:

Verbindung sofort abbrechen.

Mögliche Ursachen:

- Port geschlossen
- Dienst lehnt Verbindung ab
- Anwendung beendet Verbindung
- Firewall sendet Reset
- falsches Protokoll auf richtigem Port
- Server akzeptiert Verbindung nicht

Merksatz:

RST = Verbindung wird aktiv zurückgesetzt.

Fehlerbild: TCP Timeout

Timeout bedeutet:

Eine erwartete Antwort kommt nicht rechtzeitig.

Mögliche Ursachen:

- Firewall verwirft still
- Server antwortet nicht
- Rückweg fehlt
- NAT-Zuordnung fehlt
- Netzwerkverlust
- Dienst überlastet
- falsche Zieladresse
- falscher Port

Merksatz:

Timeout = keine rechtzeitige Antwort.

Fehlerbild: Verbindung wird langsam

Eine TCP-Verbindung kann funktionieren, aber sehr langsam sein.

Mögliche Ursachen:

- Paketverlust
- viele Retransmissions
- hohe Latenz
- MTU-Probleme
- Überlastung
- zu kleine TCP-Fenstergröße
- Staukontrolle greift
- Firewall oder Proxy bremst

Merksatz:

Langsame TCP-Verbindung kann Paketverlust oder MTU-Problem bedeuten.

Fehlerbild: TCP Retransmissions

Retransmission bedeutet:

TCP sendet Daten erneut.

Das passiert, wenn TCP annimmt, dass Daten verloren gegangen sind.

Mögliche Ursachen:

- Paketverlust
- Überlastung
- schlechte Verbindung
- fehlerhafte Netzkomponente
- MTU-Probleme
- Funkprobleme
- Duplex- oder Linkproblem

Merksatz:

Viele Retransmissions deuten auf Übertragungsprobleme hin.

Fehlerbild: UDP-Dienst antwortet nicht

UDP hat keinen Verbindungsaufbau.

Wenn ein UDP-Dienst nicht antwortet, ist die Ursache oft schwerer zu erkennen.

Mögliche Ursachen:

- falscher UDP-Port
- Dienst läuft nicht
- Firewall blockiert UDP
- Antwortweg fehlt
- NAT-Zuordnung abgelaufen
- Anfrage ist ungültig
- Dienst antwortet nur auf bestimmte Quellen
- Paketverlust

Merksatz:

UDP-Probleme brauchen oft Logs oder Mitschnitt.

TCP und UDP bei Firewalls

Firewalls unterscheiden zwischen TCP und UDP.

Beispiel DNS:

UDP 53
TCP 53

Wenn nur TCP 53 erlaubt ist, funktionieren normale DNS-Anfragen über UDP möglicherweise nicht.

Wenn nur UDP 53 erlaubt ist, können große DNS-Antworten oder Zonentransfers scheitern.

Merksatz:

Firewall-Regel muss Protokoll und Port korrekt enthalten.

Fehlerbild: Falsches Protokoll

Ein häufiger Fehler ist:

TCP erlaubt,
aber Dienst nutzt UDP

Oder:

UDP weitergeleitet,
aber Dienst nutzt TCP

Beispiel:

DNS benötigt häufig UDP 53.
Nur TCP 53 wurde freigegeben.

Folge:

DNS funktioniert nicht oder nur teilweise.

Merksatz:

Richtige Portnummer reicht nicht,
TCP oder UDP muss ebenfalls stimmen.

Fehlerbild: Portweiterleitung funktioniert nicht

Eine Portweiterleitung leitet einen externen Port an ein internes Ziel weiter.

Mögliche Fehler:

- falscher externer Port
- falscher interner Port
- falsche interne IP-Adresse
- falsches Protokoll TCP/UDP
- Dienst läuft intern nicht
- Firewall blockiert am Router
- Firewall blockiert am Server
- CGNAT beim Provider
- DNS zeigt auf falsche öffentliche IP
- Hairpin NAT fehlt bei internem Test

Merksatz:

Portweiterleitung braucht richtige IP,
richtigen Port,
richtiges Protokoll
und laufenden Dienst.

Fehlerbild: Dienst hört nur auf localhost

Ein Dienst kann so konfiguriert sein, dass er nur lokal erreichbar ist.

Beispiel:

Dienst hört auf:
127.0.0.1:8080

Dann ist er nur vom eigenen Gerät aus erreichbar.

Von anderen Geräten im Netzwerk funktioniert der Zugriff nicht.

Richtig wäre je nach Bedarf zum Beispiel:

0.0.0.0:8080
oder
konkrete Server-IP:8080

Merksatz:

localhost bedeutet:
nur lokal auf dem eigenen Gerät.

Fehlerbild: Dienst hört auf falscher Schnittstelle

Ein Server kann mehrere IP-Adressen haben.

Beispiel:

192.168.10.50
10.0.0.50

Ein Dienst kann nur auf einer dieser Adressen lauschen.

Wenn Clients die andere IP-Adresse nutzen, ist der Dienst dort nicht erreichbar.

Merksatz:

Dienst muss auf der richtigen IP-Adresse lauschen.

Fehlerbild: Dienst nutzt anderen Port

Ein Dienst kann auf einem anderen Port konfiguriert sein als erwartet.

Beispiele:

Weboberfläche auf TCP 8080 statt TCP 80
HTTPS auf TCP 8443 statt TCP 443
SSH auf TCP 2222 statt TCP 22

Dann schlägt der Zugriff auf den Standardport fehl.

Merksatz:

Standardport prüfen,
aber tatsächliche Dienstkonfiguration beachten.

Fehlerbild: Firewall auf dem Server blockiert

Auch wenn Netzwerk und Router korrekt sind, kann die lokale Firewall auf dem Server blockieren.

Mögliche Systeme:

Windows Defender Firewall
Linux-Firewall
Host-Firewall
Sicherheitssoftware
Cloud-Security-Groups

Typische Prüfung:

Ist der Dienst lokal erreichbar?
Ist der Port auf dem Server erlaubt?
Darf die Client-Quelle zugreifen?

Merksatz:

Nicht nur Netzwerk-Firewall prüfen,
auch Host-Firewall prüfen.

Fehlerbild: Stateful Firewall blockiert

Eine Stateful Firewall merkt sich Verbindungszustände.

Bei TCP kann sie den Handshake und bestehende Verbindungen verfolgen.

Probleme entstehen bei:

- asymmetrischem Routing
- fehlender Rückroute
- NAT über anderen Weg
- ungültigen TCP-Zuständen
- Verbindung läuft über andere Firewall zurück

Merksatz:

Stateful Firewall muss Hin- und Rückrichtung richtig sehen.

Fehlerbild: NAT/PAT-Zuordnung fehlt

Bei PAT werden Verbindungen über Ports zugeordnet.

Wenn die Zuordnung fehlt oder abläuft, kann Rückverkehr nicht richtig zugestellt werden.

Besonders bei UDP kann das auftreten, weil UDP keinen echten Verbindungszustand hat.

Mögliche Folgen:

- Antwort kommt nicht an
- Verbindung bricht ab
- Dienst wirkt instabil

Merksatz:

PAT braucht passende Port-Zuordnung für den Rückverkehr.

Fehlerbild: MTU-Problem wirkt wie Schicht-4-Problem

Manchmal funktionieren kleine Verbindungen, aber größere Datenübertragungen hängen.

Mögliche Ursache:

MTU-Problem

Symptome:

Ping mit kleiner Größe funktioniert.
Webseite lädt teilweise.
VPN funktioniert instabil.
Dateiübertragung bleibt hängen.
TLS-Verbindung hängt beim Aufbau.

Obwohl die Ursache tiefer liegen kann, sieht es oft wie ein TCP- oder Anwendungsproblem aus.

Merksatz:

Teilweise funktionierende Verbindungen können auf MTU-Probleme hinweisen.

Werkzeuge für Schicht-4-Fehlersuche

Typische Werkzeuge und Informationen:

Werkzeug / Anzeige Nutzen
Porttest prüft TCP- oder UDP-Port
netstat / ss zeigt lauschende Dienste und Verbindungen
Firewall-Logs zeigt erlaubte oder blockierte Verbindungen
Dienststatus zeigt, ob Dienst läuft
Packet Capture zeigt SYN, ACK, RST, UDP-Anfragen
NAT-Tabelle zeigt Port-Zuordnungen
Portscan zeigt offene Ports, nur mit Berechtigung
Anwendungslog zeigt Fehler des Dienstes

Merksatz:

Schicht 4 prüft man mit Porttests, Logs und Mitschnitten.

Porttest

Ein Porttest prüft, ob ein bestimmter TCP- oder UDP-Port erreichbar ist.

Beispielhafte Prüffragen:

Ist TCP 443 erreichbar?
Ist TCP 22 erreichbar?
Ist UDP 53 erreichbar?
Antwortet der Dienst?
Kommt ein Timeout?
Kommt ein Reset?

Wichtig:

Ping ist kein Porttest.

Merksatz:

Porttest prüft Schicht 4,
Ping prüft ICMP auf Schicht 3.

Lauschende Dienste prüfen

Auf einem Server sollte man prüfen:

Lauscht der Dienst?
Auf welchem Port lauscht er?
Auf welcher IP-Adresse lauscht er?
Nutzt er TCP oder UDP?
Ist er nur lokal erreichbar?
Ist der Dienst wirklich gestartet?

Typische Zustände:

LISTEN
ESTABLISHED

Merksatz:

Dienst muss laufen und auf der richtigen Adresse lauschen.

Packet Capture bei TCP

In einem Mitschnitt kann man erkennen:

- SYN
- SYN-ACK
- ACK
- RST
- FIN
- Retransmissions
- Timeouts
- Quell-Port
- Ziel-Port

Typische Interpretation:

SYN geht raus,
keine Antwort:
Filter, Routing oder Dienstproblem.

SYN, SYN-ACK, ACK:
Verbindung aufgebaut.

RST:
Verbindung wird zurückgesetzt.

Merksatz:

TCP-Mitschnitt zeigt den Verbindungsaufbau sehr gut.

Packet Capture bei UDP

Bei UDP sieht man keinen Handshake.

Man prüft:

- geht Anfrage raus?
- ist Ziel-Port korrekt?
- kommt Antwort zurück?
- ist Quell-Port passend?
- blockiert Firewall?
- antwortet Dienst überhaupt?

Beispiel DNS:

Anfrage an UDP 53
Antwort von UDP 53 zurück

Merksatz:

Bei UDP vergleicht man Anfrage und Antwort.

Firewall-Logs prüfen

Firewall-Logs können zeigen:

- Quelle
- Ziel
- Protokoll
- Port
- Aktion
- Zeit
- Regelname
- Interface oder Zone

Wichtige Fragen:

Wird die Verbindung erlaubt?
Wird sie blockiert?
Welche Regel greift?
Ist TCP oder UDP betroffen?
Gibt es Rückverkehr?

Merksatz:

Firewall-Logs zeigen oft,
ob Schicht 4 blockiert wird.

NAT- und Portweiterleitungsprüfung

Bei NAT oder Portweiterleitung prüft man:

- externe IP korrekt?
- kein CGNAT?
- externer Port korrekt?
- internes Ziel korrekt?
- internes Ziel erreichbar?
- TCP oder UDP korrekt?
- Firewall erlaubt?
- Dienst läuft?
- Rückweg vorhanden?
- Hairpin NAT nötig?

Merksatz:

NAT-Fehlersuche braucht Port,
Protokoll,
Ziel-IP
und Rückweg.

Typische Prüf-Reihenfolge bei Dienstproblemen

Eine einfache Reihenfolge:

1. Ziel-IP erreichbar?
2. Route und Gateway korrekt?
3. richtiger Port?
4. richtiges Protokoll TCP oder UDP?
5. Dienst läuft?
6. Dienst lauscht auf richtiger IP?
7. lokale Server-Firewall erlaubt?
8. Netzwerk-Firewall erlaubt?
9. NAT oder Portweiterleitung korrekt?
10. Anwendung selbst prüfen

Merksatz:

Erst IP,
dann Port,
dann Dienst.

Beispiel: HTTPS intern nicht erreichbar

Fehlerbild:

Client erreicht Server-IP per Ping.
HTTPS auf TCP 443 funktioniert nicht.

Prüfung:

1. Hört der Webserver auf TCP 443?
2. Ist TCP 443 auf der Server-Firewall erlaubt?
3. Ist Netzwerk-Firewall im Weg?
4. Nutzt der Dienst vielleicht TCP 8443?
5. Gibt es TLS- oder Anwendungsfehler?
6. Funktioniert Zugriff lokal auf dem Server?

Merksatz:

Ping geht,
HTTPS nicht:
TCP 443 und Dienst prüfen.

Beispiel: DNS antwortet nicht

Fehlerbild:

Client kann externe IPs erreichen,
aber Namen werden nicht aufgelöst.

Prüfung:

1. DNS-Server-IP korrekt?
2. DNS-Server per IP erreichbar?
3. UDP 53 erlaubt?
4. TCP 53 bei Bedarf erlaubt?
5. DNS-Dienst läuft?
6. DNS-Zone korrekt?
7. Firewall-Logs prüfen.

Merksatz:

DNS-Fehler können Port- und Dienstfehler sein.

Beispiel: SSH von außen nicht erreichbar

Fehlerbild:

SSH funktioniert intern,
aber nicht von außen.

Mögliche Ursachen:

- Portweiterleitung fehlt
- falscher externer Port
- falsches Ziel intern
- CGNAT
- Firewall blockiert
- SSH hört nur intern
- Zugriff nur von bestimmten IPs erlaubt
- Provider blockiert
- DNS zeigt falsch

Merksatz:

Von außen braucht man öffentliche Erreichbarkeit,
NAT-Regel,
Firewall
und laufenden Dienst.

Beispiel: UDP-VPN instabil

Fehlerbild:

VPN verbindet manchmal,
bricht aber ab oder bleibt instabil.

Mögliche Ursachen:

- UDP wird gefiltert
- NAT-Zuordnung läuft ab
- MTU-Problem
- Paketverlust
- Firewall-Zeitlimit
- falscher Port
- Provider filtert
- asymmetrisches Routing

Merksatz:

UDP-VPN-Probleme können NAT-, Firewall- oder MTU-Ursachen haben.

Schicht 4 oder Schicht 7?

Nicht jedes Dienstproblem ist ein Portproblem.

Beobachtung eher Ursache
TCP-Verbindung kommt nicht zustande Schicht 4 / Firewall
TCP 443 offen, aber Zertifikatsfehler Schicht 6 / 7
TCP 443 offen, aber HTTP 500 Anwendung
DNS-Port erreichbar, aber falsche Antwort DNS-Konfiguration
SSH-Port offen, aber Login scheitert Benutzer, Schlüssel, Rechte
Datenbank-Port offen, aber Anmeldung scheitert Anwendung / Rechte

Merksatz:

Port erreichbar bedeutet nur:
Transportweg zum Dienst ist möglich.

Schicht 4 oder Firewall?

Firewalls können auf Schicht 3 und 4 filtern.

Typische Regelbestandteile:

Quelle
Ziel
Protokoll
Port
Richtung
Aktion

Beispiel:

Quelle:
Mitarbeiter-Netz

Ziel:
Server-Netz

Protokoll:
TCP

Port:
443

Aktion:
erlauben

Merksatz:

Firewall-Regeln müssen Quelle, Ziel, Protokoll und Port passend erlauben.

Schicht 4 oder NAT?

Wenn ein Dienst intern funktioniert, aber extern nicht, ist NAT oder Portweiterleitung ein häufiger Prüfpunkte.

Typische Unterscheidung:

Beobachtung mögliche Ursache
intern geht, extern nicht NAT, Firewall, CGNAT, DNS
extern kommt falscher Dienst falsche Portweiterleitung
nur TCP geht, UDP nicht falsches Protokoll freigegeben
Rückverkehr fehlt NAT oder Rückroute
Test intern über Domain geht nicht Hairpin NAT oder Split DNS

Merksatz:

Externe Dienstprobleme oft mit NAT und Firewall prüfen.

Was Schicht-4-Fehlersuche nicht löst

Wenn TCP oder UDP korrekt funktioniert, können trotzdem Anwendungsfehler bestehen.

Dann prüft man:

- Anwendungskonfiguration
- Benutzerrechte
- Zertifikate
- TLS-Version
- Datenbankverbindung
- Reverse Proxy
- DNS-Inhalte
- API-Endpunkte
- Logs der Anwendung

Merksatz:

Schicht 4 transportiert,
Schicht 7 verarbeitet.

Einordnung in das OSI-Modell

Thema Schicht
Kabel und Link 1
MAC und VLAN 2
IP und Routing 3
TCP und UDP 4
Ports 4
TCP-Handshake 4
Firewall nach IP 3
Firewall nach Port 4
TLS-Zertifikat 6 / 7
DNS-Dienst 7
Webanwendung 7

Merksatz:

Schicht 4 sagt:
Kommt der Transport zum Dienst zustande?

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Was prüft man auf Schicht 4?
- Warum reicht Ping nicht als Diensttest?
- Was bedeutet offener Port?
- Was bedeutet geschlossener Port?
- Was bedeutet gefilterter Port?
- Warum muss man TCP und UDP unterscheiden?
- Warum kann TCP 443 blockiert sein, obwohl Ping funktioniert?
- Was passiert beim TCP-Handshake?
- Was bedeutet RST?
- Was bedeutet Timeout?
- Warum ist UDP-Fehlersuche schwieriger als TCP-Fehlersuche?
- Welche Rolle spielen Firewall-Regeln bei Schicht 4?
- Welche Rolle spielen NAT und Portweiterleitung?

Typische Prüfungsfallen

Ping prüft keine TCP- oder UDP-Ports.

ICMP hat keine Ports.

IP erreichbar heißt nicht:
Dienst erreichbar.

Port erreichbar heißt nicht:
Anwendung korrekt.

TCP und UDP sind getrennt zu betrachten.

Gleiche Portnummer bei TCP und UDP ist nicht dasselbe.

TCP-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

Kein SYN-ACK kann Firewall-, Routing- oder Dienstproblem sein.

RST bedeutet aktiver Abbruch.

Timeout bedeutet keine rechtzeitige Antwort.

UDP hat keinen Handshake.

UDP-Fehler sind oft schwerer zu erkennen.

Firewall-Regel braucht Protokoll und Port.

Portweiterleitung braucht richtiges Protokoll.

Dienst muss auf richtiger IP und richtigem Port lauschen.

localhost ist nur lokal.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Schicht-4-Fehler Fehler bei TCP, UDP oder Ports
Porttest Prüfung eines TCP- oder UDP-Ports
offener Port Dienst ist grundsätzlich erreichbar
geschlossener Port kein Dienst lauscht
gefilterter Port Firewall oder Filter blockiert
TCP-Handshake Verbindungsaufbau mit SYN, SYN-ACK, ACK
SYN TCP-Verbindungsanfrage
SYN-ACK Antwort und Bestätigung auf SYN
ACK Bestätigung
RST sofortiger TCP-Abbruch
Timeout Antwort kommt nicht rechtzeitig
Retransmission erneute Übertragung
LISTEN Dienst wartet auf Verbindung
ESTABLISHED Verbindung besteht
localhost eigenes Gerät, 127.0.0.1
Host-Firewall Firewall direkt auf dem Server
Portweiterleitung externer Port wird intern weitergeleitet
NAT-Tabelle Zuordnung übersetzter Verbindungen

IHK-sichere Kurzformulierung

Fehlersuche auf OSI-Schicht 4 bedeutet, TCP, UDP und Ports zu prüfen. Während Schicht 3 die IP-Erreichbarkeit eines Zielgeräts betrachtet, prüft Schicht 4, ob der gewünschte Dienst-Port erreichbar ist. Typische Schicht-4-Probleme sind geschlossene oder gefilterte Ports, fehlgeschlagene TCP-Handshakes, Timeouts, TCP-Resets, falsche TCP-/UDP-Freigaben, blockierende Firewalls oder fehlerhafte NAT- und Portweiterleitungen. Ein erfolgreicher Ping beweist nicht, dass ein TCP- oder UDP-Dienst erreichbar ist, und ein erreichbarer Port beweist nicht automatisch, dass die Anwendung korrekt funktioniert.

Merksätze

Schicht-4-Fehlersuche = TCP, UDP und Ports prüfen.

IP erreichbar heißt nicht:
Port erreichbar.

Ping prüft ICMP,
nicht TCP oder UDP.

Porttest prüft Schicht 4.

Dienstproblem = IP, Port, Protokoll, Firewall und Anwendung prüfen.

TCP und UDP getrennt betrachten.

Gleiche Portnummer bei TCP und UDP ist nicht dasselbe.

TCP-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

Kein Handshake = keine TCP-Verbindung.

RST = aktiver Abbruch.

Timeout = keine rechtzeitige Antwort.

Offener Port = Dienst grundsätzlich erreichbar.

Geschlossener Port = kein Dienst lauscht.

Gefilterter Port = Firewall oder Filter im Weg.

UDP hat keinen Handshake.

UDP braucht Anfrage-Antwort-Prüfung.

Firewall-Regel braucht Quelle, Ziel, Protokoll und Port.

Portweiterleitung braucht richtige IP,
richtigen Port
und richtiges Protokoll.

Dienst muss auf richtiger Schnittstelle lauschen.

localhost ist nur lokal.

Erst IP,
dann Port,
dann Dienst.

7.5 Merksätze und Prüfungswissen zu OSI-Schicht 4

Diese Seite fasst die wichtigsten Inhalte zur OSI-Schicht 4 zusammen.

OSI-Schicht 4 heißt:

Transportschicht

Die Hauptaufgabe von Schicht 4 ist:

Daten zwischen Anwendungen auf Endgeräten transportieren.

Dabei sind besonders wichtig:

- TCP
- UDP
- Ports
- Verbindungsaufbau
- Zuverlässigkeit
- Dienst-Erreichbarkeit
- Firewall-Regeln nach Port
- NAT/PAT mit Port-Zuordnung

Merksatz:

Schicht 4 = TCP, UDP und Ports.

Grundidee von Schicht 4

Schicht 3 bringt Daten zum richtigen Gerät.

Schicht 4 bringt Daten zur richtigen Anwendung auf diesem Gerät.

Beispiel:

IP-Adresse:
192.168.10.50

Port:
443

Zusammen:

192.168.10.50:443

Das bedeutet:

Gerät 192.168.10.50
Dienst auf Port 443

Merksatz:

IP bringt zum Gerät.
Port bringt zum Dienst.

Schicht 3 und Schicht 4 unterscheiden

Frage Schicht
Welche IP-Adresse hat das Ziel? 3
Gibt es eine Route zum Ziel? 3
Ist das Gateway erreichbar? 3
Funktioniert Ping auf die IP? 3
Ist TCP 443 erreichbar? 4
Ist UDP 53 erreichbar? 4
Kommt der TCP-Handshake zustande? 4
Läuft die Webanwendung korrekt? 7

Merksatz:

IP-Erreichbarkeit = Schicht 3.
Port-Erreichbarkeit = Schicht 4.

TCP

TCP steht für:

Transmission Control Protocol

TCP ist:

verbindungsorientiert
zuverlässig
reihenfolgetreu
bestätigungsbasiert

TCP sorgt dafür, dass Daten vollständig und in richtiger Reihenfolge bei der Anwendung ankommen.

Merksatz:

TCP = zuverlässig und verbindungsorientiert.

UDP

UDP steht für:

User Datagram Protocol

UDP ist:

verbindungslos
schlank
schnell
ohne eingebaute Zustellgarantie

UDP sendet Datagramme ohne vorherigen Verbindungsaufbau.

Merksatz:

UDP = schnell und verbindungslos.

TCP und UDP vergleichen

Merkmal TCP UDP
Verbindungsaufbau ja nein
Verbindung verbindungsorientiert verbindungslos
Zustellgarantie ja nein
Reihenfolge wird sichergestellt nicht sichergestellt
Bestätigungen ja nein
erneute Übertragung ja nein
Overhead höher geringer
Datenform Segment Datagramm

Merksatz:

TCP kontrolliert.
UDP sendet schlank.

Verbindungsorientiert

Verbindungsorientiert bedeutet:

Vor der Datenübertragung wird eine Verbindung aufgebaut.

TCP arbeitet verbindungsorientiert.

Der Verbindungsaufbau erfolgt mit:

SYN
SYN-ACK
ACK

Merksatz:

Verbindungsorientiert = Verbindung vor Datenübertragung.

Verbindungslos

Verbindungslos bedeutet:

Es wird keine feste Verbindung aufgebaut.

UDP sendet direkt ein Datagramm an Ziel-IP und Ziel-Port.

UDP prüft nicht selbst:

ob das Datagramm angekommen ist
ob die Reihenfolge stimmt
ob eine erneute Übertragung nötig ist

Merksatz:

Verbindungslos = senden ohne Handshake.

TCP-Drei-Wege-Handshake

Der TCP-Verbindungsaufbau besteht aus drei Schritten.

Schritt Richtung Bedeutung
1 Client → Server SYN
2 Server → Client SYN-ACK
3 Client → Server ACK

Nach dem dritten Schritt ist die TCP-Verbindung aufgebaut.

Merksatz:

TCP-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

SYN

SYN steht für:

Synchronize

SYN startet den TCP-Verbindungsaufbau.

Vereinfacht sagt der Client:

Ich möchte eine Verbindung aufbauen.

Merksatz:

SYN = Start der TCP-Verbindung.

SYN-ACK

SYN-ACK ist die Antwort des Servers auf das SYN.

Der Server sagt vereinfacht:

Ich habe deine Anfrage erhalten
und bin bereit.

Merksatz:

SYN-ACK = Antwort und Bestätigung.

ACK

ACK steht für:

Acknowledgement

ACK bedeutet:

Bestätigung

Der Client bestätigt damit das SYN-ACK des Servers.

Merksatz:

ACK = Bestätigung.

TCP-Zuverlässigkeit

TCP bietet Zuverlässigkeit durch:

- Sequenznummern
- Bestätigungsnummern
- ACKs
- erneute Übertragung
- Reihenfolgesicherung
- Flusskontrolle
- Staukontrolle

Dadurch eignet sich TCP gut für Daten, die vollständig und korrekt ankommen müssen.

Merksatz:

TCP nutzt mehrere Mechanismen für zuverlässigen Transport.

Sequenznummern

Sequenznummern helfen TCP, Daten in die richtige Reihenfolge zu bringen.

Sie zeigen:

an welcher Stelle im Datenstrom ein Teil gehört.

Damit kann TCP erkennen:

Daten fehlen.
Daten kamen doppelt.
Daten kamen in falscher Reihenfolge.

Merksatz:

Sequenznummer = Position im TCP-Datenstrom.

Bestätigungen

TCP bestätigt empfangene Daten mit ACKs.

Der Empfänger teilt dem Sender mit:

welche Daten angekommen sind
und
welche Daten als Nächstes erwartet werden.

Wenn eine Bestätigung fehlt, können Daten erneut gesendet werden.

Merksatz:

TCP bestätigt empfangene Daten.

Retransmission

Retransmission bedeutet:

erneute Übertragung

TCP sendet Daten erneut, wenn sie vermutlich verloren gegangen sind.

Mögliche Ursachen:

- Paketverlust
- Timeout
- beschädigte Daten
- Überlastung
- schlechte Verbindung

Merksatz:

Retransmission = TCP sendet erneut.

Flusskontrolle

Flusskontrolle schützt den Empfänger.

Der Empfänger signalisiert, wie viele Daten er aufnehmen kann.

Dadurch soll der Sender den Empfänger nicht überlasten.

Merksatz:

Flusskontrolle schützt den Empfänger.

Staukontrolle

Staukontrolle schützt das Netzwerk.

TCP kann die Sendeleistung anpassen, wenn Paketverlust oder Überlastung erkannt wird.

Ziel:

Das Netzwerk soll nicht weiter überlastet werden.

Merksatz:

Staukontrolle schützt das Netzwerk.

TCP-Verbindungsabbau

TCP-Verbindungen können geordnet beendet werden.

Wichtige Steuerbits:

FIN
ACK

FIN bedeutet:

Verbindung geordnet beenden.

RST bedeutet:

Verbindung sofort abbrechen.

Merksatz:

FIN beendet geordnet.
RST bricht sofort ab.

TCP-Zustände

Wichtige TCP-Zustände:

Zustand Bedeutung
LISTEN Dienst wartet auf eingehende Verbindung
SYN-SENT Client hat SYN gesendet
SYN-RECEIVED Server hat SYN erhalten und SYN-ACK gesendet
ESTABLISHED Verbindung besteht
FIN-WAIT Verbindung wird beendet
TIME-WAIT Wartephase nach Verbindungsende
CLOSED Verbindung ist geschlossen

Merksatz:

LISTEN = Dienst wartet.
ESTABLISHED = Verbindung steht.

TCP-Segment

Die Datenform von TCP auf Schicht 4 heißt:

Segment

Ein TCP-Segment enthält unter anderem:

- Quell-Port
- Ziel-Port
- Sequenznummer
- Bestätigungsnummer
- Steuerbits
- Prüfsumme
- Nutzdaten

Merksatz:

TCP arbeitet mit Segmenten.

UDP-Datagramm

Die Datenform von UDP auf Schicht 4 heißt:

Datagramm

Ein UDP-Datagramm enthält unter anderem:

- Quell-Port
- Ziel-Port
- Länge
- Prüfsumme
- Nutzdaten

Merksatz:

UDP arbeitet mit Datagrammen.

Segment und Datagramm unterscheiden

Protokoll Datenform
TCP Segment
UDP Datagramm

Prüfungsfalle:

In der Umgangssprache sagt man oft „Paket“.
Fachlich ist TCP auf Schicht 4 ein Segment.
UDP auf Schicht 4 ist ein Datagramm.

Merksatz:

TCP = Segment.
UDP = Datagramm.

Ports

Ein Port ist eine logische Dienstnummer auf Schicht 4.

Ports unterscheiden Dienste auf einem Gerät.

Beispiel:

192.168.10.50:22
192.168.10.50:80
192.168.10.50:443

Gleiche IP-Adresse, aber unterschiedliche Dienste.

Merksatz:

Port = Dienstnummer.

Port ist nicht gleich Switch-Port

Begriff Bedeutung Schicht
Switch-Port physischer Anschluss 1 / 2
TCP-Port logische Dienstnummer 4
UDP-Port logische Dienstnummer 4

Merksatz:

Switch-Port = physisch.
TCP-/UDP-Port = logisch.

Portnummern

Portnummern gehen von:

0

bis:

65535

Grund:

Ports sind 16 Bit groß.

16 Bit ermöglichen:

65536 Werte

Merksatz:

Portnummern = 0 bis 65535.

Portbereiche

Bereich Portnummern Bedeutung
Well-Known Ports 0 – 1023 bekannte Standarddienste
Registered Ports 1024 – 49151 registrierte Anwendungsports
Dynamic / Ephemeral Ports 49152 – 65535 temporäre Client-Ports

Merksatz:

Well-Known = bekannt.
Ephemeral = temporär.

Quell-Port und Ziel-Port

Ein TCP- oder UDP-Header enthält:

Quell-Port
Ziel-Port

Beispiel HTTPS:

Client:
192.168.10.20:52344

Server:
93.184.216.34:443

Dabei gilt:

Ziel-Port 443 = HTTPS-Dienst
Quell-Port 52344 = temporärer Client-Port

Merksatz:

Ziel-Port zeigt den Dienst.
Quell-Port hilft bei der Rückzuordnung.

Socket

Ein Socket besteht aus:

IP-Adresse
und
Port

Beispiel:

192.168.10.20:52344

Eine TCP-Verbindung wird eindeutig durch folgende Kombination:

Quell-IP
Quell-Port
Ziel-IP
Ziel-Port
Protokoll

Merksatz:

Socket = IP-Adresse plus Port.

TCP-Port und UDP-Port getrennt betrachten

Die gleiche Portnummer kann bei TCP und UDP getrennt existieren.

Beispiel:

TCP 53
UDP 53

Beide können DNS betreffen, sind aber technisch unterschiedliche Transportwege.

Eine Firewall-Regel für TCP 53 erlaubt nicht automatisch UDP 53.

Merksatz:

Portnummer immer mit TCP oder UDP nennen.

Wichtige Standardports

Dienst Protokoll Port
FTP Steuerverbindung TCP 21
SSH TCP 22
Telnet TCP 23
SMTP TCP 25
DNS TCP / UDP 53
DHCP Server UDP 67
DHCP Client UDP 68
HTTP TCP 80
POP3 TCP 110
NTP UDP 123
IMAP TCP 143
HTTPS TCP 443
IMAPS TCP 993
POP3S TCP 995
RDP TCP 3389

Merksatz:

HTTP 80,
HTTPS 443,
SSH 22,
DNS 53,
DHCP 67/68.

DNS

DNS nutzt häufig:

UDP 53

DNS kann aber auch nutzen:

TCP 53

Beispiele für TCP bei DNS:

- große Antworten
- Zonentransfers
- bestimmte DNSSEC-Fälle

Merksatz:

DNS = UDP 53 häufig,
TCP 53 ebenfalls möglich.

DHCP

DHCP nutzt UDP.

Wichtige Ports:

Rolle Protokoll Port
DHCP-Server UDP 67
DHCP-Client UDP 68

Merksatz:

DHCP = UDP 67 und 68.

HTTP und HTTPS

HTTP nutzt typischerweise:

TCP 80

HTTPS nutzt typischerweise:

TCP 443

HTTPS nutzt zusätzlich TLS für Verschlüsselung.

Merksatz:

HTTP = TCP 80.
HTTPS = TCP 443.

SSH und Telnet

SSH nutzt:

TCP 22

Telnet nutzt:

TCP 23

Wichtiger Unterschied:

SSH ist verschlüsselt.
Telnet ist unverschlüsselt.

Merksatz:

SSH statt Telnet verwenden.

E-Mail-Protokolle

Protokoll Zweck typischer Port
SMTP E-Mail senden / transportieren TCP 25
POP3 E-Mail abrufen TCP 110
IMAP E-Mail abrufen und verwalten TCP 143
IMAPS IMAP verschlüsselt TCP 993
POP3S POP3 verschlüsselt TCP 995

Merksatz:

SMTP sendet.
POP3 und IMAP holen ab.

NTP

NTP steht für:

Network Time Protocol

Typischer Port:

UDP 123

NTP dient der Zeitsynchronisation.

Wichtig für:

- Zertifikate
- Kerberos
- Logs
- Monitoring
- Fehlersuche

Merksatz:

NTP = UDP 123.

RDP

RDP steht für:

Remote Desktop Protocol

Typischer Port:

TCP 3389

RDP dient dem grafischen Fernzugriff auf Windows-Systeme.

Wichtig:

RDP nicht ungeschützt direkt ins Internet öffnen.

Merksatz:

RDP = TCP 3389,
sorgfältig absichern.

Portstatus

Ein Port kann aus Sicht eines Clients unterschiedlich wirken.

Status Bedeutung
offen Dienst nimmt Verbindung an oder antwortet
geschlossen kein Dienst lauscht auf diesem Port
gefiltert Firewall oder Paketfilter blockiert
offen, aber Anwendung fehlerhaft Schicht 4 erreichbar, höhere Schicht fehlerhaft

Merksatz:

Portstatus hilft bei der Eingrenzung.

Offener Port

Ein offener Port bedeutet:

Ein Dienst ist grundsätzlich erreichbar.

Aber ein offener Port beweist nicht:

dass die Anwendung korrekt funktioniert
dass Login klappt
dass Zertifikate stimmen
dass keine Fehler in der Anwendung bestehen

Merksatz:

Offener Port = Transport zum Dienst möglich.

Geschlossener Port

Ein geschlossener Port bedeutet:

Kein Dienst lauscht auf diesem Port.

Der Host kann trotzdem erreichbar sein.

Beispiel:

Ping funktioniert.
TCP 22 geschlossen.

Dann ist der Host erreichbar, aber SSH läuft dort nicht oder nicht auf Port 22.

Merksatz:

Geschlossener Port heißt nicht:
Gerät offline.

Gefilterter Port

Ein gefilterter Port bedeutet häufig:

Firewall oder Paketfilter blockiert.

Typisches Verhalten:

Timeout
keine klare Antwort
Verbindung hängt

Merksatz:

Gefiltert = oft Firewall im Weg.

Firewall-Regeln auf Schicht 4

Firewalls nutzen häufig Ports.

Eine vollständige Regel enthält idealerweise:

- Quelle
- Ziel
- Protokoll
- Port
- Richtung
- Aktion
- Kommentar oder Zweck

Beispiel:

Quelle:
Mitarbeiter-Netz

Ziel:
Internet

Protokoll:
TCP

Port:
443

Aktion:
erlauben

Merksatz:

Firewall-Regel = Quelle, Ziel, Protokoll, Port, Aktion.

Portweiterleitung

Portweiterleitung bedeutet:

Ein externer Port wird an ein internes Ziel weitergeleitet.

Beispiel:

öffentlich:
93.184.100.10:443

intern:
192.168.10.50:443

Wichtig:

Protokoll muss stimmen.
Ziel-IP muss stimmen.
Dienst muss laufen.
Firewall muss erlauben.

Merksatz:

Portweiterleitung braucht richtige IP,
richtigen Port,
richtiges Protokoll
und laufenden Dienst.

NAT/PAT und Ports

PAT nutzt Ports, um Verbindungen zu unterscheiden.

Beispiel:

Intern Extern
192.168.10.20:52344 93.184.100.10:40001
192.168.10.30:52344 93.184.100.10:40002

Dadurch können mehrere interne Geräte dieselbe öffentliche IP-Adresse nutzen.

Merksatz:

PAT unterscheidet Verbindungen über Ports.

TCP und UDP bei NAT/PAT

Bei TCP kann ein NAT-Gerät Verbindungszustände gut verfolgen.

Bei UDP gibt es keinen echten Verbindungsaufbau.

Deshalb arbeitet NAT bei UDP häufig mit Zeitfenstern und Zuordnungstabellen.

Wenn eine Zuordnung abläuft, können Antworten verloren gehen.

Merksatz:

NAT verfolgt TCP leichter als UDP.

Ping und Porttest unterscheiden

Ping nutzt ICMP.

ICMP nutzt keine TCP- oder UDP-Ports.

Deshalb gilt:

Ping prüft IP-Erreichbarkeit,
aber keinen Dienst-Port.

Beispiel:

Ping funktioniert.

Das beweist nicht:

TCP 443 ist offen.

Merksatz:

Ping prüft Schicht 3.
Porttest prüft Schicht 4.

Typische Schicht-4-Fehler

Typische Fehler sind:

- falscher Port
- falsches Protokoll TCP oder UDP
- Dienst läuft nicht
- Dienst lauscht auf falscher IP
- Dienst lauscht nur auf localhost
- Firewall blockiert
- TCP-Handshake scheitert
- RST
- Timeout
- Portweiterleitung falsch
- NAT/PAT-Zuordnung fehlt
- Rückweg fehlt
- UDP-Antwort kommt nicht zurück

Merksatz:

Schicht-4-Fehler betreffen Transport zum Dienst.

Fehlerbild: Ping geht, Dienst nicht

Beispiel:

ping server funktioniert.
HTTPS funktioniert nicht.

Mögliche Ursachen:

- TCP 443 geschlossen
- Firewall blockiert TCP 443
- Webserver läuft nicht
- Webserver hört auf anderem Port
- TLS- oder Anwendungsproblem
- Reverse Proxy falsch

Merksatz:

Ping geht,
Dienst nicht:
Schicht 4 und 7 prüfen.

Fehlerbild: TCP-Handshake scheitert

Der TCP-Handshake lautet:

SYN
SYN-ACK
ACK

Wenn der Handshake nicht vollständig ist, entsteht keine TCP-Verbindung.

Mögliche Ursachen:

- Dienst lauscht nicht
- Firewall blockiert
- Rückroute fehlt
- NAT falsch
- Server lehnt ab
- Netzwerkverlust

Merksatz:

Kein vollständiger Handshake = keine TCP-Verbindung.

Fehlerbild: RST

RST bedeutet:

Reset

Ein RST bricht eine TCP-Verbindung sofort ab.

Mögliche Ursachen:

- Port geschlossen
- Dienst lehnt Verbindung ab
- Firewall sendet Reset
- Anwendung bricht ab
- falsches Protokoll

Merksatz:

RST = aktiver TCP-Abbruch.

Fehlerbild: Timeout

Timeout bedeutet:

Eine erwartete Antwort kommt nicht rechtzeitig.

Mögliche Ursachen:

- Firewall verwirft still
- Server antwortet nicht
- Rückweg fehlt
- NAT-Zuordnung fehlt
- falsches Ziel
- Paketverlust

Merksatz:

Timeout = keine rechtzeitige Antwort.

Fehlerbild: UDP antwortet nicht

UDP hat keinen Handshake.

Wenn keine Antwort kommt, kann das bedeuten:

- Dienst läuft nicht
- UDP-Port falsch
- Firewall blockiert
- Anfrage ungültig
- Antwortweg fehlt
- NAT-Zuordnung abgelaufen
- Paketverlust

Merksatz:

UDP braucht Anfrage-Antwort-Prüfung.

Schicht 4 oder Schicht 7?

Beobachtung eher Ursache
TCP-Verbindung kommt nicht zustande Schicht 4 / Firewall
TCP-Port offen, aber Login scheitert Anwendung / Authentifizierung
TCP 443 offen, aber Zertifikatsfehler Darstellung / Anwendung
DNS-Port erreichbar, aber falsche Antwort DNS-Konfiguration
Webserver antwortet mit Fehler 500 Anwendung
SSH-Port offen, aber Schlüssel abgelehnt Benutzer / Schlüssel / Rechte

Merksatz:

Port erreichbar bedeutet:
Transport ist möglich,
Anwendung muss trotzdem geprüft werden.

Was Schicht 4 nicht macht

Schicht 4 macht nicht:

- IP-Adressen vergeben
- Routing zwischen Netzen durchführen
- MAC-Adressen auflösen
- DNS-Namen auflösen
- Webseiten bereitstellen
- Benutzer authentifizieren
- Zertifikate prüfen
- Inhalte interpretieren
- Dateirechte verwalten

Merksatz:

Schicht 4 transportiert,
interpretiert aber keine Anwendung.

Prüfungswissen: wichtigste Zuordnungen

Begriff richtige Einordnung
TCP Schicht 4
UDP Schicht 4
Port Schicht 4
TCP-Handshake Schicht 4
Segment TCP auf Schicht 4
Datagramm UDP auf Schicht 4
Socket Schicht 4 mit IP-Bezug
ICMP Schicht 3
IP-Adresse Schicht 3
Routing Schicht 3
DNS Schicht 7, nutzt TCP/UDP 53
HTTP Schicht 7, nutzt TCP 80
HTTPS Schicht 7, nutzt TCP 443
DHCP Schicht 7, nutzt UDP 67/68

Merksatz:

TCP, UDP und Ports = Schicht 4.

Typische IHK-Fragen

In AP1 und AP2 kann zum Beispiel gefragt werden:

- Welche Aufgabe hat die Transportschicht?
- Was ist TCP?
- Was ist UDP?
- Was ist der Unterschied zwischen TCP und UDP?
- Was bedeutet verbindungsorientiert?
- Was bedeutet verbindungslos?
- Wie funktioniert der TCP-Drei-Wege-Handshake?
- Was ist ein Port?
- Warum braucht man Ports?
- Was ist ein Socket?
- Welche Portbereiche gibt es?
- Welche Standardports sollte man kennen?
- Warum nutzt DNS TCP und UDP?
- Warum nutzt DHCP UDP?
- Warum reicht Ping nicht als Diensttest?
- Was bedeutet offener, geschlossener oder gefilterter Port?
- Warum muss eine Firewall TCP und UDP unterscheiden?

Typische Prüfungsfallen

TCP gehört zu Schicht 4.

UDP gehört zu Schicht 4.

Ports gehören zu Schicht 4.

ICMP nutzt keine Ports.

Ping ist kein Porttest.

TCP ist verbindungsorientiert.

UDP ist verbindungslos.

TCP-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

TCP nutzt Segmente.

UDP nutzt Datagramme.

TCP-Port und UDP-Port sind getrennt.

Gleiche Portnummer bedeutet nicht gleiches Protokoll.

DNS nutzt UDP 53 und TCP 53.

DHCP nutzt UDP 67 und 68.

HTTP nutzt TCP 80.

HTTPS nutzt TCP 443.

SSH nutzt TCP 22.

RDP nutzt TCP 3389.

Offener Port heißt nicht automatisch:
Anwendung funktioniert.

Geschlossener Port heißt nicht:
Gerät offline.

Gefilterter Port heißt oft:
Firewall im Weg.

Wichtige Begriffe kurz erklärt

Begriff Kurze Erklärung
Transportschicht OSI-Schicht 4
TCP zuverlässiges, verbindungsorientiertes Transportprotokoll
UDP verbindungsloses Transportprotokoll
Port logische Dienstnummer
TCP-Port Dienstnummer für TCP
UDP-Port Dienstnummer für UDP
Socket IP-Adresse plus Port
Segment TCP-Dateneinheit
Datagramm UDP-Dateneinheit
SYN Start des TCP-Verbindungsaufbaus
SYN-ACK Antwort und Bestätigung auf SYN
ACK Bestätigung
RST sofortiger TCP-Abbruch
FIN geordneter TCP-Abbau
Timeout Antwort bleibt zu lange aus
Retransmission erneute Übertragung
LISTEN Dienst wartet auf Verbindung
ESTABLISHED Verbindung besteht
Well-Known Port Port 0 bis 1023
Ephemeral Port temporärer Client-Port
Portweiterleitung externer Port wird intern weitergeleitet
gefilterter Port Firewall oder Paketfilter blockiert

IHK-sichere Gesamtformulierung

Die Transportschicht ist Schicht 4 des OSI-Modells. Sie sorgt für den Transport von Daten zwischen Anwendungen auf Endgeräten. Dafür werden vor allem TCP, UDP und Ports verwendet. TCP ist verbindungsorientiert und zuverlässig, baut eine Verbindung über SYN, SYN-ACK und ACK auf und nutzt Bestätigungen, Sequenznummern und erneute Übertragung. UDP ist verbindungslos, schlanker und bietet keine eingebaute Zustellgarantie. Ports dienen dazu, Dienste auf einem Gerät zu unterscheiden. Eine IP-Adresse zeigt zum Gerät, der Port zeigt zum Dienst. TCP- und UDP-Ports sind getrennt zu betrachten.

Wichtigste Merksätze

Schicht 4 = Transportschicht.

Schicht 4 = TCP, UDP und Ports.

IP bringt zum Gerät.

Port bringt zum Dienst.

Port = logische Dienstnummer.

Switch-Port ist physisch.

TCP-Port ist logisch.

TCP = verbindungsorientiert.

UDP = verbindungslos.

TCP = zuverlässig.

UDP = schlank und schnell.

TCP-Handshake = SYN, SYN-ACK, ACK.

TCP nutzt ACKs.

TCP nutzt Sequenznummern.

TCP kann erneut übertragen.

TCP stellt Reihenfolge sicher.

UDP hat keinen Handshake.

UDP bietet keine eingebaute Zustellgarantie.

TCP = Segment.

UDP = Datagramm.

Portnummern gehen von 0 bis 65535.

Well-Known Ports = 0 bis 1023.

Ephemeral Ports = temporäre Client-Ports.

Ziel-Port zeigt den Dienst.

Quell-Port hilft bei der Rückzuordnung.

Socket = IP-Adresse plus Port.

HTTP = TCP 80.

HTTPS = TCP 443.

SSH = TCP 22.

DNS = UDP 53 und TCP 53.

DHCP = UDP 67 und 68.

NTP = UDP 123.

RDP = TCP 3389.

Ping nutzt ICMP,
nicht TCP oder UDP.

Ping ist kein Porttest.

IP erreichbar = Schicht 3.

Port erreichbar = Schicht 4.

Anwendung korrekt = höhere Schicht.

Offener Port heißt nicht automatisch sicher.

Firewall-Regel braucht Quelle, Ziel, Protokoll und Port.

Portweiterleitung braucht richtige IP,
richtigen Port
und richtiges Protokoll.